DE1043432B

DE1043432B - Elektrische Schaltanordnung mit Halbleitern

Info

Publication number: DE1043432B
Application number: DES38914A
Authority: DE
Inventors: Dr Karl Siebertz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1954-04-28
Filing date: 1954-04-28
Publication date: 1958-11-13

Description

Elektrische Schaltanordnung mit Halbleitern Die Erfindung behandelt eine zu einer einheitlichen elektrischen Baugruppe in einem gemeinsamen, mit einer elektrisch isolierenden Kühlflüssigkeit ausgefüllten Gehäuse zusammengefaßte elektrische Schaltanordnung.
Es ist bekannt, elektrische Schaltanordnungen mit Elektronenröhren in einem mit einer elektrisch isolierenden Kühlflüssigkeit gefüllten, gemeinsamen Gehäuse anzuordnen, um auf diese Weise zu erreichen, daß die ganze Anordnung in sämtlichen Teilen möglichst die gleichen Temperaturänderungen erfährt. Andererseits ist es bekannt, Transistoreinheiten mit leichtem Petroleum oder Kerosin zu kühlen.
Die zu einer Baugruppe zusammengefaßte elektrische Schaltanordnung gemäß der Erfindung enthält mindestens eine Halbleiteranordnung, welche ohne Verwendung einer zusätzlichen Schutzhülle eingebaut ist. Der Hauptvorteil, der durch die Lehre der Erfindung bewirkt wird, besteht darin, daß sich eine solche Anordnung mit dem kleinsten überhaupt möglichen Rauminhalt herstellen läßt, die trotz ihrer gedrängten Bauart hinsichtlich elektrischer und mechanischer Festigkeit nichts zu wünschen übrigläßt. Erzielt wird dieser Vorteil in erster Linie durch den Verzicht auf eine besondere Schutzhülle für die verwendeten Halbleiteranordnungen. Dieser Verzicht ist nur deswegenratsam, weil das Gehäuse, welches die gesamte Anordnung enthält, gleichzeitig von einer elektrisch isolierenden Kühlflüssigkeit ausgefüllt ist, welche verhindert, daß die empfindlichen Halbleiteranordnungen seitens der übrigen im Gehäuse befindlichen Schaltelemente durch Wärmeleitung oder Wärmestrahlung in ihrer Wirkungsweise beeinträchtigt oder gar beschädigt werden.
Die Hinzunahme einer geeigneten Kühlflüssigkeit macht es möglich, daß auf eine besondere Schutzhülle der Halbleiteranordnung ohne Gefahr für dieselbe verzichtet werden und somit der Vorteil einer äußerst gedrängten Bauart der gesamten Anordnung erreicht werden kann. Das einwandfreie Zusammenwirken der Schaltung ist stets gegeben, da infolge der wirksamen Kiihlung erreicht wird, daß die ganze Anordnung in sämtlichen Teilen praktisch die gleichen Temperaturänderungen erfährt.
Das weitere Ziel der Erfindung gilt somit der Aufgabe, die elektrische und thermische Wirksamkeit der Kühlflüssigkeit möglichst groß zu gestalten. Die Kühlflüssigkeit soll demnach nicht nur gut isolieren, sonclern auch gut wärmeleitend sein. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß die Wärme der höhenbelasteten Teile infolge Konvektion der Kühlflüssigkeit auch innerhalb der Schaltanordnung ausgeglichen wird. Hierdurch werden die zwischen den einzelnen Teilen der Schaltanordnung bestehenden Temperaturverschiedenheiten stark vermindert. Die elektrisch isolierende Flüssigkeit besteht zweckmäßigerweise aus die Schaltungselemente und die Zuführungen nicht angreifenden Stoffen. Es wird daher zweckmäßig eine nicht wäßrige Flüssigkeit, gegebenenfalls hoher Dielektrizitätskonstante, vorzugsweise eine organische Flüssigkeit verwendet, in die gegebenenfalls zur Erhöhung des Wärmeleitvermögens gut wärmeleitende Teilchen, unter Umständen in kolloidaler Form oder als Aufschwemmungen, eingelagert sein können. Als besonders zweckmäßig hat sich beispielsweise ein Stoff erwiesen, der im Handel unter dem Namen Kerosin erhältKch ist.
Das Gehäuse, welches die gesamte Anordnung enthält, besteht vorteilhaft aus einem mechanisch festen und gut wärmeleitenden Stoff, z. B. einem Metall oder einem gut wärmeleitenden und gleichzeitig elektrisch isolierenden Kunststoff. Es ist ferner vorteilhaft, das Gehäuse als Durchflußkörper auszubilden und mittels einer Pumpeinrichtung dafür zu sorgen, daß sich die Schaltelemente beim Betriebe in einer Flüssigkeitsströmung befinden. Es sind zweckmäßigerweise Mittel zur intensiven Kühlung der wärmeleitenden Isolierflüssigkeit an geeigneten Stellen des Durchflußkörpers vorgesehen. Unter Umständen können, sei es an einem mit strömender oder mit ruhender Flüssigkeit versehenen Gehäuse, Kühlrippen angeordnet sein. Es kann aber auch die Gehäusewandung ganz oder teilweise als Durchflußkörper für eine Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, ausgebildet sein.
In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Einrichtung nach der Erfindung beispielsweise dargestellt. 1 bedeutet ein Gehäuse aus Kunststoff, in dem sich eine gedruckte Schaltung 2 befindet, welche mit Halbleiterelementen 3, 4 und 5 bestückt ist. 6 bedeutet ein Kabel, in welchem die Anschlüsse zu den einzelnen Schaltelementen vereinigt sind. Die Stromzuführung kann auch mit Einzeldurchführungen erfolgen, die gegebenenfalls steckera:rtig ausgebildet sind. Das Innere des Gehäuses 1 ist mit einer elektrisch isolierenden, mechanisch gut wärmeleitenden und die Schaltelemente bzw. deren Zuleitungen nicht angreifenden Flüssigkeit 7 gefüllt. Die Flüssigkeit 7 füllt den ganzen freien Raum aus und hat einen derartigen Temperaturkoeffizienten, welcher möglichst gleich demjenigen des Material; ist. aus dem das Gehäuse besteht oder mindestens von diesem nur so wenig abweicht, daß das elastische Gehäuse den Volumenschwankungen der Flüssigkeit 7 bei Temperaturänderungen nachzugeben vermac.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Zu einer einheitlichen elektrischen Baugruppe in einem gemeinsamen, mit einer elektrisch isolierenden Kühlflüssigkeit ausgefüllten Gehäuse zusammengefaßte elektrische Schaltanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Halbleiteranordnung enthält, welche ohne Verwendung einer zusätzlichen Schutzhülle eingebaut ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit -eine gut wärmeleitende, insbesondere organische Flüssigkeit, gegebenenfalls mit hoher DK, ist, welche die Halbleiteranordnung und die Schaltmittel nicht angreift.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Flüssigkeit wärmeleitende Teilchen suspendiert sind.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit und das Gehäuse der Anordnung mindestens nahezu den gleichen Temperaturkoeffizienten besitzen.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckausgleichskammer, gegebenenfalls mit elastischer Wandung, vorgesehen ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse als Durchflußkörper ausgebildet ist und Mittel vorgesehen sind, durch die die Flüssigkeit während des Betriebes der Anordnung eine Strömung ausführt.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der Anordnung aus einem gut wärmeleitenden und mechanisch festen Stoff besteht. B. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse äußerlich mit Kühlmitteln, beispielsweise Kühlrippen, versehen ist und/oder die Gehäusewandung ganz oder teilweise als Durchflußkörper für eine beliebige Kühlflüssigkeit ausgebildet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 318 844; französische Patentschrift Nr. 951914; USA.-Patentschrift Nr. 2 643 282; »Funk und Ton«, 1953, Nr. 12, S. 661.