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GEBIET DER TECHNIK
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Diese Offenbarung betrifft das Kühlen von automotiven Leistungselektronikkomponenten.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Ein Elektro- oder Hybridfahrzeug kann einen oder mehrere Motoren für den Antrieb enthalten. Das Fahrzeug kann außerdem eine Hochspannungstraktionsbatterie als Energiequelle für den/die Motor(en) und einen Generator zum Laden der Traktionsbatterie usw. enthalten. Da der/die Motor(en), die Traktionsbatterie und der Generator unter Umständen unterschiedliche elektrische Parametern benötigen, kann die elektrische Kommunikation zwischen den Vorrichtungen eine Modifikation der von den Vorrichtungen bereitgestellten oder verbrauchten Leistung erforderlich machen. Durch eine derartige Modifikation kann Wärme erzeugt werden.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein automotives Leistungsmodul weist eine Vielzahl von Leistungskarten, die gestapelt sind, um ein Wechselrichtermodul zu bilden, und einen DC-Zwischenkreiskondensator auf, der an dem Wechselrichtermodul montiert ist. Jede der Leistungskarten beinhaltet eine obere Abdeckung, die gegenüberliegende Seiten aufweist. Eine der Seiten weist eine davon ausgeweitete erste Matrix mit Stiften auf, die einen ersten Abschnitt mit einer ersten Dichte und einen zweiten Abschnitt mit einer zweiten Dichte aufweist. Die erste Dichte ist größer als die zweite Dichte. Jede der Leistungskarten beinhaltet außerdem eine Vielzahl von integrierten Schaltungen, die Transistoren eines Wechselrichters definieren, der auf der anderen der Seiten montiert ist. Einige der integrierten Schaltungen sind konfiguriert, um während des Betriebs des Wechselrichters mehr Wärme als andere der integrierten Schaltungen zu erzeugen. Der erste Abschnitt liegt den einigen der integrierten Schaltungen direkt gegenüber. Der zweite Abschnitt liegt den anderen der integrierten Schaltungen direkt gegenüber. Die erste Matrix mit Stiften steht in thermischer Kommunikation mit den integrierten Schaltungen. Jede der Leistungskarten beinhaltet ferner Anschlüsse, die sich von einem Umfang der oberen Abdeckung erstrecken und in elektrischer Kommunikation mit den integrierten Schaltungen stehen, und eine untere Abdeckung, die eine davon ausgeweitete zweite Matrix mit Stiften aufweist. Die untere Abdeckung ist konfiguriert, um eine Abdichtung an der anderen der Seiten der oberen Abdeckung zu bilden, sodass die obere und untere Abdeckung einen Kühlkanal definieren, der einen Einlass und einen Auslass aufweist, wobei die erste und zweite Matrix ineinandergreifen, Enden der Stifte der ersten Matrix die Abdeckung berühren, Enden der Stifte der zweiten Matrix die obere Abdeckung berühren, um in thermischer Kommunikation mit den integrierten Schaltungen zu stehen, und ein Kühlmittel, das durch den Kanal strömt, durch die erste und zweite Matrix strömt, um durch die erste und zweite Matrix eingefangene Wärme von den integrierten Schaltungen zu entfernen.
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Ein automotives Leistungsmodul weist eine Vielzahl von Leistungskarten, die gestapelt sind, um ein Wechselrichtermodul zu bilden, und einen DC-Zwischenkreiskondensator auf, der an dem Wechselrichtermodul montiert ist. Jede der Leistungskarten beinhaltet eine obere Grundplatte, die gegenüberliegende Seiten aufweist. Eine der Seiten weist eine davon ausgeweitete erste Matrix mit Stiften auf. Einige der Stifte der ersten Matrix bestehen aus einem ersten Material, das eine erste Wärmeleitfähigkeit aufweist. Andere der Stifte der ersten Matrix bestehen aus einem zweiten Material, das eine zweite Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die erste Leitfähigkeit ist größer als die zweite Leitfähigkeit. Jede der Leistungskarten beinhaltet außerdem eine Vielzahl von integrierten Schaltungen, die Transistoren eines Wechselrichters definieren, der auf der anderen der Seiten montiert ist. Einige der integrierten Schaltungen sind konfiguriert, um während des Betriebs des Wechselrichters mehr Wärme als andere der integrierten Schaltungen zu erzeugen. Die einigen der Stifte der ersten Matrix liegen den einigen der integrierten Schaltungen direkt gegenüber. Die anderen der Stifte der zweiten Matrix liegen den anderen der integrierten Schaltungen direkt gegenüber. Die erste Matrix mit Stiften steht in thermischer Kommunikation mit den integrierten Schaltungen. Jede der Leistungskarten beinhaltet ferner Anschlüsse, die sich von einem Umfang der Grundplatte erstrecken und in elektrischer Kommunikation mit den integrierten Schaltungen stehen, und eine Abdeckung, die eine davon ausgeweitete zweite Matrix mit Stiften aufweist. Die Abdeckung ist konfiguriert, um eine Abdichtung an der anderen der Seiten der Grundplatte zu bilden, sodass die Abdeckung und die Grundplatte einen Kühlkanal definieren, der einen Einlass und einen Auslass aufweist, wobei die erste und zweite Matrix ineinandergreifen, Enden der Stifte der ersten Matrix die Abdeckung berühren, Enden der Stifte der zweiten Matrix die Grundplatte berühren, um in thermischer Kommunikation mit den integrierten Schaltungen zu stehen, und ein Kühlmittel, das durch den Kanal strömt, durch die erste und zweite Matrix strömt, um durch die erste und zweite Matrix eingefangene Wärme von den integrierten Schaltungen zu entfernen.
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Ein automotives Leistungsmodul weist eine Vielzahl von Leistungskarten, die gestapelt sind, um ein Wechselrichtermodul zu bilden, und einen DC-Zwischenkreiskondensator auf, der an dem Wechselrichtermodul montiert ist. Jede der Leistungskarten beinhaltet eine obere Grundplatte, die gegenüberliegende Seiten aufweist. Eine der Seiten weist eine davon ausgeweitete erste Matrix mit Stiften auf, die angeordnet ist, um einen ersten Abschnitt mit einer ersten Dichte und einen zweiten Abschnitt mit einer zweiten Dichte aufzuweisen. Einige der Stifte des ersten und zweiten Abschnitts bestehen aus einem ersten Material und andere der Stifte des ersten und zweiten Abschnitts bestehen aus einem zweiten Material, das eine andere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das erste Material. Jede der Leistungskarten beinhaltet außerdem eine Vielzahl von integrierten Schaltungen, die Transistoren eines Wechselrichters definieren, der auf der anderen der Seiten montiert ist. Einige der integrierten Schaltungen sind konfiguriert, um während des Betriebs des Wechselrichters mehr Wärme als andere der integrierten Schaltungen zu erzeugen. Die erste Matrix liegt den integrierten Schaltungen direkt gegenüber und steht in thermischer Kommunikation mit diesen. Jede der Leistungskarten beinhaltet ferner Anschlüsse, die sich von einem Umfang der Grundplatte erstrecken und in elektrischer Kommunikation mit den integrierten Schaltungen stehen, und eine Abdeckung auf einer der Seiten, die eine davon ausgeweitete zweite Matrix mit Stiften aufweist. Die Abdeckung ist konfiguriert, um eine Abdichtung an der anderen der Seiten der Grundplatte zu bilden, sodass die Abdeckung und die Grundplatte einen Kühlkanal definieren, der einen Einlass und einen Auslass aufweist, wobei die erste und zweite Matrix ineinandergreifen, Enden der Stifte der ersten Matrix die Abdeckung berühren und Enden der Stifte der zweiten Matrix die Grundplatte berühren, um in thermischer Kommunikation mit den integrierten Schaltungen zu stehen. Ein Kühlmittel, das durch den Kanal strömt, strömt durch die erste und zweite Matrix, um Wärme von den integrierten Schaltungen zu entfernen.
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Figurenliste
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- 1A und 1B sind perspektivische Ansichten einer Abdeckung ohne und mit einem Substrat und jeweils mit Schaltungshalterungen und Anschlüssen.
- 2 ist eine auseinandergezogene Baugruppenansicht mehrerer Leistungskarten.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Leistungswechselrichters.
- 4 ist eine perspektivische Ansicht einer oberen Abdeckung.
- 5A und 5B sind Draufsichten auf verschiedene Stiftrippen im Querschnitt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In dieser Schrift werden unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Die offenbarten Ausführungsformen sind jedoch lediglich beispielhaft und andere Ausführungsformen können unterschiedliche und alternative Formen annehmen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind in dieser Schrift offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Durchschnittsfachmann den verschiedenartigen Einsatz der vorliegenden Erfindung zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, welche in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht werden, um Ausführungsformen herzustellen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen aus Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, können jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
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Eine Wechselrichtersystemsteuerung ist eine Einrichtung, die verwendet wird, um Leistung zwischen Leistungserzeugungs- und -verbrauchsvorrichtungen zu modifizieren. Die Wechselrichtersystemsteuerung kann einen 3-Phasen-Wechselrichter enthalten. Der Wechselrichter kann verwendet werden, um elektrische DC-Leistung von einer Traktionsbatterie in elektrische AC-Leistung umzuwandeln, die durch einen Elektromotor verwendet werden kann. In alternativen Ausführungsformen kann die Wechselrichtersystemsteuerung einen 3-Phasen-Gleichrichter enthalten. Der Gleichrichter kann verwendet werden, um elektrische AC-Leistung von einem Generator in elektrische DC-Leistung umzuwandeln, die eine Traktionsbatterie laden kann. Einige Ausführungsformen können sowohl einen 3-Phasen-Wechselrichter als auch einen 3-Phasen-Gleichrichter enthalten, in dem eine Traktionsbatterie verwendet werden kann, um durch den Wechselrichter elektrische Leistung an einem Elektromotor bereitzustellen, und ein Generator kann verwendet werden, um eine Batterie durch den Gleichrichter zu laden.
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Eine Wechselrichtersystemsteuerung kann eine Grundplatte, eine Leistungskarte und einen DC-Zwischenkreiskondensator enthalten. In einigen Ausführungsformen kann ein Spannungswandler aus der Leistungskarte und dem DC-Zwischenkreiskondensator bestehen. In weiteren Ausführungsformen können die Leistungskarte und der DC-Zwischenkreiskondensator eigenständige Systeme sein. Die Leistungskarte und der Kondensator können durch ein elektrisches Busnetzwerk in elektrischer Kommunikation stehen. Da die Leistungskarte und der Kondensator verwendet werden können, um elektrische Parameter, einschließlich Hochspannung, zu modifizieren, können die Leistungskarte und der Kondensator Wärme erzeugen. Angemessene Kühlung und räumliche Isolierung können verwendet werden, um benachbarte Auswirkungen von erzeugter Wärme zu reduzieren. Dennoch können die Leistungskarte und der Kondensator weniger DC-Induktivität erzeugen, wenn sie sich näher aneinander befinden.
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Eine Ausführungsform der Wechselrichtersystemsteuerung, die eine engere räumliche Beziehung zwischen der Leistungskarte und dem Kondensator ermöglicht, beinhaltet eine Grundplatte, eine Leistungskarte und einen Kondensator.
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Eine Grundplatte kann verwendet werden, um die Leistungskarte und den Kondensator zu stützen. In einigen Ausführungsformen enthält die Grundplatte eine Fläche, die in der Lage ist, eine Vielzahl von Leistungskarten und Kondensatoren zu stützen. In Ausführungsformen, die eine Vielzahl von Leistungskarten enthalten, können die Leistungskarten gestapelt sein, wobei eine Leistungskarte in physischem Kontakt mit einer benachbarten Leistungskarte stehen kann.
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Die Grundplatte kann eine Vielzahl von Verteilern zur Verteilung von eines Kühlmittels enthalten. Beispielsweise kann eine Grundplatte einen Einlassverteiler aufweisen, um ein Kühlmittel an einer abhängigen Vorrichtung bereitzustellen, und kann eine Grundplatte einen Auslassverteiler aufweisen, um ein Kühlmittel aus einer abhängigen Vorrichtung zu entfernen.
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Ein DC-Zwischenkreiskondensator kann auf der Grundplatte angeordnet sein. Der Kondensator kann mit einer Leistungskarte gestapelt sein, wobei der Kondensator in physischem Kontakt mit einer benachbarten Leistungskarte steht.
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Eine Leistungskarte kann eine Kühlplatte, eine obere Abdeckung, eine untere Abdeckung und eine Vielzahl von Anschlüssen enthalten. Die Leistungskarte kann verwendet werden, um eine thermische Kommunikation zwischen einer integrierten Schaltung, die auf der Leistungskarte angeordnet oder darin aufgenommen ist, einem Kühlmittel, das durch die Leistungskarte strömt, und anderen Komponenten der Leistungskarte bereitzustellen. Durch diese thermische Kommunikation kann Wärme von einer integrierten Schaltung auf das Kühlmittel übertragen werden. Die thermische Kommunikation kann auch verwendet werden, um Temperaturen von integrierten Schaltungen oder Komponenten der Leistungskarte auf optimale thermische Betriebsbereiche zu regulieren.
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Eine Kühlplatte kann verwendet werden, um eine Wärmeregulierung an einer integrierten Schaltung bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen kann die Kühlplatte verwendet werden, um eine Wärmeregulierung an einer Vielzahl von integrierten Schaltungen bereitzustellen. Die Kühlplatte kann eine Halterung aufweisen, um die integrierte Schaltung zu befestigen. In weiteren Ausführungsformen kann die Halterung teilweise in der Kühlplatte angeordnet sein. Die Halterung kann in thermischer Kommunikation mit einem Kühlmittel stehen. In einigen Ausführungsformen kann die obere oder untere Abdeckung verwendet werden, um die integrierte Schaltung zu montieren und zu befestigen. In einigen Ausführungsformen kann die Kühlplatte einstückig mit der oberen und unteren Abdeckung sein.
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Ein Teil der Kühlplatte kann aus einem Isoliermaterial bestehen. Diese Ausführungsform der Leistungskarte dient dazu, unerwünschte thermische Kommunikation mit dem Kühlmittel, der oberen und unteren Abdeckung, dem Kühlkanal, der Grundplatte, den Stiften, den integrierten Schaltungen oder anderen wärmeleitenden Elementen zu verhindern oder abzuschwächen. In weiteren Ausführungsformen kann ein Teil der Kühlplatte aus einem wärmeleitenden Material bestehen. Derartige Ausführungsformen können ermöglichen, dass die Kühlplatte in thermischer Kommunikation mit einer benachbarten Leistungskarte steht.
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Eine Vielzahl von Kühlplatten kann verwendet werden, um eine weitere Wärmeregulierung an einer integrierten Schaltung bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen kann die Abdeckung verwendet werden, um eine Wärmeregulierung an einer Vielzahl von integrierten Schaltungen bereitzustellen. Die Abdeckungen können eine Halterung aufweisen, um die integrierte Schaltung zu befestigen. In weiteren Ausführungsformen kann die Halterung teilweise in der Abdeckung angeordnet sein.
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Die Abdeckungen können kann aus einem Isoliermaterial bestehen. Diese Ausführungsform der Abdeckung dient dazu, unerwünschte thermische Kommunikation mit dem Kühlmittel, dem Kühlkanal, anderen der Abdeckungen, den Stiften, den integrierten Schaltungen oder anderen wärmeleitenden Elementen zu verhindern oder abzuschwächen. In weiteren Ausführungsformen kann die Abdeckung aus einem wärmeleitenden Material bestehen. Derartige Ausführungsformen können ermöglichen, dass die Abdeckung in thermischer Kommunikation mit einer benachbarten Leistungskarte steht.
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Die Kühlplatte und die Abdeckungen können zusammenwirken, um einen Kühlkanal innerhalb der Leistungskarte zu bilden. In weiteren Ausführungsformen kann der Kanal vollständig innerhalb der Kühlplatte und der Abdeckung angeordnet sein. Die Kühlplatte und die Abdeckung können ferner zusammenwirken, um einen Einlass und einen Auslass zu bilden, wodurch ein Zugang zu dem Kühlkanal bereitgestellt wird. Der Einlass und der Auslass können im Wesentlichen parallel sein.
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Die Leistungskarte kann auf der Grundplatte angeordnet sein. Der Einlass der Leistungskarte kann mit dem Einlassverteiler der Grundplatte zusammenwirken und der Auslass der Leistungskarte kann mit dem Auslassverteiler der Grundplatte zusammenwirken, wobei beide Kombinationen einen Fluidzugang zwischen den Verteilern der Grundplatte und dem Kühlkanal der Leistungskarte bereitstellen.
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Der Kühlkanal kann einen Wärmeverteiler und Stiftrippen (Stifte) enthalten. Der Wärmeverteiler kann verwendet werden, um eine thermische Kommunikation mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit zu erreichen. Dieser Wärmeverteiler kann auf symmetrische Weise platziert sein, wodurch der Kühlkanal in zwei im Allgemeinen gleichmäßige Bahnen unterteilt und in diesen definiert wird. Die Durchgänge können im Wesentlichen parallel zueinander sein. Diese Durchgänge können außerdem im Wesentlichen senkrecht zu einem von dem Einlass und dem Auslass sein. Der Wärmeverteiler kann aus einem Material bestehen, das zum Leiten von Wärme geeignet ist. Dieses Material kann Kupfer oder ein anderes Metall sein, das im Allgemeinen dazu in der Lage ist, Wärme zu leiten. Der Wärmeverteiler kann aus mehreren Materialien bestehen und die Materialien können Wärme mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten leiten. Alternativ kann der Wärmeverteiler aus Materialien bestehen, die nicht zum Leiten von Wärme geeignet sind. Dies kann verwendet werden, um Teile des Wärmeverteilers in Bereichen des Kühlkanals zu platzieren, die nicht zu integrierten Schaltungen benachbart sind.
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In einer alternativen Ausführungsform kann der Wärmeverteiler den Kühlkanal in unebene Teile unterteilen. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann der Wärmeverteiler den Kühlkanal nicht unterteilen. Stattdessen kann der Wärmeverteilerblock innerhalb des Kühlkanals angeordnet sein, den Kühlkanal jedoch nicht vollständig segmentieren. Der Wärmeverteiler kann in den Kühlkanal hineinragen. Alternativ kann der Wärmeverteiler einen Teil der Wand in der Grundplatte oder Abdeckung definieren, der den Kühlkanal definiert. In dem Kühlkanal können mehrere Wärmeverteiler verwendet werden. Beispielsweise können in einem Leistungsmodul, das mehrere Teile mit integrierten Schaltungen enthält, Wärmeverteiler in Teilen verwendet werden, die zu integrierten Schaltungen benachbart sind, während Wärmeverteiler unter Umständen nicht in Teilen verwendet werden, die nicht zu integrierten Schaltungen benachbart sind.
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Die Stifte können verwendet werden, um die Übertragung der thermischen Kommunikation zwischen den integrierten Schaltungen und dem Kühlmittel zu verbessern. Die Stifte können in thermischer Kommunikation mit den integrierten Schaltungen, dem Kühlkanal, dem Kühlmittel, der Kühlplatte oder der Abdeckung stehen. Die Stifte können an einer von der Kühlplatte und der Abdeckung angeordnet sein. Die Stifte können im Allgemeinen zylindrisch sein oder können sich verjüngen. Die Stifte können einen von einem Kreisquerschnitt, einem elliptischen, einem tropfenförmigen usw. Querschnitt aufweisen.
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Stifte, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, können ein vorteilhaftes Verhältnis von Oberflächenbereich zu Volumen ermöglichen. Die Stifte können in einer Matrix angeordnet sein. Einige Ausführungsformen der Leistungskarte können Stifte aufweisen, die in mehreren Matrizen angeordnet sind. Die Matrix kann ein Muster und eine Dichte aufweisen. Das Muster und die Dichte der Matrix können unabhängig voneinander sein. Beispielsweise kann ein Muster derart sein, dass die Entfernung zwischen sechs Stiften in einer ersten Richtung eine Anzahl von zwei Stiften in einer senkrechten Richtung derselben Entfernung beträgt. Wenn die Entfernung in dem Beispiel auf einen Zentimeter eingestellt wäre, wäre die Dichte der Stifte gleich zwölf Stiften pro Quadratzentimeter. Wenn die Entfernung jedoch auf zwei Zentimeter eingestellt wäre, wäre die Dichte drei Stiften pro Quadratzentimeter. Auf ähnliche Weise kann eine Dichte von zwölf Stiften pro Quadratzentimeter durch ein Muster von sechs Stiften mal zwei Stiften pro Quadratzentimeter erhalten werden.
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Die Matrix kann eine Vielzahl von Mustern von Stiften enthalten. Beispielsweise kann eine Matrix ein erstes Muster von 1x1 und ein zweites Muster von 2x3 enthalten. Einige Ausführungsformen der Leistungskarte können mehrere Matrizen enthalten. Beispielsweise kann eine Leistungskarte eine erste Matrix, die auf der Kühlmittelplatte angeordnet ist, und eine zweite Matrix, die auf der Abdeckung angeordnet ist, enthalten. In diesen Ausführungsformen kann eine erste Matrix mit der zweiten Matrix zusammenwirken, wenn die Kühlmittelplatte mit der Abdeckung kombiniert wird, wobei die Matrizen ineinander greifen. Einige Ausführungsformen können drei Muster von Stiften enthalten, wobei eines der Muster in der Lage ist, mit den anderen zwei ineinander zu greifen. Beispielsweise kann eine Leistungskarte eine erste Matrix, die auf der Kühlmittelplatte angeordnet ist, die ein erstes und ein zweites Muster aufweist, und eine zweite Matrix aufweisen, die auf der Abdeckung angeordnet ist, die ein drittes Muster aufweist, wobei sich das erste und das zweite Muster voneinander unterscheiden, das dritte Muster jedoch in der Lage ist, sowohl mit dem ersten als auch dem zweiten Muster ineinander zu greifen.
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Während der Kombination der Kühlplatte und der Abdeckung können sich die Stifte der ersten Matrix von der Kühlplatte durch den Kühlkanal erstrecken und die Abdeckung physisch berühren. Gleichermaßen können sich die Stifte der zweiten Matrix von der Kühlplatte durch den Kühlmittelkanal erstrecken und die Kühlplatte physisch berühren. Die Kühlstifte können einstückig mit einer von der Kühlplatte und der Abdeckung verbunden sein.
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Die Stifte können aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Beispielsweise können einige der Stifte aus wärmeleitenden Materialien bestehen, während andere der Stifte aus wärmeisolierenden Materialien bestehen können. In einem weiteren Beispiel können einige der Stifte aus einem wärmeleitenden Material bestehen, das eine höhere Geschwindigkeit der thermischen Kommunikation aufweist als andere Stifte, die aus einem wärmeleitenden Material bestehen. Die Stifte können gemäß einer Wärmestrategie konfiguriert sein, um die Wärmekommunikation zu optimieren.
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Die Vielzahl von Anschlüssen kann an einer von der Kühlplatte und der Abdeckung angeordnet sein. Die Vielzahl von Anschlüssen kann sich von dem Umfang der Leistungskarte erstrecken. Einer der Anschlüsse in der Vielzahl von Anschlüssen kann in elektrischer Kommunikation mit einer integrierten Schaltung stehen, die in der Leistungskarte aufgenommen ist.
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Eine erste Wärmestrategie kann eine Musterstrategie sein. Die Musterstrategie kann den Unterschied in der Wirkung verwenden, die ein erstes Muster von Stiften auf die thermische Kommunikation haben kann, im Vergleich zu der Wirkung, die ein zweites Muster von Stiften auf die thermische Kommunikation haben kann. Beispielsweise kann eine Leistungskarte eine Matrix mit Stiften beinhalten, die ein erstes und zweites Muster von Stiften aufweist. Das erste Muster kann im Gegensatz zu dem zweiten Muster besser darin sein, die thermische Kommunikation zu unterstützen. Die Leistungskarte kann dazu in der Lage sein, eine integrierte Schaltung mit hohem Leistungsbedarf und eine integrierte Schaltung mit niedrigem Leistungsbedarf aufzunehmen, wobei die integrierte Schaltung mit hohem Leistungsbedarf mehr Wärme erzeugt als die integrierte Schaltung mit niedrigem Leistungsbedarf. Die Leistungskarte kann ausgebildet sein, um das erste Muster der Matrix, das auf einer Fläche in thermischer Kommunikation mit der integrierten Schaltung mit hohem Leistungsbedarf angeordnet ist, und das zweite Muster der Matrix, das auf einer Fläche in thermischer Kommunikation mit der integrierten Schaltung mit niedrigem Leistungsbedarf angeordnet ist, aufzuweisen. Diese Strategie kann eine gleichmäßige Verteilung der thermischen Kommunikation ermöglichen.
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Eine zweite Wärmestrategie kann eine Dichtestrategie sein. Die Dichtestrategie kann den Unterschied in der Wirkung verwenden, die eine erste Dichte auf die thermische Kommunikation haben kann, im Vergleich zu der Wirkung, die eine zweite Dichte von Stiften auf die thermische Kommunikation haben kann. Beispielsweise kann eine Leistungskarte eine Matrix mit Stiften beinhalten, die eine erste Dichte und eine zweite Dichte aufweist. Die erste Dichte kann im Gegensatz zu der zweiten Dichte besser darin sein, die thermische Kommunikation zu unterstützen. Die Leistungskarte kann dazu in der Lage sein, eine integrierte Schaltung mit hohem Leistungsbedarf und eine integrierte Schaltung mit niedrigem Leistungsbedarf aufzunehmen, wobei die integrierte Schaltung mit hohem Leistungsbedarf mehr überschüssige Wärme erzeugt als die integrierte Schaltung mit niedrigem Leistungsbedarf. Die Leistungskarte kann ausgebildet sein, um die erste Dichte, die auf einer Fläche in thermischer Kommunikation mit der integrierten Schaltung mit hohem Leistungsbedarf angeordnet ist, und die zweite Dichte, die auf einer Fläche in thermischer Kommunikation mit der integrierten Schaltung mit niedrigem Leistungsbedarf angeordnet ist, aufzuweisen. Diese Strategie kann eine gleichmäßige Verteilung der thermischen Kommunikation ermöglichen.
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Einige Ausführungsformen, welche die Dichtestrategie verwenden, können die Dichte von Stiften entlang eines Weges in dem Kühlkanal allmählich erhöhen. Die allmähliche Erhöhung kann eine lineare Funktion sein. Beispielsweise kann die Dichte einer Formel wie etwa f(x) = x + c entsprechen, wobei x die Entfernung von dem Einlass weg ist, c die Steuerung für den Startpunkt der Stifte ist und f(x) die Dichte der Stifte an diesem Punkt ist. Weitere Ausführungsformen können exponentielle (f(x) = x^y + c), logarithmische (f(x) = logy(x) + c) oder andere stetige Funktionen verwenden. Alternativ kann die allmähliche Erhöhung eine nicht stetige/stückweise Funktion sein.
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Eine dritte Wärmestrategie kann eine Materialstrategie sein. Die Materialstrategie kann den Unterschied in der Wirkung verwenden, die ein Stift, der aus einem ersten Material besteht, auf die thermische Kommunikation haben kann, im Vergleich zu der Wirkung, die ein Stift, der aus einem zweiten Material besteht, auf die thermische Kommunikation haben kann. Beispielsweise kann eine Leistungskarte eine Matrix mit Stiften beinhalten, wobei einige der Stifte aus einem ersten Material bestehen und andere der Stifte aus einem zweiten Material bestehen. Das erste Material kann im Gegensatz zu dem zweiten Material besser darin sein, die thermische Kommunikation zu unterstützen. Die Leistungskarte kann dazu in der Lage sein, eine integrierte Schaltung mit hohem Leistungsbedarf und eine integrierte Schaltung mit niedrigem Leistungsbedarf aufzunehmen, wobei die integrierte Schaltung mit hohem Leistungsbedarf mehr Wärme erzeugt als die integrierte Schaltung mit niedrigem Leistungsbedarf. Die Leistungskarte kann ausgebildet sein, um die Stifte, die aus dem ersten Material bestehen und auf einer Fläche in thermischer Kommunikation mit der integrierten Schaltung mit hohem Leistungsbedarf angeordnet sind, und die Stifte, die aus dem zweiten Material bestehen und auf einer Fläche in thermischer Kommunikation mit der integrierten Schaltung mit niedrigem Leistungsbedarf angeordnet sind, aufzuweisen. Diese Strategie kann eine gleichmäßige Verteilung der thermischen Kommunikation ermöglichen.
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Eine vierte Wärmestrategie kann eine Kombination aus zumindest zwei der Muster-, Dichte- und Materialstrategie sein. Die Kombinationsstrategie kann zumindest zwei der Muster-, Dichte- und Materialstrategie verwenden, um eine gleichmäßige Verteilung der thermischen Kommunikation über eine gesamte Leistungskarte zu verbessern. Beispielsweise kann eine Leistungskarte eine Matrix mit Stiften beinhalten, die ein erstes und zweites Muster sowie eine erste und eine zweite Dichte aufweisen und aus einem ersten Material und einem zweiten Material bestehen, wobei das erste Muster, die erste Dichte und das erste Material im Gegensatz zu jeweils dem zweiten Muster, der zweiten Dichte dem zweiten Material besser darin sind, die thermischen Kommunikation zu unterstützen. Die Leistungskarte kann dazu in der Lage sein, eine integrierte Schaltung mit hohem Leistungsbedarf und eine integrierte Schaltung mit niedrigem Leistungsbedarf aufzunehmen, wobei die integrierte Schaltung mit hohem Leistungsbedarf mehr überschüssige Wärme erzeugt als die integrierte Schaltung mit niedrigem Leistungsbedarf. Die Leistungskarte kann ausgebildet sein, um Stifte, die aus einer Kombination aus dem ersten Muster, der ersten Dichte und dem ersten Material bestehen und auf einer Fläche in thermischer Kommunikation mit der integrierten Schaltung mit hohem Leistungsbedarf angeordnet sind, und Stifte, die aus einer Kombination aus dem zweiten Muster, der zweiten Dichte und dem zweiten Material bestehen und auf einer Fläche in thermischer Kommunikation mit der integrierten Schaltung mit niedrigem Leistungsbedarf angeordnet sind, aufzuweisen. Diese Strategie kann eine gleichmäßige thermische Kommunikation ermöglichen.
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1A und 1B zeigen eine Ausführungsform einer unteren Abdeckung 5. Die dargestellte Ausführungsform enthält einen Abschnitt eines Kühlkanals 9 und Montagelaschen 10, die Durchgangslöcher 11 definieren. Eine erste Matrix von Stiftrippen 15 ist innerhalb des Abschnitts des Kühlkanals 9 angeordnet. Die erste Matrix 15 definiert einen ersten Teil 19 mit geringerer Dichte und einen zweiten Teil 21 mit höherer Dichte. Alternativ kann der erste Teil 19 aus einem anderen Muster von Stiften bestehen als der zweite Teil 21. Die erste Matrix 15 ist derart innerhalb des Kanals 9 angeordnet, dass der Teil 19 vor dem zweiten Teil 21 mit strömendem Kühlmittel (angegeben durch die gestrichelte Pfeillinie) in Eingriff tritt. Eine zweite Matrix von Stiftrippen 17 ist innerhalb des Abschnitts des Kühlkanals 9 angeordnet. Diese definiert ähnlich den ersten Teil 19 mit geringerer Dichte sowie den zweiten Teil 21 mit höherer Dichte. Die zweite Matrix 17 ist in einem Abschnitt des Kühlkanals 9 angeordnet, der parallel zu der ersten Matrix 15 ist.
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Die untere Abdeckung 5 ist ferner mit einem Wärmeverteilerblock 14 und einem Substrat 24 gezeigt, das integrierte Schaltungen 25 aufweist, die Transistoren darauf definieren. Diese Komponenten sind in diesem Beispiel Teil der oberen Abdeckung (siehe 2), sind hier jedoch eingeschlossen, um die relative Lage zwischen dem Substrat 24, den integrierten Schaltungen 25 und der ersten und zweiten Matrix 15, 17 zu zeigen. In weiteren Ausführungsformen kann der Wärmeverteilerblock 14 als Teil der unteren Abdeckung 5 gebildet sein. Einige der integrierten Schaltungen 25 sind benachbart zu den Stiftrippen der ersten Teile 19, während andere der integrierten Schaltungen 25 benachbart zu den Stiftrippen der zweiten Teile 21 sind. Da die Stiftrippen der zweiten Teile 21 dichter angeordnet sind, können sie Wärme von den integrierten Schaltungen 25, die dazu benachbart sind, schneller aufnehmen als die Stiftrippen der ersten Teile 19.
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2 zeigt eine Ausführungsform, die in der Lage ist, gestapelt zu werden. Dargestellt sind obere Abdeckungen 39, die sich mit den unteren Abdeckungen 5 abwechseln. Die oberen Abdeckungen 39 beinhalten jeweils Anschlüsse 13, die sich von Seiten davon erstrecken, das Substrat 24 und die integrierten Schaltungen 25. Auf einer dem Substrat 24 und den integrierten Schaltungen 25 gegenüberliegenden Seite definiert jede der oberen Abdeckungen 39 ebenfalls Matrizen von Stiftrippen. Wie die Stiftrippenanordnungen der unteren Abdeckung 5 sind die Matrizen der oberen Abdeckung in Teile 40, 41 unterschiedlicher Dichten aufgeteilt: die Anordnung der Stiftrippen des Teils 40 ist dichter als die Anordnung der Stiftrippen des Teils 41. Somit nehmen die Stiftrippen des Teils 40 im zusammengebauten Zustand Lücken zwischen den Stiftrippen des Teils 19 ein. Dies bedeutet, dass die Stiftrippen ineinander greifen. Auf ähnliche Weise nehmen die Stiftrippen des Teils 41 Lücken zwischen den Stiftrippen des Teils 21 ein. Die Stiftrippen der oberen Abdeckungen 39 können in weiteren Beispielen so angeordnet sein, dass sie eine einheitliche Dichte aufweisen, die mit Stiftrippen der unteren Abdeckung 5 ineinandergreift. Jede der oberen Abdeckungen 39 ist an einer entsprechenden der unteren Abdeckungen 5 montiert und wirkt mit dieser zusammen, um den Kühlkanal 9 vollständig zu definieren.
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In weiteren Beispielen können die Teile der Stiftrippen 19, 21, 40, 41 unterschiedliche Dichten, Muster oder Formen aufweisen. Ferner können die Stifte selbst aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Die Stiftrippen der Teile 19 können aus einem Material hergestellt sein, das zum Beispiel eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die Stiftrippen der Teile 21.
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3 zeigt eine Ausführungsform eines Leistungswechselrichters 51, der ein Kondensatormodul 3 und drei Leistungskarten 52 enthält. Jede der Leistungskarten 52 beinhaltet eine der oberen Abdeckungen 39 und eine der unteren Abdeckungen 5. Die Leistungskarten 52 beinhalten außerdem jeweils Signalstifte 56 zur Kommunikation mit den integrierten Schaltungen. Die Leistungskarten 52 sind gestapelt und stehen in direktem physischem Kontakt miteinander. Ferner ist das Kondensatormodul 3 ebenfalls gestapelt und steht in direktem physischem Kontakt mit einem Ende der Leistungskarten 52. Des Weiteren beinhaltet das Kondensatormodul 3 außerdem Montageschenkel 53 mit Durchgangslöchern 54 zum Montieren an einem Substrat.
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4 zeigt eine Unterseite der oberen Abdeckung 39. Hier sind die Stiftstreben mit einem kreisförmigen Querschnitt gezeigt. Andere Formen sind ebenfalls möglich. 5A zeigt einen elliptischen Querschnitt für die Stiftrippen. 5B zeigt einen tropfenförmigen Querschnitt für die Stiftrippen. Andere Formen sind ebenfalls möglich. In alternativen Ausführungsformen können Matrizen eine Kombination von Stiftformen enthalten.
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Bei den in der Beschreibung verwendeten Ausdrücken handelt es sich um beschreibende und nicht um einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen werden können, ohne von Geist und Umfang der Offenbarung und der Patentansprüche abzuweichen. Wie vorangehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die unter Umständen nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen eventuell so beschrieben sind, dass sie Vorteile bereitstellen oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Eigenschaften bevorzugt werden, liegt es für den Durchschnittsfachmann auf der Hand, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften beeinträchtigt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Zu diesen Attributen gehören unter anderem Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Kosten über die Lebensdauer hinweg, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verbauung, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit der Montage usw. Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, liegen daher nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
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Gemäß einer vorliegenden Erfindung ist ein automotives Leistungsmodul bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Leistungskarten, die gestapelt sind, um ein Wechselrichtermodul zu bilden; und einen DC-Zwischenkreiskondensator, der an dem Wechselrichtermodul montiert ist, wobei jede der Leistungskarten Folgendes beinhaltet: eine obere Abdeckung, die gegenüberliegende Seiten aufweist, wobei eine der Seiten eine davon ausgeweitete erste Matrix mit Stiften aufweist, die einen ersten Abschnitt mit einer ersten Dichte und einen zweiten Abschnitt mit einer zweiten Dichte aufweist, und wobei die erste Dichte größer als die zweite Dichte ist, eine Vielzahl von integrierten Schaltungen, die Transistoren eines Wechselrichters definieren, die auf der anderen der Seiten montiert sind, wobei einige der integrierten Schaltungen konfiguriert sind, um während des Betriebs des Wechselrichters mehr Wärme als andere der integrierten Schaltungen zu erzeugen, wobei der erste Abschnitt den einigen der integrierten Schaltungen direkt gegenüberliegt, wobei der zweite Abschnitt den anderen der integrierten Schaltungen direkt gegenüberliegt und die erste Matrix mit Stiften in thermischer Kommunikation mit den integrierten Schaltungen steht, Anschlüsse, die sich von einem Umfang der oberen Abdeckung erstrecken und in elektrischer Kommunikation mit den integrierten Schaltungen stehen, und eine unter Abdeckung, die eine davon ausgeweitete zweite Matrix mit Stiften aufweist, wobei die untere Abdeckung konfiguriert ist, um eine Abdichtung an der anderen der Seiten der oberen Abdeckung zu bilden, sodass die obere und untere Abdeckung einen Kühlkanal definieren, der einen Einlass und einen Auslass aufweist, wobei die erste und zweite Matrix ineinandergreifen, Enden der Stifte der ersten Matrix die Abdeckung berühren, Enden der Stifte der zweiten Matrix die obere Platte berühren, um in thermischer Kommunikation mit den integrierten Schaltungen zu stehen, und ein Kühlmittel, das durch den Kanal strömt, durch die erste und zweite Matrix strömt, um durch die erste und zweite Matrix eingefangene Wärme von den integrierten Schaltungen zu entfernen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Abschnitt in dem Kanal näher an dem Auslass angeordnet als der zweite Abschnitt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch einen Wärmeverteilerblock gekennzeichnet, der derart an der oberen Abdeckung oder unteren Abdeckung angebracht ist, dass der Wärmeverteilerblock den Kanal weiter definiert.
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Gemäß einer Ausführungsform definiert der Wärmeverteilerblock einen ersten Durchgang und einen zweiten Durchgang in dem Kanal.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Durchgang im Wesentlichen parallel zu dem zweiten Durchgang.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Form eines Querschnitts der Stifte kreisförmig.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Form eines Querschnitts der Stifte tropfenförmig.
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Gemäß einer vorliegenden Erfindung ist ein automotives Leistungsmodul bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Leistungskarten, die gestapelt sind, um ein Wechselrichtermodul zu bilden; und einen DC-Zwischenkreiskondensator, der an dem Wechselrichtermodul montiert ist, wobei jede der Leistungskarten Folgendes beinhaltet: eine Grundplatte, die gegenüberliegende Seiten aufweist, wobei eine der Seiten eine davon ausgeweitete erste Matrix mit Stiften aufweist, wobei einige der Stifte der ersten Matrix aus einem ersten Material bestehen, das eine erste Wärmeleitfähigkeit aufweist, wobei andere der Stifte der ersten Matrix aus einem zweiten Material bestehen, das eine zweite Wärmeleitfähigkeit aufweist, und die erste Leitfähigkeit größer als die zweite Leitfähigkeit ist, eine Vielzahl von integrierten Schaltungen, die Transistoren eines Wechselrichters definieren, die auf der anderen der Seiten montiert sind, wobei einige der integrierten Schaltungen konfiguriert sind, um während des Betriebs des Wechselrichters mehr Wärme als andere der integrierten Schaltungen zu erzeugen, wobei die einigen der Stifte der ersten Matrix den einigen der integrierten Schaltungen direkt gegenüberliegen, wobei die anderen der Stifte der zweiten Matrix den anderen der integrierten Schaltungen direkt gegenüberliegen und die erste Matrix mit Stiften in thermischer Kommunikation mit den integrierten Schaltungen steht, Anschlüsse, die sich von einem Umfang der Grundplatte erstrecken und in elektrischer Kommunikation mit den integrierten Schaltungen stehen, und eine Abdeckung, die eine davon ausgeweitete zweite Matrix mit Stiften aufweist, wobei die Abdeckung konfiguriert ist, um eine Abdichtung an der anderen der Seiten der Grundplatte zu bilden, sodass die Abdeckung und die Grundplatte einen Kühlkanal definieren, der einen Einlass und einen Auslass aufweist, wobei die erste und zweite Matrix ineinandergreifen, Enden der Stifte der ersten Matrix die Abdeckung berühren, Enden der Stifte der zweiten Matrix die Grundplatte berühren, um in thermischer Kommunikation mit den integrierten Schaltungen zu stehen, und ein Kühlmittel, das durch den Kanal strömt, durch die erste und zweite Matrix strömt, um durch die erste und zweite Matrix eingefangene Wärme von den integrierten Schaltungen zu entfernen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Abschnitt in dem Kanal näher an dem Auslass angeordnet als der zweite Abschnitt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch einen Wärmeverteilerblock gekennzeichnet, der derart an der Abdeckung oder der Grundplatte angebracht ist, dass der Wärmeverteilerblock den Kanal weiter definiert.
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Gemäß einer Ausführungsform definiert der Wärmeverteilerblock einen ersten Durchgang und einen zweiten Durchgang in dem Kanal.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Durchgang im Wesentlichen parallel zu dem zweiten Durchgang.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Form eines Querschnitts der Stifte kreisförmig.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Form eines Querschnitts der Stifte elliptisch.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Form eines Querschnitts der Stifte tropfenförmig.
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Gemäß einer vorliegenden Erfindung ist ein automotives Leistungsmodul bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Leistungskarten, die gestapelt sind, um ein Wechselrichtermodul zu bilden; einen DC-Zwischenkreiskondensator, der an dem Wechselrichtermodul montiert ist, wobei jede der Leistungskarten Folgendes beinhaltet: eine Grundplatte, die gegenüberliegende Seiten aufweist, wobei eine der Seiten eine davon ausgeweitete erste Matrix mit Stiften aufweist, die angeordnet ist, um einen ersten Abschnitt mit einer ersten Dichte und einen zweiten Abschnitt mit einer zweiten Dichte aufzuweisen, wobei einige der Stifte des ersten und zweiten Abschnitts aus einem ersten Material bestehen und andere der Stifte des ersten und zweiten Abschnitts aus einem zweiten Material bestehen, das eine andere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das erste Material, eine Vielzahl von integrierten Schaltungen, die Transistoren eines Wechselrichters definieren, die auf der anderen der Seiten montiert sind, wobei einige der integrierten Schaltungen konfiguriert sind, um während des Betriebs des Wechselrichters mehr Wärme als andere der integrierten Schaltungen zu erzeugen, und die erste Matrix den integrierten Schaltungen direkt gegenüberliegen und in thermischer Kommunikation mit diesen steht, Anschlüsse, die sich von einem Umfang der Grundplatte erstrecken und in elektrischer Kommunikation mit den integrierten Schaltungen stehen, und eine Abdeckung auf einer der Seiten, die eine davon ausgeweitete zweite Matrix mit Stiften aufweist, wobei die Abdeckung konfiguriert ist, um eine Abdichtung an der anderen der Seiten der Grundplatte zu bilden, sodass die Abdeckung und die Grundplatte einen Kühlkanal definieren, der einen Einlass und einen Auslass aufweist, wobei die erste und zweite Matrix ineinandergreifen, Enden der Stifte der ersten Matrix die Abdeckung berühren und Enden der Stifte der zweiten Matrix die Grundplatte berühren, um in thermischer Kommunikation mit den integrierten Schaltungen zu stehen, wobei ein Kühlmittel, das durch den Kanal strömt, durch die erste und zweite Matrix strömt, um Wärme von den integrierten Schaltungen zu entfernen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite Matrix mit Stiften so angeordnet, dass sie einen dritten Abschnitt mit einer dritten Dichte und einen vierten Abschnitt mit einer vierten Dichte aufweist, wobei einige der Stifte des dritten und vierten Abschnitts aus einem dritten Material bestehen und andere der Stifte des dritten und vierten Abschnitts aus einem vierten Material bestehen, das eine andere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das dritte Material.
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Gemäß einer Ausführungsform sind das dritte und vierte Material dasselbe.
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Gemäß einer Ausführungsform sind das zweite und vierte Material dasselbe.
