DE2137164A1 - Halbleitervorrichtung fur Hochleistung mit Kuhlsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Festkörper-Stromsteuerungsvorrichtung für hohe Leistung, beispielsweise eine Gleichrichteranordnung für hohe Ströme, welche ein Plättchen aus Halbleitermaterial enthält, und insbesondere verbesserte Mittel zur Kühlung des Halbleiterplättchens während des Durchgangs hoher Ströme durch die Anordnung.

Halbleitervorrichtungen in Form von Festkörperbauteilen zur Stromsteuerung finden immer häufiger Anwendung auf dem Gebiet

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der Umwandlung elektrischer Leistung und zum Schalten elektrischer Leistung. Wenn solche Vorrichtungen richtig hergestellt und angewendet werden, sind sie gekennzeichnet durch hohe Zuverlässigkeit, kompakte Abmessungen, lange Lebensdauer und niedrigen Wartungsaufwand. Die Vorrichtungen werden allgemein im Hinblick auf ihre Gleichrichtereigenschaften verwendet und können so konstruiert werden, daß sie hohe Gegenspannungen aushalten können bei einem vernachlässigbaren Blindstrom und hohe Ströme in Vorwärtsrichtung durchlassen können mit einem sehr geringen Spannungsabfall. Halbleitergleichrichter sind zur Zeit verfügbar, welche einzeln eine Nennstromstärke von Hunderten von Ampere im Impulsbetrieb oder im Dauerbetrieb besitzen. Bei einigen Anwendungen mit hohem Leistungsdurchsatz können jedoch solche Hochstromvorrichtungen vorübergehend für längere Zeit infolge einer überlastung oder eines Defektes viel höheren Strömen ausgesetzt sein. In diesem Falle kann die Verlustleistung und die damit einhergehende Wärmeerzeugung in dem Halbleiterplättchen plötzlich auf übermäßig hohe Werte ansteigen. Bekanntlich besitzt Halbleitermaterial sehr bestimmte Temperaturgrenzen, welche ohne Beschädigung der Vorrichtung nicht überschritten werden können. Wenn die überlastung sehr stark ist (d.h. der durch den Gleichrichter während längerer Zeitintervalle in der Größenordnung von Sekunden fließende Strom besitzt eine Amplitude, die ein Mehrfaches des normalen Stroms beträgt), ist es oft notwendig gewesen, den Gleichrichter mit einem Dauerstrom zu betreiben, welcher beträchtlich unterhalb des zulässigen Nennstroms liegt.

Es wurden bereits verschiedene Kühlsysteme vorgeschlagen, um den Temperaturanstieg des Halbleitermaterials während solcher Zeitintervalle mit hoher Stromstärke zu begrenzen. Diese Kühlsysteme sind jedoch nicht so leistungsfähig gewesen, wie es bei einer ernsthaften überbeanspruchung erforderlich oder erwünscht wäre. In gewissen Fällen hat es diese mangelnde Wirksamkeit der Kühlung erforderlich gemacht, mehrere Gleichrichter, die jeder einzeln in der Lage waren, den Nennwert des Dauerstroms zu überneh-

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men, parallel zueinander zu schalten zu dem Zweck einer Aufteilung- des überlastungsStroms und dadurch einer Reduzierung des Temperaturanstiegs jedes einzelnen Gleichrichters während der überlast.

Eine bekannte Art eines Kühlsystems verwendet eine oder mehrere Wärmesenken aus einem Metall mit hoher thermischer Leitfähigkeit, mit dem das Halbleiterplättchen verklammert ist. In dieser Anordnung werden mäßige Wärmemengen von der Plättchenanordnung zu den Wärmesenken durch Wärmeleitung übertragen. In einigen Fällen wird ein Zwangsumlauf eines fließfähigen Kühlmittels.verwendet, um die Wärmesenken zu kühlen und dadurch die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit der die Wärmesenken die von der Plättchenanordnung übernommene Wärme abgeben.

Obwohl dieser Lösungsweg relativ einfach ist, ist er nicht annähernd so leistungsfähig, wie es für die Anwendung in dem oben erwähnten Schaltungstyp erwünscht wäre, bei der Fehlerströme und überlast während längerer Zeit auftreten können. Ein weiterer Nachteil dieses Lösungswegs besteht darin, daß die Plättchenanordnung mit relativ großer Preßkraft gegen die Wärmesenke gedrückt werden muß, um den thermischen und elektrischen Widerstand der Übergangsstelle zwischen der Wärmesenke und der Plättchenanordnung zu beschränken. Dies erfordert jedoch nicht nur eine sehr robuste Klammervorrichtung, sondern verstärkt auch das Problem der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Halbleiterplättchen und den metallischen Wärmesenken. Dieses letztere Problem wurde bisher dadurch gelöst, daß starke Platten aus Wolfram oder ähnlichem verwendet wurden. Diese Platten waren jedoch Insofern nachteilig, als sie einen zusätzlichen Widerstand für einen schnellen Wärmeübergang von der Plättchenanordnung darstellen.

Ein Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung mit hohem Wirkungsgrad zur Kühlung des Plättchens aus Halbleitermaterial zu schaffen, welche nicht die üblichen starken Spannkräfte erfor-

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dert, welche bei den vorbekannten Anordnungen mit Wärmesenke und Verklammerung erforderlich sind.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Kühlvorrichtung mit höchstem Wirkungsgrad zu erhalten, die nicht eine dicke mechanisch feste Unterlage für das Plättchen aus Halbleitermaterial erfordert.

Ein weiteres Ziel besteht darin, eine Kühlvorrichtung mit höchster Leistungsfähigkeit zu schaffen, welche ein flüssiges Kühlmittel verwendet und in der ein Mindestmaß von Übergangsstellen und festen Trennschichten zwischen dem Halbleiterplättchen und dem Kühlmittel vorhanden sind und den Wärmeübergang an das Kühlmittel behindern.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, die Wärme aus dem Halbleiterplättchen nicht nur durch Wärmeleitung sondern auch durch Konvektion abzuführen und insbesondere dadurch, daß ein flüssiges Metall als Kühlmittel durch einen Kühlkanal gepumpt wird, der in nächster Nähe des Halbleiterplättchens verläuft und in einem guten Wärmeübergangskontakt mit dem Plättchen steht.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, das flüssige metallische Kühlmittel durch den Kühlkanal mit einer Durchflußgeschwindigkeit zu pumpen, die unmittelbar abhängig ist von dem Strom durch das Plättchen, und dadurch eine erhöhte Kühlwirkung dann zu erhalten, wenn sie am stärksten benötigt wird.

Ein weiteres Ziel besteht darin, für das Umpumpen des flüssigen metallischen Kühlmittels einen einfachen und auf elektrische Signale ansprechenden Pump- und Kühlmittelkreis zu schaffen, welche beide praktisch eine Einheit mit der Gleichrichteranorlnung bilden. Dieser integrale Aufbau beseitigt die Notwendigkeit für einen äußeren Kühlmittelkreislauf, für Anschlußteile zur Kopplung de« äußeren Kreislaufteils an die Gleichrichteranordnung und für die Mittel zur Schaffung einer elek-

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trischen Isolierung zwischen der Pumpe und der Gleichrichteranordnung .

Ein weiteres Ziel besteht darin, das flüssige Kühlmittelmetall dazu zu verwenden, die Stromleitung zu oder von dem Plättchen des Halbleitermaterials zu übernehmen und auf diese Weise die Notwendigkeit für einen starken festen Leiter zwischen dem Kühlmittel und dem Plättchen zu beseitigen.

Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung von einzelnen Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Abbildungen.

Fig. 1 ist ein Schnitt einer Gleichrichteranordnung als Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 ist ein vergrößerter Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 2. Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie 4-4 der Fig. 1.

Fig. 5 ist ein Schnitt einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 6 ist eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 7 lot ein Schnitt ähnlich* einem Teil der Fig. 6 und zeigt eine weitere geänderte Form der Erfindung.

Fig. 8 ist eine Draufsicht des Kerns 60 der Fig. 7.

Fig. 1 zeigt eine Gleichrichteranordnung für hohe Stromstärke, welche ein Plättchen 12 aus Halbleitermaterial, beispielsweise

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Silizium, umfaßt. Dieses Plättchen 12 besitzt zwei gegenüberliegende ebene Flächen, welche vorzugsweise parallel zueinander sind und ebenfalls vorzugsweise mit einem dünnen Schutzüberzug aus Metall, beispielsweise Nickel, versehen sind, das in der abgebildeten Umgebung chemisch inert 1st. Die bestimmte Zusammensetzung dieses Überzugs bildet nicht einen Teil der Erfindung. Das Slliziumplättchen umfaßt mindestens zwei einander entsprechende Schichten von verschiedenem LeItfähigkeitstyp (typischerweise Leitfähigkeitstyp ρ und Leltfahlgkeltstyp n), welche dazwischen einen inneren breiten Bereich als gleichrichtenden Übergangsbereich bilden, der allgemein parallel zu den Oberflächen liegt. Das Plättchen kann als einfache Diode arbeiten und enthält in diesem Falle nur einen einzigen gleichrichtenden Übergangsbereich. Es kann auch als IHiyristor arbeiten, d.h. als ein gesteuerter Gleichrichter, und enthält in diesem Falle zusätzliche p-n-übergangsberelehe und eine geeignete Gattervorrichtung, die alle in an sich bekannter Welse miteinander verbunden sind. Die Einzelheiten des Aufbaus dieser Anordnung bilden keinen Teil der Erfindung· Die Kante des SI-liziumplättchens ist gewöhnlich längs des äußeren ömfangs des p-n-Obergangsbereichs abgeschrägt und es 1st dureh eine Schutzschicht 15 eines geeigneten festen Isolatloiasmaterlals bedeckt, beispielsweise aus Silicongummi.

Das Halbleiterplättchen 12 mit seinen mit Überzügen versehenen Oberflächen wird im nachstehenden gelegentlich bezeichnet als "scheibenförmiger Körper". Unter diesem Ausdruck soll auch verstanden werden ein nicht mit überzügen versehenes Halbleiterplättchen und ebenfalls die Kombination eines Halbleiterplättchens und eines oder mehrerer Substrat körper, die alt dem Halbleiterplättchen fest verbunden sind. Der Ausdruck "scheibenähnlicher Körper" soll auch die im weiteren beschriebenen Körper mit kreisförmigem und auch nicht kreisförmigem IMfang umfassen.

Zur Halterung des Siliziumplättchens 12 sind zwei Im Abstand angebrachte Befestigungsringe 18 vorgesehen. Diese Hinge be-

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stehen vorzugsweise aus einem keramischen Material mit im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Silizium des Plättchens 12. Das Siliziumplättchen ist zwischen diese Ringe eingefügt und die Ringe werden mit mäßigem Preßdruck miteinander verklammert, wie nachstehend im einzelnen ausgeführt. Jeder Ring 18 besitzt einen Überzug 19 aus Silicongummi an seiner Oberfläche, welche an der Oberfläche des Plättchens anliegt und eine Flüssigkeitsdichtung zwischen diesen Teilen 12 uid 18 ergibt. ·

Die Keramikringe 18 und das Plättchen 12 sind von einem zylindrischen Isolator 20 umgeben, der einen Teil eines isolierenden Gehäuses für die Kante des Plättchens bildet. Das Plättchen ist an dem Isolator 20 durch ein Paar von kreisringförmigen Dichtungsteilen 21 aus Metallblech gehalten. Jedes dieser Dichtungsteile 21 umfaßt einen zylindrischen Teil 22, einen radial sich nach außen erstreckenden Flansch 23 am äußeren Ende des zylindrischen Teils 22 und einen radial nach innen verlaufenden Flansch 24 am inneren Ende des zylindrischen Teils. Der äußere Flansch 23 jedes Dichtungsteils ist hermetisch fest verbunden mit einer Endfläche des Isolators 20 und der innere Flansch 24 ist hermetisch fest verbunden mit einem der Keramikringe 18. Der Raum 25 zwischen den Ringen 18 und dem isolierenden Gehäuse 20 ist angefüllt mit einem Inertgas, wie Argon oder Stickstoff.

Nachstehend folgt eine Beschreibung der Wärmesenken 30. Die hermetisch abgedichtete Anordnung 12, 18, 21, 20 ist zwischen einem Paar von im wesentlichen identischen Wärmesenken 30 befestigt. Diese umfassen «Jeweils einen allgemein rohrförmigen äußeren Teil 35 aus einem Metall hoher Leitfähigkeit₉ beispielsweise Kupfer, und mit einem Kern 6o„ der hauptsäehlleh· ebenfalls aus Kupfer besteht„ Jeder der äußeren Wärmesenkenteile 35 besitzt einen zylindrischen inneren Endteil 31, der sich in einen der Abdichtungsteile 21 einfügt und eine Endfläche 33 besitzt, welche sich in einer kurzen Entfernung von

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dem Flansch 24 des Abdichtungsteils befindet.. Jedes äußere Wärmesenkenteil 35 besitzt eine mittlere Bohrung 34, die in Längsrichtung verläuft und eine äußere Endwand 36, die sieh an dem äußeren Ende über die Bohrung erstreckt. Jeder Wärmesenkenteil, hesitzt an seinem äußeren Umfang eine Vielzahl von Wärmeableitungsflächen 32., die in konventioneller Weise dazu dienen, die Wärme von der Wärmesenke an die umgebende Atmosphäre zu über— tragen.

Zur Verklammerung der beiden Wärmesenken 30 an entgegengesetzten Seiten der hermetisch abgedichteten Anordnung 12„ 18, 2O₅ 21 ist eine Vielzahl von langen Schraubbolzen vorgesehen. Diese Bolzen 40 erstrecken sich Über die Längsrichtung der Gleich;-richteranordnung, verlaufen durch geeignete öffnungen in den Leitblechen 32 und besitzen an ihren gegenüberliegenden Enden Muttern 42. Zur übertragung der Verklammerungskräfte von den Bolzen 40 auf die Wärmesenken sind an entgegengesetzten Enden der Gleichriehteranordnung ein Paar Verklammerungsteils 44 aus elektrisch isolierendem Material vorgesehen. Zwischen jedem dieser Verklammerungsteile 44 und der anliegenden Wärmesenke 30 ist ein Eisenkern 46 angebracht, dessen Hauptzweck nachstehend im einzelnen erläutert wird. Die federnden Unterlegscheiben 47, welche vorzugsweise Scheiben vom "Belleville-Typ" sind, sind zwischen die Muttern 42 und die Verklammerungsteile 44 eingefügt. Wenn die Muttern 42 festgezogen werden, drücken sie die Unterlegscheiben 47 zusammen und vermitteln eine in axialer Richtung verlaufende Klammerkraft an die Wärmesenken 30 durch die Verklammerungsteile 44 und 46. Diese Verklanunerungskräfte pressen die Wärmesenken zusammen einschließlich der dazwischen eingefügten hermetisch abgedichteten Anordnungen 12, 18, 20 und 21 und halten auf diese Weise die gesamte Anordnung in dem gezeigten zusammengefügten Zustand. Aus noch nachstehend zu erörternden Gründen ist zwischen jeder Endfläche 33 und dem benachbarten Flansch 24 ein kleiner Raum 49 belassen, der mit . flüssigem Metall unter Druck gefüllt ist.

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Während des Betriebs der Gleichrichteranordnung fließt der Strom durch die Anordnung zwischen einem Paar von Anschlußpunkten '82 am oberen und unteren Ende und fließt durch das in'der Mitte angebrachte Ilalbleitorplüttchen 12 in Richtung nach unten, wenn der obere Anschluß positiv ist und sich das Halbleiterplättchen im nicht gesperrten Zustand befindet. Bei konventioneller Kühlung, wie sie im einleitenden Teil der Beschreibung beschrieben ist, kann das Plättchen 12 den Nennwert des Dauerstroms vieler Leistungsschaltkreise handhaben, ohne sich dabei zu überhitzen. Es können jedoch Schwierigkeiten auftreten bei der·Handhabung der viel größeren Wärmeleistung, welche während einer Überlastung und bei Fehlströmen vorhanden ist.

Es folgt nunmehr eine Darstellung des Plüssigkeitskreislaufs des flüssigen Metallkühlmittels. Wie bereits oben festgestellt, besteht ein Ziel der Erfindung darin, eine Kühlvorrichtung mit hohem Wirkungsgrad zu schaffen, die in der Lage ist, die erhöhte Wärmemenge zu handhaben,welohe sich bei einer Überlastung und bei einem Defekt ergibt, und sowohl die Konvektion als auch die Wärmeleitung verwendet, um während dieser Zeitintervalle aus dem Plättchen 12 Wärme abzuführen. In der dargestellten Ausführungsform umfaßt diese Kühlvorrichtung eine elektromagnetische Pumpe 50, welche das flüssige Metallkühlmittel in einer Strömung nach oben treibt durch einen Kühlmittelkanal 52, dann in radialer Richtung nach außen längs der unteren Fläche des Plättchens 12 und dann nach unten durch einen ringförmigen Kanal 70 längs der Bohrung 34 des rohrförmigen Wärmesenkenteils 35.

Zur Festlegung der Kanäle für die Strömung des flüssigen Metallkühlmitteis ist innerhalb der Bohrung 34 jedes rohrförmigen Wärmesenkenteils 35 ein allgemein zylindrischer Wärmesenkenkern 60 vorgesehen und in geeigneter Weise an der äußeren Endwand /tefestigt. Da die Kerne 60 im wesentlichen identisch sind, wird nur der untere Kern im einzelnen beschrieben. Dieser untere Kern 60 umfaßt einen Hauptteil 61 aus einem Material hoher Leitfähigkeit, beispielsweise Kupfer, und ein Paar Pol-

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stücke 62 aus Eisen, welche in geeigneter Weise am unteren Ende des Hauptteils 6l befestigt sind. Die Polstücke 62 besitzen jeweils einen allgemein halbkreisförmigen Querschnitt entsprechend Pig. 2 und befinden sich in einem Abstand mit einem dazwischenliegenden diametral verlaufenden Kanal 64, der sich über die untere Fläche des Kerns 60 erstreckt.

Der untere Kern 60 besitzt auch eine geringfügig tellerförmig vertiefte Oberfläche 66, die einen kurzen Abstand von dem Plättchen 12 aufweist und dadurch einen Durchlaßkanal 68 zwischen der oberen Fläche 66 und der unteren Oberfläche des Plättchens 12 frei läßt. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, sind der Kanal 68 oberhalb des Kerns 60 und der Kanal 64 unterhalb des Kerns durch einen Zuflußkanal 52 miteinander verbunden, der sich von einem Einlaß 52a an einem Ende des Kanals 64 zu einem Auslaß 52b an einem mittleren Punkt an der oberen Fläche 66 des Kerns erstreckt, Der äußere Umfang des Kerns 60 liegt in einem radialen Abstand innerhalb der Bohrung 34, so daß ein ringförmiger Kanal 70 zwischen dem Umfang des Kerns und der Bohrung 34 frei bleibt. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß am linken Ende des Kanals 64 ein Stopfen 69 aus elektrisch isolierendem Material vorhanden ist, der das durch den Kanal 64 nach links strömende Kühlmittel daran hindert, unmittelbar durch das linke Ende des Kanals in den ringförmigen Eurchlaßkanal 70 einzutreten.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, erzwingt eine elektromagnetische Pumpe 50, wenn sie eingeschaltet ist, einen Kreislauf des flüssigen ifetallkühlmittels längs des durch die Pfeile 72 angedeuteten Strömungsweges. Insbesondere zwingt die elektromagnetische Pumpe 50 das Kühlmittel zu einer Strömung nach links durch den unteren Kanal 64, dann nach oben durch die Zuführungskanäle 52 durch den Aislaß 52b, radial nach außen durch den Kanal 68 und dann nach unten durch den Ringkanal 70 und zurück zum rechten Ende des Kanals 64.

Das flüssige Metallkühlmittel entzieht dem Plättchen 12 Wärme,

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während es längs der unteren Oberfläche des Plättchens in radialer Richtung nach außen strömt. Bei der Abwärtsströmung durch den Ringkanal 70 gibt das erwärmte Kühlmittel Wärme an den rohrförmigen Wärmesenkenteil 35 durch die Oberfläche der Bohrung 34 ab. Nachdem es auf diese Weise die aus dem Plättchen 12 abgeführte Wärme wieder abgegeben hat, tritt, das relativ kalte Kühlmittel in den Kanal 64 ein und wird durch diesen Kanal uid den Zuführungskanal 52 gepumpt und steht erneut zur Abführung von Wärme aus dem Plättchen zur Verfügung.

In dem Bereich, welcher den oberen Teil 61 des Kerns 60 umgibt, besitzt der Ringkanal 70 eine im wesentlichen gleichförmige radiale Abmessung über die ganze axiale Länge. Diese Gleichförmigkeit der Abmessung unterstützt die gleichmäßige Verteilung des in axialer Richtung verlaufenden Kühlmittelstroms über den Umfang des Kerns und daher wird die Wärmeabführung durch den rohrförmigen Wärmesenkenteil 35 im wesentlichen gleichmäßig über den Imfang seiner Bohrung 34 verteilt. An dem Kreisumfang der beiden Polstücke 62 jedoch besitzt der Kanal 70 eine größere radiale Abmessung benachbart zu dem Einlaß zum Kanal 64, verglichen mit dem gegenüberliegenden Ende des Kanals« Diese Vergrößerung des Strömungskanals benachbart zu dem Kanaleinlaß gestattet der Flüssigkeit, die am Umfang des Kerns im Kreis geströmt war, in den Kanal 64 ohne unzulässigen Druckabfall in diesem Bereich einzutreten.

Obwohl es eine Anzahl verschiedener flüssiger Metalle gibt, die für das erflndungsgemäße System als Kühlmittel brauchbar sind, wird eine eutektische Legierung von Natrium und Kalium bevorzugt, welche allgemein bezeichnet ist als NaK-77. Dieses Material ist ein ausgezeichneter Wärmeleiter, ein ausgezeichneter elektrischer Leiter, es besitzt ein niedriges spezifisches Gewicht und bleibt in einem großen Temperaturbereich im flüssigen Zustand, d.h. zwischen -12 ⁰C bis 1000 ⁰C. Ein weiteres br&h- bares* flüssiges Metall ist Quecksilber; es besitzt jedoch ein sehr viel größere» spezifisches Gewicht. Ein weiteres brauch-

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bares Metall sind Gemische aus Natrium, Kalium und Cäsium, welche außergewöhnlich niedrige Gefrierpunkte aufweisen.

Eine gute elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels ist neben anderen Gründen.wichtig, weil der durch das Plättchen 12 nach unten fließende elektrische Strom an gegenüberliegenden Seiten des Plättchens vertikal durch das flüssige Metall in den beiden Kühlkanälen 68 strömen muß, wie nachstehend im einzelnen erörtert. Die gute elektrische Leitfähigkeit des flüssigen Metalls begrenzt die Erwärmung, die durch den Strom erzeugt wird, welcher Jn den Kanälen 68 durch das flüssige Metall fließt. Die gute Wärmeleitfähigkeit ist wichtig, da das flüssige Metall die Wärme aus dem Plättchen abführen soll, während es radial nach außen längs der Oberflächen des Plättchens strömt.

Die übliche elektromagnetische Pumpe umfaßt einen Kanal mit einer !leitfähigen Flüssigkeit, eine Vorrichtung, welche entweder ein Dauermagnet oder ein Elektromagnet sein kann, und zur Erzeugung eines Magnetfeldes quer zu der Leitung durch die leitende Flüssigkeit dient und eine Vorrichtung, um durch die Flüssigkeit in einer Richtung senkrecht zum Magnetfeld Strom zu leiten. Der Strom und der Magnetfluß wirken in bekannter Weise zusammen, um einen Druckgradienten in der leitenden Flüssigkeit zu erzeugen, welcher die Flüssigkeit in der Leitung in einer Richtung senkrecht zum Feld und zur Richtung des Stroms bewegt.

Die elektromagnetische Pumpe 50 arbeitet allgemein in dieser Weise und umfaßt eine Stromrichtvorrichtung, welche dazu dient, den Hauptteil des durch die Gleichrichteranordnung fließenden elektrischen Stroms dazu zu zwingen, einem Stromweg zu folgen, der sich senkrecht durch das leitende Kühlmittel in Kanal 6k erstreckt. Diese Vorrichtung zur Stromausrichtung umfaßt eine Elektrode 76, die in dem Kanal 6¹J angeordnet ist und die Form eines Längsstabes aufweist. Die Längsausdehnung des Stabes erstreckt sich dabei axial zum Kanal. Einen integralen Bestandteil mit der Elektrode 76 bildet ein leitfähiger Bolzen 77, der

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sich durch die untere Wand 36 des unteren Warmesenkenteils hindurch erstreckt. Eine Spule 80 zur Erzeugung des in der Pumpe verwendeten Magnetfeldes ist am untersten Ende mit dem leitfähigen Bolzen 77 verbunden. Diese Spule 80 umschließt einen Schenkel des U-förmigen Eisenkerns 46 und besitzt ein äußeres Ende 82, welches als ein Anschlußpunkt für die Gleichrichteranordnung dient. Die dargestellte Spule 80 ist aus einem Leiter mit rechteckigem Querschnitt gebildet, der mit einer elektrischen Isolierung 83 überzogen ist.

Praktisch der gesamte durch die Gleichrichteranordnung nach unten fließende Strom kann in die Spule 80 nur über die Elektrode 76 und den-Bolzen 77 eintreten, da die Spule 80 im übrigen von der Gleichrichteranordnung elektrisch isoliert ist. In dieser Hinsicht ist in den Figuren 1, 3 und 4 zu beachten, daß der Umfang des Bolzens 77 vollständig umgeben ist von einer elektrischen Isolierung 84, und daß ein Teil 85 der Isolierung zwischen der oberen Oberfläche der Spule 80 und der unteren Endwand 36 angebracht ist. Eine solche Isolierung gestattet, daß der Strom nur in den Bolzen 77 und die Spule 80 über die Elektrode 76 eintreten kann. Eine zusätzliche elektrische Isolation gestattet dem Strom nur, zu seinem größten Teil über einen Stromweg in die Elektrode 76 einzutreten, der sich in vertikaler Richtung quer durch den Kanal 64 durch die darin befindliche leitende Flüssigkeit erstreckt. Diese zusätzliche Isolation umfaßt die Teile 87, welche die Vertikalwände des Kanals 64 bedecken und einen Teil 84, der sich unterhalb der Elektrode 76 erstreckt. Die obere Wand 90 des Kanals 64 besitzt keine elektrische Isolation und daher tritt fast der gesamte Strom nur durch die obere Wand 90 in die leitfähige Flüssigkeit ein. Dieser obere Wandteil 90 kann als eine der Elektroden der Pumpe 50 betrachtet werden. Der durch die obere Wand 90 eintretende Strom fließt größtenteils nach unten durch die leitfähige Flüssigkeit in dem Kanal 64 und tritt über die Elektrode 76 aus, Vorzugsweise besitzt die Elektrode 76 einen isolierenden überzug an ihrem rechten Ende (Fig. 4), um den

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Strom daran zu hindern, in die Elektrode an diesem Ende einzutreten und dadurch den oben beschriebenen vertikalen Stromweg durch den Kanal 64 zu umgehen.

Wie bereits erwähnt, wird das Magnetfeld für die elektromagnetische Pumpe 50 durch den Strom erzeugt, welcher durch die Spule 80 fließt. Dieser Strom erzeugt einen Magnetfluß, welcher in einem Weg entsprechend den Teilen 92 der Fig. 1 in einem Magnetkreis verläuft, der einen U-förmigen Magnetkern 46, die Polstücke 62 aus Eisen und den Spalt zwischen den Polstücken umfaßt, der durch den Kanal 64 gebildet ist. Dieser Magnetfluß folgt einem Weg quer durch den Kanal 64, welcher im wesentlichen horizontal verläuft. Da, wie bereits beschrieben, der elektrische Strom durch die leitende Flüssigkeit in dem Kanal 64 einem vertikal verlaufenden Weg folgt, sind der Magnetfluß und der Stromfluß befähigt, eine solche Wechselwirkung miteinander aufzuweisen, daß sie die leitende Flüssigkeit im Kanal 64 in Längsrichtung des Kanals nach links entsprechend der Abbildung der Fig. 4 treiben. Es ist zu beachten, daß kein Strom durch den Kern 46 fließt, insofern als dieser Kern auf einem isolierten Teil 44 befestigt und örtlich von der Spule 80 isoliert ist.

Die von der Pumpe 50 erzeugte Durchsatzmenge ändert sich unmittelbar mit der Amplitude des Stromflusses durch die Gleichrichteranordnung. Bei niedrigen Stromstärken ist die Durchsatzmenge relativ gering. Wenn sich jedoch der Strom erhöht, erhöht sich die Durchsatzmenge entsprechend. Ein wichtiger Vorteil einer elektromagnetischen Pumpe besteht darin, daß sie in der Lage ist, sehr schnell auf ein Ansteigen der Stromstärke anzusprechen. Innerhalb weniger Millisekunden kann die elektromagnetische Pumpe das flüssige Metallkühlmittel auf die erforderliche hohe Durchsatzgeschwindigkeit beschleunigen und dadurch unmittelbar die gesteigerte Kühlwirkung verfügbar machen, welche sich aus der höheren Durchsatzmenge ergibt. Dieses schnelle Ansprechen ist besonders wichtig bei der Beschränkung des Temperaturanstiegs des Plattchens während der Anfangsstufen einer

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Überlastung oder eines ähnlichen Betriebszustandes, welcher ein schnelles Ansteigen des Stroms durch die Gleichrichteranordnung bewirkt.

Für die Erzeugung des Magnetfeldes für die Pumpe 50 wird ein Elektromagnet bevorzugt. Selbstverständlich kann für viele Anwendungsfälle statt dessen auch ein Dauermagnet verwendet werden. Trotz der Verwendung eines Dauermagneten wird auch eine solche Pumpe als elektromagnetische Pumpe bezeichnet im Hinblick auf die Wechselwirkung zwischen dem elektrischen Strom und dem Magnetfeld.

Es folgt eine Beschreibung der Druckerzeugung im flüssigen Kühlmittel und der Verteilung der von der Pumpe 50 erzeugten Kräfte. Um eine Kavitation in dem flüssigen Kühlsystem durch eine plötzliche Erhöhung der Pumpwirkung zu vermeiden, v/erden die Klammerbolzen 40 dazu verwendet, einen positiven Druck auf das flüssige Metallkühlmittel auszuüben. Um eine solche Druckerzeugung zu erhalten, werden vor dem Festschrauben der Muttern 42 beim ursprünglichen Zusammenbau in geeigneter Weise die gesamten Kanäle in dem Flüssigkeitskreislauf 64, 52, 68, 70 evakuiert, um die Luft dort herauszulassen, und dann werden diese Kanäle vollständig mit dem flüssigen metallischen Kühlmittel gefüllt. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Endfläche 33 des Wärmesenkenteils 35 in einem kurzen Abstand von dem Flansch 24 und der Raum dazwischen ist daher mit flüssigem Kühlmittel gefüllt. Wenn die Muttern 42 festgezogen werden, wird die Flüssigkeit aus diesem Raum in den eigentlichen Kühlmittelkreislauf gedrückt, und dadurch wird das Kühlmittel unter Druck gesetzt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verbleibt ein kleiner Raum 49 zwischen der Endfläche 33 und dem Flansch 24 nach dem endgültigen Anziehen der Muttern 42. Um zu verhindern, daß Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitskanalsystem herausgepreßt wird, wenn die Muttern 42 angezogen werden und um auch sonst das Flüssigkeitskanalsystem abgedichtet zu halten, ist eine O-Ringdichtung 92 zwischen der äußeren Oberfläche des rohrförmigen Wärmesenken-

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teils 31 und dem rohrförmigen Teil 22 des Dichtungsteils 21 vorgesehen. Diese Dichtung 92 wird bevorzugterweise in eine Ringnut in dem Wärmesenkenteil 31 eingelegt und dient dazu, jedes Ausströmen von Flüssigkeit zwischen den Teilen 31 und zu verhindern.

Eine weitere wichtige von den Verklammerungsbolzen 40 ausgeübte Funktion besteht darin, im wesentlichen die in den Kanälen 68 an den gegenüberliegenden Seiten des Plättchens 12 auftretenden Flüssigkeitsdrücke auszugleichen. Diese Drücke neigen dazu, im wesentlichen gleich groß zu sein, da sie jeweils von Pumpen praktisch identischen Aufbaus abhängen, welche außerdem durch den gleichen Strom betrieben werden, wie er durch die .Gleichrichteranordnung fließt. Außerdem sind die Flüssigkeitskanalsysteme in den beiden Kühlsystemen praktisch identisch. Wenn sich jedoch ein Druckungleichgewicht entwickeln sollte, würden die Kräfte durch die Bolzen 40 übertragen, um diese Ungleichheiten aufzuheben. Beispielsweise würde die Flüssigkeit in dem bestimmten Kanal 68, welcher den höheren Druck aufweist, den zugehörigen Kern 60 und den Wärmesenkenteil 35 etwas weiter von dem Plättchen wegbewegen gegen den zugehörigen Verklammerungsteil 44. Die sich dabei ergebende Kraft auf den Verklammerungsteil 44 würde i^ber die Scheiben 47 und den Bolzen 40 an den anderen Verklammerungsteil 44 übertragen und dadurch würde der andere Wärmesenkenteil 35 un.l der Kern 60 auf das Plättchen zu gedrückt. Dies würde den Druck in dem anderen Kanal 68 solange erhöhen, bis sich der Druck in beiden Kanälen 68 im wesentlichen ausgeglichen hat. Es ist ersichtlich, daß die Räume 49 eine schwebende (floating) Beziehung der Wärmesenken bezüglich des Plättchens ergeben, welche gestattet, daß die Bolzen die oben beschriebene Ausgleichung des Drucks und der Kräfte an gegenüberliegenden Seiten des Plättchens 12 ausführen können. In dem obigen wurde angenommen, daß die Plättchenanordnung 12, 18 der stationäre Teil der Gesamtanordnung ist. Wenn man selbstverständlich annimmt, daß eine der Wärmesenken der stationäre Teil ist, dann würde sich die Plättchenanordnung geringfügig bei Druekungleichgewicht bewegen.

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BAD ORfGINAL

Die federnden Unterlagscheiben 47 sollten eine relativ hohe Federkonstante besitzen, um zu verhindern, daß sie so leicht nachgeben, daß sie den normalen Druckaufbau bei dem normalen Pumpvorgang stören. Die Pederkonstante sollte jedoch nicht so ho.ch sein, daß sie einen übermäßigen Druckanstieg ergibt, wenn sich die Flüssigkeit infolge Wärmeausdehnungseffekten ausdehnt.

Wie bereits obenstehend ausgeführt, haben vorbekannte Wärmesenkenanordnungen mit Verklammerung sehr hohe Klammerdrücke verwendet, um die Wärmesenken gegen die Plättchenanordnung zu pressen und dadurch die thermische und elektrische Impedanz der Übergangsstellen zwischen den beiden Teilen zu vermindern. Die Anwesenheit dieser hohen Drücke hat es früher notwendig gemacht, eine mechanisch starke Unterlage für das Plättchen vorzusehen, um das Plättchen vor Beschädigungen zu schützen, die sich aus den Kräften ergeben, welche aus einer Nichtübereinstimmung der Wärmekoeffizienten zwischen dem Halbleiterplättchen und den metallischen Wärmesenken unter Druck ergeben. Typische Verklammerungsdrücke, wie sie früher verwendet wurden, besaßen eine Größe zwischen etwa .70 und 210 kg/cm² (1000 und 3000 psi). Im Gegensatz zu diesen hohen Drücken können bei einer erfindungsgemäßen Anordnung typischerweise Klammerdrücke von nur etwa 2,8 kg/cm (¹IO psi) verwendet werden. Es ist dabei möglich, die Notwendigkeit für die früher verwendeten hohen Drücke zu beseitigen, da eine erfindungsgemäße Anordnung nicht hohe Drücke benötigt, um feste Teile gegeneinader zu pressen und dadurch die thermische und elektrische Impedanz zu verringern. In der erfin__dungsgemäßen Anordnung ist an allen entscheidenden Verbindungs- oder Übergangsstellen flüssiges Metall vorhanden und ein geringer Druck ist bereits ausreichend, um eine niedrige thermische und elektrische Impedanz zu gewährleisten. Die Abwesenheit der früher verwendeten hohen Drücke ist ein wichtiger Faktor, der es möglich macht, die früher verwendeten dicken Metallunterlagen für die Plättchen zu beseitigen.

Wie bereits zuvor festgestellt, umfassen die bisher bekannten .:*vk — 109387/1242

Gleichrichteranordnungen gewöhnlich dicke Platten oder Stützteile aus Metall, die mit dem Plättchen verbunden oder gegen es verklammert sind. Die aus dem Plättchen abgeführte Wärme muß durch diese Platten und Verbindungsstellen oder Übergangsflächen fließen, bevor sie einen Wärmeableitungsbereich erreicht. Hierdurch wird jedoch die Wirksamkeit der Kühlung beeinträchtigt, da diese Platten und Übergangsflächen einen relativ hohen Widerstand gegen den Wärmefluß bilden. Im Gegensatz dazu besitzt die erfindungsgemäße Anordnung solche dicken Platten und diese Übergangsstellen zwischen dem Plättchen und dem flüssigen Metallkühlmittel nicht und die Wärme kann unmittelbar an das Kühlmittel übergehen, ohne Überwindung einer Impedanz, wie sie durch solche Platten und Übergangsstellen gegeben ist. Da die Schutzschicht auf dem Plättchen 12 in Fig. 1 nur eine Dicke weit unterhalb etwa 0,025 mm (1/1000 Zoll) aufweist, ist offensichtlich, daß bei der Ausführungsform nach Fig. 1 das durch den Kanal 68 strömende Kühlmittel in einem Abstand von etwa 0,03 mm (wenigen Tausendstel Zoll) von dem Halbleitermaterial selbst verläuft.

Bei einigen Anwendungen der erfindungsgemäßen Anordnung kann es erwünscht sein eine Metallplatte als mechanische Unterstützung für das Halbleitermaterial zu verwenden, um einen zusätzlichen Schutz vor Beschädigung durch mechanische Kräfte und unsachgemäße Handhabung zu erhalten. Eine solche Platte kann jedoch im Hinblick auf die viel geringeren Klammerkräfte sowie im Hinblick auf die übrigen vorstehend erörterten Erwägungen im Vergleich zu früheren typischen Anordnungen relativ dünn gehalten werden. Durch die geringe Dicke einer solchen Platte ist in erwünschter Weise ihre Impedanz gegenüber dem Wärmedurchgang beschränkt. Weiterhin trägt die Anwesenheit eines mit hoher Geschwindigkeit unmittelbar benachbart zu der Platte fließenden metallischen Kühlmittels immer noch zu einer verbesserten Kühlung bei, wenn sie auch nicht ganz so wirksam ist, wie ohne diese Platte, Durch die Verringerung der Plattenstärke werden auch in merklicher Weise die Kosten für die Platte verringert.

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Die meisten vorbekannten Kühlanordnungen beruhten fast gänzlich auf der Wärmeleitung, um die Wärme von dem Plättchen abzuführen und zur weiteren Abführung auf eine Wärmesenke zu übertragen. Die erfindungsgemäße Kühlanordnung verwendet nicht nur die Wärmeleitung, sondern zu einem großen Maße auch die Wärmekonvektion, wobei die Wärme aus dem unmittelbaren Bereich des Plättchens durch das flüssige Metall weggeführt wird, welches mit hoher Geschwindigkeit längs der größeren Oberflächen des Plättchens strömt. Die Konvektion unter Verwendung eines flüssigen Metallkühlmittels ist eine viel leistungsfähigere Methode zur Wärmeabführung als die einfache Wärme- leitung. Es ist dabei zu beachten, daß das Kühlmittel während der gesamten Zeit des Betriebs der Anordnung im flüssigen Zustand verbleibt.

Obwohl die Kühlung des Plättchens 12 bei der Anordnung gemäß der Erfindung hauptsächlich auf der Konvektion beruht, ist zu beachten, daß in der abgebildeten Anordnung auch noch die Kühlung durch Wärmeleitung vorhanden ist. Das flüssige metallische Kühlmittel kann in dieser Hinsicht infolge seiner ausgezeichneten Wärmeleitfähigkeit Wärme von dem Plättchen zur Wärmesenke 30 durch Wärmeleitung sogar dann übertragen, wenn es sich in Ruhe befindet oder mit geringer Geschwindigkeit bewegt. Ein wichtiger Effekt einer solchen Wärmeleitung besteht darin, daß eine Kühlwirkung während des sehr kurzen Zeitintervalls zwischen dem Beginn des hohen Stroms und dem Zeitpunkt, in dem die Pumpe das Kühlmittel auf die erwünschte hohe Durchflußgeschwindigkeit beschleunigt hat, vorhanden ist. Der kalte Zustand des Kühlmittels und der Wärmesenke am Beginn dieses Zeitintervalls unterstützt dabei den WärmeleitungsVorgang. Lange vor dem Zeitpunkt, an dem die Kühlung durch Wärmeleitung ihre Wirksamkeit verlieren kann, besitzt der Kühlmittelstrom eine ausreichende Geschwindigkeit, um eine wirksame Konvektionskühlung zu erhalten.

Zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Kühlung wird die Strömungsgeschwindigkeit benachbart zu der Oberfläche des Plättchens

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während solcher Perioden mit hohem Strom auf hohe Werte gesteigert. Dies wird einmal dadurch bewirkt, daß eine elektromagnetische Pumpe vorgesehen ist, die eine Strömung mit einer Geschwindigkeit erzwingt, die unmittelbar von der Stromstärke abhängt und zweitens dadurch, daß die Tiefe des Kühlkanals 68 benachbart zu dem Plättchen gering und dadurch bewirkt ist, daß die Geschwindigkeit der durch den Kanal radial nach außen strömenden Flüssigkeit sehr hoch ist. Es ist zu beachten, daß das flüssige Metallkühlmittel mit praktisch der gesamten Oberfläche des Plättchens in Kontakt ist, durch die der Strom fließt, da kein merklic: er Stromfluß durch die Flächen des Plättchens erfolgt, welche in Kontakt mit dem Silicongummiüberzug auf den Halterungsringen 18 sind.

In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine allgemein gleichförmige Temperatur des Siliziumplättchens an dem Teil der Oberfläche aufrechterhalten, der in Verbindung mit dem flüssigen Metallkühlmittel steht. Dies wird dadurch erreicht, daß die Geschwindigkeit des Kühlmittels in den radial weiter außen gelegenen Bereichen höher gemacht ist als in den nittleren Bereichen. Zur Steuerung der Geschwindigkeit in dieser Weise wird der Kanal 68 in seinem mittleren Bereich tiefer gestaltet als in dem radial weiter außen liegenden Bereich , beispielsweise beträgt die Tiefe in dem mittleren Bereich etwa 1 mm (40 mil), verglichen mit etwa 0,1 mm (4 mil) an dem äußeren Rand. Dieser Unterschied der Tiefe ergibt sich aus der schüsseiförmigen Ausgestaltung der oberen Oberfläche 66 dieses Kerns 60.

Es ist zu beachten, daß die oben beschriebene Kühlvorrichtung sehr kompakt ist und praktisch einen integralen Bestandteil der Gleichrichteranordnung bildet. Da der gesamte Kühlmittelkreislauf 64, 52, 68, 70 und Hauptteile der Pumpe 50 im Innern der Wärmesenke 30 untergebracht sind, ist nur eine geringfügige Struktur außerhalb der Wärmesenke anzuordnen, um die Vorrichtung für die flüssige Metallkühlung aufzunehmen. Bei vorbekann-

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ten Gleichrichteranordnungen mit entsprechendem Nennwert des Dauerstroms und unter Verwendung konventioneller Wärmesenken aus Metallblöcken beiderseits des Plättchens werden Wärmesenken benötigt, die in ihrem Volumen größer sind als jede der Wärmesenken 30 der erfindungsgemäßen Anordnung, um die Plättchentemperatur in annehmbaren Grenzen zu halten. Weiterhin waren solche vorbekannten Anordnungen nicht in der Lage, eine durch überstrom erzeugte Wärmemenge zu handhaben, welche auch nur annähernd so groß gewesen wäre wie die von der erfindungsgemäßen Gleichrichteranordnung handhabbare Wärmemenge.

Ein Grund für die Fähigkeit zur Beschränkung des Volumens der Kühlanordnung besteht darin, daß die Kühlvorrichtung mit flüssigem Metall mit ihrer weit überlegenen Fähigkeit zum schnellen Wärmetransport einen gleichmäßiger verteilten Temperaturanstieg der Metallmasse in einem vorgegebenen kurzen Zeitintervall beim Ansteigen der Wärmeerzeugung, beispielsweise bei Auftreten einer Überlastung, ergibt. Bei einer Kühlung durch Metallblock muß die an dem Plättchen erzeugte Wärme durch Wärmeleitung einen langen Weg durch einen Festkörper zurücklegen und daher werden während einer relativ langen Zeit die entfernter liegenden Teile der Metallplatte nicht wirksam ausgenutzt.

Ein Faktor, der bei der erfindungsgemäßen Anordnung eine Verringerung der für die Kühlflächen erforderlichen Oberflächen ermöglich^ besteht darin, daß während einer Dauerstrombelastung die Kühlflächen und die Wärmesenke bei einer höheren Temperatur betrieben werden können, als es bei einer Metallblockkühlung möglich ist. Dies ist möglich im Hinblick darauf, daß eine Kühlanordnung gemäß der Erfindung schneller und wirksamer auf überströme mit erhöhter Kühlwirkung ansprechen kann. Bei einer Metallblockkühlung muß eine geringere Dauertemperatur der Wärmesenke während der Dauerstrombelastung aufrechterhalten werden, um zu gewährleisten, daß beim Auftreten von überströmen eine ausreichende Kühlkapazität vorhanden ist.

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Die Tatsache, daß das Flussigkeitssystem 6^J₃ 52, 68₉ 70 praktisch einen integralen Bestandteil der Struktur der Wärmesenke bildet, ist auch noch dadurch vorteilhaft, daS damit die Notwendigkeit für einen äußeren Teil des Flüssigkeitskreislaufs und für besondere Anschlußstücke zur Kopplung des äußeren Teils des Kreislaufs mit der Gleichrichteranordnung beseitigt ist. Da außerdem die Bauteile der Pumpe 50 entweder einen integralen Bestandteil mit der Struktur der Wärmesenke bilden oder unmittelbar benachbart und damit auf dem gleichen Potential sind, besteht keine Notwendigkeit für irgendeine elektrische Isolation zwischen diesen Teilen.

Ein weiterer Vorteil der Anordnung gemäß der Erfindung im Vergleich zu vorbekannten Anordnungen, welche aus mit dem Plättchen fest verbundenen oder verklammerten Platten und Metallblockwärme senken bestehen, liegt darin, daß die Konstruktion der erfindungsgemäßen Anordnung das Weglassen vieler Schleifund Läpparbeitsgänge gestattet, welche bei der Herstellung vorbekannter Anordnungen verwendet wurden. Bei diesen vorbekannten Anordnungen war es erforderlieh, daß die Oberflächen auf den Platten und dem Plättchen genau eben sind oder eine sonstige Form mit genauer Übereinstimmung aufweisen, um einen guten Flächenkontakt mit kontinuierlichen Oberflächen zu gewährleisten. Dabei wurde von kostspieligen Schleif- und Läppverfahren Gebrauch gemacht, um die präzise gewünschte Oberflächen form zu erhalten. Solche Kontakte und Verbindungen auf beiden Oberflächenbereichen waren notwendig, um die thermischen und elektrischen Widerstände auf ein Minimum zu bringen. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung jedoch wird ein nachgiebiges Medium in Form einer leitfähigen Flüssigkeit zur Herstellung des Kontaktes mit dem Plättchen und zur Wärmeableitung und Leitung des elektrischen Stroms von und zum Plättchen verwendet und daher benötigt sie eine geringere Zahl solcher Oberflächen mit präziser Form oder Oberflächengüte.

Bei den vorbekannten Plättchenanordnungen₉ welche eine daran

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befestigte Rüekplatte aufweisen, besteht eine Neigung der Plattchenanordnung, sich während der Herstellung leicht durchzubiegen, wie es beispielsweise im US-Patent 3 ^57 ^72 erörtert ist. Ein Grund dafür, die Rückplatte dick auszuführen, bestand darin, diesen Biegeeffekt auf ein Minimum zu bringen. Die erfindungs-gemäße Gleichrichter anordnung kann eine viel stärkere Durchbiegung zulassen als konventionelle Anordnungen, da die Plättchenanordnung mit den Flüssigkeitskontakten an einer oder mehreren Oberflächen nicht die präzisen ebenen parallelen Oberflächen erfordert, wie sie für den breitflächigen Kontakt zwischen festen Teilen bei den vorbekannten Gleichrichteranordnungen erforderlich sind. Diese größere Toleranz bezüglich einer Durchbiegung ist ein zusätzlicher Faktor, der es gestattet, ge- ^ gebenenfalls bei einer vorhandenen Rückplatte deren Dicke zu verringern«

Obwohl ein getrenntes Flüssigmetall-Kühlsystem für jede Seite des Plättchens bevorzugt verwendet wird, kann selbstverständlich in Fällen, bei denen die Anforderungen an die Kühlung weniger ^ring sind, eine Flüssigmetallkühlung an einer einzigen Seite des Plättchens verwendet werden. Die andere Seite des Plättchens kann dann durch irgendeine geeignete konventionelle Kühlvorrichtung gekühlt werden, beispielsweise durch eine daran angeklammerte Wärmesenke aus einem Kupferblock. Eine solche modifizierte Anordnung ist in Fig. 5 abgebildet, wobei für glei- a ehe Teile die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 verwendet werden. Fig. 5 zeigt ein bei 12 mit einem mechanisch festen Substrat oder Rückteil 100 verbundenes Siliziumplättehen, wobei dieser Rückteil vorzugsweise aus Wolfram besteht und an seiner oberen Oberfläche eine Plattierung mit Gold, Nickel oder ähnlichem aufweist. An dem oberen Keramikring 12 ist ein Schließteil 102 aus einem dünnen Metallblech mit einer gewissen Nachgiebigkeit befestigt und besitzt eine ebene untere Fläche, welche in Kontakt mit der oberen Oberfläche des Rückteils 100 ist. Dieses Schließteil 102 besteht aus einem duktilen Metall hoher Leitfähigkeit, beispielsweise aus Silber oder Kupfer.

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Oben auf dem' Isolator 20 ist eine konventionelle Wärmesenke 105 aus einem Kupferblock befestigt, von der ein Teil 106 in den tassenförmigen Hohlraum hineinragt, der durch das zylindrische Dichtungsteil 120 gebildet ist. Ein nachgiebiger Unterlagsring 108 ist zwischen einem Teil der Wärmesenke 105 und dem oberen Teil des Isolators 20 eingefügt. Die Wärmesenke wird durch geeignete Verklammerungsmittel (nicht gezeigt) bezüglich des Isolators 20 nach unten gedrückt und dadurch werden der Teil 106 und das Unterteil des Verschließteils 102 nach unten gegen den Wolframrückteil 100 gepreßt, um einen Kontakt unter hohem Druck zwischen diesen Teilen zu erhalten. Das Rückteil 100 aus Wolfram ist mechanisch fest und kann ohne Beschädigung oder Deformierung diesen Klammerdruck aushalten.

Die oben beschriebenen Teile 102, 106 und 105 an der oberen Fläche der Plättchenanordnung dienen in an sich bekannter Weise dazu, die Wärme von der Plättchenanordnung nach oben zur Ableitung durch die Wärmesenke 105 wegzuführen. Die Einzelheiten dieser oberen Bauteile bilden keinen Bestandteil der Erfindung und sind nur vereinfacht wiedergegeben.

Die untere Seite des Plättchens 12 wird durch eine Kühlvorrichtung mit Flüssigmetall gekühlt, welche der Anordnung nach Fig. entspricht, wobei gleiche Teile mit entsprechenden Bezugsziffern bezeichnet sind.

Obwohl es nicht unbedingt erforderlich ist, ist es doch wünschenswert, daß die Abmessungen der Kühlkanäle 68 unter allen Betriebsbedingungen praktisch konstant bleiben. Dadurch wird gewährleistet, daß sich keine Änderungen in der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels durch diese Kanäle 68 als Ergebnis von Abmessungsänderungen ergeben. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 werden einige Änderungen in diesen Abmessungen erfolgen, wenn sich eine Wärmesenke 35, 60 bezüglich des Plättchens 12 infolge von Druckungleichmäßigkeiten in den beiden Kanälen 68 oder infolge von Wärmeausdehnung oder Zusammenziehung des flüs-

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sigen Kühlmittels bewegt. In der abgeänderten Form nach Flg. werden die Abmessungen der Kanäle 68 praktisch konstantgehalten dadurch, daß eine gewisse relative Bewegung zwischen den Hauptbestandteilen 35 und 60 der Wärmesenke zugelassen und der Kernbauteil 60 fest mit den Halteringen 18 verklammert ist.

Um diese Verklammerung durchzuführen, ist der Kern 6Ö an seinem äußeren Umfang mit einer Vielzahl von im Abstand angeordneten Zähnen l6l (Figuren 6 und 8) ausgestattet, welche an dem Haltering 18 anliegen. Die beiden Kerne 60 sind durch zwei starre Verbindungsstäbe 162 miteinander verklammert, welche außerhalb der Wärmesenke 30 angebracht sind und auf zwei Verklammerungsstäbe 164 aus isolierendem Material wirken, die sich an den entgegengesetzten Enden der Anordnung befinden, welche an der U-förmigen magnetischen Struktur ¹16 anliegen. Wenn die Muttern 165 an den Befestigungsstäben angezogen werden, pressen sie die Kerne 60 aufeinander und bewirken, daß die Zähne Ιοί an den äußeren Seiten der Halteringe l8 anliegen, wodurch die Ringe 18 und das Plättchen 12 zwischen den Kernen 60 verklammert werden.

Um den Zusammenbau der Struktur nach Fig. 6 zu erleichtern, ist jede der oberen und unteren Baugruppen mit einem Verklammerungsring 170 ausgestattet, der eine innere Schulter 172 aufweist, welche an der Rückseite der Zähne I6I anliegt. Dieser Verklammerungsring 170 besitzt ein Außengewinde, das im Eingriff steht mit einem Innengewinde an dem Haltering 18. Wenn der Verklammerungsring 170 festgezogen wird, hält er die Zähne !öl gegen den Haltering 18.

Die Halteringe 18 der Fig. 6 bestehen vorzugsweise aus einem geeigneten Metall, beispielsweise Wolfram, welches bei I9 mit Silicongummi beschichtet ist.

In der Form nach Fig. 6 ist der äußere rohrförmige Teil 35 jeder Wärmesenke 30 in der Lage, sich axial gegenüber seinem zu-

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gehörigen Kern βθ zu verschieben. Eine solche relative Bewegung ist möglich infolge eines geeigneten flexiblen Metalldiaphragmas 175, das zwischen diesen beiden Teilen 35 und 60 verbunden ist. Diese relative Bewegung gestattet es, daß sich das flüssige Metallkühlmittel bei Temperaturänderungen ausdehnen und zusammenziehen kann, ohne dabei die Abmessungen der Kanäle 68 zu verändern. Beispielsweise schiebt eine Ausdehnung des Kühlmittels das rohrförmige Teil 35 in eine Richtung von dem Haltering l8 hinweg und dadurch wird der freie Raum 49 geringfügig vergrößert. Aber trotz dieser Bewegung des Teils 35 bleibt der Kern 60 fest an dem Haltering 18 verklammert und die Abmessung des Kanals 68 bleibt unverändert.

Um eine Vorspannung für die äußeren Wärmesenkenteile 35 in Richtung des Halterings 18 benachbart zu dem inneren Ende zu erzeugen, sind eine Vielzahl von Haltestäben 40 mit federnden Unterlagscheiben 47 vorgesehen. An jedem Ende des Haltestabes 40 sind diese federnden Unterlagscheiben 47 zwischen einer Mutter 42 an dem Haltestab und einem Verklammerungsring 44 angebracht, welcher an dem äußeren rohrförmigen Teil 35 anliegt. Diese federnden Unterlagscheiben 47 und der Atmosphärendruck auf das Diaphragma 175 halten zu jeder Zeit das flüssige MetallkühlmitteL unter Druck.

In der Ausführungsform nach Fig. 6 strömt das flüssige Metall im wesentlichen in der gleichen Weise wie in den Ausführungsformen nach den Figuren 1 bis 4 durch den Flüssigkeitskreis. Die Verbindung zwischen den Kanälen 68 und 70 ist gegeben durch die Räume 166 zwischen den Zähnen I61 entsprechend Fig. 8.

Ein weiterer Vorteil der Anordnung nach Fig. 6 besteht darin, daß es dort sehr leicht möglich ist, Verstärkungsmittel zur mechanischen Verstärkung des Plättchens 12 einzufügen. Aus den Figuren 7 und 8 sind solche Verstärkungsmittel ersichtlich, welche eine Vielzahl von VerstärkungsvorSprüngen oder Rippen 180 an der Stirnseite jedes Kerns 60 benachbart zu dem Plätt-

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chen 12 umfassen. Die Rippen l80 sind dabei in den Abbildungen so dargestellt, daß sie sich in radialer Richtung erstrecken. Sie können Jedoch auch andere geeignete Formen aufweisen. Die Kanten dieser Rippen liegen an der Fläche des Plättchens an oder sind unmittelbar benachbart zu der Plättchenfläche angeordnet, so daß 5ede merkliche Auslenkung des Plättchens diese Fläche in Kontakt mit den Rippen bringt. Bei den Konstruktionen, bei denen die Plättchenfläche normalerweise in Eingriff mit den Rippen 180 steht, wird bevorzugterweise eine federnde Unterlagscheibe l8l zwischen die Zähne l6l und den Haltering 18 eingefügt, so daß der größte Teil der die Kerne 60 zusammenhaltenden Klammerkraft immer noch auf die Halteringe 18 übertragen " wird. Die Verstärkungsrippen 180 an den beiden Kernen sollten im wesentlichen aufeinander ausgerichtet sein oder mindestens teilweise ausgerichtet sein, um die Biegebelastungen auf dem Plättchen in den Bereichen zwischen den Rippen zu verringern.

Obwohl die Anwesenheit von Verstärkungsrippen l80 die Oberfläche des Plättchens verringert, welche in Kontakt mit dem flüssigen Metallkühlmittel steht, ist diese Verringerung relativ geringfügig und der größte Teil der Oberfläche, durch den elektrischer Strom fließt, steht noch in Kontakt mit dem flüssigen Metallkühlmittel. Trotz der Anwesenheit der Rippen l80 kann der Raum zwischen dem Kern und dem Plättchen noch als Kanal (68) g betrachtet werden. ■ '

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Claims (1)

1. Ansprüche

   1.)Pestkörper-Stromsteuerungsvorrichtung mit einem mindestens teilweise aus Halbleitermaterial bestehenden scheibenähnlichen Körper, der mindestens einen inneren gleichrichtenden übergangsbereicli und ein Paar Oberflächen an gegenüberliegenden Seiten besitzt, dadurch gekennzeichnet , daß sie mindestens einen mit flüssigem Metall als Kühlmittel gefüllten geschlossenen Kühlkreislauf (52, 68, 64, 70) besitzt, der eine elektromagnetische Pumpvorrichtung (50) enthält und mit mindestens einer dieser Oberflächen des scheibenförmigen Körpers (12) und mit einer Wärmesenke (30) in Wärmeübergangskontakt steht, wobei die Pumpvorrichtung (50) elektrisch in Reihe mit dem scheibenähnlichen Körper (12) geschaltet ist.

   2. Pestkörper-StromsteuerungsVorrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß sie umfaßt:

   (a) einen scheibenähnlichen Körper (12), der mindestens teilweise aus Halbleitermaterial besteht und mindestens einen inneren gleichrichtenden Übergangsbereich und ein Paar Oberflächen an gegenüberliegenden Seiten besitzt,

   (b) eine Wärmesenke (30), welche einen allgemein rohrförmigen Teil (35) aus Metall mit hoher thermischer Leitfähigkeit besitzt mit einer Bohrung (3²O, in der der scheibenförmige Körper (12) angeordnet ist,

   (c) wobei diese Wärmesenke (30) weiterhin einen Metallkern (60) im Innern der Bohrung aufweist mit einem Umfang, der mindestens an einem Teil des Umfangs des Kerns einen Abstand von der Bohrung (3²I) besitzt zur Festlegung eines ersten Durchlaßkanals (70) zwischen dem Kern und dem Umfang des Kerns (60), welcher sich in Längsrichtung des Kerns erstreckt,

   (d) der Kern (60) eine Fläche (66) an einem Längsende besitzt, von der mindestens ein Teil einen Abstand von dem scheibenförmigen Körper (12) aufweist zur Erzeugung eines

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   zweiten Durchlaßkanals (68) zwischen der Kernfläche (66) und einer Fläche des scheibenförmigen Körpers (12),

   (e) eine Vorrichtung (52) zur Verbindung des ersten und zweiten Durchlaßkanals miteinander und zur Herstellung eines Flüssigkeits-Kreislaufsystems, in dem der erste und der zweite Durchlaßkanal in Reihe miteinander verbunden sind,

   (f) ein flüssiges Metall, welches den Flüssigkeitskreislauf ausfüllt,

   (g) eine elektromagnetische Pumpvorrichtung (50) in dem Flüssigkeitskreislauf zum Umpumpen des flüssigen Metalls durch den Flüssigkeitskreislauf in einer Richtung, bei der die Strömung nacheinander durch den zweiten Durchlaßkanal (68), den ersten Durchlaßkanal (70), die Pumpvorrichtung (50) und dann zurück zum zweiten Durchlaßkanal erfolgt und dabei die Wärme von dem scheibenförmigen Körper (12) zum flüssigen Metall und danach von dem flüssigen Metall zur Wärmesenke (30) übertragbar ist,

   (h) wobei die elektromagnetische Pumpvorrichtung (50) ein Paar von im Abstand angebrachten Elektroden (76, 90) auf gegenüberliegenden Seiten des flüssigen Metalls in dem Flüssigkeitskreislauf besitzt, zwischen denen der Strom durchdas flüssige Metall beim Betrieb der Pumpvorrichtung fließt, (i) und eine Vorrichtung zur elektrischen Verbindung der im Abstand angebrachten Elektroden in Reihenschaltung mit dem Körper aus Halbleitermaterial.

   Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß:

   (a) die Wärmesenke (30), der Flüssigkeitskreislauf, das flüssige Metall und die elektromagnetische Pumpvorrichtung (50) ein erstes Kühlsystem auf einer Seite des scheibenförmigen Körpers (12) zur Erzeugung eines Kühlstroms flüssigen Metalls längs einer Fläche des Körpers bilden,

   (b) ein zweites Kühlsystem mit gleichem Aufbau vorhanden ist und

   (c) dieses zweite Kühlsystem an der gegenüberliegenden Seite

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   des scheibenförmigen Körpers (12)'gegenüberliegend dem ersten Kühlsystem angeordnet ist und einen Kühlmittelstrom flüssigen Metalls längs der anderen Fläche des scheibenförmigen Körpers erzeugen kann.

   Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge-^% kennzeichnet , daß:

   (a) die Pumpvorrichtung (50) einen Kanal besitzt, der sich im wesentlichen diametral durch den Kern in einem axialen Abstand von der Kernoberfläche erstreckt,

   (b) eine Vorrichtung zur Bildung eines Einlasses zu dem Kanal an einem Ende des Kanals für durch den ersten Durchlaßkanal (70) geströmtes flüssiges Metall vorhanden ist,

   (c) ein dritter Kanal am entgegengesetzten Ende des Kanals zur Weiterleitung von flüssigem Metall durch den Kern zu dem zweiten Kanal vorhanden ist und

   (d) eine Vorrichtung vorgesehen ist, welche die Strömung des flüssigen Metalls von dem Kanal in den ersten Durchlaßkanal außerhalb des dritten Durchlaßkanals sperrt.

   Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Kombination mit einem Magneten mit im Abstand angebrachten Polstücken (62) an gegenüberliegenden Seiten des Kanals (6H) zur Erzeugung eines Magnetfeldes quer zum Kanal und quer zu dem durch das flüssige Metall im Kanal fließenden elektrischen Strom.

   Pestkörper-Stromsteuerungsanordnung, dadurch gekennzeichnet , daß sie umfaßt:

   (a) einen scheibenförmigen Körper (12), der mindestens teilweise ais Halbleitermaterial besteht und mindestens einen inneren gleichrichtenden Übergangsbereich und ein Paar Oberflächen an entgegengesetzten Seiten desselben,

   (b) eine Wärmesenke (30), die vorwiegend aus einem Metall hoher Leitfähigkeit besteht und einen Teil (60) aufweist, der eng benachbart zu dem scheibenförmigen Körper liegt

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   und einen ersten Durchlaßkanal für den Durchlaß von Flüssigkeit und den Wärmeübergang in das Metall besitzt,

   (c) eine Vorrichtung zur Festlegung eines zweiten Durchlaßkanals (68), der sich längs einer Oberfläche des scheibenförmigen Körpers erstreckt und einen mit dem ersten Durchlaßkanal in Verbindung stehenden Auslaß besitzt,

   (d) eine Vorrichtung zur Herstellung eines Flüssigkeitskreislaufs, in dem der erste und zweite Durchlaßkanal in Serie miteinander verbunden sind,

   (e) eine flüssige Metallfüllung zur Auffüllung des Flüssigkeitskreislaufs,

   (f) eine elektromagnetische Pumpvorrichtung (50) in dem Flüssigkeitskreislauf zur Bewegung des flüssigen Metalls { durch den Flüssigkeitskreialauf in einer Richtung, welche eine Strömung nacheinander durch den zweiten Durchlaßkanal, den ersten Durchlaßkanal, die Pumpvorrichtung und dann zurück zum zweiten Durchlaßkanal erzeugt und dadurch eine übertragung der Wärme von dem scheibenförmigen Körper (12) zu dem flüssigen Metall und danach vom flüssigen Metall zur Wärmesenke (30) ermöglicht,

   (g) wobei die elektromagnetische Pumpvorrichtung ein Paar von im Abstand angebrachten Elektroden (76, 90) auf gegenüberliegenden Seiten des flüssigen Metalls in dem Flüssigkeitskreislauf aufweist, zwischen denen der Strom durch das flüssige Metall fließen kann, wenn die Pumpvorrichtung in Betrieb ist, ^ (h) und eine Vorrichtung zur elektrischen Verbindung der Elektroden in Reihe mit dem Körper aus Halbleitermaterial.

   Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß:

   (a) die Wärmesenke (30), der Flüssigkeitskreislauf, das flüssige Metall und die elektromagnetische Pumpvorrichtung (50) ein erstes Kühlsystem bilden, das an einer Seite des scheibenförmigen Körpers zur Erzeugung eines Kühlstroms aus flüssigem Metall längs einer Fläche des scheibenförmigen

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   Körpers angeordnet ist,

   (b) ein zweites Kühlsystem mit imjwesentlichen gleichem Aufbau wie das erste Kühlsystem vorgesehen ist und

   (c) dieses zweite Kühlsystem an der Seite des scheibenförmigen Körpers, welcher dem ersten Kühlsystem gegenüberliegt, angebracht ist und einen Kühlstrom aus flüssigem Metall längs der anderen Oberfläche des scheibenförmigen Körpers erzeugen kann.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Durchlaßkanal (68) eine solche Form besitzt, daß das durchströmende flüssige Metall längs der Fläche des scheibenförmigen Körpers (12) über einen Hauptteil des Flächenbereichs strömt, durch den der elektrische Strom hindurchgeht.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der elektrische Strom durch die Anordnung einem Stromweg folgt, der sich in Reihe durch den Halbleiterkörper (12) und das flüssige Metall in dem zweiten Kanal erstreckt.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der durch die Anordnung fließende elektrische Strom einem Weg folgt, der nacheinander durch den Halbleiterkörper und das flüssige Metall in dem zweiten Kanal und zwischen den im Abstand angebrachten Elektroden der elektromagnetischen Pumpvorrichtung (50) verläuft.

   11. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Durchlaßkanal flüssiges Metall radial nach außen leitet von einem Ort in der Mitte des scheibenförmigen Körpers (12) zu einem Ort in der Nähe der äußeren Peripherie der Fläche des scheibenförmigen Körpers, durch die der elektrische Strom fließt.

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   12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet _} daß der zweite Durchlaßkanal (68) eine Tiefe gemessen in axialer Richtung des scheibenförmigen Körpers (12) besitzt, welche sich von der Mitte aus nach dem Umfang zu verringert.

   13. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Plüssigkeitskreis einen dritten Durchlaßkanal (52) aufweist, der sich von der Pumpvorrichtung (50) zu dem zweiten Kanal (68) erstreckt, wobei der Auslaß dieses dritten Kanals in der Mitte des scheibenförmigen Körpers angebracht ist und der Auslaß des zweiten Durchlaßkanals sich längs eines allgemein kreisförmigen f Weges erstreckt in der Nähe der äußeren Peripherie der Fläche des scheibenförmigen Körpers, durch die der Strom durchgeht.

   14. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das flüssige Metall in dem zweiten Durchlaßkanal (68) über die Fläche des scheibenförmigen Körpers (12) in einem Abstand von etwa 0,05 mm (einigen Tausendstel Zoll) von dem Halbleitermaterial in den scheibenförmigen Körper strömt.

   15· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn- " zeichnet , daß die Pumpvorrichtung (50) einen Magneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes umfaßt, dessen Feldlinien durch den Teil des Flüssigkeitskreislaufs verlaufen, welcher von dem elektrischen Strom durchsetzt wird, der zwischen den beiden im Abstand angeordneten Elektroden (76, 90) fließt, wobei die Feldlinien in einer Richtung quer zum Stromweg verlaufen.

   16. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Pumpvorrichtung (50) einen Elektromagneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes besitzt,

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   dessen Feldlinien sich quer zu dem Stromweg durch den Teil des Flüssigkeitskreislaufs erstrecken, durch den der elektrische Strom zwischen den im Abstand angebrachten Elektroden fließt, wobei der Elektromagnet noch eine Spule (80) aufweist, die elektrisch in Reihe mit dem Halbleiterkörper zur Erzeugung des Magnetfeldes geschaltet ist.

   17. Vorrichtung nach Anspruch 7 in Kombination mit einer Vorrichtung zum praktischen Ausgleich der anjgegenüberliegenden Seiten des scheibenförmigen Körpers durch die Pumpvorrichtung der beiden Kühlsysteme erzeugten Kraft.

   18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgleichvorrichtung eine Struktur zur Übertragung von Kräften umfaßt, welche sich zwischen beiden Kühlsystemen erstreckt und die an einer Seite des scheibenförmigen Körpers auftretende Kraft auf das flüssige Metall in dem Kühlsystem an der anderen Seite des scheibenförmigen Körpers in einer solchen Richtung überträgt, daß der Druck der Flüssigkeit in dem Kühlsystem an der anderen Seite sich bei einer Druckerhöhung an der ersten Seite ebenfalls erhöht.

   19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgleichvorrichtung umfaßt:

   (a) eine Vorrichtung zur Halterung mindestens eines Teils jeder der Wärmesenken zu einer Relativbewegung gegenüber dem scheibenförmigen Körper in einer solchen Weise, daß eine Druckerhöhung in einem Kühlsystem zu einer Erhöhung des Volumens dieses einen Kühlsystems neigt, und

   (b) eine Kraftübertragungsvorrichtung zur mechanischen Verbindung der Wärmesenkenteile, so daß eine Erhöhung im Volumen eines Kühlsystems zu einer Verringerung des Volumens des anderen Kühlsystems neigt.

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   20. Vorrie&türig nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß:

   (a) äer Kern (60) an dem scheibenförmigen Körper (12) befestigt ist, wodurch die Abmessung des zweiten Durchlaßkanals (68) trotz Druckänderungen praktisch konstant sind und -

   (b) der rohrförmige Wärmesenkenteil (35) zu einer Bewegung relativ zum scheibenförmigen Körper (12) gehaltert ist, so daß sieh das Volumen des Flüssigkeitskreis lauf es ändern kann, um durch Wärmeausdehnung und Wärmezusammenziehung des flüssigen Metalls bedingte Änderungen aufzunehmen.

   21. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch " gekennzeichnet , daß:

   (a) der Kern (6Q) an dem scheibenförmigen Körper (12) befestigt ist und

   (b) eine Verstärkungsstruktur zwischen dem Flächenteil des Kerns und dem scheibenförmigen Körper in dem stromführenden Bereich des scheibenförmigen Körpers vorgesehen ist zur übertragung mechanischer Kräfte zwischen dem scheibenförmigen Körper und dem Kern, wodurch eine mechanische Unterstützung des scheibenförmigen Körpers gegeben ist.

   22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß die Verstärkungsstruktur ^ herausragende Teile umfaßt mit Kanten, an denen der scheibenförmige Körper zuemechani sehen Unterstützung anliegt.

   23· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß:

   (a) der zweite Durchlaßkanal (6.8) sich zwischen dem scheibenförmigen Körper (12) und dem unmittelbar benachbarten Teil (60) der Wärmesenke (30) erstreckt,

   (b) dler unmittelbar benachbarte Teil der Wärmesenke an dem scheibenförmigen Körper befestigt ist, wodurch die Abmessungen des zweiten Durchlaßkanals trotz Druckänderungen im

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   Kanal im wesentlichen konstant sind,

   (c) die Wärmesenke einen weiteren Teil besitzt, der beweglich relativ zum scheibenförmigen Körper befestigt ist, so daß das Volumen des Flüssigkeitskreislaufs sich zur Aufnahme von dirch Wärme erzeugte Ausdehnung und Zusammenziehung des flüssigen Metalls ändern kann.

   24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß eine Verstärkungsstruktur vorgesehen ist, die sich über den zweiten Durchlaßkanal in dem stromtragenden Bereich des scheibenförmigen Körpers zur übertragung einer mechanischen Kraft zwischen dem scheibenförmigen Körper und dem Wärmesenkenteil erstreckt und eine mechanische Unterstützung für den scheibenförmigen Körper darstellt.

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