DE1439407A1

DE1439407A1 - Anordnung zur Transistorkuehlung

Info

Publication number: DE1439407A1
Application number: DE19641439407
Authority: DE
Inventors: Augustin Slowioczek
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-06-30
Filing date: 1964-06-30
Publication date: 1969-03-27

Description

Siemens & Halske Aktiengesellschaft

3 QJUN1196 4

München, den
Wittolsbacher Platz 2

ρλ 64/2493

Anordnung zur Transistorkühlung

Dio in einen Transistor auftretende Verlustv/ärme, d.h. die in Wärme umgesetzte Verlustleistung, wird über den Emitter-, Kollektor- oder Basisancchluß an dao Transistorgehäuse abgeleitet und, von dort hauptsächlich durch Konvektion an die Umgobungoluft abgegeben. Bei größeren in der Zeiteinheit

St/Bla

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auftretenden Verlustwärmemengen wird die Gehäuseoberfläche dabei durch ein angesetztes Kühlblech z.T. wesentlich vergrößert. .

Aus Gründen der Potentialtrennung ist nun oftmals eine elektrische Isolation des Transistorgehäuses von dem Kühlblech erforderlich, wobei infolge der stark unterschiedlichen Wärmoleitwerte des Transistorgehäuses und der einzufügenden Isolationsschicht ein Wärmestau auftritt, der eine Erhöhung der Sperrschichttemperatur des Transistors zur Folge hat und damit dessen Belastbarkeit oder Lebensdauererwartung beeinträchtigt. Anders ausgedrückt, ergibt sich der Wärmewiderstand der aus dem Transistor und der Isolationsschicht bestehenden Gesamtanordnung aus der Summe der V/ärmewiderstände beider Teile, Isolationsmaterialien, die gleichzeitig gute elektrische Isolationseigenschaften und eine zur Vermeidung vorstehender Nachteile genügend große Wärmeleitfähigkeit in sich vereinigen, sind bisher noch'nicht entwickelt worden. Bekannte andere Methoden zur Vergrößerung der Kühlwirkung, wie beispielsweise eine zusätzliche Iiuftstrorakühlung oder die Ausnützung des Poltiereffekts, sind jedoch oftmals zu aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise den bei den bekannten, isoliert angeordneten Transisto-

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ren durch die Eigenschaften der !isolationsschicht auftreten« den Wärmeαtau zu verhindern und eine möglichst weitgehende Ausnutzung der vollen Belastbarkeit zu erreichen, die ein nicht isoliert angeordneter Transistor bei gleichen Abmessungen des Kühlbleches aufweist. Dies v/ird bei einer Anordnung zur Kühlung eines Transistors, der unter Zwischenfügung einer elektrischen Isolationsschicht auf einem Kühlblech befestigt ist, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zwischen die Isolationsschicht und die Grundfläche des Transiotorgehäuse3 eine Kontaktplatto großer Yfärmoleitfähigkeit eingefügt ist, die eine gegenüber der Grundfläche vergrößerte Fläche aufweist, wobei die Fläche der Isolationsschicht entsprechend vergrößert ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieleo näher beschrieben'. Die Figur zeigt dabei schematisch ein Transistorgehäuse 1, eine Kontaktplatte 2, eine Isolationsschicht 3 und ein Kühlblech 4· Eine vertikale Anordnung des z.B. aus Aluminium bestehenden Kühlbleches 4 begünstigt dabei die durch Konvektion erfolgende Wärmeabgabe an die Umgebungsluft. Wird eine horizontale Anordnung vorgesehen, so muß die Kühlblechfläche bei gleicher Kühlwirkung etwa um den Faktor 1,3 vergrößert werden, während eine Schwärzung des Kühlbleches bei gleicher Y/irksamkeit eine Verringerung der Fläche um etwa 30$ er-

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laubt. Die Größe der Kühl fluche richtet eich in bekannter .· Weise nach der in der Zeiteinheit abzuführenden Y/ärmemenge und nach den zulässigen Temperaturunterschied zwischen dem Transistörgehä'usc und der tJmgebungsluft» Mo in der Zeiteinheit abzuführende Wärmemenge ist dabei der am Transistor auftretenden V-erluot leistung direkt proportional.

Geht man von den Temperaturverhältnissen aus/ die eich für einen direkt auf dem Kühlblech A aufgesetzten Transistor 1 ergeben und bezeichnet die sich bei einer bestimmten Verlustleistung ergebende Temperatur des Transistorgehäusea mit T1, so entsteht bei.zusätzlicher Einfügung einer Isolationsschicht" 3 (z.B. aus Kunststoff, Glimmer oder eloxierten Aluminium) eine Erhöhung der Temperatur auf T2, wobei T2 um den Faktor .

\ + B₁ ■

größer ist als T1. Hierbei bedeuten R_v/ den Wärmev/iderstand des Transistors, R. den Wärmev/iderstand der Isolationsschicht 3.

Durch die zwischen die Isolationsschicht 3 und die Gründfläche des Transistors 1 zwischengefügto Kontaktplatto 2 kann erreicht werden, daß die Temperaturdifferenz ΔΤ zwischen der Transistortemperatur und der Kühlblochtemperatur

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bei dem isoliert aufgesetzten Transistor nicht größer ist als bei den direkt aufgesetzten. Zu diesem Zweck muß jedoch die Fläche F2 der Kontaktplatte gegenüber der Grundfläche P1 des Transiatorgehäuses entsprechend der nachfolgenden Beziehung vergrößert werden, wobei die Plächo der Isolationsschicht der Kontaktplattenfläche zumindest größenmäßig angeglichen werden muß:

2 ~ X₂ * Cf₁ 1
Hierbei bedeuten

X.J ... Wärmeleitzahl des KühT)leche3

Xg ... Wärmeleitzahl der Isolationsschicht

e/\ ... Abstand Transistorgrundfläche-Kontaktplatte (z.B. ¹ 0,5 · 10-5 mn)

t/l, · · · Stärke der Isolationsschicht

Me Wärmeleitfähigkeit der Kontaktplattc ist dabei größer zu wählen als die Wärmeleitfähigkeit des KüKtoleches und der Isolationsschicht. Bei Einhaltung dieser Bemessungsregeln ergibt sich unter gleichen Belastungsverhältnissen für den isoliert auf dem KüKblech angeordneten Transistor eine Betriebstemperatur, die. der weiter oben mit T1 bezeichneten eines nicht isoliert, d.h. direkt auf dem Kühlblech, angeordneten Transistor gleichkommt.

Z\7eckmäßigerv/eiso wird die Stärke der Kontaktplatto 2 so gewählt, daß die Anschlußleitungen für die Transistorelektroden

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durch Bohrungen zugeführt werden können. Dies is.t in der Pigur durch eine gestrichelte Anschlußleitung 5 angedeutet.

Durch die Anordnung nach der Erfindung ergibt sich die Möglichkeit einer besonders vorteilhaften Ausnutzung von Gerätefrontplatten oder Chassisoberflächen als Kühlbleche für eine Mehrzahl isoliert auf ihnen angeordneter Transistoren, wobei trotz Zwischenschaltung eines Isolationsmaterials die für direkt an den Kühlblechen befestigte Transistoren unter Beachtung einer bestimmten zulässigen G-renztemperatur definierte Kollektorleistung unvermindert ausgenutzt v/erden kann.

4 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

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Patentansprüche

Anordnung zur Kühlung eines !transistors, der unter Zv/ischenfügung einer elektrischen Isolationsschicht auf einen Kühlblech befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Isolationsschicht (3) und die Grundflä* ehe des TranBistorgehäusea (1) eine Kontaktplatte (2) großer Wärmeleitfähigkeit eingefügt ist, welche eine gegenüber der Grundfläche vergrößerte Fläche aufweist, wobei die Flüche der Isolationsschicht entsprechend vergrößert.iot.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüche der Kontaktplattο (2) nach der folgenden Be ziehung bemessen ist:

^λ1 ^2

F — -JL —_ τ?

(F- ... Grundfläche des Transistorgehäuses

Fg ... Fläche der Kontaktplatte

λ.] ... Wärmeleitzahl des Kühlblechea

\g · ·. Wärmeleitzahl der Isolationsschicht

C^ ... Abstand Transistorgrundfläche~Kontaktplatto

C^₂ ··· Stärke der Isolatitmis'schicht ) ■ '

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'3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktplattο (2) Bohrungen zur Herausführung der Anschlußleitungen (5) für die !Transistorelektroden aufweist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlblech aus einem Gerätechassisteil und/oder einer Gerätefrontplatte besteht.

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