DE102022208920A1 - Cooler through which fluid can flow for cooling power electronics - Google Patents

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Max Florian Beck
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen fluiddurchströmbaren Kühler (100) zum Kühlen einer Leistungselektronik (200), der ein erstes Metallteil (101), ein zweites Metallteil (102) und eine Kühlstruktur (1) umfasst. Das erste Metallteil (101) und das zweite Metallteil (102) sind mittels mindestens einer Verbindungshartlotschicht (103) miteinander verbunden und definieren einen Kühlkanal (111), der von einem Fluid durchströmbar ist. Die Kühlstruktur (1) ist im Kühlkanal (111) angeordnet, und steht mit dem ersten Metallteil (101) derart in Kontakt steht, dass das erste Metallteil (101) mindestens einen Kontaktbereich (104) und mindestens einen Nichtkontaktbereich (105) aufweist. Der mindestens eine Nichtkontaktbereich (105) des ersten Metallteils (101) ist mit einer Zusatzhartlotschicht (11) beschichtet.

Figure DE102022208920A1_0000
The present invention relates to a cooler (100) through which fluid can flow for cooling power electronics (200), which comprises a first metal part (101), a second metal part (102) and a cooling structure (1). The first metal part (101) and the second metal part (102) are connected to one another by means of at least one connecting brazing layer (103) and define a cooling channel (111) through which a fluid can flow. The cooling structure (1) is arranged in the cooling channel (111) and is in contact with the first metal part (101) in such a way that the first metal part (101) has at least one contact area (104) and at least one non-contact area (105). The at least one non-contact area (105) of the first metal part (101) is coated with an additional brazing layer (11).
Figure DE102022208920A1_0000

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft einen fluiddurchströmbaren Kühler zum Kühlen einer Leistungselektronik. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen fluiddurchströmbaren Kühler, durch den eine optimierte Kühlung einer Leistungselektronik ermöglicht wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Leistungselektronik-Anordnung mit einer Leistungselektronik und einem derartigen fluiddurchströmbaren Kühler sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen fluiddurchströmbaren Kühlers.The present invention relates to a cooler through which fluid can flow for cooling power electronics. In particular, the invention relates to a cooler through which fluid can flow, which enables optimized cooling of power electronics. The invention further relates to a power electronics arrangement with power electronics and such a cooler through which fluid can flow, as well as a method for producing such a cooler through which fluid can flow.

Leistungshalbleiter in der Leistungselektronik führen hohe elektrische Ströme. Zusammen mit Schaltverlusten sind die daraus resultierenden Leitverluste ursächlich für eine hohe Verlustwärmeleistung, welche auf einer sehr kleinen Fläche abgeführt werden muss. Die maximal zulässige Halbleitertemperatur ist dabei versagenskritisch, weshalb eine Minimierung des thermischen Widerstands zwischen Halbleiter und Kühlmittel von zentraler Bedeutung ist. Zur effizienten Kühlung werden die Leistungssubstrate auf fluiddurchströmbaren Kühler appliziert. Diese Kühler bestehen aus Aluminium-, AlSiC- oder Kupferlegierungen. Im Kühlerinneren sind Pins oder Rippen zur Vergrößerung der wärmeübertragenden Oberfläche und zur Intensivierung des Wärmeübergangs angeordnet. Zum Zweck eines geringen Wärmewiderstands zwischen einem Leistungssubstrat, insbesondere einem AMB/DBC-Leistungssubstrat (AMB: active metal braze; DBC: direct copper bonding), und Kühler wird das Leistungssubstrat mittels eines Weichlotprozesses, wahlweise auch eines Sinterprozesses auf den Kühler gefügt. Dazu sind diese Kühler gegebenenfalls oberflächenbeschichtet mit für einen Weichlötprozess oder einen Sinterprozess geeigneten Materialien. In der Automobiltechnik sind häufig Aluminiumkühler, auch AlSiC- oder Kupferkühler, welche aus mehreren Bauteilen bestehen, die insbesondere durch einen Hartlötprozess gefügt werden, bekannt.Power semiconductors in power electronics carry high electrical currents. Together with switching losses, the resulting conduction losses are the cause of high heat loss, which has to be dissipated over a very small area. The maximum permissible semiconductor temperature is critical to failure, which is why minimizing the thermal resistance between the semiconductor and the coolant is of central importance. For efficient cooling, the power substrates are applied to coolers that can flow through fluid. These coolers are made of aluminum, AlSiC or copper alloys. Pins or ribs are arranged inside the cooler to increase the heat-transferring surface and to intensify heat transfer. For the purpose of low thermal resistance between a power substrate, in particular an AMB/DBC power substrate (AMB: active metal braze; DBC: direct copper bonding), and cooler, the power substrate is joined to the cooler using a soft soldering process, optionally also a sintering process. For this purpose, these coolers may be surface-coated with materials suitable for a soft soldering process or a sintering process. Aluminum coolers, including AlSiC or copper coolers, which consist of several components that are joined in particular by a brazing process, are often known in automotive technology.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der erfindungsgemäße fluiddurchströmbare Kühler zum Kühlen einer Leistungselektronik weist den Vorteil auf, dass eine optimale Kühlung der Leistungselektronik ermöglicht wird. Dies wird durch eine gezielte Einbringung von Hartlot zu einer Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen dem fluiddurchströmbaren Kühler und einem als Kühlmittel verwendeten Fluid, das den Kühler durchströmt. Dieser verbesserte Wärmeübergang führt zu einer verbesserten Kühlung der Leistungselektronik. Insbesondere wird dies durch einen fluiddurchströmbaren Kühler zum Kühlen einer Leistungselektronik erzielt, der ein erstes Metallteil, ein zweites Metallteil, und eine Kühlstruktur umfasst. Das erste Metallteil und das zweite Metallteil sind mittels mindestens einer Verbindungshartlotschicht miteinander verbunden und definieren einen Kühlkanal, der von einem Fluid durchströmbar ist. Die Kühlstruktur ist im Kühlkanal angeordnet und steht mit dem ersten Metallteil derart in Kontakt, dass das erste Metallteil mindestens einen Kontaktbereich und mindestens einen Nichtkontaktbereich aufweist. Der mindestens eine Nichtkontaktbereich des ersten Metallteils ist mit einer Zusatzhartlotschicht beschichtet. Durch die Zusatzhartlotschicht wird gezielt eine raue Oberfläche am mindestens einen Nichtkontaktbereich erzeugt, wodurch eine turbulentere Strömung des Fluides und somit ein verbesserter Wärmeübergang vom ersten Metallteil auf das Fluid erzeugt wird. Der mindestens eine Nichtkontaktbereich ist ein Bereich des ersten Metallteils, der die Kühlstruktur nicht kontaktiert und an dem insbesondere das Fluid vorbeiströmen kann. Der mindestens eine Nichtkontaktbereich des ersten Metallteils ist in vorteilhafter Weise ein Teil des ersten Metallteils im Bereich des Kühlkanals. Die Zusatzhartlotschicht hat vorteilhafterweise keine verbindende Funktion und führt durch ihre prozessbedingte Rauheit zu einer Oberflächenvergrößerung und einer turbulenten Strömung des Fluides durch den Kühlkanal. Das heißt, dass gemäß der vorliegenden Erfindung Hartlot gezielt auf die Stellen, die nicht zur Verbindung des ersten Metallteils mit dem zweiten Metallteil dienen, insbesondere im Kühlkanal, gebracht wird. Beim vorgeschlagenen Kühler kann das erste Metallteil das Metallteil sein, auf das die Leistungselektronik aufgebracht wird. Alternativ kann das erste Metallteil das Metallteil sein, welches mit dem Metallteil, auf das die Leistungselektronik aufgebracht wird, zum Definieren des Kühlkanals verbunden ist. Mit anderen Worten kann das erste Metallteil bei einer Leistungselektronik-Anordnung das der Leistungselektronik zugewandte oder abgewandte Metallteil sein. Der fluiddurchströmbare Kühler kann auch dienen, andere als die Leistungselektronik zu kühlende Bauteile zu kühlen, die sich bei einer Leistungselektronik-Anordnung auf dem Kühler befinden, wie z.B. EMV-Filter, Kondensatoren oder Stromschienen. Das erste Metallteil und das zweite Metallteil bilden in vorteilhafter Weise ein Gehäuse, welches den Kühlkanal definiert, insbesondere umschließt. Der mindestens eine Nichtkontaktbereich des ersten Metallteils entspricht dabei in vorteilhafter Weise einem Teil des Gehäuses im Bereich des Kühlkanals, welcher nicht in Kontakt mit der Kühlstruktur steht. Der Kühlkanal entspricht insbesondere einem Innenraum des Gehäuses. Bevorzugt sind am Gehäuse direkt ein Einlass und ein Auslass für das als Kühlmittel verwendete Fluid angeordnet. Das erste Metallteil und das zweite Metallteil können vorzugsweise mittels der mindestens einen Verbindungshartlotschicht direkt oder indirekt miteinander verbunden sein. Eine direkte Verbindung bedeutet insbesondere, dass sich zwischen dem ersten Metallteil und dem zweiten Metallteil nur die mindestens eine Verbindungshartlotschicht befindet. Eine indirekte Verbindung bedeutet insbesondere, dass sich zwischen dem ersten Metallteil und dem zweiten Metallteil mindestens ein weiteres Metallteil vorgesehen ist, wobei das erste Metallteil mit dem zweiten Metallteil über das mindestens eine weitere Metallteil und die mindestens eine Verbindungshartlotschicht verbunden ist. Das erste Metallteil und/oder das zweite Metallteil ist/sind vorzugsweise als Blech(e) ausgebildet.The fluid-through-flow cooler according to the invention for cooling power electronics has the advantage that optimal cooling of the power electronics is made possible. This is achieved through the targeted introduction of hard solder to improve the heat transfer between the cooler through which fluid can flow and a fluid used as a coolant that flows through the cooler. This improved heat transfer leads to improved cooling of the power electronics. In particular, this is achieved by a cooler through which fluid can flow for cooling power electronics, which includes a first metal part, a second metal part, and a cooling structure. The first metal part and the second metal part are connected to one another by means of at least one connecting brazing layer and define a cooling channel through which a fluid can flow. The cooling structure is arranged in the cooling channel and is in contact with the first metal part in such a way that the first metal part has at least one contact area and at least one non-contact area. The at least one non-contact area of the first metal part is coated with an additional brazing layer. The additional brazing layer specifically creates a rough surface on at least one non-contact area, which creates a more turbulent flow of the fluid and thus an improved heat transfer from the first metal part to the fluid. The at least one non-contact area is an area of the first metal part that does not contact the cooling structure and in particular the fluid can flow past. The at least one non-contact area of the first metal part is advantageously a part of the first metal part in the area of the cooling channel. The additional brazing layer advantageously has no connecting function and, due to its process-related roughness, leads to an increase in surface area and a turbulent flow of the fluid through the cooling channel. This means that, according to the present invention, brazing solder is specifically applied to the locations that do not serve to connect the first metal part to the second metal part, in particular in the cooling channel. In the proposed cooler, the first metal part can be the metal part to which the power electronics are applied. Alternatively, the first metal part may be the metal part that is connected to the metal part on which the power electronics is applied to define the cooling channel. In other words, the first metal part in a power electronics arrangement can be the metal part facing or facing away from the power electronics. The cooler through which fluid can flow can also serve to cool components other than the power electronics that are located on the cooler in a power electronics arrangement, such as EMC filters, capacitors or busbars. The first metal part and the second metal part advantageously form a housing which defines, in particular encloses, the cooling channel. The at least one non-contact area of the first metal part advantageously corresponds to a part of the housing in the area of the cooling channel which is not in contact with the cooling structure. The cooling channel corresponds in particular to an interior of the housing. An inlet and an outlet for the fluid used as coolant are preferably arranged directly on the housing. The first metal part and the second metal part can preferably be connected to one another directly or indirectly by means of the at least one connecting brazing layer. A direct connection means in particular that there is between the first Metal part and the second metal part only have at least one connection brazing layer. An indirect connection means in particular that at least one further metal part is provided between the first metal part and the second metal part, the first metal part being connected to the second metal part via the at least one further metal part and the at least one connecting brazing layer. The first metal part and/or the second metal part is/are preferably designed as sheet metal(s).

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims show preferred developments of the invention.

Die Kühlstruktur kann vorzugsweise eine Kühlrippenstruktur und/oder eine Pin-Struktur (Kühlpin-Struktur) umfassen. Es ist auch vorstellbar, dass die Kühlstruktur alternativ oder zusätzlich auch ein Kühlstrukturelement oder eine Mehrzahl von Kühlstrukturelementen aufweist, das/die eine andere Form als eine Kühlrippe oder ein Pin hat/haben. Es ist insbesondere möglich, dass die Kühlstruktur eine Mehrzahl von Kühlstrukturelementen unterschiedlicher Form aufweist. So ist zum Beispiel möglich, dass die Kühlstruktur eine Kühlrippe und einen Pin, oder eine Mehrzahl von Kühlrippen und eine Mehrzahl von Pins aufweist. Eine Kühlrippe und ein Pin können im Rahmen der vorliegenden Erfindung jeweils insbesondere als Kühlstrukturelement bezeichnet werden.The cooling structure can preferably comprise a cooling fin structure and/or a pin structure (cooling pin structure). It is also conceivable that the cooling structure alternatively or additionally also has a cooling structure element or a plurality of cooling structure elements which has/have a different shape than a cooling fin or a pin. In particular, it is possible for the cooling structure to have a plurality of cooling structure elements of different shapes. For example, it is possible for the cooling structure to have a cooling fin and a pin, or a plurality of cooling fins and a plurality of pins. In the context of the present invention, a cooling fin and a pin can each be referred to in particular as a cooling structure element.

Die Kühlstruktur ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise als eine oberflächenvergrößernde, strömungsführende und wärmeübergangserhöhende Struktur verstanden.In the context of the present invention, the cooling structure is preferably understood as a surface-enlarging, flow-guiding and heat transfer-increasing structure.

Die Kühlrippenstruktur kann vorzugsweise (nur) eine Kühlrippe oder eine Mehrzahl von Kühlrippen umfassen, die vorzugsweise in einer Durchströmungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Die Durchströmungsrichtung entspricht insbesondere einer Hauptströmungsrichtung des als Kühlmittel verwendeten Fluides, das durch Durchgangsöffnungen, die durch die Kühlrippe(n) gebildet sind, strömt. Dabei ist die Hauptströmungsrichtung insbesondere die Richtung, in der das Fluid hauptsächlich strömt, d.h. die Richtung, in der eine Geschwindigkeitskomponente des Fluides größer als eine Geschwindigkeitskomponente des Fluides in einer zur Hauptströmungsrichtung senkrechten Richtung ist. Die Hauptströmungsrichtung entspricht vorzugsweise einer Einführungsrichtung des Fluides in den fluiddurchströmbaren Kühler.The cooling fin structure can preferably comprise (only) one cooling fin or a plurality of cooling fins, which are preferably arranged one behind the other in a flow direction. The flow direction corresponds in particular to a main flow direction of the fluid used as coolant, which flows through through openings formed by the cooling fin(s). The main flow direction is in particular the direction in which the fluid mainly flows, i.e. the direction in which a velocity component of the fluid is greater than a velocity component of the fluid in a direction perpendicular to the main flow direction. The main flow direction preferably corresponds to an introduction direction of the fluid into the cooler through which fluid can flow.

Die Kühlrippenstruktur kann insbesondere auch als Turbulator bezeichnet werden. Vorzugsweise ist eine Kühlrippe aus einem sich in einer Wiederholungsrichtung periodisch wiederholenden Wellenprofil gebildet.The cooling fin structure can in particular also be referred to as a turbulator. Preferably, a cooling fin is formed from a wave profile that repeats periodically in a repeating direction.

Die Pin-Struktur kann vorzugsweise (nur) ein oder eine Mehrzahl von Pins umfassen, die vorzugsweise in der Durchströmungsrichtung und/oder in einer zur Durchströmungsrichtung senkrechten Richtung angeordnet sind.The pin structure can preferably comprise (only) one or a plurality of pins, which are preferably arranged in the flow direction and/or in a direction perpendicular to the flow direction.

Die Kühlstruktur ist vorzugsweise zumindest teilweise, insbesondere vollständig, aus einem Material ausgebildet und/oder mit einem Material beschichtet, welches einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweist, der größer als 200 W/(m·K) ist. In vorteilhafter Weise kann die Kühlstruktur zumindest teilweise, insbesondere vollständig, aus Aluminium ausgebildet oder mit Aluminium beschichtet sein. Insbesondere betreffen diese Ausgestaltungen den/die Kühlstrukturelemente der Kühlstruktur.The cooling structure is preferably at least partially, in particular completely, formed from a material and/or coated with a material which has a thermal conductivity coefficient that is greater than 200 W/(m K). Advantageously, the cooling structure can be at least partially, in particular completely, made of aluminum or coated with aluminum. In particular, these configurations relate to the cooling structure element(s) of the cooling structure.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann das Fluid, welches durch den Kühler strömbar ist, insbesondere auch als Kühlfluid bezeichnet werden. In the context of the present invention, the fluid that can flow through the cooler can in particular also be referred to as cooling fluid.

Vorzugsweise kann das erste Metallteil mit einer Hartlotschicht vorplattiert, insbesondere walzplattiert, sein. Durch die Hartlotschicht wird mittels eines Hartlotprozesses die Zusatzhartlotschicht zumindest teilweise gebildet. Ein vorplattiertes Metallteil bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere, dass das Metallteil bereits durch ein anderes Material als das Metallmaterial des Metallteils überdeckt ist. Insbesondere bei einem walzplattierten Metallteil ist das andere Material bereits fest auf das Metallteil aufgewalzt.Preferably, the first metal part can be pre-plated, in particular roll-plated, with a brazing layer. The additional brazing layer is at least partially formed by the brazing layer using a brazing process. In the context of the present invention, a pre-plated metal part means in particular that the metal part is already covered by a material other than the metal material of the metal part. Particularly in the case of a roll-plated metal part, the other material is already firmly rolled onto the metal part.

Vorzugsweise kann die Zusatzhartlotschicht zumindest teilweise basierend auf mindestens einer Hartlotfolie und/oder einer Hartlotpastenschicht mittels eines Hartlotprozesses gebildet sein. Dazu wird die mindestens eine Hartlotfolie auf den mindestens einen Nichtkontaktbereich des ersten Metallteils gelegt. Entsprechend kann Hartlotpaste zum Bilden der Hartlotpastenschicht auf den mindestens einen Nichtkontaktbereich des ersten Metallteils appliziert werden. Als Hartlotprozess wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ein Prozess verstanden, bei dem Hartlot (als Hartlotschicht im Falle eines vorplattierten Metallteils, Hartlotfolie oder Hartlotpastenschicht) aufgeschmolzen wird und dann wieder erstarrt. Nach dem Erstarren weist das Hartlot eine raue Oberfläche auf. Das Aufschmelzen des Hartlotes kann vorzugsweise in einem Hartlötofen erfolgen.Preferably, the additional brazing layer can be formed at least partially based on at least one brazing foil and/or a brazing paste layer by means of a brazing process. For this purpose, the at least one brazing foil is placed on the at least one non-contact area of the first metal part. Accordingly, brazing paste can be applied to the at least one non-contact area of the first metal part to form the brazing paste layer. In the context of the present invention, a brazing process is preferably understood as a process in which brazing (as a brazing layer in the case of a pre-plated metal part, brazing foil or brazing paste layer) is melted and then solidifies again. After solidification, the braze has a rough surface. The brazing solder can preferably be melted in a brazing oven.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das erste Metallteil mit einer Hartlotschicht vorplattiert, insbesondere walzplattiert, sein, wobei die Zusatzhartlotschicht vollständig durch die Hartlotschicht mittels eines Hartlotprozesses gebildet ist. Nach einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Zusatzhartlotschicht vollständig basierend auf mindestens einer Hartlotfolie mittels eines Hartlotprozesses oder vollständig basierend auf einer Hartlotpastenschicht gebildet sein. Ob die Zusatzhartlotschicht beim vorgeschlagenen fluiddurchströmbaren Kühler durch eine Hartlotschicht eines vorplattierten ersten Metallteils, durch mindestens eine Hartlotfolie oder eine Hartlotpastenschicht, die auf das erste Metallteil gelegt wurde, gebildet wurde kann durch Untersuchung, beispielsweise durch eine CT-Untersuchung, des fluiddurchströmbaren Kühlers geprüft werden.According to an advantageous embodiment of the present invention, the first metal part can be pre-plated, in particular roll-plated, with a brazing layer, the additional brazing layer being formed entirely by the brazing layer by means of a brazing process. According to an alternative advantageous embodiment of the present invention, the additional brazing layer can be completely based rend on at least one brazing foil by means of a brazing process or be formed entirely based on a brazing paste layer. Whether the additional brazing layer in the proposed fluid-permeable cooler was formed by a brazing layer of a pre-plated first metal part, by at least one brazing foil or a brazing paste layer that was placed on the first metal part can be checked by examining, for example by a CT examination, the fluid-permeable cooler.

Es ist aber auch vorstellbar, dass zum Beschichten des mindestens einen Nichtkontaktbereichs des ersten Metallteils mit der Zusatzhartlotschicht ein mit einer Hartlotschicht vorplattiertes Metallteil verwendet wird, auf das zusätzlich mindestens eine Hartlotfolie daraufgelegt und/oder Hartlotpaste appliziert wird. Die Hartlotschicht, und die Hartlotfolie und/oder Hartlotpaste werden dann aufgeschmolzen und bilden zusammen die Zusatzhartlotschicht.However, it is also conceivable that to coat the at least one non-contact area of the first metal part with the additional brazing layer, a metal part pre-plated with a brazing layer is used, on which at least one brazing foil is additionally placed and/or brazing paste is applied. The brazing layer and the brazing foil and/or brazing paste are then melted and together form the additional brazing layer.

Besonders bevorzugt ist eine Dicke der Zusatzhartlotschicht des mindestens einen Nichtkontaktbereichs des ersten Metallteils größer als 7,5% einer Dicke einer Anordnung aus der Zusatzhartlotschicht des mindestens einen Nichtkontaktbereichs des ersten Metallteils und dem mindestens einen Nichtkontaktbereich des ersten Metallteils. Somit kann eine besonders hohe Rauheit am mindestens einen Nichtkontaktbereich des ersten Metallteils erzielt werden, wodurch eine besonders hohe Wärmeübertragung zwischen dem mindestens einen Nichtkontaktbereich und dem Fluid stattfinden kann. Die Dicke der genannten Anordnung entspricht der Summe aus der Dicke der Zusatzhartlotschicht und der Dicke des mindestens einen Nichtkontaktbereichs.Particularly preferred is a thickness of the additional brazing layer of the at least one non-contact region of the first metal part greater than 7.5% of a thickness of an arrangement consisting of the additional brazing layer of the at least one non-contact region of the first metal part and the at least one non-contact region of the first metal part. A particularly high roughness can thus be achieved on the at least one non-contact area of the first metal part, whereby a particularly high level of heat transfer can take place between the at least one non-contact area and the fluid. The thickness of the arrangement mentioned corresponds to the sum of the thickness of the additional brazing layer and the thickness of the at least one non-contact area.

Es sei angemerkt, dass vorzugsweise auch eine Dicke des Hartlotes (der Hartlotschicht eines vorplattierten ersten Metallteils und/oder mindestens einer Hartlotfolie und/oder einer Hartlotpastenschicht) vor dem Hartlotprozess, welches zum Bilden der Zusatzhartlotschicht verwendet wird, größer als 7,5% einer Dicke einer Anordnung aus dem Hartlot und dem ersten Metallteil bzw. dem Bereich des ersten Metallteils, auf dem das Hartlot angeordnet ist/wird, ist.It should be noted that preferably a thickness of the brazing material (the brazing layer of a pre-plated first metal part and/or at least one brazing foil and/or a brazing paste layer) before the brazing process, which is used to form the additional brazing layer, is greater than 7.5% of a thickness an arrangement of the brazing solder and the first metal part or the area of the first metal part on which the brazing solder is/is arranged.

Es ist zu verstehen, dass der Begriff „Zusatzhartlotschicht“ sich auf den fluiddurchströmbaren Kühler bezieht, der dem Endprodukt nach dem Hartlotprozess entspricht. Auf der anderen Seite ist zu verstehen, dass die zuvor erwähnte Hartlotschicht, die zuvor erwähnte Hartlotfolie und die zuvor erwähnte Hartlotpastenschicht einem Hartlot vor dem Hartlotprozess entsprechen.It should be understood that the term “additional brazing layer” refers to the fluid-permeable cooler that corresponds to the end product after the brazing process. On the other hand, it should be understood that the aforementioned brazing layer, the aforementioned brazing foil and the aforementioned brazing paste layer correspond to a brazing before the brazing process.

Vorzugsweise kann/können das erste Metallteil und/oder das zweite Metallteil vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium ausgebildet sein.Preferably, the first metal part and/or the second metal part can preferably be made of copper or aluminum.

Vorzugsweise ist die Kühlstruktur mit dem mindestens einen Kontaktbereich des ersten Metallteils mittels einer weiteren Verbindungshartlotschicht verbunden. Dabei kann der mindestens eine Kontaktbereich des ersten Metallteils insbesondere auch als Verbindungsbereich des ersten Metallteils bezeichnet werden, Somit kann eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen dem ersten Metallteil und der Kühlstruktur und folglich zwischen der Kühlstruktur und dem durch den Kühlkanal strömbaren Fluid erfolgen. Dabei erstreckt sich in vorteilhafter Weise die weitere Verbindungshartlotschicht ausschließlich über den mindestens einen Kontaktbereich des ersten Metallteils. Es ist somit zu verstehen, dass gemäß der vorliegenden Erfindung Hartlot gezielt auf die Stellen, die nicht zur Verbindung des ersten Metallteils mit dem zweiten Metallteil oder zur Verbindung der Kühlstruktur mit dem ersten Metallteil dienen, gebracht wird. Eine Dicke der weiteren Verbindungshartlotschicht ist vorzugsweise gleich mit der Dicke der Zusatzhartlotschicht. Somit kann das Herstellungsverfahren des Kühlers vereinfacht werden. Bevorzugt kann eine Dicke der weiteren Verbindungshartlotschicht größer als 7,5% einer Dicke der Anordnung aus der weiteren Verbindungshartlotschicht und dem mindestens einen Kontaktbereich des ersten Metallteils betragen.Preferably, the cooling structure is connected to the at least one contact area of the first metal part by means of a further connecting brazing layer. The at least one contact area of the first metal part can in particular also be referred to as a connection area of the first metal part. Improved heat transfer can thus take place between the first metal part and the cooling structure and consequently between the cooling structure and the fluid that can flow through the cooling channel. In this case, the further connecting brazing layer advantageously extends exclusively over the at least one contact area of the first metal part. It is therefore to be understood that, according to the present invention, brazing solder is specifically applied to the locations that do not serve to connect the first metal part to the second metal part or to connect the cooling structure to the first metal part. A thickness of the further connection brazing layer is preferably the same as the thickness of the additional brazing layer. Thus, the manufacturing process of the cooler can be simplified. Preferably, a thickness of the further connection brazing layer can be greater than 7.5% of a thickness of the arrangement of the further connection brazing layer and the at least one contact area of the first metal part.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Verbindungshartlotschicht, mittels deren das erste Metallteil und das zweite Metallteil miteinander verbunden sind, als erste Verbindungshartlotschicht und die weitere Verbindungshartlotschicht, mittels deren die Kühlstruktur mit dem mindestens einen Kontaktbereich des ersten Metallteils verbunden ist, als zweite Verbindungshartlotschicht bezeichnet werden.In the context of the present invention, the connecting brazing layer, by means of which the first metal part and the second metal part are connected to one another, can be referred to as the first connecting brazing layer and the further connecting brazing layer, by means of which the cooling structure is connected to the at least one contact region of the first metal part, can be referred to as the second connecting brazing layer .

Vorzugsweise bildet die Zusatzhartlotschicht des mindestens einen Nichtkontaktbereichs des ersten Metallteils und die weitere Verbindungslotschicht zwischen dem mindestens einen Kontaktbereich des ersten Metallteils und der Kühlstruktur eine gemeinsame (kontinuierliche) Schicht. Mit anderen Worten sind vorzugsweise die Zusatzhartlotschicht des mindestens einen Nichtkontaktbereichs mit der weiteren Verbindungslotschicht des mindestens einen Kontaktbereichs verbunden.Preferably, the additional brazing layer of the at least one non-contact region of the first metal part and the further connecting solder layer between the at least one contact region of the first metal part and the cooling structure form a common (continuous) layer. In other words, the additional hard solder layer of the at least one non-contact area is preferably connected to the further connecting solder layer of the at least one contact area.

Die Verbindungshartlotschicht und/oder die Zusatzhartlotschicht des mindestens einen Nichtkontaktbereichs des ersten Metallteils und/oder die weitere Verbindungshartlotschicht zwischen dem mindestens einen Kontaktbereich des ersten Metallteils und der Kühlstruktur mit einem Material ist/sind vorzugsweise beigemischt, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Material des ersten Metallteils aufweist.The connecting brazing layer and/or the additional brazing layer of the at least one non-contact region of the first metal part and/or the further connecting brazing layer between the at least one contact region of the first metal part and the cooling structure is/are preferably mixed with a material which has a higher heat has higher conductivity than the material of the first metal part.

Vorzugsweise weist das erste Metallteil eine Mehrzahl von Nichtkontaktbereichen auf, wobei alle Nichtkontaktbereiche mit einer Zusatzhartlotschicht beschichtet sind. Mit anderen Worten steht die Kühlstruktur vorzugsweise derart in Kontakt mit dem ersten Metallteil, dass eine Mehrzahl von Nichtkontaktbereichen des ersten Metallteils gebildet sind. Vorzugsweise kann das erste Metallteil ferner eine Mehrzahl von Kontaktbereichen aufweisen, die in Kontakt mit der Kühlstruktur stehen und vorzugsweise mit der Kühlstruktur mittels einer weiteren Verbindungshartlotschicht verbunden sind. Im letzteren Fall bildet vorzugsweise die Zusatzhartlotschicht der Nichtkontaktbereiche und die weitere Verbindungshartlotschicht der Kontaktbereiche eine gemeinsame (kontinuierliche) Schicht.Preferably, the first metal part has a plurality of non-contact areas, with all non-contact areas being coated with an additional brazing layer. In other words, the cooling structure is preferably in contact with the first metal part in such a way that a plurality of non-contact areas of the first metal part are formed. Preferably, the first metal part may further have a plurality of contact areas which are in contact with the cooling structure and are preferably connected to the cooling structure by means of a further connection brazing layer. In the latter case, the additional brazing layer of the non-contact areas and the further connecting brazing layer of the contact areas preferably form a common (continuous) layer.

Vorzugsweise steht die Kühlstruktur ferner mit dem zweiten Metallteil derart in Kontakt, dass das zweite Metallteil mindestens einen Kontaktbereich und mindestens einen Nichtkontaktbereich aufweist, wobei der mindestens eine Nichtkontaktbereich des zweiten Metallteils mit einer Zusatzhartlotschicht beschichtet ist. Die mit Bezug auf das erste Metallteil und/oder den mindestens einen Kontaktbereich des ersten Metallteils und/oder den mindestens einen Nichtkontaktbereich des ersten Metallteils zuvor beschriebenen Aspekte und Merkmale können vorzugsweise analog für das zweite Metallteil und/oder den mindestens einen Kontaktbereich des zweiten Metallteils und/oder den mindestens einen Nichtkontaktbereich des zweiten Metallteils gelten.Preferably, the cooling structure is further in contact with the second metal part such that the second metal part has at least one contact area and at least one non-contact area, wherein the at least one non-contact area of the second metal part is coated with an additional brazing layer. The aspects and features previously described with reference to the first metal part and/or the at least one contact region of the first metal part and/or the at least one non-contact region of the first metal part can preferably be applied analogously for the second metal part and/or the at least one contact region of the second metal part and / or the at least one non-contact area of the second metal part applies.

Dabei können nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beide Metallteile mit einer Hartlotschicht vorplattiert, insbesondere walzplattiert, sein. Bevorzugt kann die Zusatzhartlotschicht des mindestens einen Nichtkontaktbereichs des ersten Metallteils durch die Hartlotschicht des ersten Metallteils mittels eines Hartlotprozesses vollständig gebildet sein, wobei durch die Zusatzhartlotschicht des mindestens einen Nichtkontaktbereichs des zweiten Metallteils mittels eines Hartlotprozesses durch die Hartlotschicht des zweiten Metallteils vollständig gebildet sein kann.According to an advantageous embodiment of the present invention, both metal parts can be pre-plated, in particular roll-plated, with a brazing layer. Preferably, the additional brazing layer of the at least one non-contact region of the first metal part can be completely formed by the brazing layer of the first metal part by means of a brazing process, wherein the additional brazing layer of the at least one non-contact region of the second metal part can be completely formed by the brazing layer of the second metal part by means of a brazing process.

Nach einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Zusatzhartlotschicht des mindestens einen Nichtkontaktbereichs des ersten Metallteils vollständig durch mindestens eine Hartlotfolie oder vollständig durch eine Hartlotpastenschicht mittels eines Hartlotprozesses gebildet sein, wobei die Zusatzhartlotschicht des mindestens einen Nichtkontaktbereichs des zweiten Metallteils vollständig durch mindestens eine Hartlotfolie oder vollständig durch eine Hartlotpastenschicht mittels eines Hartlotprozesses gebildet sein kann.According to an alternative advantageous embodiment of the present invention, the additional brazing layer of the at least one non-contact area of the first metal part can be formed completely by at least one brazing foil or completely by a brazing paste layer by means of a brazing process, wherein the additional brazing layer of the at least one non-contact area of the second metal part is completely formed by at least one brazing foil or can be formed entirely by a brazing paste layer using a brazing process.

Nach einer weiteren alternativen vorteilhaften Ausgestaltung kann das erste Metallteil mit einer Hartlotschicht vorplattiert, insbesondere walzplattiert, sein, wobei die Zusatzhartlotschicht des mindestens einen Nichtkontaktbereichs des ersten Metallteils durch die Hartlotschicht des ersten Metallteils mittels eines Hartlotprozesses vollständig gebildet ist. Dabei kann die Zusatzhartlotschicht des mindestens einen Nichtkontaktbereichs des zweiten Metallteils vollständig durch mindestens eine Hartlotfolie oder vollständig durch eine Hartlotpastenschicht mittels eines Hartlotprozesses gebildet sein.According to a further alternative advantageous embodiment, the first metal part can be pre-plated, in particular roll-plated, with a brazing layer, wherein the additional brazing layer of the at least one non-contact region of the first metal part is completely formed by the brazing layer of the first metal part by means of a brazing process. The additional brazing layer of the at least one non-contact area of the second metal part can be formed completely by at least one brazing foil or completely by a brazing paste layer by means of a brazing process.

Hierbei kann das erste Metallteil das Metallteil sein, das der zu kühlenden Leistungselektronik zugewandt sein soll, und das zweite Metallteil das Metallteil sein, das der zu kühlenden Leistungselektronik abgewandt sein soll, oder umgekehrt.Here, the first metal part can be the metal part that should face the power electronics to be cooled, and the second metal part can be the metal part that should face away from the power electronics to be cooled, or vice versa.

Die Variante der Hartlotpastenschicht ist insbesondere vorteilhaft, wenn das zweite Metallteil das der zu kühlenden Leistungselektronik zugewandten ist, da die Hartlotpaste auf die Unterseite des zweiten Metallteils in einfacher Weise aufgebracht werden kann.The variant of the brazing paste layer is particularly advantageous if the second metal part faces the power electronics to be cooled, since the brazing paste can be applied to the underside of the second metal part in a simple manner.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Leistungselektronik-Anordnung, die einen zuvor beschriebenen fluiddurchströmbaren Kühler und eine Leistungselektronik umfasst. Die Leistungselektronik ist am fluiddurchströmbaren Kühler angeordnet, insbesondere fixiert.The present invention further relates to a power electronics arrangement which comprises a previously described cooler through which fluid can flow and power electronics. The power electronics are arranged, in particular fixed, on the cooler through which fluid can flow.

Vorzugsweise kann die Leistungselektronik eine Leistungselektronik-Baueinheit oder mehrere Leistungselektronik-Baueinheiten umfassen. Die Leistungselektronik-Baueinheiten können auf einer oder beiden Seiten des fluiddurchströmbaren Kühlers bzw. dessen Gehäuses angeordnet sein. Mit anderen Worten kann der fluiddurchströmbare Kühler auf einer oder auf beiden Seiten mit Leistungselektronik-Baueinheiten bestückt sein.Preferably, the power electronics can comprise one power electronics unit or several power electronics units. The power electronics components can be arranged on one or both sides of the fluid-flowable cooler or its housing. In other words, the cooler through which fluid can flow can be equipped with power electronics components on one or both sides.

Eine Leistungselektronik-Baueinheit kann im Rahmen der Erfindung insbesondere auch als Leistungsmodul bezeichnet sein. Die Leistungselektronik-Baueinheit umfasst vorzugsweise eine Trägerplatte und/oder Leiterbahnen und/oder einen oder mehrere Leistungshalbleiter.Within the scope of the invention, a power electronics unit can in particular also be referred to as a power module. The power electronics unit preferably comprises a carrier plate and/or conductor tracks and/or one or more power semiconductors.

Die Leistungselektronik-Baueinheit(en) ist/sind vorzugsweise mittels einer durch einen Weichlötprozess oder einen Sinterprozess erzeugten Schicht, die somit entsprechend eine Weichlotschicht oder Sinterschicht ist, auf den fluiddurchströmbaren Kühler bzw. dessen Gehäuse gefügt.The power electronics component(s) is/are preferably joined to the fluid-permeable cooler or its housing by means of a layer generated by a soft soldering process or a sintering process, which is therefore correspondingly a soft solder layer or sintered layer.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines fluiddurchströmbaren Kühlers zum Kühlen einer Leistungselektronik, insbesondere eines zuvor beschriebenen fluiddurchströmbaren Kühlers zum Kühlen einer Leistungselektronik. Das Verfahren umfasst die Schritte:

  • • Bereitstellen eines ersten Metallteils und eines zweiten Metallteils,
  • • Bereitstellen einer Kühlstruktur,
  • • Verbinden des ersten Metallteils mit dem zweiten Metallteil mittels mindestens einer Verbindungshartlotschicht derart, dass das erste Metallteil und das zweite Metallteil einen Kühlkanal definieren, in dem die Kühlstruktur angeordnet ist, wobei die Kühlstruktur mit dem ersten Metallteil derart in Kontakt steht, dass das erste Metallteil mindestens einen Kontaktbereich und mindestens einen Nichtkontaktbereich aufweist, und
  • • Beschichten des mindestens einen Nichtkontaktbereichs des ersten Metallteils mit einer Zusatzhartlotschicht.
Furthermore, the present invention relates to a method for producing a cooler through which fluid can flow for cooling power electronics, in particular a previously described cooler through which fluid can flow for cooling power electronics. The procedure includes the steps:
  • • Providing a first metal part and a second metal part,
  • • Providing a cooling structure,
  • • Connecting the first metal part to the second metal part by means of at least one connecting brazing layer such that the first metal part and the second metal part define a cooling channel in which the cooling structure is arranged, the cooling structure being in contact with the first metal part such that the first metal part has at least one contact area and at least one non-contact area, and
  • • Coating the at least one non-contact area of the first metal part with an additional brazing layer.

Der Schritt des Beschichtens des mindestens einen Nichtkontaktbereichs des ersten Metallteils mit einer Zusatzhartlotschicht umfasst vorzugsweise das Ausschmelzen eines Hartlotes des ersten Metallteils und dessen darauffolgendes Erstarren. Wenn das erste Metallteil mit einer Hartlotschicht vorplattiert ist, umfasst der Schritt des Beschichtens vorzugsweise das Aufschmelzen der Hartlotschicht des ersten Metallteils und deren darauffolgendes Erstarren. Wenn mindestens eine Hartlotfolie benutzt wird, umfasst der Schritt des Beschichtens vorzugsweise das Aufschmelzen der mindestens einen Hartlotfolie und deren darauffolgendes Erstarren. Wenn Hartlostpaste benutzt wird, umfasst der Schritt des Beschichtens vorzugsweise das Aufschmelzen der Hartlotpaste (Hartlotpastenschicht) und deren darauffolgendes Erstarren.The step of coating the at least one non-contact area of the first metal part with an additional brazing layer preferably includes melting out a brazing alloy of the first metal part and then solidifying it. If the first metal part is pre-plated with a brazing layer, the coating step preferably comprises melting the brazing layer of the first metal part and then solidifying it. If at least one brazing foil is used, the coating step preferably comprises melting the at least one brazing foil and then solidifying it. If brazing paste is used, the coating step preferably includes melting the brazing paste (brazing paste layer) and then solidifying it.

Bevorzugt erfolgen die Schritte des Verbindens des ersten Metallteils mit dem zweiten Metallteil und des Beschichtens des mindestens einen Nichtkontaktbereichs des ersten Metallteils im selben Schritt.Preferably, the steps of connecting the first metal part to the second metal part and coating the at least one non-contact area of the first metal part take place in the same step.

Wenn die Kühlstruktur mit dem ersten Metallteil verbunden ist bzw. der mindestens eine Kontaktbereich des ersten Metallteils mit der Kühlstruktur mittels einer weiteren Verbindungshartlotschicht verbunden ist, wie oben beschrieben, können die Schritte des Verbindens des ersten Metallteils mit dem zweiten Metallteil, des Verbindens der Kühlstruktur mit dem ersten Metallteil und des Beschichtens des mindestens einen Nichtkontaktbereichs des ersten Metallteils im selben Schritt erfolgen.If the cooling structure is connected to the first metal part or the at least one contact area of the first metal part is connected to the cooling structure by means of a further connection brazing layer, as described above, the steps of connecting the first metal part to the second metal part, of connecting the cooling structure to the first metal part and the coating of the at least one non-contact area of the first metal part take place in the same step.

Wenn die Kühlstruktur ferner mit dem zweiten Metallteil derart in Kontakt steht, dass das zweite Metallteil mindestens einen Kontaktbereich und mindestens einen Nichtkontaktbereich aufweist, umfasst das Verfahren ferner bevorzugt den Schritt des Beschichtens des mindestens einen Nichtkontaktbereichs des zweiten Metallteils mit einer Zusatzhartlotschicht.If the cooling structure is further in contact with the second metal part such that the second metal part has at least one contact area and at least one non-contact area, the method further preferably comprises the step of coating the at least one non-contact area of the second metal part with an additional brazing layer.

Der Schritt des Beschichtens des mindestens einen Nichtkontaktbereichs des zweiten Metallteils mit einer Zusatzhartlotschicht umfasst vorzugsweise das Ausschmelzen eines Hartlotes des zweiten Metallteils und dessen darauffolgende Erstarren. Wenn das zweite Metallteil mit einer Hartlotschicht vorplattiert ist, umfasst der Schritt des Beschichtens vorzugsweise das Aufschmelzen der Hartlotschicht des zweiten Metallteils und deren darauffolgendes Erstarren. Wenn mindestens eine Hartlotfolie benutzt wird, umfasst der Schritt des Beschichtens vorzugsweise das Aufschmelzen der mindestens einen Hartlotfolie und deren darauffolgendes Erstarren. Wenn Hartlostpaste benutzt wird, umfasst der Schritt des Beschichtens vorzugsweise das Aufschmelzen der Hartlotpaste (Hartlotpastenschicht) und deren darauffolgendes Erstarren.The step of coating the at least one non-contact area of the second metal part with an additional brazing layer preferably includes melting out a brazing alloy of the second metal part and its subsequent solidification. If the second metal part is pre-plated with a brazing layer, the coating step preferably comprises melting the brazing layer of the second metal part and then solidifying it. If at least one brazing foil is used, the coating step preferably comprises melting the at least one brazing foil and then solidifying it. If brazing paste is used, the coating step preferably includes melting the brazing paste (brazing paste layer) and then solidifying it.

Bevorzugt erfolgen die Schritte des Verbindens des ersten Metallteils mit dem zweiten Metallteil, des Beschichtens des mindestens einen Nichtkontaktbereichs des ersten Metallteils und des Beschichtens des mindestens einen Nichtkontaktbereichs des zweiten Metallteils im selben Schritt.Preferably, the steps of connecting the first metal part to the second metal part, coating the at least one non-contact region of the first metal part and coating the at least one non-contact region of the second metal part take place in the same step.

Wenn die Kühlstruktur mit dem zweiten Metallteil verbunden ist bzw. der mindestens eine Kontaktbereich des zweiten Metallteils mit der Kühlstruktur mittels einer weiteren Verbindungshartlotschicht verbunden ist, wie oben beschrieben, kann das Verbinden der Kühlstruktur mit dem ersten Metallteil und das Verbinden der Kühlstruktur mit dem zweiten Metallteil vorzugsweise im selben Schritt erfolgen. Besonders bevorzugt können das Verbinden des ersten Metallteils mit dem zweiten Metallteil, das Verbinden der Kühlstruktur mit dem ersten Metallteil und mit dem zweiten Metallteil, das Beschichten des mindestens einen Nichtkontaktbereichs des ersten Metallteils und das Beschichten des mindestens einen Nichtkontaktbereichs des zweiten Metallteils im selben Schritt erfolgen.If the cooling structure is connected to the second metal part or the at least one contact area of the second metal part is connected to the cooling structure by means of a further connection brazing layer, as described above, connecting the cooling structure to the first metal part and connecting the cooling structure to the second metal part preferably done in the same step. Particularly preferably, the connection of the first metal part to the second metal part, the connection of the cooling structure to the first metal part and to the second metal part, the coating of the at least one non-contact region of the first metal part and the coating of the at least one non-contact region of the second metal part can take place in the same step .

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Komponenten jeweils mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. In der Zeichnung ist:

  • 1 eine schematische vereinfachte Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Leistungselektronik-Anordnung mit einer Leistungselektronik und einem fluiddurchströmbaren Kühler gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 2 eine schematische vereinfachte Schnittansicht eines fluiddurchströmbaren Kühler gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
  • 3 eine schematische perspektivische Ansicht eines Bereichs eines fluiddurchströmbaren Kühlers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Exemplary embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawing, with identical or functionally identical components each being provided with the same reference numerals. In the drawing is:
  • 1 a schematic simplified sectional view of a power electronics arrangement according to the invention with power electronics and a cooler through which fluid can flow according to a first exemplary embodiment of the invention,
  • 2 a schematic simplified sectional view of a cooler through which fluid can flow according to a second exemplary embodiment of the invention, and
  • 3 a schematic perspective view of a region of a cooler through which fluid can flow according to a third exemplary embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 eine erfindungsgemäße Leistungselektronik-Anordnung 1000 mit einer Leistungselektronik 200 und einem fluiddurchströmbaren Kühler 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.Below is with reference to the 1 a power electronics arrangement 1000 according to the invention with power electronics 200 and a cooler 100 through which fluid can flow is described according to a first exemplary embodiment of the invention.

Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Leistungselektronik 200 eine Leistungselektronik-Baueinheit 210, die auch als Leistungsmodul bezeichnet werden kann. Die Leistungselektronik-Baueinheit 210 weist eine Trägerplatte 204, Leiterbahnen 203, 205 und Leistungshalbleiter 201 auf. Die Leiterbahnen 203, 205 sind insbesondere als Kupferleiterbahnen ausgebildet, wobei die Trägerplatte 204 vorzugsweise aus Keramik ausgebildet ist.How out 1 As can be seen, the power electronics 200 includes a power electronics unit 210, which can also be referred to as a power module. The power electronics unit 210 has a carrier plate 204, conductor tracks 203, 205 and power semiconductors 201. The conductor tracks 203, 205 are designed in particular as copper conductor tracks, with the carrier plate 204 preferably being made of ceramic.

Die Leistungshalbleiter 201 sind mittels einer Schicht 202 auf die Leiterbahn 203 aufgebracht. Dabei ist die Schicht 202 insbesondere als Lot- oder Sinterschicht ausgebildet.The power semiconductors 201 are applied to the conductor track 203 by means of a layer 202. The layer 202 is designed in particular as a solder or sintered layer.

Die Leiterbahnen 203, 205 zusammen mit der Trägerplatte 204 bilden ein Leistungssubstrat. Das Leistungssubstrat und somit die Leistungselektronik-Baueinheit 210 ist mittels einer durch einen Weichlötprozess oder einen Sinterprozess erzeugten Schicht 206, die somit entsprechend eine Weichlotschicht oder Sinterschicht ist, auf den fluiddurchströmbaren Kühler 100, insbesondere auf ein erstes Metallteil 101 des Kühlers 100 gefügt.The conductor tracks 203, 205 together with the carrier plate 204 form a power substrate. The power substrate and thus the power electronics component 210 is joined to the fluid-permeable cooler 100, in particular to a first metal part 101 of the cooler 100, by means of a layer 206 generated by a soft soldering process or a sintering process, which is therefore correspondingly a soft solder layer or sintered layer.

Der fluiddurchströmbare Kühler 100 umfasst ferner ein zweites Metallteil 102, welches mit dem ersten Metallteil 101 mittels einer Verbindungshartlotschicht 103 verbunden ist. Sowohl das erste Metallteil 101 als auch das zweite Metallteil 102 sind vorzugsweise Aluminiumsteile. Insbesondere sind beide Metallteile 101, 102 als Bleche ausgebildet.The fluid-flowable cooler 100 further comprises a second metal part 102, which is connected to the first metal part 101 by means of a connecting brazing layer 103. Both the first metal part 101 and the second metal part 102 are preferably aluminum parts. In particular, both metal parts 101, 102 are designed as sheets.

Aus 1 erkennt man ferner, dass das erste Metallteil 101 ein Oberteil und das zweite Metallteil 102 ein Unterteil des Gehäuses 110 ist. Das erste Metallteil 101 ist der Leistungselektronik-Baueinheit 210 zugewandt, wobei das zweite Metallteil 102 der Leistungselektronik-Baueinheit 210 abgewandt ist. Weiterhin ist in diesem Ausführungsbeispiel das erste Metallteil 101 plattenförmig ausgebildet, wobei das zweite Metallteil 102 einen plattenförmigen Bereich und einen im Querschnitt trapezförmigen Bereich aufweist. Es ist aber auch möglich, dass das erste Metallteil 101 und das zweite Metallteil 102 andere Formen aufweisen. Das zweite Metallteil 102 kann in vorteilhafter Weise durch einen Tiefziehprozess hergestellt werden.Out of 1 It can also be seen that the first metal part 101 is an upper part and the second metal part 102 is a lower part of the housing 110. The first metal part 101 faces the power electronics assembly 210, with the second metal part 102 facing away from the power electronics assembly 210. Furthermore, in this exemplary embodiment, the first metal part 101 is plate-shaped, with the second metal part 102 having a plate-shaped area and a trapezoidal cross-sectional area. However, it is also possible for the first metal part 101 and the second metal part 102 to have other shapes. The second metal part 102 can advantageously be produced by a deep-drawing process.

Zwischen der Schicht 206 und dem Kühler 100, insbesondere zwischen der Schicht 206 und dem ersten Metallteil 101, befindet sich in vorteilhafter Weise eine Vermittlungsschicht 107, welche fest mit dem ersten Metallteil 101 verbunden ist und eine Benetzung der Schicht 206 erlaubt. Die Vermittlungsschicht 107 ist ein optionales Merkmal der Leistungselektronik-Anordnung 1000 und kann insbesondere entweder als separates Teil oder als Teil des Kühlers 100 betrachtet werden.Between the layer 206 and the cooler 100, in particular between the layer 206 and the first metal part 101, there is advantageously a mediating layer 107, which is firmly connected to the first metal part 101 and allows the layer 206 to be wetted. The network layer 107 is an optional feature of the power electronics arrangement 1000 and in particular can be considered either as a separate part or as part of the cooler 100.

Durch das erste Metallteil 101 und das zweite Metallteil 102, die im zusammengefügten Zustand ein Gehäuse 110 des Kühlers 100 bilden, ist ein Innenraum definiert, welcher als Kühlkanal 111 des Kühlers 100 dient. Mit anderen Worten definieren die miteinander verbundenen Metallteile 101, 102 den Kühlkanal 111 des Kühlers 100. Der Kühlkanal 111 ist in vorteilhafter Weise geschlossen, wobei am Gehäuse des Kühlers 100 ein Einlass und ein Auslass für das Fluid angeordnet sind.The first metal part 101 and the second metal part 102, which form a housing 110 of the cooler 100 when assembled, define an interior space which serves as a cooling channel 111 of the cooler 100. In other words, the interconnected metal parts 101, 102 define the cooling channel 111 of the cooler 100. The cooling channel 111 is advantageously closed, with an inlet and an outlet for the fluid being arranged on the housing of the cooler 100.

Im Kühlkanal 111 ist eine Kühlstruktur 1 angeordnet, die als oberflächenvergrößernde, für ein als Kühlmittel verwendete Fluid strömungsführende und wärmeübergangserhöhende Struktur dient. Insbesondere umfasst bzw. ist die Kühlstruktur 1 eine Kühlrippenstruktur. Dazu weist die Kühlrippenstruktur eine Kühlrippe 10 auf, die sich in Richtung der Länge der Kühlkanals 111 bzw. einer Durchströmungsrichtung 500 des Fluides erstreckt. In diesem Fall entspricht somit die Kühlstruktur 1 der Kühlrippe 10. Die Durchströmungsrichtung 500 entspricht insbesondere einer Hauptströmungsrichtung des als Kühlmittel verwendeten Fluides. Obwohl in diesem Ausführungsbeispiel die Kühlrippenstruktur nur eine Kühlrippe 10 aufweist, ist auch möglich, dass die Kühlrippenstruktur eine Mehrzahl von Kühlrippen 10 aufweist, die insbesondere in der Durchströmungsrichtung 500 des Fluides hintereinander angeordnet sind. Die Kühlrippe(n) 10 ist/sind als Kühlstrukturelement zu verstehen.A cooling structure 1 is arranged in the cooling channel 111, which serves as a surface-enlarging structure that guides the flow of a fluid used as a coolant and increases heat transfer. In particular, the cooling structure 1 comprises or is a cooling fin structure. For this purpose, the cooling fin structure has a cooling fin 10 which extends in the direction of the length of the cooling channel 111 or a flow direction 500 of the fluid. In this case, the cooling structure 1 corresponds to the cooling fin 10. The flow direction 500 corresponds in particular to a main flow direction of the fluid used as coolant. Although in this exemplary embodiment the cooling fin structure only has one cooling fin 10, it is also possible for the cooling fin structure to have a plurality of cooling fins 10, which are arranged one behind the other in particular in the flow direction 500 of the fluid. The cooling fin(s) 10 is/are to be understood as a cooling structural element.

Wie sich außerdem aus 1 ergibt, ist die Kühlrippe 10 aus einem sich in einer Wiederholungsrichtung 501 periodisch wiederholenden Wellenprofil gebildet. Durch die Kühlrippe 10 sind Durchgangsöffnungen 15 gebildet, durch die das Fluid durchströmen kann. Die Kühlrippe 10 ist vorzugsweise aus einem Material ausgebildet und/oder mit einem Material beschichtet, welches einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweist, der größer als 200 W/(m·K) ist. In vorteilhafter Weise kann die Kühlrippe 10 aus Aluminium hergestellt oder mit Aluminium beschichtet sein. Es ist auch möglich, dass andere wärmleitfähigen Materialien für die Kühlrippe 10 und/oder deren Schicht benutzt werden.How also from 1 results, the cooling fin 10 is formed from a wave profile that repeats periodically in a repeating direction 501. The cooling fin 10 forms through openings 15 through which the fluid can flow. The cooling fin 10 is preferably formed from a material and/or coated with a material which has a thermal conductivity coefficient that is greater than 200 W/(m K). Advantageously, the cooling fin 10 can be made of aluminum or coated with aluminum. It is also possible for other thermally conductive materials to be used for the cooling fin 10 and/or its layer.

Aus 1 kann ferner entnommen werden, dass die Kühlstruktur 1 in Kontakt mit dem ersten Metallteil 101 und mit dem zweiten Metallteil 102 steht. Dadurch entsteht eine Vielzahl von Kontaktbereichen 104 und eine Vielzahl von Nichtkontaktbereichen (freie Bereiche) 105 im ersten Metallteil 101 sowie eine Vielzahl von Kontaktbereichen 108 und eine Vielzahl von Nichtkontaktbereichen 109 im zweiten Metallteil 102. Aufgrund der bestimmten Form der Kühlrippe 10 und deren Anordnung im Kühlkanal 111 sowie der bestimmten Form des ersten Metallteils 101 und des zweiten Metallteils 102 weist in diesem Ausführungsbeispiel das erste Metallteil 101 vier Kontaktbereiche 104 und fünf Nichtkontaktbereiche (freie Bereiche) 105 auf. Entsprechend weist in diesem Ausführungsbeispiel das zweite Metallteil 102 fünf Kontaktbereiche 108 und sechs Nichtkontaktbereiche (freie Bereiche) 109 auf. Die Anzahl der Kontaktbereiche 104 und Nichtkontaktbereiche 105 des ersten Metallteils 101 und die Anzahl der Kontaktbereiche 108 und Nichtkontaktbereiche 109 des zweiten Metallteils 102 können je nach Form der Kühlstruktur 1 und deren Anordnung im Kühlkanal 101 sowie Form des ersten Metallteils 101 und des zweiten Metallteils 102 variieren.Out of 1 It can also be seen that the cooling structure 1 is in contact with the first metal part 101 and with the second metal part 102. This creates a large number of contact areas 104 and a large number of non-contact areas (free areas) 105 in the first metal part 101 as well as a large number of contact areas 108 and a large number of non-contact areas 109 in the second metal part 102. Due to the specific shape of the cooling fin 10 and its arrangement in the cooling channel 111 and the specific shape of the first metal part 101 and the second metal part 102, in this exemplary embodiment the first metal part 101 has four contact areas 104 and five non-contact areas (free areas) 105. Accordingly, in this exemplary embodiment, the second metal part 102 has five contact areas 108 and six non-contact areas (free areas) 109. The number of contact areas 104 and non-contact areas 105 of the first metal part 101 and the number of contact areas 108 and non-contact areas 109 of the second metal part 102 can vary depending on the shape of the cooling structure 1 and its arrangement in the cooling channel 101 as well as the shape of the first metal part 101 and the second metal part 102 .

Die Nichtkontaktbereiche 105 des ersten Metallteils 101 sind jeweils mit einer Zusatzhartlotschicht 11 beschichtet. Eine Dicke 50 der Zusatzhartlotschicht 11 bei jedem Nichtkontaktbereich 105 des ersten Metallteils 101 ist größer als 7,5% einer gesamten Dicke 52 der Anordnung aus dem jeweiligen Nichtkontaktbereich 104 des ersten Metallteils 101 und der Zusatzhartlotschicht 11, mit dem der jeweilige Nichtkontaktbereich 105 beschichtet ist. Die gesamte Dicke 52 der vorgenannten Anordnung entspricht mit anderen Worten der Summe aus einer Dicke 51 des jeweiligen Nichtkontaktbereichs 105 des ersten Metallteils 101 und der Dicke 50 der zugehörigen Zusatzhartlotschicht 11. Durch die vorgenannte Dicke der Zusatzhartlotschichten 11 wird eine besonders raue Oberfläche der Nichtkontaktbereiche 105 erzeugt, was zu einer turbulenten Fluidströmung und somit zur erhöhten Wärmeübertragung vom ersten Metallteil 101 auf das Fluid führt. Aus 1 ist insbesondere ersichtlich, dass das erste Metallteil 101 eine konstante Dicke aufweist, so dass die Dicken 51 aller Nichtkontaktbereiche 105 des ersten Metallteils 101 gleich sind. Ferner sind die Dicken 50 der Zusatzhartlotschichten 11, mit denen die Nichtkontaktbereiche 105 des ersten Metallteils 101 beschichtet sind, gleich.The non-contact areas 105 of the first metal part 101 are each coated with an additional brazing layer 11. A thickness 50 of the additional brazing layer 11 in each non-contact area 105 of the first metal part 101 is greater than 7.5% of a total thickness 52 of the arrangement of the respective non-contact area 104 of the first metal part 101 and the additional brazing layer 11 with which the respective non-contact area 105 is coated. In other words, the entire thickness 52 of the aforementioned arrangement corresponds to the sum of a thickness 51 of the respective non-contact area 105 of the first metal part 101 and the thickness 50 of the associated additional brazing layer 11. The aforementioned thickness of the additional brazing layers 11 creates a particularly rough surface of the non-contact areas 105 , which leads to a turbulent fluid flow and thus to increased heat transfer from the first metal part 101 to the fluid. Out of 1 It can be seen in particular that the first metal part 101 has a constant thickness, so that the thicknesses 51 of all non-contact areas 105 of the first metal part 101 are the same. Furthermore, the thicknesses 50 of the additional brazing layers 11 with which the non-contact areas 105 of the first metal part 101 are coated are the same.

Entsprechend sind die Nichtkontaktbereiche 109 des zweiten Metallteils 102 jeweils mit einer Zusatzhartlotschicht 12 beschichtet. Eine Dicke 60 der Zusatzhartlotschicht 12 bei jedem Nichtkontaktbereich 109 des zweiten Metallteils 102 ist größer als 7,5% einer gesamten Dicke 62 der Anordnung aus dem jeweiligen Nichtkontaktbereich 109 des zweiten Metallteils 102 und der Zusatzhartlotschicht 12, mit dem der jeweilige Nichtkontaktbereich 109 beschichtet ist. Durch die vorgenannte Dicke der Zusatzhartlotschichten 12 wird eine besonders raue Oberfläche der Nichtkontaktbereiche 109 erzeugt, was eine turbulente Fluidströmung und somit eine erhöhte Wärmeübertragung vom zweiten Metallteil 102 auf das Fluid bewirkt. Die gesamte Dicke 62 der vorgenannten Anordnung entspricht mit anderen Worten der Summe aus einer Dicke 61 des jeweiligen Nichtkontaktbereichs 109 des zweiten Metallteils 102 und der Dicke 50 der zugehörigen Zusatzhartlotschicht 12. Aus 1 ist insbesondere ersichtlich, dass das zweite Metallteil 102 eine konstante Dicke aufweist, so dass die Dicken 61 aller Nichtkontaktbereiche 109 des zweiten Metallteils 102 gleich sind. Ferner sind die Dicken 60 der Zusatzhartlotschichten 12, mit denen die Nichtkontaktbereiche 109 des zweiten Metallteils 102 beschichtet sind, gleich.Accordingly, the non-contact areas 109 of the second metal part 102 are each coated with an additional brazing layer 12. A thickness 60 of the additional brazing layer 12 at each non-contact area 109 of the second metal part 102 is greater than 7.5% of a total thickness 62 of the arrangement of the respective non-contact area 109 of the second metal part 102 and the additional brazing layer 12 with which the respective non-contact area 109 is coated. The aforementioned thickness of the additional brazing layers 12 creates a particularly rough surface of the non-contact areas 109, which causes a turbulent fluid flow and thus increased heat transfer from the second metal part 102 to the fluid. In other words, the entire thickness 62 of the aforementioned arrangement corresponds to the sum of a thickness 61 of the respective non-contact area 109 of the second metal part 102 and the thickness 50 of the associated additional brazing layer 12. Off 1 It can be seen in particular that the second metal part 102 has a constant thickness, so that the thicknesses 61 of all non-contact areas 109 of the second metal part 102 are the same. Furthermore, the thicknesses 60 of the additional brazing layers 12 with which the non-contact areas 109 of the second metal part 102 are coated are the same.

Aus 1 ergibt sich ferner, dass die Kontaktbereiche 104 des ersten Metallteils 101 mit der Kühlstruktur 1 bzw. der Kühlrippe 10 jeweils mittels einer weiteren Verbindungshartlotschicht 13 verbunden sind. Die weiteren Verbindungshartlote 13 weisen die gleiche Dicke auf. Ferner ist die Dicke der weiteren Verbindungshartlotschichten13 gleich mit der Dicke der Zusatzhartlotschichten 11. Die weiteren Verbindungshartlotschichten 13 und die Zusatzhartlotschichten 11 sind miteinander verbunden, so dass diese eine gemeinsame (kontinuierliche) Schicht von Hartlot bilden. Somit ist das erste Metallteil 101 mit einer Schicht von Hartlot beschichtet, die auch als erste Schicht bezeichnet werden kann und eine Dicke aufweist, die größer als 7,5% einer Summe aus der Dicke der ersten Schicht und der Dicke des ersten Metallteils 101 (gemessen an derselben Stelle) ist. Die erste Schicht weist eine gleichmäßige Dicke auf.Out of 1 It also follows that the contact areas 104 of the first metal part 101 are each connected to the cooling structure 1 or the cooling fin 10 by means of a further connecting brazing layer 13. The other connecting brazing alloys 13 have the same thickness. Furthermore, the thickness of the additional connecting brazing layers 13 is the same as the thickness of the additional brazing layers 11. The additional connecting brazing layers 13 and the additional brazing layers 11 are connected to one another so that they form a common (continuous) layer of brazing solder. Thus, the first metal part 101 is coated with a layer of braze, which can also be referred to as a first layer and has a thickness that is greater than 7.5% of a sum of the thickness of the first layer and the thickness of the first metal part 101 (measured in the same place). The first layer has a uniform thickness.

Weiterhin ist die Kühlstruktur 1 bzw. die Kühlrippe 10 mit den Kontaktbereichen 109 des zweiten Metallteils 102 jeweils mittels einer weiteren Verbindungshartlotschicht 14 verbunden. Die weiteren Verbindungshartlotschichten 14 weisen die gleiche Dicke auf. Ferner ist die Dicke der weiteren Verbindungshartlotschichten 14 gleich mit der Dicke der Zusatzhartlotschichten 12. Die weiteren Verbindungshartlotschichten 14 und die Zusatzhartlotschichten 12 sind miteinander verbunden, so dass diese eine gemeinsame (kontinuierliche) Schicht von Hartlot bilden. Somit ist das zweite Metallteil 102 mit einer Schicht von Hartlot beschichtet, die auch als zweite Schicht bezeichnet werden kann und eine Dicke aufweist, die größer als 7,5% einer Summe aus der Dicke der zweiten Schicht und der Dicke des zweiten Metallteils 102 (gemessen an derselben Stelle) ist. Die zweite Schicht weist eine gleichmäßige Dicke auf.Furthermore, the cooling structure 1 or the cooling fin 10 is connected to the contact areas 109 of the second metal part 102 by means of a further connecting brazing layer 14. The other versions Bond brazing layers 14 have the same thickness. Furthermore, the thickness of the additional connecting brazing layers 14 is the same as the thickness of the additional brazing layers 12. The additional connecting brazing layers 14 and the additional brazing layers 12 are connected to one another so that they form a common (continuous) layer of brazing solder. Thus, the second metal part 102 is coated with a layer of braze, which may also be referred to as a second layer, and has a thickness that is greater than 7.5% of a sum of the thickness of the second layer and the thickness of the second metal part 102 (measured in the same place). The second layer has a uniform thickness.

Die erste Schicht und die zweite Schicht sind miteinander verbunden, so dass das erste Metallteil 101 und das zweite Metallteil 102 im Bereich des Kühlkanals 111 vollständig mit Hartlot beschichtet sind. 1 ist ferner zu entnehmen, dass die erste Schicht und die zweite Schicht jeweils mit der Verbindungshartlotschicht 103 verbunden sind, die das erste Metallteil 101 mit dem zweiten Metallteil 102 miteinander verbindet. Die Verbindungshartlotschicht 103 weist in vorteilhafter Weise eine Dicke auf, die gleich mit der Dicke der ersten Schicht bzw. mit der Dicke der zweiten Schicht ist.The first layer and the second layer are connected to one another so that the first metal part 101 and the second metal part 102 are completely coated with brazing in the area of the cooling channel 111. 1 It can also be seen that the first layer and the second layer are each connected to the connecting brazing layer 103, which connects the first metal part 101 to the second metal part 102 together. The connection brazing layer 103 advantageously has a thickness that is equal to the thickness of the first layer or the thickness of the second layer.

Zum Herstellen des fluiddurchströmbaren Kühlers können das erste Metallteil 101 und das zweite Metallteil 102 vorzugsweise jeweils mit einer Hartlotschicht vorplattiert sein.To produce the cooler through which fluid can flow, the first metal part 101 and the second metal part 102 can preferably each be pre-plated with a brazing layer.

Nachdem die Kühlstruktur 1 in vorteilhafter Weise auf das zweite Metallteil 102 aufgesetzt wird, wird das erste Metallteil 101 auf das zweite Metallteil 102 gelegt, so dass diese mittels eines Hartlotprozesses miteinander verbunden werden können. Beim Hartlotprozess werden die Hartlotschichten der vorplattierten Metallteile 101, 102 aufgeschmolzen, wodurch nach deren Erstarren die Verbindungshartlotschicht 103, die Zusatzhartlotschichten 11, 12, und die weiteren Verbindungshartlotschichten 13, 14 (die Verbindungshartlotschicht 103, die erste Schicht von Hartlot und die zweite Schicht von Hartlot) entstehen. Der Hartlotprozess kann in einem Hartlötofen durchgeführt werden. In vorteilhafter Weise erfolgen das Verbinden des ersten Metallteils 101 mit dem zweiten Metallteil 102, das Verbinden der Kühlstruktur 1 mit dem ersten Metallteil 101 und dem zweiten Metallteil 102, das Beschichten des ersten Metallteils 101 bzw. seiner Nichtkontaktbereiche 105 mit den Zusatzhartlotschichten 11 und das Beschichten des zweiten Metallteils 102 bzw. seiner Nichtkontaktbereiche 109 mit den Zusatzhartlotschichten 12 im selben Schritt. Es sei angemerkt, dass die aufgeschmolzene Hartlotschicht des ersten Metallteils 101 aufgrund von Adhäsionskräften auf der Oberfläche bleibt und nicht runterfällt/runtertropft.After the cooling structure 1 is advantageously placed on the second metal part 102, the first metal part 101 is placed on the second metal part 102 so that they can be connected to one another using a brazing process. During the brazing process, the brazing layers of the pre-plated metal parts 101, 102 are melted, whereby after they solidify, the connecting brazing layer 103, the additional brazing layers 11, 12, and the further connecting brazing layers 13, 14 (the connecting brazing layer 103, the first layer of brazing and the second layer of brazing ) arise. The brazing process can be carried out in a brazing oven. Advantageously, the first metal part 101 is connected to the second metal part 102, the cooling structure 1 is connected to the first metal part 101 and the second metal part 102, the first metal part 101 or its non-contact areas 105 are coated with the additional brazing layers 11 and the coating is carried out the second metal part 102 or its non-contact areas 109 with the additional brazing layers 12 in the same step. It should be noted that the molten brazing layer of the first metal part 101 remains on the surface due to adhesion forces and does not fall down/drip down.

Durch die Anordnung der Leistungselektronik-Baueinheit 210 am fluiddurchströmbaren Kühler 100 und der Kühlstruktur 1 im Kühlkanal 111 kann während des Betriebs der Leistungselektronik-Baueinheit 210 erzeugte Wärme in effizienter Weise von der Leistungselektronik-Baueinheit 210 zuerst auf das erste Metallteil 101 und von dort auf ein die Kühlstruktur 1 durchströmendes Fluid übertragen und abgeführt werden. Insbesondere wird durch die erzeugte raue Oberfläche der Zusatzhartlotschichten 11, mit denen die Nichtkontaktbereiche 105 des ersten Metallteils 101 beschichtet sind, und der Zusatzhartlotschichten 12, mit denen die Nichtkontaktbereiche 109 des zweiten Metallteils 102 beschichtet sind, im Kühlkanal 111 eine turbulente Strömung des Fluides bewirkt, wodurch außer wegen der Kühlstruktur 1 eine nochmals erhöhte Kühleffizienz des Kühlers 100 erzielt wird.By arranging the power electronics assembly 210 on the fluid-permeable cooler 100 and the cooling structure 1 in the cooling channel 111, heat generated during operation of the power electronics assembly 210 can be efficiently transferred from the power electronics assembly 210 first to the first metal part 101 and from there to a The fluid flowing through the cooling structure 1 is transferred and removed. In particular, the rough surface created by the additional brazing layers 11, with which the non-contact areas 105 of the first metal part 101 are coated, and the additional brazing layers 12, with which the non-contact areas 109 of the second metal part 102 are coated, causes a turbulent flow of the fluid in the cooling channel 111. whereby, in addition to the cooling structure 1, a further increased cooling efficiency of the cooler 100 is achieved.

2 zeigt eine erfindungsgemäße Leistungselektronik-Anordnung 1000 mit einer Leistungselektronik 200 und einem fluiddurchströmbaren Kühler 100 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 shows a power electronics arrangement 1000 according to the invention with power electronics 200 and a fluid-flowable cooler 100 according to a second exemplary embodiment of the invention.

Der fluiddurchströmbare Kühler 100 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom demjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Verbindungshartlotschicht 103, die Zusatzhartlotschichten 11, 12 der Nichtkontaktbereiche 105 des ersten Metallteils 101 und der Nichtkontaktbereiche 109 des zweiten Metallteils 102, und die weiteren Verbindungshartlotschichten 13, 14 mit Partikeln 70 aus einem Material beigemischt sind, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Material des ersten Metallteils 101 und/oder des zweiten Metallteils 102 aufweist. Beispielsweise können die Partikeln 70 Gold- und/oder Silberpartikeln umfassen. Wenn das erste Metallteil 101 und/oder das zweite Metallteil 102 aus Aluminium ausgebildet ist/sind, können die dem jeweiligen Metallteil zugehörigen Schichten beispielsweise Gold- und/oder Silber- und/oder Kupferpartikeln beinhalten.The fluid-flowable cooler 100 according to the second exemplary embodiment differs from that according to the first exemplary embodiment in that the connecting brazing layer 103, the additional brazing layers 11, 12 of the non-contact areas 105 of the first metal part 101 and the non-contact areas 109 of the second metal part 102, and the further connecting brazing layers 13, 14 are mixed with particles 70 made of a material which has a higher thermal conductivity than the material of the first metal part 101 and/or the second metal part 102. For example, the particles can comprise 70 gold and/or silver particles. If the first metal part 101 and/or the second metal part 102 is/are made of aluminum, the layers associated with the respective metal part can contain, for example, gold and/or silver and/or copper particles.

3 zeigt einen Bereich eines fluiddurchströmbaren Kühler 100 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In 3 ist das erste Metallteil 101 nicht dargestellt. 3 shows a region of a fluid-flowable cooler 100 described according to a third exemplary embodiment of the invention. In 3 the first metal part 101 is not shown.

Im Gegensatz zu den fluiddurchströmbaren Kühlern 100 aus den 1 und 2 weist bei dem Kühler 100 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel die Kühlstruktur 1 bzw. die Kühlrippenstruktur eine Mehrzahl von Kühlrippen 10 auf, die in der Durchströmungsrichtung 500 des Fluides hintereinander angeordnet sind.In contrast to the fluid-flowable coolers 100 from the 1 and 2 In the cooler 100 according to the third exemplary embodiment, the cooling structure 1 or the cooling fin structure has a plurality of cooling fins 10, which are arranged one behind the other in the flow direction 500 of the fluid.

Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass zum Herstellen des Kühlers 100 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel keine vorplattierten Metallteile als das erste Metallteil 101 und das zweite Metallteil 102. Stattdessen wird zum Verbinden des ersten Metallteils 101 mit dem zweiten Metallteil 102 eine Mehrzahl von Hartlotfolien nur an Stellen benutzt, die für die Verbindung der Metallteile 101, 102 notwendig sind. Somit ist beim Kühler 100 keine gemeinsame (kontinuierliche) Schicht durch die Verbindungschichten 103 und die Zusatzhartlotschichten 12 der Nichtkontaktbereiche 109 des zweiten Metallteils 102 gebildet. Alternativ kann zum Verbinden des ersten Metallteils 101 mit dem zweiten Metallteil 102 Hartlotpaste auf das erste Metallteil 101 und/oder das zweite Metallteil 102 nur an Stellen appliziert, die für die Verbindung der Metallteile 101, 102 notwendig sind. Diese Alternative ist besonders vorteilhaft, da das Applizieren von Hartlotpaste auf die Unterseite des ersten Metallteils 101 einfacher als das Aufbringen von Hartlotfolien, da die Hartlotfolien während des Hartlotprozesses an der Unterseite des ersten Metallteils 101 gehalten werden müssen. Auf der anderen Seite bilden vorzugsweise die Zusatzhartlotschichten 12 der Nichtkontaktbereiche 109 des zweiten Metallteils 102 mit den weiteren Verbindungshartlotschichten 14 der Kontaktbereiche 108 eine gemeinsame (kontinuierliche) Schicht. Zum Bilden der Zusatzhartlotschichten 12 und der weiteren Verbindungshartlotschichten können eine oder mehrere Hartlotfolien benutzt werden, die vor dem Hartlotprozess auf das zweite Metallteil 102 im Bereich des Kühlkanals 11 gelegt werden können. Alternativ kann zum Bilden der Zusatzhartlotschichten 12 Hartlotpaste verwendet werden, die auf das zweite Metallteil 102 im Bereich des Kühlkanals 11 aufgebracht wird.Another difference is that to make the cooler 100 according to the third Embodiment no pre-plated metal parts as the first metal part 101 and the second metal part 102. Instead, to connect the first metal part 101 to the second metal part 102, a plurality of brazing foils are used only at locations that are necessary for connecting the metal parts 101, 102. Thus, in the cooler 100, no common (continuous) layer is formed by the connecting layers 103 and the additional brazing layers 12 of the non-contact areas 109 of the second metal part 102. Alternatively, to connect the first metal part 101 to the second metal part 102, brazing paste can be applied to the first metal part 101 and/or the second metal part 102 only at locations that are necessary for connecting the metal parts 101, 102. This alternative is particularly advantageous because applying brazing paste to the underside of the first metal part 101 is easier than applying brazing foils, since the brazing foils have to be held on the underside of the first metal part 101 during the brazing process. On the other hand, the additional brazing layers 12 of the non-contact regions 109 of the second metal part 102 preferably form a common (continuous) layer with the further connecting brazing layers 14 of the contact regions 108. To form the additional brazing layers 12 and the further connecting brazing layers, one or more brazing foils can be used, which can be placed on the second metal part 102 in the area of the cooling channel 11 before the brazing process. Alternatively, to form the additional brazing layers 12, brazing paste can be used, which is applied to the second metal part 102 in the area of the cooling channel 11.

Obwohl die Kühlstruktur 1 gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung eine Kühlrippenstruktur ist, ist es auch möglich, dass die Kühlstruktur 1 eine Pin-Struktur mit einem Pin oder einer Mehrzahl von Pins ist oder umfasst. Dabei ist/sind das Pin/die Pins als Kühlstrukturelement(e) wie die Kühlrippen 10 zu verstehen. Es ist ferner möglich, dass die Kühlstruktur 1 mindestens ein Kühlstrukturelement anderer Form umfasst oder eine Kühlkörperstruktur mit einem Kühlstrukturelement oder einer Mehrzahl von Kühlstrukturelementen anderer Form ist.Although the cooling structure 1 according to the previously described exemplary embodiments of the invention is a cooling fin structure, it is also possible that the cooling structure 1 is or includes a pin structure with one pin or a plurality of pins. The pin(s) is/are to be understood as cooling structural element(s) such as the cooling fins 10. It is also possible that the cooling structure 1 comprises at least one cooling structure element of a different shape or is a heat sink structure with a cooling structure element or a plurality of cooling structure elements of a different shape.

Claims (12)

Fluiddurchströmbarer Kühler (100) zum Kühlen einer Leistungselektronik (200), umfassend: • ein erstes Metallteil (101) und ein zweites Metallteil (102), die mittels mindestens einer Verbindungshartlotschicht (103) miteinander verbunden sind und einen Kühlkanal (111) definieren, der von einem Fluid durchströmbar ist, und • eine Kühlstruktur (1), die im Kühlkanal (111) angeordnet ist, und mit dem ersten Metallteil (101) derart in Kontakt steht, dass das erste Metallteil (101) mindestens einen Kontaktbereich (104) und mindestens einen Nichtkontaktbereich (105) aufweist, wobei der mindestens eine Nichtkontaktbereich (105) des ersten Metallteils (101) mit einer Zusatzhartlotschicht (11) beschichtet ist.Cooler (100) through which fluid can flow for cooling power electronics (200), comprising: • a first metal part (101) and a second metal part (102), which are connected to one another by means of at least one connecting brazing layer (103) and define a cooling channel (111) through which a fluid can flow, and • a cooling structure (1) which is arranged in the cooling channel (111) and is in contact with the first metal part (101) in such a way that the first metal part (101) has at least one contact area (104) and at least one non-contact area (105). , wherein the at least one non-contact area (105) of the first metal part (101) is coated with an additional brazing layer (11). Fluiddurchströmbarer Kühler (100) nach Anspruch 1, wobei das erste Metallteil (101) mit einer Hartlotschicht vorplattiert, insbesondere walzplattiert, ist, durch die mittels eines Hartlotprozesses die Zusatzhartlotschicht (11) zumindest teilweise gebildet ist.Cooler (100) through which fluid can flow Claim 1 , wherein the first metal part (101) is pre-plated, in particular roll-plated, with a brazing layer, through which the additional brazing layer (11) is at least partially formed by means of a brazing process. Fluiddurchströmbarer Kühler (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zusatzhartlotschicht (11) zumindest teilweise basierend auf mindestens einer Hartlotfolie und/oder einer Hartlotpastenschicht mittels eines Hartlotprozesses gebildet ist.Cooler (100) through which fluid can flow Claim 1 or 2 , wherein the additional brazing layer (11) is formed at least partially based on at least one brazing foil and/or a brazing paste layer by means of a brazing process. Fluiddurchströmbarer Kühler (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Dicke der Zusatzhartlotschicht (11) des mindestens einen Nichtkontaktbereichs (105) des ersten Metallteils (101) größer als 7,5% einer Dicke einer Anordnung aus der Zusatzhartlotschicht (11) des mindestens einen Nichtkontaktbereichs (105) des ersten Metallteils (101) und dem Nichtkontaktbereich (105) des ersten Metallteils (101) ist.Fluid-flowable cooler (100) according to one of the preceding claims, wherein a thickness of the additional brazing layer (11) of the at least one non-contact region (105) of the first metal part (101) is greater than 7.5% of a thickness of an arrangement of the additional brazing layer (11) of the at least a non-contact area (105) of the first metal part (101) and the non-contact area (105) of the first metal part (101). Fluiddurchströmbarer Kühler (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kühlstruktur (1) mit dem mindestens einen Kontaktbereich (104) des ersten Metallteils (101) mittels einer weiteren Verbindungshartlotschicht (13) verbunden ist.Fluid-flowable cooler (100) according to one of the preceding claims, wherein the cooling structure (1) is connected to the at least one contact area (104) of the first metal part (101) by means of a further connecting brazing layer (13). Fluiddurchströmbarer Kühler (100) nach Anspruch 5, wobei die Zusatzhartlotschicht (11) des mindestens einen Nichtkontaktbereichs (105) des ersten Metallteils (101) und die weitere Verbindungslotschicht (13) zwischen dem mindestens einen Kontaktbereich (104) des ersten Metallteils (101) und der Kühlstruktur (1) eine gemeinsame Schicht bilden.Cooler (100) through which fluid can flow Claim 5 , wherein the additional brazing layer (11) of the at least one non-contact region (105) of the first metal part (101) and the further connecting solder layer (13) between the at least one contact region (104) of the first metal part (101) and the cooling structure (1) form a common layer form. Fluiddurchströmbarer Kühler (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verbindungshartlotschicht (103) und/oder die Zusatzhartlotschicht (11) des mindestens einen Nichtkontaktbereichs (105) des ersten Metallteils (101) und/oder die weitere Verbindungshartlotschicht (13) zwischen dem mindestens einen Kontaktbereich (104) des ersten Metallteils (101) und der Kühlstruktur (1) mit einem Material beigemischt ist/sind, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Material des ersten Metallteils (101) aufweist.Fluid-flowable cooler (100) according to one of the preceding claims, wherein the connecting brazing layer (103) and/or the additional brazing layer (11) of the at least one non-contact region (105) of the first metal part (101) and/or the further connecting brazing layer (13) between the at least a contact area (104) of the first metal part (101) and the cooling structure (1) is/are mixed with a material which has a higher thermal conductivity than the material of the first metal part (101). Fluiddurchströmbarer Kühler (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Metallteil (101) eine Mehrzahl von Nichtkontaktbereichen (105) aufweist, wobei alle Nichtkontaktbereiche (105) mit einer Zusatzhartlotschicht (11) beschichtet sind.Fluid-flowable cooler (100) according to one of the preceding claims, wherein the first Metal part (101) has a plurality of non-contact areas (105), all non-contact areas (105) being coated with an additional brazing layer (11). Fluiddurchströmbarer Kühler (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kühlstruktur (1) ferner mit dem zweiten Metallteil (102) derart in Kontakt steht, dass das zweite Metallteil (102) mindestens einen Kontaktbereich (108) und mindestens einen Nichtkontaktbereich (109) aufweist, wobei der mindestens eine Nichtkontaktbereich (109) des zweiten Metallteils (102) mit einer Zusatzhartlotschichtschicht (12) beschichtet ist.Fluid-flowable cooler (100) according to one of the preceding claims, wherein the cooling structure (1) is further in contact with the second metal part (102) in such a way that the second metal part (102) has at least one contact area (108) and at least one non-contact area (109). has, wherein the at least one non-contact area (109) of the second metal part (102) is coated with an additional brazing layer (12). Leistungselektronik-Anordnung (1000), die einen fluiddurchströmbaren Kühler (100) nach einem der vorherigen Ansprüche und eine Leistungselektronik (200) umfasst, wobei die Leistungselektronik (200) am fluiddurchströmbaren Kühler (100) angeordnet, insbesondere fixiert, ist.Power electronics arrangement (1000), which comprises a fluid-permeable cooler (100) according to one of the preceding claims and power electronics (200), wherein the power electronics (200) is arranged, in particular fixed, on the fluid-permeable cooler (100). Verfahren zum Herstellen eines fluiddurchströmbaren Kühlers (100) zum Kühlen einer Leistungselektronik (200), insbesondere eines fluiddurchströmbaren Kühlers (100) zum Kühlen einer Leistungselektronik (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend die Schritte: • Bereitstellen eines ersten Metallteils (101) und eines zweiten Metallteils (102), • Bereitstellen einer Kühlstruktur (1), • Verbinden des ersten Metallteils (101) mit dem zweiten Metallteil (102) mittels mindestens einer Verbindungshartlotschicht (103) derart, dass das erste Metallteil (101) und das zweite Metallteil (102) einen Kühlkanal (111) definieren, in dem die Kühlstruktur (1) angeordnet ist, und mit dem ersten Metallteil (101) derart in Kontakt steht, dass das erste Metallteil (101) mindestens einen Kontaktbereich (104) und mindestens einen Nichtkontaktbereich (105) aufweist, und • Beschichten des mindestens einen Nichtkontaktbereichs (105) des ersten Metallteils (101) mit einer Zusatzhartlotschicht (11).Method for producing a cooler (100) through which fluid can flow for cooling power electronics (200), in particular a cooler (100) through which fluid can flow for cooling power electronics (200) according to one of Claims 1 until 9 , comprising the steps: • Providing a first metal part (101) and a second metal part (102), • Providing a cooling structure (1), • Connecting the first metal part (101) to the second metal part (102) by means of at least one connection brazing layer (103 ) such that the first metal part (101) and the second metal part (102) define a cooling channel (111) in which the cooling structure (1) is arranged, and is in contact with the first metal part (101) in such a way that the first Metal part (101) has at least one contact area (104) and at least one non-contact area (105), and • coating the at least one non-contact area (105) of the first metal part (101) with an additional brazing layer (11). Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verbinden des ersten Metallteils (101) mit dem zweiten Metallteil (102) und das Beschichten des mindestens einen Nichtkontaktbereichs (105) des ersten Metallteils (101) im selben Schritt erfolgen.Procedure according to Claim 11 , wherein the connecting of the first metal part (101) to the second metal part (102) and the coating of the at least one non-contact area (105) of the first metal part (101) take place in the same step.
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