DE10317259A1 - Heat sink for cooling semiconductor device, separated from housing of electronic circuitry, e.g. in explosive atmosphere, has heat sink attached to metal block attached to outer wall of housing - Google Patents

Heat sink for cooling semiconductor device, separated from housing of electronic circuitry, e.g. in explosive atmosphere, has heat sink attached to metal block attached to outer wall of housing Download PDF

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Abstract

The semiconductor device (2) is attached directly to the inner wall of the housing (3), and a heat conductor in the form of a metal block (5) is attached to the outer side of the housing. The heat sink is attached to the metal block. The semiconductor device may be attached to the inner wall via an electrical insulator.

Description

Die in elektronischen Geräten entstehende Verlustwärme muß abgeführt werden. Abhängig von der Baugröße und der Verlustleistung der Geräte kann diese ohne besondere Maßnahmen, durch Gehäuse erhöhter Wärmeleitfähigkeit oder durch besondere Maßnahmen wie Kühlkörper, Heatpipes, Luft-/Wasserkühlung etc. abgeführt werden. Die Möglichkeiten der Wärmeabfuhr werden durch weitere Bedingungen wie Berührschutz, Forderungen nach wasser-, staub- oder gasdichtigkeit eingeschränkt.The in electronic devices resulting heat loss must be removed. Dependent of the size and the Power loss of the devices can these without special measures, through housing increased thermal conductivity or by special measures such as heat sinks, heat pipes, air / water cooling etc. dissipated become. The possibilities the heat dissipation are met by additional conditions such as protection against accidental contact limited water, dust or gas tightness.

Besonders problematisch ist die Abfuhr der Verlustwärme bei elektronischen Regelgeräten in explosionsgefährdeten Bereichen. Hier unterliegen die Geräte bestimmten Schutzklassen, die einerseits z.B. mediendichtigkeit vorschreiben, zum anderen die zulässigen Oberflächentemperaturen auf sehr geringe Werte begrenzen. Hiermit wird auch die zulässige spezifische Wärmebelastung der Gehäuseoberfläche begrenzt.Especially The dissipation of the heat loss in electronic control devices in potentially explosive atmospheres is problematic Areas. Here the devices are subject to certain protection classes, which on the one hand e.g. prescribe media tightness, on the other hand the permissible surface temperatures limit to very low values. This also specifies the permissible heat stress limited the surface of the housing.

Die in elektronischen Geräten höherer Leistung auftretende Verlustleistung entsteht sowohl in der Ansteuerelektronik, wie auch in den eigentlichen Leistungshalbleitern. Während die Verlustleistung der Ansteuerelektronik über die gesamte Platine verteilt auftritt, wird die Verlustleistung der Leistungshalbleiter lokal erzeugt. Bei den üblichen Kühlmethoden wird ein einheitliches Temperaturniveau im gesamten Gehäuse angestrebt (Beisp.: PC mit Lüftern), oder die Verlustleistung der Leistungshalbleiter wirkt auf die übrige Elektronik zurück (Beisp. Leistungsverstärker mit Kühlkörpern in der Gehäusewand). Besonders nachteilig sind die üblichen Kühlmethoden, wenn die Leistungshalbleiter ein höheres Temperaturniveau ertragen, als einzelne Bauteile der Ansteuerelektronik. In diesem Fall muß die die Kühlfläche für eine sehr niedrige Temperaturdifferenz bei hoher Leistung, also sehr groß, ausgelegt werden.The in electronic devices higher Power loss occurs both in the control electronics, as in the actual power semiconductors. While the Power loss of the control electronics distributed over the entire board occurs, the power dissipation of the power semiconductors becomes local generated. With the usual cooling methods the aim is to achieve a uniform temperature level throughout the housing (Example: PC with fans), or the power dissipation of the power semiconductors affects the rest of the electronics back (Ex. Power amplifier with heat sinks in the housing wall). The usual ones are particularly disadvantageous Cooling methods if the power semiconductors a higher one Endure temperature level as individual components of the control electronics. In this case, the the cooling surface for a very low temperature difference with high performance, i.e. very large become.

Mit dieser Erfindung kann die Verlustleistung des Leistungshalbleiters zu einem großen Anteil direkt an die vom Gehäuse abgesetzte Kühlfläche übertragen werden, wobei ggf. das höhere Temperaturniveau am Leistungshalbleiter genutzt werden kann, um eine insgesamt kleinere Kühlfläche zu realisieren. Durch die Wahl eines geeigneten Abstandes zwischen Gehäuse und Kühlkörper läßt sich zudem ein Kamineffekt erzielen, welcher die Kühlung zusätzlich verbessert.With This invention can reduce the power dissipation of the power semiconductor to a big one Share directly to that of the housing transferred cooling surface be, where appropriate the higher Temperature level on the power semiconductor can be used to to realize an overall smaller cooling surface. By choosing a suitable distance between the housing and Heatsink can be achieve a chimney effect, which also improves cooling.

1 zeigt eine Ausführung entsprechend Anspruch 1. Gekennzeichnet sind: 1 shows an embodiment according to claim 1. The following are identified:

11
Kühlflächecooling surface
22
LeistungshalbleiterPower semiconductor
33
Gehäusecasing
44
Ansteuerelektronikcontrol electronics
55
wärmeleitender Metallblockthermally conductive metal block

2 zeigt eine Ausführung entsprechend Anspruch 10. Gekennzeichnet sind: 2 shows an embodiment according to claim 10.

11
Kühlflächecooling surface
22
LeistungshalbleiterPower semiconductor
33
Gehäusecasing
44
Ansteuerelektronikcontrol electronics
66
Dichtungpoetry

3 zeigt eine Ausführung entsprechend Anspruch 14. Gekennzeichnet sind: 3 shows an embodiment according to claim 14.

11
Kühlflächecooling surface
22
LeistungshalbleiterPower semiconductor
33
Gehäusecasing
44
Ansteuerelektronikcontrol electronics
77
Rahmenframe
88th
Vergußcasting

Claims (19)

Vom Elektronikgehäuse abgesetzter Kühlkörper zur Halbleiterkühlung, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauteil direkt auf der inneren Gehäusewand befestigt wird, auf der Außenseite des Gehäuses ein Wärmeleiter, insbesondere ein Metallblock, befestigt wird, auf dem der Kühlkörper befestigt wird.Heat sink for the semiconductor cooling set off from the electronics housing, characterized in that the semiconductor component is fastened directly on the inner housing wall, on the outside of the housing a heat conductor, in particular a metal block, is fastened, on which the heat sink is fastened. Vom Elektronikgehäuse abgesetzter Kühlkörper zur Halbleiterkühlung, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauteil über einen elektrischen Isolator auf der inneren Gehäusewand befestigt wird, auf der Außenseite des Gehäuses ein Wärmeleiter, insbesondere ein Metallblock, befestigt wird, auf dem der Kühlkörper befestigt wird.From the electronics housing stepped heat sink for Semiconductor cooling, characterized in that the Semiconductor device over an electrical insulator is attached to the inner housing wall the outside of the housing a heat conductor, in particular a metal block is attached, on which the heat sink is attached. Vom Elektronikgehäuse abgesetzter Kühlkörper zur Halbleiterkühlung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Wärmeleitpaste, oder -folie bei der Montage verwendet wird.From the electronics housing stepped heat sink for Semiconductor cooling according to claim 1 and 2, characterized in that an additional thermal grease, or foil is used during assembly. Vom Elektronikgehäuse abgesetzter Kühlkörper nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauteil direkt auf der inneren Gehäusewand befestigt wird, auf der Außenseite des Gehäuses ein Wärmeleiter, insbesondere ein Wärmeleitrohr (Heatpipe), befestigt wird, auf dem der Kühlkörper befestigt wird.Heat sink set apart from the electronics housing according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the semiconductor component is fastened directly on the inner housing wall, on the outside of the housing a heat conductor, in particular a heat pipe, is fastened, on which the Heatsink is attached. Vom Elektronikgehäuse abgesetzter Kühlkörper nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauteil direkt auf der inneren Gehäusewand befestigt wird, auf der Außenseite des Gehäuses ein Wärmeleiter, insbesondere eine Heatpipe welche den Kühlkörper beinhaltet, befestigt wird.From the electronics housing stepped heat sink after Claim 1, 2, 3 and 4, characterized in that the semiconductor component directly on the inner housing wall is attached on the outside of the housing a heat conductor, in particular a heat pipe which contains the heat sink is attached becomes. Vom Elektronikgehäuse abgesetzter Kühlkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusewand durchbrochen und das Halbleiterbauteil direkt auf dem Kühlkörper montiert wird.From the electronics housing offset heat sink, thereby characterized that the Pierced housing wall and the semiconductor component is mounted directly on the heat sink. Vom Elektronikgehäuse abgesetzter Kühlkörper zur Halbleiterkühlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusewand durchbrochen und das Halbleiterbauteil über einen elektrischen Isolator auf dem Kühlkörper montiert wird.From the electronics housing stepped heat sink for Semiconductor cooling, characterized in that the housing wall pierced and the semiconductor device via an electrical insulator mounted on the heat sink becomes. Vom Elektronikgehäuse abgesetzter Kühlkörper zur Halbleiterkühlung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Wärmeleitpaste, oder -folie bei der Montage verwendet wird.From the electronics housing stepped heat sink for Semiconductor cooling according to claim 6 and 7, characterized in that in addition a thermal grease, or foil is used during assembly. Vom Elektronikgehäuse abgesetzter Kühlkörper nach Anspruch 6, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauteil direkt auf einer Heatpipe befestigt wird, welche den Kühlkörper beinhaltetFrom the electronics housing stepped heat sink after Claim 6, 7 and 8, characterized in that the semiconductor component directly is attached to a heat pipe, which contains the heat sink Vom Elektronikgehäuse abgesetzter Kühlkörper nach Anspruch 6–9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung zwischen Gehäuse und Halbleiterbauteil angeordnet wird.Heatsink offset from the electronics housing Claims 6-9, characterized in that a Seal between housing and semiconductor device is arranged. Vom Elektronikgehäuse abgesetzter Kühlkörper nach Anspruch 6–9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtung zwischen Gehäuse und Kühlkörper angeordnet wird.Heatsink offset from the electronics housing Claims 6-9, characterized in that a Seal between housing and heat sink arranged becomes. Vom Elektronikgehäuse abgesetzter Kühlkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung als wärmedämmender Rahmen ausgeführt wird.Heatsink offset from the electronics housing Claim 11, characterized in that the seal as a heat insulating Frame executed becomes. Vom Elektronikgehäuse abgesetzter Kühlkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung als wärmeleitender Rahmen ausgeführt wird.Heatsink offset from the electronics housing Claim 11, characterized in that the seal as a heat conductive Frame is running. Vom Elektronikgehäuse abgesetzter Kühlkörper nach Anspruch 6–10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik im Gehäuse vergossen wird.Heatsink offset from the electronics housing Claims 6-10, characterized in that the Electronics in the housing is shed. Vom Elektronikgehäuse abgesetzter Kühlkörper nach Anspruch 11–13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik im Gehäuse einschließlich des Halbleiterbauteils bis zum Kühlkörper vergossen wird.Heatsink offset from the electronics housing Claims 11-13, characterized in that the Electronics in the housing including of the semiconductor component is cast to the heat sink. Vom Elektronikgehäuse abgesetzter Kühlkörper nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung gemäß Anspruch 11 nach dem Verguß entfernt wird.Heatsink offset from the electronics housing Claim 15, characterized in that the seal according to claim 11 removed after potting becomes. Vom Elektronikgehäuse abgesetzter Kühlkörper nach Anspruch 1–16, dadurch gekennzeichnet, daß Gehäuse und Kühlkörper durch zusätzliche, definiert wärmeleitende Elemente verbunden sind, um die Temperaturverteilung zwischen Gehäuse und Kühlkörper zu optimieren.Heatsink offset from the electronics housing Claims 1-16, characterized in that housing and Heatsink through additional defines heat conductive Elements are connected to the temperature distribution between the case and heat sink optimize. Vom Elektronikgehäuse abgesetzter Kühlkörper nach Anspruch 1–17, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper als Halterung ausgestaltet ist.Heatsink offset from the electronics housing Claims 1-17, characterized in that the Heat sink as Bracket is designed. Vom Elektronikgehäuse abgesetzter Kühlkörper nach Anspruch 1–18, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper als Schutzdach ausgestaltet ist.Heatsink offset from the electronics housing Claims 1-18, characterized in that the Heat sink as Canopy is designed.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112728335A (en) * 2021-01-27 2021-04-30 维沃移动通信有限公司 Support frame
WO2022194705A1 (en) * 2021-03-18 2022-09-22 Robert Bosch Gmbh Heat dissipating device and controller assembly

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