用于冷却汽车的电子部件的冷却装置及其制造方法与流程

1.本发明涉及一种用于冷却汽车的电子部件的冷却装置，所述冷却装置包括：
[0002]-板状的冷却通道盖，在其第一侧面上在冷却位置上固定有处于热接触中的待冷却的电子部件，并且在其与第一侧面对置的第二侧面上在冷却位置的区域中材料接合地固定有湍流垫，
[0003]-和冷却剂导向壳体，其中设置了可供冷却剂穿流的输入通道和排出通道，冷却剂导向壳体的与冷却通道盖的第二侧面流体密封地相连的盖板具有构成冷却通道的湍流垫容纳凹部，所述湍流垫容纳凹部通过冷却剂入口与输入通道流通连接并且通过冷却剂出口与排出通道流通连接，并且湍流垫嵌入湍流垫容纳凹部中。
[0004]
本发明还涉及一种制造用于冷却汽车的电子部件的冷却装置的方法，包括以下步骤：
[0005]-提供板状的冷却通道盖，在其第一侧面上在冷却位置上固定有处于热接触中的待冷却的电子部件，
[0006]-提供湍流垫，
[0007]-提供盖侧敞开的冷却剂导向壳体，其中设置了可流经冷却剂的输入通道和排出通道，
[0008]-提供用于冷却剂导向壳体的盖板，所述盖板具有构成冷却通道的湍流垫容纳凹部，其具有用于与输入通道流通连接的冷却剂入口和与排出通道流通连接的冷却剂出口，
[0009]-在冷却通道盖的与第一侧面对置的第二侧面上在冷却位置的区域中材料接合地固定湍流垫。


背景技术：

[0010]
此类冷却装置和此类制造方法在德国专利申请de 10 2020 207 966.8中进行了描述，该申请在本技术提交之日仍未公布。
[0011]
在汽车、尤其是纯电动或电混合动力汽车的功率电子件中处理较高的功率。用于此目的的电子部件、例如所谓的功率模块igbt需要冷却器来散发产生的热量。这种电子部件通常配备冷却结构，例如迷宫式的冷却翅片，其由通常的液体冷却剂环绕。这些冷却结构可以直接设置在电子部件上，并突伸到冷却剂通道(简称：冷却通道)中。然而，也已知的是，电子部件面状地与覆盖冷却通道开口的板相连并且冷却结构被安置在板状的冷却通道盖的对置的、面向通道的侧面上。
[0012]
从上面提到的专利申请中，已知用于冷却具有这种板状冷却通道盖的汽车的电子部件的冷却装置，其中要冷却的电子部件固定、尤其焊接或烧结在冷却通道盖的第一侧上的多个位置或者说点处并处于热接触中，所述点在这里分别称为冷却位置。在冷却通道盖的与第一侧相对的第二侧，在每个冷却位置的区域焊接一个湍流垫。湍流垫在此应理解为任何面状扩展且可以平行于扩展面可供冷却剂穿流湍流且将冷却剂流体激发成湍流的结构。在一般应用中，这种湍流垫的优选实施例也在本技术的上下文中描述为基于波周期相
互相移连接的波纹板材条的布置。
[0013]
冷却通道盖的第二侧面流体密封地与冷却剂导向壳体的盖板焊接，所述冷却剂导向壳体的内部布置了可供冷却剂穿流的入口通道和可供冷却剂穿流的排出通道。冷却剂导向壳体的盖板在湍流垫所在的位置有凹部，这里称为湍流垫容纳凹部，其用于形成限定在冷却位置上的、冷却剂导向壳体和冷却通道盖以及湍流垫容纳部之间的冷却通道。嵌入容纳凹部中的湍流垫分别在其背向冷却通道盖的底侧上与湍流垫容纳凹部的底部焊接。
[0014]
冷却剂能够从冷却剂导向壳体内部通过冷却剂入口(其与输入通道流通连接)到达冷却通道。冷却剂通过与排出通道流通连接的冷却剂出口又可以从冷却通道返回至冷却剂壳体的内部。
[0015]
为了制备这种已知器件，首先将电子部件焊接或烧结到冷却通道盖上，然后将后者焊接到湍流垫和冷却剂导向壳体的盖板上——如上所述。之后，冷却剂导向壳体的其余部分才固定在其盖板上。
[0016]
这种已知装置的缺点是，湍流垫和冷却通道盖之间的焊接连接、湍流垫和冷却剂导向壳体的盖板之间的焊接连接以及在冷却位置之外形成的在冷却通道盖和冷却剂导向壳体的盖板之间的全表面焊接连接(至少在熔融焊接时)需要额外的焊料层。这不仅在成本和生产方面不利。附加层还增加了冷却位置区域中冷却通道盖的厚度，使得难以冷却电子部件。此外，焊接连接通常对机械影响和较高温度不是很牢固，因此必须将相对较大的表面粘合在一起才能实现冷却装置的足够机械稳定性，这使得冷却装置的生产特别复杂。


技术实现要素：

[0017]
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种廉价的、易于生产的冷却装置，其能够对电子部件进行特别有效的冷却，以及提供一种冷却方法。
[0018]
所述技术问题利用一种用于冷却汽车的电子部件的冷却装置解决，即湍流垫一侧与冷却通道盖激光焊接，而其在不与湍流垫容纳凹部的底部构成材料接合的连接的情况下伸入湍流垫容纳凹部中，其中冷却通道盖在其第二侧面的周边上与冷却剂导向壳体的盖板激光焊接。
[0019]
所述技术问题还利用一种制造用于冷却汽车的电子部件的冷却装置的方法解决，即湍流垫借助激光焊接材料接合地固定在冷却通道盖上，并且所述盖板以在盖侧封闭冷却剂导向壳体的方式固定在冷却剂导向壳体上，之后冷却通道盖这样安置在冷却剂导向壳体的盖板上，使得固定在冷却通道盖上的湍流垫在不与湍流垫容纳凹部的底部构成材料接合的连接的情况下伸入湍流垫容纳凹部中，由此冷却通道盖在其第二侧面的周边上借助激光焊接与冷却剂导向壳体的盖板流流体密封地连接。
[0020]
在根据本发明冷却装置或根据本发明的制造方法中，湍流垫以及冷却剂导向壳体的盖板都与冷却通道盖激光焊接。激光焊接技术的使用允许使用纤细的冷却结构(例如湍流垫的优选实施方案)以及使用薄壁板用于冷却通道盖和/或冷却剂导向壳体的盖板。使用这种薄壁板作为产生废热的电子部件和引导冷却剂的冷却通道之间的层，可以更有效地冷却电子部件，因为更多热量从电子部件通过薄壁层传递到冷却剂。
[0021]
此外，根据本发明规定，湍流垫由通过冷却通道盖以及湍流垫容纳凹部的侧壁和底部构成的冷却通道壁包围，湍流垫仅在一侧与冷却通道壁连接。更确切地说，湍流垫仅与
冷却通道盖激光焊接，而它与湍流垫容纳凹部的底部之间没有材料接合连接。事实证明，将湍流垫单侧地固定到承载电子功率部件的一侧上，足以确保冷却装置的足够机械稳定性。
[0022]
事实上，根据本发明，首先在一侧将湍流垫固定在承载电子部件的冷却通道盖上，并且在另一侧冷却剂导向壳体与其盖板相连，之后，两个部分相组合，这允许将冷却通道盖简单地安置在盖板上并且在其周边上进行激光焊接，以用于构件的最终连接。因此，用于根据本发明的冷却装置的制造过程特别简单。此外，如前所述，激光焊接技术被多次使用，即既用于固定湍流垫也用于将冷却剂导向壳体的盖板固定到冷却通道盖上。这省去了机器更换。
[0023]
此外，在激光焊接步骤中已经固定在冷却通道盖上的热敏电子部件因使用高度局部作用的热连接方法(如激光焊接)而不会遭受任何损坏，这是有利的。
[0024]
为了方便起见使用湍流垫，其尺寸设计为，湍流垫在冷却通道盖放在盖板上后贴靠在湍流垫容纳凹部的底部上。在完成的冷却装置中，湍流垫也理想地贴靠在湍流垫容纳凹部的底部上。这意味着在湍流垫的底部和湍流垫容纳凹部的底部之间没有自由空间。这确保了所有经过冷却通道的冷却剂都通过湍流垫的结构穿流。通过这种方式，冷却剂通过冷却剂入口进入冷却通道，直至通过冷却剂出口再次流出所需的时间被最大化，从而使单位冷却剂体积吸收更多的热量。因此，冷却剂的吸热与湍流垫与容纳凹部的底部相间隔且部分冷却剂将沿着容纳凹部的底部流动(冷却剂不会流经湍流垫、被湍流垫转换成湍流并且在那吸收电子部件的废热)的情况相比更有效。然而，在大多数情况下，湍流垫和湍流垫容纳凹部的底部之间的很小间隙是无害的。
[0025]
在本发明的改进设计中，冷却通道盖在材料接合连接位置上附加地与冷却剂导向壳体的盖板点状地材料接合地连接，材料接合连接位置布置在冷却通道盖的第二侧面上与其外边缘相间隔并且布置在冷却位置之外。冷却通道盖不仅通过其第二侧面的周边、而且还通过材料接合连接位置与冷却剂导向壳体的盖板材料接合地相连。材料接合连接位置位于冷却通道盖的第二侧面上，但不在其外边缘上，也不位于湍流垫固定的冷却位置上。冷却通道盖与冷却剂导向壳体的盖板的额外的材料接合连接使整个冷却装置具有更高的机械稳定性。特别是，更多的冷却剂可以在更短的时间内通过冷却通道，而在冷却通道中产生更高的压力不会将冷却通道盖和冷却剂导向壳体的盖板相互远离地挤压，并允许冷却剂渗透到冷却通道盖和盖板之间的自由空间中。已经发现，如果有选择地、即在几个单独的连接点上存在额外的材料接合连接，则足以实现所述优点。因此，该实施例特别经济，因为在冷却通道盖和冷却剂导向壳体的盖板之间不需要全表面材料接合连接。
[0026]
冷却通道盖优选在材料接合连接位置上与冷却剂导向壳体的盖板熔焊连接，特别是激光焊接。与其他材料接合连接(如粘合连接和钎焊连接)相比，熔焊连接(schweiβverbindung)具有优势，这种连接面对机械影响和高温特别牢固。因此，如上所述，熔焊连接还可以承受冷却通道中的较高压力。熔焊连接也适用于具有相对较高热损失的电子部件的冷却装置。这是因为熔焊连接还可以承受更高的废热，所述废热能够通过热传导通过冷却通道盖到达材料接合连接位置。
[0027]
更优选地，材料接合连接位置构造为在冷却通道盖上的通孔，在通孔的内周处将冷却通道盖与冷却剂导向壳体的盖板熔焊连接，特别是激光焊接。通孔是冷却通道盖中的贯穿的开口，因此在将冷却通道盖放在盖板上后，盖板的表面在材料接合连接位置处可见，
并且可以被激光焊接光束触及。因此，这些通孔使得冷却通道盖与盖板在材料接合连接位置处进行了简单、高度局部的激光焊接，其中，仅仅在通孔的内周上形成焊缝。激光焊接特别有利，因为与其他焊接相比，非常薄壁的板材可用于冷却通道盖和/或冷却剂导向壳体的盖板。如上所述，这改善了电子部件的冷却。此外，激光焊接是高度局部热输入的结果，这就是为什么这种类型的连接对于固定在冷却通道盖上的热敏电子部件特别温和的原因。最后，制造过程的工作量和成本由此降低，即，激光焊接技术自始至终准备就绪，因为激光焊接技术已经用于将湍流垫的材料接合固定到冷却通道盖上，并将冷却剂导向壳体的盖板在其周边上固定在冷却通道盖上。
附图说明
[0028]
本发明的进一步细节和优点来自以下具体描述和附图。在附图中：
[0029]
图1示出冷却通道盖连同固定在冷却通道盖上的电子板件的立体图，
[0030]
图2示出湍流垫的立体图，
[0031]
图3a示出冷却剂导向壳体连同固定在冷却剂导向壳体上的盖板的立体图，
[0032]
图3b示出图3a中冷却剂导向壳体的剖面图，
[0033]
图4示出图2所示的湍流垫在图1所示冷却通道盖第二侧面上的激光焊接，
[0034]
图5示出图4所示冷却通道盖安置在图3a所示的冷却剂导向壳体的盖板上，
[0035]
图6示出冷却通道盖与图5的冷却剂导向壳体的盖板在其周边上的激光焊接，以及
[0036]
图7示出冷却通道盖与图6的冷却剂导向壳体的盖板在构成通孔的材料接合连接位置处的激光焊接。
[0037]
图中相同的附图标记表示相同或类似的元件。
具体实施方式
[0038]
图1示出了适合于制备本发明的冷却装置的板状冷却通道盖14的立体图，在其第一侧面141上相互间隔的三个电子部件12已经热接触地固定。带有铜涂层的铝板用作冷却通道盖14，在冷却通道盖上通过烧结(特别是在250℃和20mpa下利用烧结银膏的银烧结)固定电子部件12。电子部件12被固定的位置定义了冷却装置的冷却位置143。为了制备根据本发明的冷却装置，在第一步骤中设置了这样的冷却通道盖14。具体的用于将电子部件12连接到冷却通道盖14上的连接技术在本发明范畴中不是重点。然而，在任何情况下都应在电子部件12和冷却通道盖14之间建立良好的热接触。
[0039]
在图2中同样示出为制备根据本发明的冷却装置所提供的湍流垫18。湍流垫18被构造为波纹板条的阵列，它们基于波周期相互相移地相互连接。
[0040]
图3a和图3b示出了适合于制备本发明冷却装置的冷却剂导向壳体20，盖板16已经以封闭冷却剂导向壳体20的方式固定在冷却剂导向壳体上。在盖板16中可以看到三个湍流垫容纳凹部24，其可以容纳湍流垫(未标记)并形成冷却通道22。在每个湍流垫凹部24底部的中心区域设有冷却剂入口241，通过冷却剂入口冷却剂从设置在冷却剂导向壳体20中的输入通道201可以流入湍流垫容纳凹部24，从而流入冷却通道22。在运行过程中，这种冷却剂随后穿流过湍流垫并通过冷却剂出口242离开湍流垫容纳凹部24，冷却剂出口242在这里形成为湍流垫容纳凹部24的开放侧，并因此进入设置在冷却剂导向壳体20中的排出通道
202。优选地，盖板16由薄壁铝板制成，其通过在600℃下的硬焊(或称为硬钎焊)与优选同样由铝制成的冷却剂导向壳体20连接。因此，与盖板16组合的冷却剂导向壳体20可以由少量廉价的单独部件制成。
[0041]
在图4中示出为制备根据本发明的冷却装置的步骤，其中，图2中的湍流垫18通过激光焊接固定在图1所示的冷却通道盖14的第二侧面142上。为此目的，湍流垫18被放置在冷却通道盖14的第二侧面142的冷却位置143上。湍流垫18的波谷的底面与冷却通道盖14的第二侧面142接触。通过借助于激光束高度局部熔化所述接触点，将湍流垫18固定在冷却通道盖14上，从而在冷却后产生两个组件之间的材料接合的连接。
[0042]
图5示出图4所示冷却通道盖14安置在图3a所示的冷却剂导向壳体20的盖板16上。冷却通道盖14以其第二侧面142如此安置在冷却剂导向壳体20的盖板16上，使得固定在冷却通道盖14上的湍流垫18突伸到相应的湍流垫容纳凹部24中。为了获得最佳的冷却效果，湍流垫18理想地这样设计尺寸，使得在冷却通道盖14安置在盖板16上的状态中湍流垫18贴靠在它们各自对应的湍流垫容纳凹部24的底部上。湍流垫18和湍流垫容纳凹部24的底部243之间不构成材料接合的连接，因为即使将湍流垫18单侧固定在热的侧面上，也实现了冷却装置的足够机械稳定性。
[0043]
在图6中示出冷却通道盖14与图5的冷却剂导向壳体20的盖板16在其周边上的激光焊接。由此在冷却通道盖14和盖板16之间创造了流体密封的连接。
[0044]
图7最后示出了可选的、但优选的制造步骤，其中冷却通道盖14除了在周边上的材料接合连接，还在材料接合连接位置26上与冷却剂导向壳体20的盖板16焊接，特别是激光焊接。这为整个冷却装置10提供了更高的机械稳定性。这里构造成通孔的材料接合连接位置26与冷却通道盖14的外边缘相间隔，并且位于冷却位置143的外部，电子部件12安置在所述冷却位置143上。通孔26在其内周261上在构成精细焊缝的情况下与盖板16激光焊接。构件通过激光焊接的连接允许将薄壁板材用于冷却通道盖14和冷却剂导向壳体20的盖板16，从而获得具有改进的冷却效果的冷却装置20。
[0045]
总体而言，本发明用于制备本发明的冷却装置10的方法是一种特别容易实现、廉价的方法，其中固定在冷却通道盖14上的热敏的电子部件12因激光焊接的高度局部效应而不会遭受与热有关的损坏。同时，激光焊接的连接位置相对于高温和机械影响特别耐用。当然，在具体说明中讨论的实施例和图中所示的实施例仅代表本发明的说明性实施例。本领域技术人员在此处公开内容的指导下能够获得广泛的变型方案。
[0046]
附图标记清单
[0047]
10
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冷却装置
[0048]
12
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电子部件
[0049]
14
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冷却通道盖
[0050]
141
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冷却通道盖14的第一侧面
[0051]
142
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冷却通道盖14的第二侧面
[0052]
143
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冷却位置
[0053]
16
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
盖板
[0054]
18
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湍流垫
[0055]
20
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冷却器导向壳体
[0056]
201
ꢀꢀꢀꢀꢀ
输入通道
[0057]
202
ꢀꢀꢀꢀꢀ
排出通道
[0058]
22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
冷却通道
[0059]
24
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
湍流垫容纳凹部
[0060]
241
ꢀꢀꢀꢀꢀ
冷却剂入口
[0061]
242
ꢀꢀꢀꢀꢀ
冷却剂出口
[0062]
243
ꢀꢀꢀꢀꢀ
湍流垫容纳凹部24的底部
[0063]
26
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材料接合连接位置
[0064]
261
ꢀꢀꢀꢀꢀ
材料接合连接位置26的内周