DE2112817A1 - Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung mit nebeneinander angeordneten Halbleiterelementen, wie Dioden oder Thyristoren; die an hohlen und von einem Kühlflüssigkeitsstrom durchflossenen Kühlkörpern angeordnet sind, wobei die Kühlkörper miteinander durch eine Verbindungsleitung für die Kühlflüssigkeit verbunden sind, welche Verbindungsleitung biegbar ist und die Kühlkörper elektrisch voneinander isoliert.

Bei mehreren Halbleiteranordnungen, z.B. bei gewissen Gleichrichteranordnungen, sind mehrere Halbleiterelemente, wie z.B. Dioden oder Thyristoren, nebeneinander angeordnet und mit hohlen Kühlkörpern zum Durchleiten einer Kühlflüssigkeit versehen. Es ist dabei bekannt, die Kühlkörper mit Verbindungsleitungen für die Kühlflüssigkeit in Form von Schläuchen aus Gummi oder Plast zu versehen, das gegebenenfalls z.B. mit Glasfasergewebe verstärkt sein kann. Im Vergleich mit starren Verbindungsleitungen aus Metall haben die genannten Schläuche den Vorteil, daß sie biegbar sind, so daß sie z.B. an ihren Befestigungsstellen am Kühlkörper bei Beanspruchung nicht knicken oder brechen. Eine andere wichtige

109842/1616

Eigenschaft der Schläuche ist, daß sie als elektrische Isolatoren wirken. Die Kühlkörper dienen nämlich normalerweise als Anschlußkörper für den elektrischen Strom zu den Halbleiterelementen, isolierte Verbindungsleitungen haben deshalb den Effekt, daß sie eine elektrische Verbindung der Kühlkörper und damit der Halbleiterelemente verhindern. Man kann somit mit besonderen elektri-

en
sehen Leitung/die Halbleiterelemente je nach Bedarf parallel-

oder in Reihe schalten.

Es hat sich jedoch als schwierig erwiesen, bei der Verwendung von Gummi- oder Plastschläuchen betriebssichere Anschlüse der Schläuche an die Kühlkörper zustande zubringen. Gewöhnlich werden die Schläuche mit Schlauchklemmen oder ähnlichen Verbänden an auf den Kühlkörpern angebrachten Nippeln befestigt. Wenn der Schlauch sich vom Nippel löst, kann das nicht nur eine vernichtende Einwirkung auf das Halbleiterelement haben, das infolge Überhitzung zerstört werden kann, sondern auch große Feuergefahr zur Folge haben, wenn die Kühlflüssigkeit ein brennbares Material wie z.B. Öl ist. Es sind mehrere Fälle bekannt, in denen infolge von Fehlern in den Verbindungsleitungen für die Kühlflüssigkeit in Halbleiteranordnungen Brände entstanden sind.

Aufgabe der Erfindung ist, den genannten Nachteil der bereits bekannten Halbleiteranordnungen mit Verbindungsleitungen aus Gummi oder Plast zu vermeiden und vollkommen zuverlässige und betriebssichere Befestigungen an den Kühlkörpern zu schaffen. Außerdem sollen die genannten vorteilhaften Eigenschaften von

109 842/1616

Gummi- und Plastschläuchen beibehalten werden, nämlich die Biegbarkeit und das Vermögen, als elektrischer Isolierkörper zu dienen. Die Verbindungsleitungen gemäß der Erfindung sind auch alterungsbeständig und widerstandsfähig gegen Öl.

Eine Halbleiteranordnung der einleitend genannten Art ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß die Verbindungsleitung aus einem Rohr aus einem isolierenden unorganischen Material, vorzugsweise einem keramischen Material wie Porzellan, und aus einem an beiden Enden des Rohres befestigten Balg aus metallischem Material besteht·

Das Rohr besteht wie erwähnt vorzugsweise aus keramischem Material wie Porzellan, Steatit oder Aluminiumoxyd, aber es ist auch möglich, ein Rohr aus Glas oder einem anderen unorganischen Material zu verwenden.

Das metallische Material für die Bälge kann z.B. Stahl, Messing, Aluminium oder Kupfer sein. |

Die Bälge werden an den Kühlkörpern und den Rohren aus isolierendem Material durch Löten, Schweißen oder Schrumpfen mit festen und dichten Verbindungsfugen befestigt. Auch andere Verbindungen, die dichte und zuverlässige Fugen ergeben, sind denkbar, z.B. Schraubverbände.

- 4 -109842/1616

Es hat sich gezeigt, daß es ein besonderer Vorteil ist, die Verbindungsleitungen mit in Transportrichtung der Kühlflüssigkeit gebogenen Bälgen zu montieren. Dies steigert nämlich das Vermögen der Verbindungsleitung, Drehbeanspruchungen aufzunehmen.

Die Erfindung hat sich u.a. in Gleichrichteranordnungen mit mehreren für doppelseitige Kühlung ausgeführten und im wesentlichen in derselben Ebene liegenden Halbleiterelementen als sehr vorteilhaft erwiesen, wobei die Halbleiterelemente auf der einen Seite auf einer gemeinsamen Kühlanordnung in Form einer hohlen, von einer Kühlflüssigkeit durchströmten Schiene angeordnet sind und jedes Halbleiterelement in Druckkontakt zwischen den auf beiden Seiten gelegenen Kühlanordnungen angeordnet ist. Es ist durch die Verwendung von Verbindungsleitungen gemäß der Erfindung in diesen Gleichrichteranordnungen möglich, für jedes Halbleiterelement einen gewünschten und von den übrigen Halbleiterelementen unabhängigen Druck auf die Kontaktfläche zwischen dem Halbleiterelement und seinen Kühlanordnungen zu erhaltenund trotzdem einen sehr kompakten Aufbau der Gleichrichteranordnungen zu erreichen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand einer Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigen:

Figo 1 eine Seitenansicht einer Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung mit geraden Verbindungsleitungen,

•109842/1616 _ =

Fig. 2 einen Schnitt A-A durch das Zentrum eines Halbleiterelements und

Fig. 3 eine Halbleiteranordnung mit gebogener Verbindungsleitung gemäß der Erfindung von oben gesehen.

Die Halbleiterelemente, die Dioden oder Thyristoren sein können, sind auf übliche Weise in flachen Dosen 1 hermetisch eingeschlossen. Auf der einen Seite jeden Elementes ist mit gutem elektrischen und thermischen Druckkontakt ein Kühlkörper 2 aus Kupfer angeordnet, der einen Hohlraum 3 für eine Kühlflüssigkeit hat, und auf der anderen Seite des Elements ein Körper 4 aus Kupfer und eine Kühlanordnung in Form einer Schiene 5 aus Leichtmetallegierung, in der sich zwei Kühlkanäle 6 und 7 für die Kühlflüssigkeit befinden. Der Körper 4 dient als elektrisches und thermisches Übertragungsorgan von der Kühlschiene zu dem Halbleiterelement und ist in eine Ausbohrung 8 der Schiene eingepreßt, umöie größtmögliche Übertragungsfläche zwischen Körper | und Schiene zu erhalten. Die Schiene 5 dient als gemeinsame Stromschiene für die vier Halbleiterelemente. Jeder einzelne Kühlkörper 2 dient als Stromanschlußkörper für ein entsprechendes Halbleiterelement auf der anderen Seite der Halbleiterelemente.

Die Kühlkörper 2 sind in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und mit geraden Verbindungsleitungen 9 für die Kühlflüssigkeit mit-

109842/16 16 ~⁶~

einender verbunden, von denen jede aus einem Rohr 10 aus Porzellan und einem an jedem Ende des Rohres fixierten Balg 11 aus rostfreiem Stahl besteht. Der Hohlraum 3 hat an der Anschlußstelle des Balgs einen kreisförmigen Querschnitt, und der Balg ist mit Kupfer-Silberlot an dem Kühlkörper befestigt. Das Porzellanrohr und der Balg, die beide runde Löcher haben, sind auch mit Kupfer-Silberlot aneinander befestigt.

Die äußeren Kühlkörper 2 sind auf entsprechende Weise zum Anschluß der Kühlflüssigkeitsleitungen mit Anschlußkörpern 12 und 13 verbunden. Die entsprechenden Anschlußkörper für die Schiene 5 sind mit 14 und 15 bezeichnet. Die Schiene 5 ist vor jedem Halbleiterelement mit einem eingepreßten oder eingeschraubten Körper 16 versehen , dessen von der Schiene abgewandte Fläche eine sphärische Kalotte ist. Ein Joch 17 aus Federstahl ist mit einer entsprechenden sphärischen Ausnehmung versehen und liegt am Körper 16 an. Eine gewisse Bewegungsfreiheit zwischen Joch und Schiene wird hierdurch erreicht und Schrägbeanspruchungen des Halbleiterelements vermieden. An jeden Kühlkörper 2 liegt ein Joch 18 an. Die Joche werden von Zugbolzen 19 und 20 mit Muttern 21 und 22 zusammengepreßt. Die Zugbolzen sind aus isolierendem Material, ζ,B. glasfaserverstärktem Polyesterplast. Als Kühlflüssigkeit wird in dem gezeigten Fall Öl verwendet.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der die Bälge 11 der Verbindungsleitung 9 zwischen den Kühlkörpern

109842/1616

des Halbleiterelements und dem Porzellanrohr 10 gebogen sind. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Kühlkorpeijfeweier benachbarter Halbleiterelemente im Winkel zueinander angeordnet. Indem man die Verbindungsleitungen mit gebogenen Bälgen montiert, vermindert man das Risiko für Brüche in den Fugen zwischen Balg und Kühlkörper bzw.zwischen Balg und Porzellanrohr bei Drehbeanspruchungen rechtwinklig zur Transportrichtung der Kühlflüssigkeit.

Gemäß Fig. 3 montierte Verbindungsleitungen können natürlich bei den in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen einer Halbleiteranordnung gemäß der Erfindung angewandt werden.

In der Anordnung gemäß Fig. 1 kann die als gemeinsame Stromschiene für die Halbleiterelemente dienende Kühlschiene 5 mit Kühlkörpern 2 und Verbindungsleitungen 9 ersetzt werden, und zwar in derselben Weise, wie für die Kühlung der anderen Seite der Halbleiterelemente gezeigt ist. Dabei wird jedes Halbleiterelement elektrisch vollkommen von den übrigen Halbleiterelementen isoliert, und man erhält volle Freiheit für die elektrische Schaltung.

- 8 109842/1616

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   J Halbleiteranordnung mit nebeneinander angeordneten Halbleiterelementen, wie Dioden oder Thyristoren, die an hohlen und von einem Kühlflüssigkeitsstrom durchflossenen Kühl-körpern angeordnet sind, wobei die Kühlkörper miteinander durch eine Verbindungsleitung für die Kühlflüssigkeit verbunden sind, die biegsam ist und die Kühlkörper elektrisch voneinander isoliert, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung ein Rohr (10) aus einem isolierenden unorganischen Material^ vorzugsweise aus einem keramischen Material wie Porzellan, und einen an beiden Enden des Rohres befestigten Balg (11) aus metallischem Material umfaßt.
2. 2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bälge (11) der Verbindungsleitung in Transportrichtung der Kühlflüssigkeit gebogen sind.
3. 3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2_t dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Gleichrichteranordnung ist, die mehrere für doppelseitige Kühlung vorgesehene und im wesentlichen in derselben Ebene liegende Halbleiterelemente (1) enthält, bei denen die Kühlkörper (2) und Verbindungsleitungen (10) auf der einen Seite der Halbleiterelemente und die Halbleiterelemente selbst mit ihrer anderen Seite auf einer gemeinsamen Kühlanordnung in Form einer hohlen, von einer Kühflüssigkeit durchströmten Schiene (5) angeordnet sind, und daß mitten vor jedem Halbleiterelement ein Spannorgan (18, 19) angeordnet ist, das den Kühlkörper (2) des Halbleiterelements und die Kühlschiene (5) gegeneinanderdrückt.

   10-9 842/ T6 16