DE1439022C3 - Kühlkörper für ein Halbleiterbauelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper für ein Halbleiterbauelement, mit einem Grundkörper, der eine Montagefläche für das Halbleiterbauelement aufweist sowie parallel zueinander verlaufende Kühlfahnen, die senkrecht von der der Montagefläche gegenüberliegenden Seite des Kühlkörpers abstehen.

Halbleiterbauelemente sind gewöhnlich gegen Überlastungen und stoßweise Wärmebeanspruchungen sehr empfindlich. Es _ ist daher erforderlich, solche stoßweisen Wärmebelastungen möglichst schnell abzuführen. Eine Vergrößerung der Kühlkörper allein erfüllt diese Forderungen jedoch nicht. Vielmehr muß die Wärme schon vom Halbleiterbauelement wirksam zu den Kühlfahnen abgeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlkörper der eingangs genannten Gattung so weiterzubilden, daß der Wärmewiderstand vom Halbleiterbauelement zu den Kühlfahnen klein gehalten wird.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Kühlfahnen den Grundkörper in der Ebene der Montagefläche an beiden Seiten überragen, und daß der Grundkörper die Form eines Segmentes einer Kugel, eines Zylinders oder eines polygonalen Prismas aufweist.

In der Regel besteht der Kühlkörper wie auch die Fassung der meisten Halbleiterbauelemente-Gehäuse aus Kupfer. Aus Gründen der Einsparung an Material, Gewicht und Kosten neigt man jedoch auch dazu, den Kühlkörper aus einem anderen Material, z. B. aus Aluminium zu fertigen. Da jedoch Kupfer und Aluminium in der elektrochemischen Spannungsreihe einen erheblichen Abstand voneinander haben, ist die Montagefläche, also die Kontaktfläche zwischen der Fassung des Halbleiterbauelemente-Gehäuses (Kupfer) und dem aus Aluminium bestehenden Kühlkörper besonders korrosionsgefährdet. Das läßt sich in vorteilhafter Weise dadurch verhindern, daß in den Grundkörper ein die Montagefläche aufweisender Hilfskörper aus einem Werkstoff eingesetzt wird, der in der elektrochemischen Spannungsreihe dem Material der Fassung des Halbleiterbauelement-Gehäuses möglichst nahe steht. Besondere Bedeutung kommt dabei einem in einen Grundkörper aus Aluminium eingesetzten Hilfskörper aus Kupfer zu, wenn die Fassung aus Kupfer oder versilbertem Kupfer besteht. Dieser Hilfskörper aus Kupfer gleicht außerdem die Nachteile des höheren Wärmewiderstandes von Aluminium wenigstens bei Stoßbelastung weitgehend aus.

Es sind Kühlkörper mit radial von einem Zentrum f abstehenden Kühlfahnen bekannt. Diese sind jedoch schon im Vergleich zu der eingangs genannten Gattung mit parallelen Kühlfahnen nachteilig, weil die Kühlluft — dem Weg des geringsten Widerstandes folgend — bevorzugt die äußersten Enden der Kühlfahnen überstreicht, was ein verhältnismäßig großes Temperaturgefälle zwischen der die Wärme auf den Kühlkörper übertragenden Stelle und den äußersten Enden der Kühlfahnen zur Folge hat. Beispiele für solche Kühlkörper sind aus der französischen Patentschrift 1 188 342, der deutschen Auslegeschrift 1064 639 und der französischen Patentschrift 1 206 000 bekanntgeworden.

Aus der CH-PS 3 44 786 ist ein Kühlkörper bekanntgeworden, dessen Kühlfahnen parallel zueinander verlaufen. Diese Kühlfahnen sind mit sogenannten »Durchdrückungen« versehen, die eine intensive Durchwirbelung der Kühlluft bewirken. Der schweizerischen Patentschrift ist jedoch zu entnehmen, daß die Kühlfahnen den Grundkörper in der Ebene der Montagefläche an beiden Seiten über- ^ ragen. Eine Verringerung des Wärmewiderstandes ^- vom Halbleiterbauelement zu den Kühlfahnen ist daher hierbei offensichtlich nicht beabsichtigt.

Die Erfindung wird an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.

Die F i g. 1 bis 4 zeigen einen nach der Erfindung aufgebauten Kühlkörper in vier einander entsprechenden Rissen.

F i g. 1 zeigt eine SchniUdarstellung des Kühlkörpers gemäß der Schnittlinie I-I der F i g. 3;

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Anordnung nach Fig. 1 gemäß der Schnittlinie II-II;

F i g. 3 zeigt eine Draufsicht von einer Anordnung nach Fig. 1;

F i g. 4 zeigt eine Ansicht einer Anordnung nach F i g. 2 von unten.

1 bezeichnet den Kühlkörper. Er besteht aus einem Grundkörper 2 in Form eines Segmentes einer Walze von etwa ellipsenförmigem Querschnitt, von welchem die trapezförmigen Kühlfahnen 3 ausladen. Von seiner oberen Fläche ist in den Grundkörper 2, der zusammen mit den Kühlfahnen3 z.B. aus Aluminium besteht, ein z.B. aus Kupfer bestehender Hilfskörper4 eingesetzt, z.B. von jenem umgössen.

Der Körper 4 ist für die mechanische Verbindung mit der z. B. ebenfalls aus Kupfer bestehenden Fassung des nicht besonders dargestellten Gleichrichterelementes mit einer Gewindebohrung 5 versehen. Der Körper4 und die metallische Fassung können z.B. an der Oberfläche galvanisch versilbert sein. Wie aus der Darstellung zu entnehmen ist, erstrecken sich die Kühlfahnen 3 sowohl nach unten als auch kammzinkenartig nach den Seiten von dem Grundkörper 2 aus, so daß also in wirksamer Weise Kühlmittelströmungen um den Grundkörper 2 herum und an ihm vorbei in der Achsrichtung von 4 bzw. 5 hervorgerufen werden können. Es ist weiterhin zu erkennen, daß von dem Hilfskörper4 aus der Grundkörper 2 sich nur über relativ kurze Wegstrecken erstreckt, so daß nur ein kurzer Wärmeleitungsweg in diesem Grundkörper zu den Kühlfahnen 3 vorhanden ist.

Die F i g. 2 zeigt auch die Oberflächengestaltung des Grundkörpers 2 mit Stufen 6 senkrecht zu den Flächen der Kühlfahnen. Eine zwischen den Kühlfahnen hindurchgeschickte Kühlmittelströmung wird an den Stufen 6 der Oberfläche des Grundkörpers 2 immer wieder umgelenkt, und damit werden für die Erzeugung und Erhaltung einer turbulenten Kühlmittelströmung die unter dem Begriff Anlaufeffekte bekannten günstigen Wirkungen erreicht. Der Grundkörper hat nach F i g. 2 bei diesem Ausführungsbeispiel, wie angeführt, die allgemeine Form des Segmentes eines Zylinders mit etwa ellipsenförmiger Grundfläche. Es kann statt dieser Form auch z. B. eine Kreisform oder eine andere kontinuierliche oder auch gebrochene Umfangsform, wie z. B. eine polygonale Gestalt gewählt werden.

Damit ein guter Wärmeübergang von dem Grundkörper 2 zu den Kühlfahnen 3 mit möglichst großem Querschnitt erreicht wird, wird die Wurzel 7, mit welcher die Kühlfahnen in den Grundkörper 2 übergehen, nach Möglichkeit mit einer sich erweiternden Querschnittsform gestaltet. 8 bezeichnen leistenartige Erhöhungen auf den Oberflächen der Kühlfahnen 3 zur Erzeugung von Anlaufeffekten für den Kühlmittelstrom.

Damit an der nach außen frei liegenden Übergangsstelle vom Hilfskörper4 zum Kühlkörper 3 keine Bildung eines galvanischen Elementes beim Hinzutreten eines Elektrolyten entstehen kann, kann diese Stelle durch einen Isoliermittelüberzug 9 geschützt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kühlkörper für ein Halbleiterbauelement, mit einem Grundkörper, der eine Montagefläche für das Halbleiterbauelement aufweist sowie parallel zueinander verlaufende Kühlfahncn, die senkrecht von der der Montagefläche gegenüberliegenden Seite des Kühlkörpers abstehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfahnen (3) den Grundkörper (2) in der Ebene der Montagefläche an beiden Seiten überragen, und daß der Grundkörper die Form eines Segmentes einer Kugel, eines Zylinders oder eines polygonalen Prismas aufweist.

2. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Grundkörper (2) ein die Montagefläche aufweisender Hilfskörper (4) aus einem Werkstoff eingesetzt ist, der in der elektrochemischen Spannungsreihe dem Material der Fassung des auf der Montagefläche zu befestigenden Halbleiterbauelementegehäuses möglichst nahesteht.

3. Kühlkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper aus Aluminium und der Hilfskörper bei Verwendung einer Fassung aus Kupfer aus Kupfer besteht.

4. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Grundkörpers zwischen je zwei Kühlfahnen mit senkrecht zur Fläche der Kühlfahnen verlaufenden Leisten oder stufenartigen Erhöhungen versehen ist.

5. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Kühlfahnen zur Erzielung von Anlaufeffekten leistenartige Erhöhungen aufweisen.