DE1213923B

DE1213923B - Anordnung zum Kuehlen von in dem geschlossenen Gehaeuse eines elektrischen Geraetes untergebrachten Halbleiter-Bauelementen

Info

Publication number: DE1213923B
Application number: DEL39147A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Olaf Grimm; Horst Hoffmann; Dr-Ing Helmut Moczala
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1961-06-06
Filing date: 1961-06-06
Publication date: 1966-04-07
Also published as: CH412115A

Description

Anordnung zum Kühlen von in dem geschlossenen Gehäuse eines elektrischen Gerätes untergebrachten Halbleiter-Bauelementen Halbleiter-Bauelemente sind verhältnismäßig temperaturempfindlich, und sie müssen daher in dem Gerät, in dem sie verwendet werden, so angeordnet sein, daß die zulässige Grenztemperatur nicht überschritten wird. Bei der Anordnung in belüfteten oder in größeren geschlossenen Räumen, in denen die Wärmeabfuhr durch Konvektion möglich ist, werden die Halbleiter-Bauelemente auf Kühlbleche oder Kühlkörper montiert, die durch ihre großflächige Ausbildung und durch Anordnung von Kühlrippen dafür sorgen, daß die Erwärmung der Bauelemente unter einer zulässigen Grenze bleibt. Die Halbleiter-Bauelemente sind dabei so konstruiert, daß ein guter Wärmeübergang zum Kühlkörper sichergestellt ist. Die Wärmeabfuhr vom Kühlkörper erfolgt dann durch die vorbeistreichende Luft. Halbleiterelemente werden nun vielfach bei Geräten verwendet, die in Gehäusen untergebracht sind, die ihrerseits aus einer Grundplatte und einer Abdeckkappe bestehen. Die Grundplatte ist Träger des betreffenden Gerätes, und auf ihr sind auch die Halbleiter-Bauelemente befestigt. Diese Bauform wird bevorzugt, damit die Funktion des betreffenden Gerätes auch bei abgenommener Gehäusekappe überprüft und gegebenenfalls korrigiert werden kann. Die Abdeckkappe hat dabei nur die Aufgabe, die Geräteteile insbesondere auch vor Staub und Feuchtigkeit zu schützen. Ein staub- und feuchtigkeitsgeschütztes Gehäuse muß aber nach allen Seiten vollkommen dicht sein. In solchen kleinen, geschlossenen, Luft- oder staubdichten Gehäusen liegen die Verhältnisse bezüglich der Kühlung wesentlich anders, da hier praktisch keine Luftbewegung stattfindet, d. h. daß auch keine Wärmeabfuhr durch Konvektion möglich ist. Die Unterbringung von Halbleiter-Bauelementen in solchen Gehäusen bereitet also Schwierigkeiten.
Es ist bekannt, Halbleiterelemente in geschlossenen Gehäusen mittels eines wärmeableitenden Metallkörpers unter Zwischenlage einer dünnen Scheibe aus Isoliermaterial auf der Innenwand eines Behälters zu montieren. Das Halbleiterelement ist also unmittelbar an der Wand, die die Wärme ableiten soll, befestigt. Das hat aber den Nachteil, daß es von außen schlecht zugänglich ist, besonders dann, wenn das Gehäuse, in dem es sich befindet, sehr klein und eng ist.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kühlen von zusammen mit anderen elektrischen Bauelementen in dem geschlossenen Gehäuse eines elektrischen Gerätes untergebrachten Halbleiter-Bauelementen, die an Kühlblechen befestigt sind, die ihrerseits an einem in dem Gehäuse vorgesehenen Traggerüst isoliert gehaltert sind. Die erwähnten Schwierigkeiten werden nach der Erfindung dadurch vermieden, daß die Kühlbleche einerseits über aus Isolierstoff bestehende Teile für den mechanischen Aufbau der Geräteschaltung, z. B. über Leiterplatten, an dem Traggerüst gehaltert sind und andererseits bei geschlossenem Gehäuse ohne Verwendung zusätzlicher Befestigungsmittel dicht an der Gehäusewand anliegen. Die Erfindung geht also von dem Gedanken aus, daß eine gute Wärmeabfuhr in dem geschlossenem Gehäuse durch Wärmeleitung möglich ist. Eine gute Wärmeleitung wird aber erhalten, wenn die Flächen, über die die Wärme abgeführt wird, groß sind und Strecken, längs denen Wärme fließt, kurz gehalten werden. Es muß also dafür gesorgt werden, daß die Kühlbleche, auf denen sich die Halbleiter-Bauelemente befinden, großflächig sind und daß sie in einem sehr kleinen Abstand zur Gehäusewand angeordnet sind. Ein besonders guter Wärmeübergang wird erhalten, wenn die Kühlbleche unmittelbar an der Gehäusewand anliegen, weil dann die Luftzwischenschicht ganz entfällt. Der ideale Fall, daß die Kühlbleche unmittelbar an der Außenwand befestigt sind, läßt sich praktisch aber meist nicht durchführen, da die auf den Kühlblechen angebrachten Halbleiter-Bauelemente mit anderen Teilen des im Gehäuse untergebrachten Gerätes in elektrisch leitender Verbindung stehen müssen. Die Halbleiter-Bauelemente müssen daher auch an dem das im Gehäuse untergebrachte Gerät haltende Traggerüst befestigt sein. Diese Forderung erschwert die Anbringung der Kühlbleche für die Halbleiter-Baue en e an -r Gehäuseaußenwand. Die Verbindung in #h b ec e für die Halbleiter-Bauelemente mit - ein it Traggerus , Is dp d t bereitet aber insofern noch Schwieer Kil 1 gke en a as Traggerüst auch zur Halterung von Teilen dient, die selbst Wärmequellen darstellen und die ihre Temperatur auf das Traggerüst übertragen. Das Traggerüst liegt daher auf einem für die Halbleiter-Bauelemente unzulässig hohen Wärmepotential.
Nach Gedanken der Erfindung wird ein Wärmegefälle von dem Traggerüst zu den Kühlblechen für die Halbleiter-Bauelemente dadurch geschaffen, daß die Kühlbleche über schlecht wärmeleitende, verhältnismäßig lange und im Querschnitt kleine Isolatorteile an :dem Traggerüst befestigt sind. Es werden als Isolatorteile zum Halten der Kühlbleche für die Halbleiter-Bauelemente solche Teile verwendet, die für die Schaltung des im Gehäuse befindlichen Gerätes ohnehin benötigt werden. Als Isolatorteile können beispielsweise Leiterplatten, Steckerkupplungen usw. verwendet werden. Die Isolierteile können dann gleichzeitig als federnde Zwischenteile zwischen, dem Traggerüst und den Kühlblechen für die Halbleiter-Bauelemente verwendet werden und die Kühlbleche an .die Gehäusewand andrücken.
An Hand der Zeichnung sei die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In F i g. 1 ist ein Ausschnitt aus einem ringsum geschlossenen Gehäuse 1 wiedergegeben, in dem ein nicht dargestelltes elektrisches Gerät, beispielsweise ein Elektrizitätszähler, an einem Traggerüst 2 befestigt ist. Das Gehäuse besteht aus zwei Teilen, die im zusammengebauten Zustand durch eine Dichtung 3 so abgedichtet sind, daß eine Luftzirkulation zwischen Innen- und Außenraum ausgeschlossen ist. Das Gehäuse ist in seinen Abmessungen so gehalten, daß auch im Innenraum keine Konvektionsströmung entsteht. Die empfindlichen Halbleiter-Bauelemente 4 sind eng von einem Metallblech 5 umschlossen, das mit einem großflächigen Kontaktteil auf einem ebenfalls gut wärmeleitenden Kühlblech 6 befestigt ist. Das Kühlblech 6 sitzt an einem verhältnismäßig langen und im Querschnitt dünnen Isolatorteil7, das seinerseits zeit Hilfe eines mit einem Langloch 9 versehenen Haltebleches 8 an dem Traggerüst befestigt ist. Das Halteblech 8 ist so an Traggerüst angebracht, daß das Kühlblech 6 ,dicht an der Gehäusewand anliegt. Durch diese Anordnung wird einerseits die durch das Halbleiter-Bauelement 4 entwickelte Wärme durch Wärmeleitung zum Kühlblech 6 und damit an das Gehäuse abgeführt und andererseits wird durch die Zwischenschaltung des Isolierteiles 7 zwischen dem Traggerüst und dem Kühlblech erreicht, daß beim Vorhandensein von Wärmequellen am Kühlblech ein solches Wärmegefälle von der Wärmequelle zum Kühlblech 6 hin zu verzeichnen ist, daß das Kühlblech 6 auf dem verhältnismäßig niedrigen Wärmepotential des Gehäuses bleibt. Das Isolatorteil 7 stellt dabei eine Leiterplatte dar, die mit anderen Bauelementen bestückt ist, die weniger wärmeempfindlich sind.
In F i g. 2 ist eine ähnliche Anordnung wiedergegeben. Hierbei liegt ebenfalls an der Wand eines Gehäuses 1 ein Kühlblech 6 dicht an, auf der wärmeempfindliche Halbleiter-Bauelemente 4 befestigt sind. Die Halbleiter-Bauelemente befinden sich wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 mit dem Kühlblech 6 in gut wärmeleitender Verbindung. Das Kühlblech 6 selbst ist auf dem einen Teil 10 einer Steckerkupplung 10,11 angebracht. Die Steckerkupplung besteht zum großen Teil aus Isoliermaterial, so daß zwischen dem Traggerüst und .dem Kühlblech 6 auch bei dieser Anordnung eine Wärmeisolation besteht.

Claims

Patentansprüche: 1. Anordnung zum Kühlen von zusammen mit anderen elektrischen Bauelementen in dem geschlossenen Gehäuse eines elektrischen Gerätes untergebrachten Halbleiter-Bauelementen, die an Kühlblechen befestigt sind, die ihrerseits an einem in dem Gehäuse vorgesehenen Traggerüst isoliert gehaltert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlbleche einerseits über aus Isolierstoff bestehende Teile für den mechanischen Aufbau der Geräteschaltung, z. B. über Leiterplatten, an dem Traggerüst gehaltert sind und andererseits bei geschlossenem Gehäuse ohne Verwendung. zusätzlicher Befestigungsmittel dicht an der Gehäusewand anliegen.
2. Anordnung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlbleche über eine federnd ausgebildete Leiterplatte an die Gehäusewand angedrückt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Gebrauchsmuster Nr. 1789 305, 1814 467; österreichische Patentschrift Nr. 211432; »Elektronik«, Bd. 6 (1957), Heft 6, S. 180 bis 184.