CS203561B1 - Chladič výkonových polovodičových součástek - Google Patents

Description

Vynález se týká chladiče výkonových polovodičových součástek, například diod, tranzistorů a tyristorů.

Výkonové polovodičové součástky produkují při svém provozu značná množství tepla, které musí být s ohledem na relativně nízkou maximální přípustnou teplotu PN přechodů účinně rozptýleno. Polovodičové součástky jsou zpravidla, umístěny na jednom a nebo mezi dvěma chladicími díly, přičemž čelní strany každé součástky jsou přitlačovány vhodnou konstrukcí k planárním povrchům jednotek chladicích dílů. Teplo je odnímáno z čelních stran polovodičové součástky, vedeno stěnami jednotek chladicích dílů k chladicím žebrům a pak rozptylováno do okolní atmosféry.

Je zřejmé, že konstrukce některých konvenčních chladičů může přispívat k jejich sníženému chladicímu výkonu. Měď je velmi dobrým materiálem pro chladiče, protože její tepelná vodivost je téměř dvojnásobná než u hliníku, avšak chladiče z mědi jsou daleko nákladnější a je mnohem obtížnější je vyrobit, neboť měď musí být odlévána do vhodných forem, zatímco hliníkové jednotky je možno vyrábět protlačováním. Vzhledem k velkému množství polovodičových prvků používaných v.mnoha aplikacích jsou měděné chladiče pro běžné použití příliš drahé, i když pro určité aplikace jsou používány. Nevýhodou známých chladičů je zejména skutečnost, že objem a váha těchto jednotek vzhledem k odváděnému ztrátovému výkonu není optimální z důvodu nedokonalého rozvedení tepla a tím i nízké účinnosti chladicích žeber. U současných chladicích profilů byla žebra umístěna vždy v rovině kolmé k řezu chladičem, což způsobovalo při řazení v sestavách zahřívání následného výše položeného chladiče vzduchem vystupujícím z chladiče níže položeného.

Chladič polovodičových součástek podle vynálezu odstraňuje uvedené nevýhody a řeší daný úkol v podstatě tak, že je opatřen dvěma základními rozvodnými žebry s vrcholovým úhlem v rozmezí od 0 do 4° svírajícími vzájemně úhel 180° a vycházejícími z kořene chladiče tvořícího v kolmém řezu k podélné ose chladiče dosedací plochy tvaru elipsy, přičemž rozvodná žebra jsou na svém obvodu opatřena chladicími žebry s vrcholovým úhlem v rozmezí od 0,25 do 4° a upevňovacími zesílenými žebry opatřenými připevňovacími výstupky, připevňovacími T drážkami a pomocnými chladicími žebry.

Zařízení pro chlazení polovodičových součástek podle vynálezu je určeno zejména pro přirozené chlazení polovodičových sou203561 částek různých velikostí pouzder. V šikmém řezu chladicího profilu je dosedací plocha chladiče kruhová a chladicí žebra jsou současně nakloněna vůči horizontální rovině pod určitým úhlem, což umožňuje odvod ohřátého chladicího vzduchu do prostoru mimo sestavu nad sebou uspořádaných chladičů. Konstrukce chladicího zařízení je celohliníková, ekonomická a umožňuje jednoduché připojování a řazení do sestav. Pripevňovací prvky polovodičových součástek, například stahovací konstrukce a vývodní podložky, je možno připevňovat přímo na rozvodná žebra chladicích dílů.

Na připojeném obrázku je zobrazen příklad provedení zařízení pro chlazení polovodičových součástek podle vynálezu. Ko- , řen 1 chladiče, z něhož vycházejí dvě základní rozvodná žebra 2 s vrcholovým úhlem v rozmezí od 0 do 4°, tvoří dosedací. plochu, která má v kolmém řezu tvar elipsy s osami a, b a která v šikmém řezu profilem je kruhová. Základní rozvodná žebra 2 svírají vzájemně úhel 180° a jsou na svém obvodu opa- , třena chladicími žebry 3 s vrcholovým úhlem « v rozmezí od 0,25 do 4° a upevňo- vacími zesílenými žebry 4 opatřenými připevňovacími výstupky 6, připevňovacími T drážkami 7 a pomocnými chladicími žebry 5. Jednotlivá chladicí žebra 3 jsou umístěna od sebe ve vzájemné vzdálenosti c a mají délku d. Vnější rozměry chladicího profilu jsou e, f.

Chladicí hliníkové díly bez povrchové ochrany mají nevyhovující klimatickou odolnost a vykazují na stykové ploše s polovodičovou součástkou čásově nestabilní tepelný a elektrický odpor. Jakékoliv pokovování hliníkových chladičů, například niklování nebo kadmiování, je techonologicky obtížné, navíc uvedené povrchové vrstvy jsou porézní a špatně přilnavé. Velmi dobré vlastnosti vykazuje povrchová ochrana chladicích dílů černým eloxováním, která je vhodná zejména pro přirozené chlazení, je však příliš nákladná a nelze ji použít v kontaktní vrstvě, kterou je nutno maskovat, případně obrábět. Ekonomicky přijatelnou technologií povrchové ochrany, hliníkových chladicích dílů je chromatování, což je způsob náročný na výrobní zařízení, kterým se dosahuje zvýšené klimatické odolnosti a lze jej po-, užít ve slabé vrstvě i na kontaktní dosedací plochu. Alternativně dosedací plocha chladicího dílu může být opatřena povlakem cínu, kadmia, případně paládia, zatímco zbývající čásť plochy chladiče je opatřena černým eloxem, případně černým nátěrem.

V dosedací ploše chladicího dílu rovněž mohou být vytvořeny prostory například vybrání pro umístění vrstvy kapalného kovu v rozhraní mezi polovodičovou součástkou a chladičem, přesněji řečeno kovu, který se nachází v kapalném skupenství při provozu polovodičové součástky. Tento kov může být tvořen například eutektickou slitinoú cínu, olova, kadmia a india.

Claims (5)

1. PŘEDMĚT

   1. Chladič výkonových polovodičových součástek vyznačený tím, že je opatřen dvěma základními rozvodnými žebry (2) s vrcholovým úhlem v rozmezí od 0 do 4° svírajícími vzájemně úhel 180° a vycházejícími z kořene (1) chladiče tvořícího v kolmém řezu k podélné ose chladiče dosedací plochu tvaru elipsy, přičemž rozvodná žebra (2) jsou na svém obvodu opatřena chladicími žebry (3J a vrcholovým úhlem v rozmezí od 0,25 do 4° a upevňovacími zesílenými žebry (4) opatřenými připevňovacími výstupky (6), připevňovacími T drážkami (7) a pomocnými chladicími žebry (5).
2. 2. Chladič podle bodu 1, vyznačený tím, že je opatřen povlakem chroniátového typu.

   VYNALEZU
3. 3. Chladič podle bodu 1, vyznačený tím, že dosedací plocha chladiče je opatřena kontaktní vrstvou cínu, případně' kadmia nebo paládia, zatímco zbývající část chladiče je opatřena povlakem černého eloxu, případně černého nátěru.
4. 4. Chladič podle bodu 1, vyznačený tím, že dosedací plocha chladiče je opatřena prostory pro kov nacházející se při provozní teplotě chlazené polovodičové součástky v kapalném skupenství.
5. 5. Chladič podle bodu 1, vyznačený tím, že k rozvodným žebrům (2) jsou připevněny díly pritlačovací konstrukce chlazené polovodičové součástky.