DE1614111A1

DE1614111A1 - Kuehlanordnung fuer mehrere Halbleiterbauelemente mit zwischen den Halbleiterelementen liegenden fluessigkeitsdurchstroemten Kuehlkoerpern

Info

Publication number: DE1614111A1
Application number: DE19671614111
Authority: DE
Inventors: Heinz Walter
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1967-12-21
Filing date: 1967-12-21
Publication date: 1970-04-02

Description

Kühlanordnung für mehrere Halbleiterelemente mit zwischen den Halbleiterelementen liegenden flüssigkeitsdurchströmten Kühlkörpern In legten Zeit sind Halbleiterelemente, insbesondere Thyristoren, bekanntgeworden, die in Form einer Scheibe ausgebildet sind und im Gegensatz. zu den konventionellen Elementen von beiden Seiten gekühlt werden können. Diese.schebenfÖrmigen:Elemente können daher wegen der besseren Wärmeabfuhr wesentlich höher belastet werden. Es ist bekannt, derartige Elemente entweder mit Kühlkörpern für eine Luftkühluüg oder mit dosenähnlichen-Kühlkörpern für eise Flüssigkeitokiihlung zu versehen. Ferner ist auch-bekannt, mehrere derartige Halbleiterelemente zu einer Baugruppe übereinander zu stapeln und zwischen den Halbleiterelementen jeweils flüssigkeitsdurchströmte Kühlkörper anzuordnen. Die Eirilal3- bzw. Ausläßatutzen der übereinander liegenden Kühlkörper sind dabei-über Schläuche mit Kühlflüssigkeitssammelschienen-verbunden. Diese bekannten Anordnungen besitzen mehrere Nachteile. Auf Grund der vielen Schlauchverbindungen Ergibt sich ein komplizierter, unübersichtlicher und. im Hinblick auf den. Platzbedarf aufwendiger Stromrichteraufbau, der darüber hinaus noch als relativ unzuverlässig angesehen werden muss. Hinzu kommt, daß die verwendeten dosenähnlichen Kühlkörper kompliziert herzustellen und demzufolge entsprechend teuer sind. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlanordnung für mehrere zu einer Baugruppe übereinander gestapelte Halbleiterelemente zu schaffen, die unter Verwendung unkomplizierter und leicht. herstellbarer Zubehörteile in einfacher Weise zusammengebaut werden kann und einen übersichtlichen, platzsparenden und sehr sicheren Stromrichteraufbau ermöglicht.
Demzufolge betrifft die Erfindung eine Kühlanordnung-für mehrere zu einer Betgruppe übereinandergestapelte Halbleiterelemente mit zwischen. den 8Ubleiterelementen liegenden flüssigkeitsdurchströmten Kühlkörpern. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente, die Kühlkörper und Verbindungsbuchsen,.die jeweils die Einlaßöffnung der verschiedenen Kühlkörper und jeweils die Auslaßöffnung der verschiedenen Kühlkörper verbinden, in der Weise zusammengebaut ` sind,- dä:B diese cfne in sich. geschlossene kompakte Baueinheit bilden, in der.die über die Einlaßöffhungen bzw. Auslal3-öffnungen der Kühlkörper miteinander verbundenen Verbindungsbuchsen Sammelleitungen für die zu- bzw. abfließende Kühl--flüssigkeit darstellen: ._ -In Weiterbildung der Erfindung werden die: Kühlkörper, die jeweils eine Einlaß- und eire Auslaßö-ffnung besitze, aus zwei, vorzugsweise gleichen, mit Rippen versehenen Teilen zusammengesetzt, wobei durch die Rippen der zusammengesetzten Teile ein die Einlaßöfgnung mit der Auslaßöffnung verbindender- gtihlkanal entsteht.
Die Erfindung und weitere Ausgestaltungen der .Erfindung seien en Hand einen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbespieles näher erläutert: -In Fig: 1 ist eine derartige Baugruppe schematisch dargestellt. Selbstverständlich kann auch eine andere als die dargestellte Einbaulage .gewählt werden Mn :erkennt, daß abwechselnd ein Kehlkörper 2 und ein Halbleiterelement 1 übere.nanäer gesta-pelt sind, so daß beide Seiten der Halbleiterelemente intensiv gekühlt werden. ,Jeweils die Einla$öffnungen 24 und jeweils die Ausiaßöffnungen 25 -der verschiedenen 'gühlkö-Fer 2 sind über Verbindungsbuchsen 3 miteinander verbunden. Die Verbindungsbuchsen 3 bilden dadurch Sammelleitungen für die Über -das Ansehlußstück 5 zufliessende und über das Ahschlußstück 6 abfliessende Kühlflüssigkeit. Die Kühlkörper 2 -bestehen jeweils aus zwei, vorzugsweise gleichen, mit Rippen 23 versehenee Teilen 21 und 22a .Die zusammengesetzten Teile ergeben einen Kühlkörper, bei dem durch die übereinander liegenden Rippen 23- ein Kühlkanal gebildet wird, der die Ei nlaßöffnung 24 mit der Auslaßöffnung 25 des Kühlkörpers"verbindet,. Fig. 2 stellt einen.5chnitt der Baugruppe bei IIIII dar und läßt diese Einzelheiten erkennen. 'Die-Kühlkörperteile können entweder unlösbar, z. B. durch Schweißen oder höten,_oder lösbar miteinander verbunden werden. Eine lösbare Verbindung kann z. B. mit Hilfe einer Spannvorrichtung erfolgen, wobei für eine ausreichende Abdichtung gesorgt werden muB. Die Kühlkörper 2 an den Baden der Baugruppe»sind in Fig. 1 in gleicher Weise aufgebaut-wie die übrigen Kühlkörper der Baugruppe. Es ist-jedoeh auch möglich, die Eadkühlkörper mit einem Kühlkanal zu vorsehen, der für den halben Kühlmitteldurahfluß benennen ist, so daB-für sämtliche Halbleiterele- mente 1 die gleichen Eiihlbedinmingen vorliegen Anschlüsse für die Stromzufuhr und "für die Stroaabfuhr sind nicht be-sonders dargestellt worden. Dis Verbindungsbuchsen 3 bestehen aua Ij..liernaterial. Durch Verwendung eines Isolie.rmateriala mit aufgedempftem Leite Mtorial oder durch Verwendung eines halbweitenden Materials können diese Verbindungsbuchsen 3 gleichzeitig die Funktion eines bei einer Reihenschaltung von Halbleiterelementen erforderlichen Spannungsteilers. mit übernehmen. Die Abfuhr der in den Spannungsteilerwiderständen entstehenden Verlustwärme wird dadurch einfach und sehr wirkungsvoll gelöst. Darüber hinaus wird der Gesamtaufbau der Anordnung weiter vereinfacht. Durch eine besondere Ausgestal- tung der Verbindungsbuchsen 3 lassen sich auch die bei Halb- leiterelementen zur Beherrschung des bekannten Trägerstau-. .
.effektes-erforderlichen RC-Glieder ersetzen. Beispielsweise können die Verbindungsbuchsen 3 aus einem Keramikkörper bestehen, der innen und außen in der Weise mit-einer--leitfähigen jedoch widerstandsbehafteten Schicht versehen ist, daß die gesamte Buchse eine Rehenechaltungaus einem Kondensator und einem ohmschen Widerstand bildet. Durch Verwendung verschiedener Verbindungsbuchsentypen'kann.eine Kombination von rein ohmschen Widerständen und`RC-Gledern hergestellt werden.
In Fig. 1 st ein Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem sämtlche Kühlkörper 2 im Hinblick: auf die Kühlflüssigkeit parallelgeschaltet sind.
In Fg3 ist schematisch angedeutet worden, daß: die ursprüngliehe Parallelsahaltung sämtlicher Kühlkörper in-einfacher Weise in Gruppen von parallel und in Reihe geschalteten Kühlkörpern aufgelöst werden kann, indem die durch die Verbindungsbuchsen 3 gebildeten Sammelleitungen an einer oder an mehreren Stellen 4, beispielsweise.durch massive Verbindungsteile, verschlossen werden.

Claims

P a t e n t ans p r ü c h e 1. Kühlanordnung für mehrere zu einer Baugruppe übereinander gbstapelte Halbleiterelemente mit zwischen den Halbleiterelementen liegenden flüssigkeitsdurchströmten Kühlkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente (1), die Kühlkörper (2) und Verbindungsbuchsen (3), die jeweils die EinlaBöffnungen (24) der verschiedenen Kühlkörper und jeweils die Auslaßöffnungen (25) der verschiedenen Kühlkörper verbinde*l#.in; der Weise miteinander verbunden sind, daB sie eine in sich geschlossene kompakte ' Baueinheit bilden, in der die über die EinlaBöffnungen (24) bzw. AuslaBöffnungen (25) miteinander verbundenen Verbindungsbuchsen (3) Sammelleitungen für die zu- bzw. ,abfliessende Kühlflüssigkeit darstellen. 2:. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils eine Einlaßöffnung-(24) und eine Auslaßöffnung (25) aufweisenden Kühlkörper (2) aus zwei, vorzugsweise gleichen, mit Rippen (23) versehenen Teilen (2'i;,22 bestehen, wobei durch die Rippen (23) der zusammengesetzten Teile (21,22) ein die Einlaßöffnung (24) mit der AuslaBöffnung25)-verbindender Kühlkanal (26) entsteht: _ 3.-°=@ gühl»orännng-nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,.daB die beiden Kiihlkörperteile (21,22) lösbar mit- einander verbunden sind. -4. Kühlanordnung nach Anspruch l und-2, dadurch gekennzeich-- not, daß die beiden giihlkörperteile.(21,22):unlösbar mit-einander verbunden tind.5. - Kiihlanordnung nach-den' Ansprüchen '! .bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkörper (2). an -den Enden der Baugruppe mit einen Kühlkanal (26) für den halben KühlmitteldurchfluB ausgeführt sind und'Anschlüsse für die Stromzu- bzw. Stromabfuhr besitzen. . 6. Kühlanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbuchsen (3) aus Isolier-._ material bestehen. 7. Kühlanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet1 daß die Verbindungsbuchsen (3) aus':Isolermaterial mit aufgedampftem Leitermaterial bestehen. B. Kühlanordnung nach-den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch Bekennzeichnet, aaß die Verbindungsbuchsen-(3) aus einem halbleitenden Material bestehen: 9. Kühlanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbuchsen (3) aus einem Keramikkörper bestehen, der innen und außen in der Weise mit einer leitfähigen, jedoch widerstandsbehafteten Schicht versehen ist, daß eine Reihenschaltung aus einem Kondensator und einem ohmschen Widerstand entsteht. 10. Kühlanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge-kennzeichnet, daß die eine Sammelleitung für die zufliessende Kühlflüssigkeit bildenden Verbindungsbuchsen (3) aus Isoliermaterial mit aufgedampftem Leitermaterial oder aus einem halbleitenden Material bestehen, und daß die eine Sammelleitung für die abfliessende Kühlflüssigkeit bildenden Verbindungsbuchsen (3) aus einem Keramikkörper bestehen, der innen und außen in der Weise mit einer leitf&higen, jedoch widerstandsbehafteten Schicht versehen ist, daB eine Reihenschaltung aus einem Kondensator und einem ohmechen Widerstand entsteht. 11. Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Verbindungsbuchsen (3) - gebildeten Sammelleitungen an einer oder an mehreren Stellen (4) verschlossen sind, so daß die ursprüngliche Parallelschaltung sämtlicher Kühlkörper (2) aufgelöst wird-in Gruppen von. parallel und in Reihe geschalteten Kühlkörpern (2).