DE19911475A1 - Housing for electronic circuits - Google Patents
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Abstract
Ein Gehäuse für eine elektronische Schaltung, die zumindest einen Halbleiterschalter (12) umfaßt, das eine druckfeste, fluiddichte Wandung (10) hat und zumindest teilweise mit einem Inertfluid (14) befüllbar ist, um im Betrieb eine Siedebadkühlung des Halbleiterschalters (12) zu bewirken, wobei an einer Innenseite einer Fläche der Wandung (10) eine oberflächenvergrößernde Kühlstruktur (18) angeordnet ist, die in einen Gassammelraum (20) ragt, und an einer mit der oberflächenvergrößernde Kühlstruktur (18) in wärmeleitener Verbindung stehenden Außenseite der Fläche der Wandung (10) wenigstens ein Flüssigkeitskanal (22) angeordnet ist, der mit einer Flüssigkeitszuleitung (24) und einer Flüssigkeitsableitung (25) verbindbar ist.A housing for an electronic circuit, which comprises at least one semiconductor switch (12), which has a pressure-resistant, fluid-tight wall (10) and can be at least partially filled with an inert fluid (14) in order to bring about boiling bath cooling of the semiconductor switch (12) during operation , A surface-enlarging cooling structure (18), which projects into a gas collecting space (20), is arranged on an inside of a surface of the wall (10), and on an outside of the surface of the wall, which is in heat-conductive connection with the surface-enlarging cooling structure (18). 10) at least one liquid channel (22) is arranged, which can be connected to a liquid supply line (24) and a liquid discharge line (25).
Description
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für elektronische Schal tungen.The invention relates to a housing for electronic scarf exercises.
Aus der WO 98/45 867 ist es bekannt, einen Halbleiterschal ter in einem druckfesten Behälter anzuordnen, der teilweise mit einer Inertflüssigkeit gefüllt ist, um im Betrieb eine Fluidkühlung des Halbleiterschalters zu bewirken. Das Inne re des Behälters ist mit einem Kühlkreislauf gekoppelt, wo bei eine Dampfleitung von dem Behälter zu einem Kühler führt, und eine Flüssigkeitsleitung von dem Kühler zu dem Behälter führt, wobei die Flüssigkeitsleitung abschnitts weise im Innern der Dampfleitung angeordnet ist und von ei ner Anschlußstelle an den Behälter in das Innere des Behäl ters so weit verlängert ist, daß ihr freies Ende unterhalb des Füssigkeitsspiegels der Kühlflüssigkeit mündet. Damit ist der druckfeste Behälter für die Verbindungen mit dem Kühlkreislauf nur einmal mit einem Durchbruch oder einer Öffnung zu versehen. Die Dampfleitung mündet kühlerseitig an einem Verteilerraum, und die Flüssigkeitsleitung mündet kühlerseitig an einem Sammelraum, wobei zwischen dem Ver teilerraum und dem Kühlerraum eine Kühlleitung angeordnet ist, an deren Innenwand Dampf aus der. Dampfleitung konden siert und als Flüssigkeit in den Sammelraum fließt.From WO 98/45 867 it is known a semiconductor scarf ter to arrange in a pressure-resistant container, the partial is filled with an inert liquid to a To effect fluid cooling of the semiconductor switch. The inside re of the container is coupled to a cooling circuit where with a steam line from the container to a cooler leads, and a liquid line from the cooler to the Containers leads, the liquid line section is arranged inside the steam line and by egg ner connection point to the container into the interior of the container ters is extended so far that its free end below of the liquid level of the coolant opens. In order to is the flameproof container for the connections with the Cooling circuit only once with a breakthrough or one Opening. The steam line opens on the cooler side at a distribution room, and the liquid line opens on the cooler side of a collecting room, whereby between the ver divider room and the cooler room arranged a cooling line is on the inside wall of steam from the. Steam line siert and flows as liquid in the collecting room.
Aus der WO 98/45 867 ist es weiterhin bekannt, einen Halb leiterschalter in einem druckfesten, im wesentlichen zylin drischen Behälter anzuordnen, der teilweise mit einer Inertflüssigkeit gefüllt ist, um im Betrieb eine Fluidküh lung des Halbleiterschalters zu bewirken. Der zylindrische Behälter hat einen seine Wandung schneidenden Flansch, der zur Aufnahme eines Anschlusses eines Kühlers eingerichtet ist, wobei der Anschluß mit dem Flansch durch Verschraubun gen verbunden ist, und sind an den Verschraubungen jeweils Federelemente vorgesehen, die den Anschluß federnd gegen den Flansch vorspannen. Der Druck im Innern des Behälters im Betrieb der Anordnung steigt an, wenn die Verlustwärme der Halbleiterschalter die Inertflüssigkeit zum Sieden bringt.From WO 98/45 867 it is also known a half conductor switch in a pressure-resistant, essentially cylin Arrange drischer container, some with a Inert liquid is filled to cool a fluid during operation effect of the semiconductor switch. The cylindrical The container has a flange that cuts its wall, the set up to accommodate a connection of a cooler is, the connection to the flange by screwing gene is connected, and are on the screw connections each Spring elements are provided which resiliently against the connection preload the flange. The pressure inside the container in the operation of the arrangement increases when the heat loss the semiconductor switch boils the inert liquid brings.
Dementsprechend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein einfach herzustellendes und im Betrieb zuverlässiges Gehäuse für eine elektronische Schaltung bereitzustellen, das die ohne die Flansche für die Inertflüssigkeitsleitun gen auskommt, kompakt baut und eine hohe Kühlkapazität auf weist.Accordingly, the invention is based on the problem an easy to manufacture and reliable in operation To provide housings for an electronic circuit, that without the flanges for the inert liquid line gets along, has a compact structure and a high cooling capacity points.
Zur Lösung der Probleme stellt die Erfindung ein Gehäuse für eine elektronische Schaltung bereit, die zumindest ei nen Halbleiterschalter umfaßt, das eine druckfeste, fluid dichte Wandung hat und zumindest teilweise mit einem Inert fluid befüllbar ist, um im Betrieb eine Siedebadkühlung des Halbleiterschalters zu bewirken, wobei an einer Innenseite einer Fläche der Wandung eine oberflächenvergrößernde Kühl struktur angeordnet ist, die in einen Gassammelraum ragt, und an einer mit der oberflächenvergrößernde Kühlstruktur in wärmeleitender Verbindung stehenden Außenseite der Flä che der Wandung wenigstens ein Flüssigkeitskanal angeordnet ist, der mit einer Flüssigkeitszuleitung und einer Flüssig keitsableitung verbindbar ist.The invention provides a housing to solve the problems ready for an electronic circuit that at least ei NEN semiconductor switch includes a pressure-resistant, fluid has dense walls and at least partially with an inert fluid can be filled in order to cool the boiling bath during operation To effect semiconductor switch, being on an inside a surface of the wall a surface-enlarging cooling structure is arranged, which protrudes into a gas collecting space, and on a cooling structure that increases the surface area in the heat-conducting connection outside of the surface che the wall at least one liquid channel arranged is that with a liquid supply line and a liquid derivation is connectable.
Das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip basiert darauf, daß das Gehäuse durch die fluiddichte Wandung und den Flüs sigkeitskanal zumindest stellenweise doppelwandig aufgebaut ist, wobei die einzelnen Wände unter Bildung von Hohlräu men, Kammern und/oder Leitungsabschnitten mit sehr dünnen Einzelwanddicken eine hohe Stabilität und Festigkeit der Gesamtanordnung erreichen und gleichzeitig einen Strömungs weg für Kühlfluid bilden. Weiterhin ist das Gehäuse an sei ner Innenwand mit kühlenden Strukturen für das Inertfluid der Siedebadkühlung versehen, wobei sich diese Strukturen in einem Gassammelraum befinden, in den aus der Flüssigpha se der Siedebadkühlung ausgasendes Fluid aufsteigt, durch die kühlenden Strukturen wieder verflüssigt wird und von diesen in die Flüssigphase der Siedebadkühlung zurück tropft.The principle on which the invention is based is based on that the housing through the fluid-tight wall and the rivers liquid channel constructed at least in places with double walls is, the individual walls forming cavities men, chambers and / or line sections with very thin Single wall thicknesses provide high stability and strength Achieve overall arrangement while maintaining a flow make away for cooling fluid. Furthermore, the housing is on inner wall with cooling structures for the inert fluid the boiling bath cooling provided, these structures are in a gas collection room, in the from the liquid phase se rising from the boiling bath cooling fluid the cooling structures are liquefied again and by this back into the liquid phase of the boiling bath cooling drips.
Damit sind keine Fluidflansche für die Inertflüssigkeit er forderlich. Dies reduziert Dichtigkeitsprobleme sowie den Beschickungs- und Montageaufwand. Außerdem ist die Gefahr ausgeschaltet, daß der aufgesetzte oder abgesetzte Kühler oder die Zuleitungen undicht werden, so daß die Inertflüs sigkeit aus dem Kühlsystem entweichen könnte. Des weiteren fallen die Schlauchleitungen und Kupplungen weg, die ohne hin keine 100-%ige Dichtheit für die Inertflüssigkeit bie ten. Außerdem ist die Gefahr der Undichtheit des Kühlrippen bei dem aufgesetzten oder abgesetzten Kühler gebannt. Da der Kühler insgesamt wegfällt, baut das Gehäuse auch kom pakter.This means that there are no fluid flanges for the inert liquid conducive. This reduces sealing problems as well Feeding and assembly costs. Besides, there is the danger turned off that the on or off cooler or the supply lines are leaking, so that the inert flows liquid could escape from the cooling system. Furthermore the hose lines and couplings, which are without no 100% tightness for the inert liquid There is also the risk of the cooling fins leaking banned at the attached or detached cooler. There the cooler is removed altogether, the housing also builds com pact.
Vorzugsweise ist die einzufüllende Inertflüssigkeit ein Fluor/Chlorkohlenwasserstoff.The inert liquid to be filled is preferably a Fluorine / chlorinated hydrocarbon.
Die oberflächenvergrößernde Kühlstruktur ist durch an der Innenseite der Wandung befestigte oder angeordnete Rippen gebildet. Diese Rippen können an der Wandung entweder ange schweißt oder angelötet sein, oder selbst ein Teil der Wan dung sein.The surface-increasing cooling structure is due to the Ribs attached or arranged on the inside of the wall educated. These ribs can either be attached to the wall welded or soldered, or even part of the wan be.
Eine an der Außenseite der Fläche der Wandung angeordnete Abdeckung begrenzt zusammen mit der Außenseite der Fläche der Wandung den Kühlkanal. Dabei kann sowohl die Wandung im wesentlichen eben oder wellig, das heißt mit langgestreckt verlaufenden Senken und Erhebungen, als auch die eine zu mindest abschnittsweise äußere Hülle bildende Abdeckung im wesentlichen eben oder wellig gestaltet sein. Dadurch sind einerseits Kanäle für den äußeren Kühlmitteltransport ge bildet, als auch die Stabilität des Gehäuses bewirkende oder unterstützende doppelwandige Bereiche.One located on the outside of the surface of the wall Cover bounded together with the outside of the area the wall the cooling channel. Both the wall in the essentially flat or wavy, i.e. with elongated trending depressions and elevations, as well as the one too Cover in the outer shell forming at least sections be essentially flat or wavy. Thereby on the one hand, channels for external coolant transport forms, as well as causing the stability of the housing or supporting double-walled areas.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuses ist zumindest ein im Bereich einer Kante des Ge häuses angeordneter Abschnitt des Kühlkanals so gestaltet ist, daß sich dieser sichtbar und bleibend verformt, wenn das Gehäuse mit dieser Kante aus einer vorbestimmten Höhe auf einen harten Untergrund fällt. Damit wird eine uner kannte Beschädigung der in dem Gehäuse untergebrachten elektronischen Schaltkreise ausgeschlossen, da das Gehäuse stets als verformt erkannt werden kann und so vor der Mon tage des Gehäuses zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug noch mals eine Funktionsprüfung der elektronischen Schaltkreise erfolgen kann.In a preferred embodiment of the invention Housing is at least one in the area of an edge of the Ge arranged section of the cooling channel designed so is that it deforms visibly and permanently when the housing with this edge from a predetermined height falls on a hard surface. This will make an un Known damage to the housed in the housing electronic circuits excluded because of the housing can always be recognized as deformed and so before the Mon days of the housing, for example, in a motor vehicle mals a functional test of the electronic circuits can be done.
Weitere Eigenschaften, Vorteile, Merkmale und Variations möglichkeiten oder Alternativen der Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.Other properties, advantages, features and variations Possibilities or alternatives of the invention are based on the description below of one currently preferred Embodiment of the invention with reference to the Drawings explained.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemä ßen Gehäuses in einer schematischen Schnittdarstellung. Fig. 1 shows a first embodiment of the housing according to the invention in a schematic sectional view.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsge mäßen Gehäuses in einer schematischen Schnittdarstellung. Fig. 2 shows a second embodiment of the housing according to the invention in a schematic sectional view.
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines etwa quader förmigen Gehäuses 10 aus Kunststoff, Stahl- oder Aluminium blech für eine elektronische Schaltung 12, die im gezeigten Beispiel eine Vielzahl von integrierten Bausteinen 12a und Leistungs-Halbleiterschalter 12b umfaßt. Das Gehäuse ist vollständig geschlossen und ist zu etwa drei Viertel mit Fluor/Chlorkohlenwasserstoff als Inertfluid 14 gefüllt, das die elektronische Schaltung 12 vollständig einhüllt. Im Be trieb der elektronischen Schaltung 12 entsteht Verlustwär me, die das Inertfluid 14 zum Sieden und zum Verdampfen bringt. An der in Fig. 1 oberen Innenseite der Fläche 16 der Gehäuse-Wand 10 sind parallel verlaufende Kühlrippen 18 angeschweißt. Die Kühlrippen 18 ragen in einen Gassammel raum 20, der sich zwischen der oberen Innenseite der Fläche 16 und der Oberfläche des Inertfluides 14 erstreckt. Das verdampfte Inertfluid kondensiert an den Kühlrippen 18 und tropft von diesen wieder zurück in in die flüssige Phase um die elektronische Schaltung 12 zu umgeben und zu kühlen.In Fig. 1 is a first embodiment of an approximately cuboid-shaped housing 10 made of plastic, steel or aluminum sheet for an electronic circuit 12 , which in the example shown comprises a plurality of integrated modules 12 a and power semiconductor switch 12 b. The housing is completely closed and about three-fourths is filled with fluorine / chlorinated hydrocarbon as the inert fluid 14 , which completely envelops the electronic circuit 12 . In operation of the electronic circuit 12 , heat loss arises which brings the inert fluid 14 to the boil and to vaporize. On the upper inside of the surface 16 of the housing wall 10 in FIG. 1, parallel cooling fins 18 are welded on. The cooling fins 18 protrude into a gas collection space 20 which extends between the upper inside of the surface 16 and the surface of the inert fluid 14 . The vaporized inert fluid condenses on the cooling fins 18 and drips from them back into the liquid phase in order to surround and cool the electronic circuit 12 .
An der Außenseite der in Fig. 1 oberen Fläche 16 der Gehäu se-Wand 10 ist ein Flüssigkeitskanal 22 angeordnet, der mit einer Flüssigkeitszuleitung 24 und einer Flüssigkeitsablei tung 26 verbindbar ist. Der Kühl-Flüssigkeitskanal 22 ist durch eine an der Außenseite der Fläche 16 der Gehäuse-Wan dung 10 angeordnete Abdeckung 28 zusammen mit der Außensei te der Fläche 16 der Gehäuse-Wandung 10 begrenzt. Da der Kühl-Flüssigkeitskanal 22 (mäanderförmig) an der Außenseite der Gehäuse-Wandung 10 verlaufend angeordnet ist, an deren Innenseite die Kühlrippen 18 angeordnet sind, wird die von den Kühlrippen 18 bei der Kondensation des Inertfluides 14 aufgenommene Wärme an die in dem Kühl-Flüssigkeitskanal 22 fließende Kühlflüssigkeit durch die Gehäuse-Wandung 10 ab gegeben. Dabei ist die Fläche 16 der Gehäuse-Wandung 10 mit langgestreckten Vertiefungen 16a und Erhebungen 16b profi liert. Die Abdeckung 28 ist jeweils im Bereich der Erhebun gen 16b mit der Gehäuse-Wandung 10 verlötet oder rollnaht geschweißt (Bezugszeichen 30), so daß sich der Kühl-Flüs sigkeitskanal 22 bildet. Durch diese doppelwandige Ausge staltung mit den verschweißten Rippen hat die Gesamtanord nung eine hohe Stabilität bei sehr geringem Gewicht. Im Be reich der Kanten des Gehäuses 10 übergreifen Abschnitte des Kühlkanals 22 diese Kanten wulstförmig. Damit können sich diese Abschnitte des Kühlkanals 22 sichtbar und bleibend verformen, wenn das Gehäuse mit dieser Kante aus einer vor bestimmten Höhe auf einen harten Untergrund fällt. On the outside of the upper surface 16 in FIG. 1 of the housing wall 10 , a liquid channel 22 is arranged which can be connected to a liquid supply line 24 and a liquid discharge line 26 . The cooling fluid channel 22 is, together with the surface of the geek te by one of the housing-Wan dung on the outer side of the surface 16 10 28 16 arranged cover of the housing wall 10 is limited. Since the cooling liquid channel 22 (meandering) is arranged to run on the outside of the housing wall 10 , on the inside of which the cooling fins 18 are arranged, the heat absorbed by the cooling fins 18 during the condensation of the inert fluid 14 is transferred to the Liquid channel 22 flowing coolant through the housing wall 10 from given. The surface 16 of the housing wall 10 is profiled with elongated depressions 16 a and elevations 16 b. The cover 28 is in each case in the region of Erhebun conditions 16 b soldered to the housing wall 10 or welded roll seam (reference numeral 30 ), so that the cooling liquid fluid channel 22 forms. Due to this double-walled configuration with the welded ribs, the overall arrangement has a high stability with a very low weight. In the area of the edges of the housing 10, sections of the cooling channel 22 overlap these edges in a bead-like manner. These sections of the cooling channel 22 can thus deform visibly and permanently if the housing falls with this edge from a certain height onto a hard surface.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist die Gehäuse-Wandung 10, an der an der Innenseite die Kühlrippen 18 angeordnet sind, eben ausgestaltet. Zur Bildung der Kühlkanäle 22 ist statt dessen die Abdeckung 28 mit entsprechenden Vertiefun gen und Erhebungen ausgestaltet. Im übrigen unterscheiden sich die Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 und 2 nicht.In the embodiment according to FIG. 2, the housing wall 10 , on which the cooling fins 18 are arranged on the inside, is flat. To form the cooling channels 22 , the cover 28 is designed with corresponding recesses and elevations instead. Otherwise, the embodiments according to FIGS. 1 and 2 do not differ.
Claims (5)
- - eine druckfeste, fluiddichte Wandung (10) hat und
- - zumindest teilweise mit einem Inertfluid (14) befüllbar ist, um im Betrieb eine Siedebadkühlung des Halbleiter schalters (12) zu bewirken, wobei
- - an einer Innenseite einer Fläche der Wandung (10) eine oberflächenvergrößernde Kühlstruktur (18) angeordnet ist, die in einen Gassammelraum (20) ragt, und
- - an einer mit der oberflächenvergrößernde Kühlstruktur (18) in wärmeleitender Verbindung stehenden Außenseite der Fläche der Wandung (10) wenigstens ein Flüssigkeitskanal (22) angeordnet ist, der mit einer Flüssigkeitszuleitung (24) und einer Flüssigkeitsableitung (26) verbindbar ist.
- - Has a pressure-resistant, fluid-tight wall ( 10 ) and
- - At least partially with an inert fluid ( 14 ) can be filled in order to cause boiling bath cooling of the semiconductor switch ( 12 ) during operation, wherein
- - On an inside of a surface of the wall ( 10 ) a surface-enlarging cooling structure ( 18 ) is arranged, which projects into a gas collecting space ( 20 ), and
- - At least one liquid channel ( 22 ), which can be connected to a liquid supply line ( 24 ) and a liquid discharge line ( 26 ), is arranged on an outside of the surface of the wall ( 10 ) in heat-conducting connection with the surface-enlarging cooling structure ( 18 ).
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Also Published As
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