DE2145192A1

DE2145192A1 - Kuehlvorrichtung

Info

Publication number: DE2145192A1
Application number: DE19712145192
Authority: DE
Inventors: Hans Graef; Kornelius Dipl Ing Sotiriu
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-09-09
Filing date: 1971-09-09
Publication date: 1973-03-22
Also published as: FR2152652A1; LU66023A1; IT967178B; GB1349920A; BE788570A; FR2152652B3; NL7212185A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine flache Kühlvorrichtung zur Kühlung von elektronischen Bauelementen mit einem flüssigen Kühlmittel.

Die in elektronischen Bauelementen entstehende Verlustwärme muß abgeführt werden, um ihre .Punktionsfähigkeit aufrecht zu erhalten. Vielfach genügt hierzu die natürliche Abstrahluiig und die Wärmeabgabe an die umgebende Luft.,Sehr häufig werden aber zur Ausnutzung der an sich vorhandenen Leistungsfähigkeit zusätzliche Kühlmaßnahmen erforderlich. Das gilt insbesondere für hochbelastete Transistoren, Gleichrichterdioden, Thyristoren und ähnliches. Es ist bekannt, solche Halbleiterbauelemente mit Kühlrippen zu versehen oder sie auf große Metallplatten, auf Metallblöcke mit Kühlrippen oder auf sternförmige metallische Gebilde zu setzen, mit dem Ziel, die für die Wärmeabgabe wirksame Oberfläche zu vergrößern. Zur Verbesserung der Wirksamkeit werden gelegentlich zusätzliche Kühlgebläse vorgesehen.

Derartige Kühlmaßnahmen genügen aber im allgemeinen nicht mehr für sehr hochbelastete Halbleiterelemente oder für Bauelemente wie Transformatoren und Drosseln in Stromversorgungseinrichtungen für größere elektronische Anlagen, die z. B. als Berührungsschutz oder zur Verminderung der

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von ihnen ausgehenden magnetischen Streuung und der Geräuschentwicklung in Gehäuse gesetzt und gelegentlich darin vergossen v/erden. Vfegen der zumeist schlechten ".#meableitbedingungen muß eine Kühlung im Gehäuseinneren erfolgen. Das ist praktisch nur mit Flüssigkeitskühlung möglich, die in ähnlicher Weise seit langein bei großen elektrischen Maschinen Verwendung findet.

Dem kommt entgegen, daß die ständig zunehmende Integration von Halbleiterschaltungen, insbesondere in der Schaltkreistechnik für den Einsatz in Anlagen zur Datenverarbeitung, Steuerung und Regelung wegen der ebenfalls wachsenden Verlustleistungsdichte zum Übergang auf eine Flüssigkeitskühlung zwingt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Kühlvorrichtung zur Kühlung von elektronischen Bauelementen mit einem flüssigen Kühlmittel anzugeben, die gleichermaßen zur Kühlung hochbelasteter Halbleiterelemente und zur Kühlung von Bauelementen mit relativ großer, teilweise etener oder auch unregelmäßiger Oberfläche geeignet ist. Die Kühlvorrichtung soll so ausgebildet sein,-daß sie gegebenenfalls gemeinsam mit den entsprechenden Bauelementen vergossen werden kann.

Gemäß der Erfindung ist diese Kühlvorrichtung dadurch gekennzeichnet, da'ß eine erste rechteckige Platte mit in einer Ebene liegenden Randzonen im Inneren, den überwiegenden Teil der gesamten Plattenfläche einnehmenden Bereich eine flache Vertiefung mit ebenem Boden aufweist, daß die Randzonen der ersten Platte auf einer zweiten ebenen Platte mit gleichen Außenabmessungen aus gut wärmeleitendem Metall aufliegen und mit ihr wasserdicht verbunden

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sind, derart, daß zwischen den vertieften Bereichen der ersten Platte und der zweiten Platte ein von dem Kühlmittel durchströmender Hohlraum entsteht, und daß die zweite Platte in Schlauchanschlußstutzen mündende Bohrungen für die Zu- und Ableitung des Kühlmittels auf v/eist.

Y/eitereiünzelheiten sind den Unteransprüchen und der nachstehenden. Beschreibung anhand der Zeichnung zu entnehmen.

Die Pig. 1 zeigt eine rechteckige Platte 1 aus Blech oder einem genügend widerstandsfähigen Kunststoff, beispielsweise mit den Abmessungen 120 mm auf 90 mm und einer Dicke von 1 mm. Die durch eine Schraffur hervorgehobenen Randzonen 2 bis 5 liegen in einer Ebene. Der innere, flächenrnäßig überwiegende Bereich 6 der Platte 1 ist dagegen um einige Millimeter vertieft und bildet eine Art Wanne mit im wesentlichen ebenem Boden. Von der Randzone A- senkrecht εί-usgebend ragt in den inneren Bereich eine Sicke 7 hinein und endigt in einem gewissen Abstand vor der gegenüberliegenden Randzone 2. Durch die Schraffur soll angedeutet \verden, daß die Sicke 7 in der Ebene der Randzonen

2 bis 5 liegt. Die Pig. 2 zeigt den Verlauf der Platte entlang der Schnittlinie A-B nach Pig. 1.

An der gekröpften Platte 1 wird eine zweite, vollkommen ebene Platte 8 mit den gleichen Außenabraessungen so befestigt, daß die Randzonen 2 bis 5 und die Sicke 7 auf der zweiten Platte 8 aufliegen. Die zweite Platte 8 besteht aus einem gut wärmeleitenden Metall und ist vorzugsweise etwas dicker als die Platte 1, beispielsweise etwa 2 bis

3 mm stark.

Die Verbindung der beiden Platten 1 und 8 erfolgt durch Hieben mittels eines gegen das zur Verwendung kommenden

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Kühlmittels resistenten und ausreichend wärmefesten Klebers oder durch Löten oder Verschweißen, sofern auch die Platte 1 aus Metall besteht. Ist die Platte 1 aus eingem geeigneten · Kunststoff gefertigt, so kann die Verbindung außer durch Kleben gegebenfalls auch durch Zusammenpressen bei gleichzeitiger Wärmeeinwirkung hergestellt werden.

Durch die Verbindung der gekröpften Platte 1 mit der ebenen Platte 8 entsteht zwischen den beiden Platten ein Hohlraum, der durch die Sicke 7 eine U-förmige Gestalt erhält. Der Hohlraum dient als Kühlmittelkanal. Die Zuleitung und Ableitung des Kühlmittels geschieht über Bohrungen in der ebenen Platte 8 jeweils in der Nähe der freien Enden der U-Form. Ihre Lage ist durch Kreuze 9 und 10 in Fig. 1 angedeutet. Die Bohrungen münden auf der Außenseite in Schlauchanschlußstutzen,wie aus Fig. 3 ersichtlich ist. Die Fig. 3 zeigt unter anderem eine Seitenansicht der Kühlvorrichtung mit den beiden Platten 1 und 8 und dem einen (11) der beiden Rohrstutzen. Die in Fig. 1 sichtbaren Bohrungen 12 bis 15 gehen auch durch die zweite Platte 8 und dienen zur Befestigung der Kühlvorrichtung.

Wie nun ohne weiteres erkennbar ist, muß der Abstand zwischen dem Ende der Sicke 7 und der gegenüberliegenden Randzone 2 (Fig. 1) so groß sein, daß die Strömung des Kühlmittels nicht oder nicht wesentlich behindert ist. Der Abstand darf aber auch nicht zu groß sein, damit sichergestellt ist, daß sich in der Nähe der Randzone keine strömungsfreien Gebiete ausbilden.

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\Yenn die Breite der Kühlvorrichtung im Verhältnis zu ihrer Länge gering ist, genügt es unter Umständen, das Kühlmittel an einem Ende zuzuführen und am anderen Ende wieder abzuleiten. Aber auch in diesem Fall kann es zweckmäßig sein, die Kühlmittelströmung mit Hilfe einer Sicke umzukehren, um ein möglichst geringes Temperaturgefälle innerhalb der Kühlvorrichtung zu erreichen.

Nähert sich der Umriss der Kühlvorrichtung einem Quadrat oder zwingen irgendwelche Gründe dazu, die Zuleitung und Ableitung des Kühlmittels an ein und derselben Breitseite vorzunehmen, dann ist es notwendig, zwei oder mehr Sicken vorzusehen, die abwechselnd von einander gegenüberliegenden Randzonen ausgehen und so gegenseitig versetzt sind, daß die einzelnen Abschnitte des entstehenden zinnenförmigen KühlmittelkamLa etwa gleich breit sind.

Eine Weiterbildung der Erfindung zeigt die Fig. 3- Eine dicke Metallplatte 16, die mit der Platte 8 der vorher beschriebenen Kühlvorrichtung zur Erzielung eines guten Wärmeübergangs mehrfach verschraubt ist, trägt Bohrungen zur Aufnahme der zu kühlenden Hochleistungshalbleiter 17» beispielsweise Thyristoren. Die Befestigung der Platte 16 erfolgt durch Kleben, Löten oder mittels Gewindebolzen 18, die an der Platte 8 durch Schweißen, Hartlöten oder Vernieten befestigt sind. Einer dieser Gewindebolzen 18 ist in Fig. im linken, aufgeschnittenen Teil der Platte 16 erkennbar.

3 Figuren

6 Patentansprüche

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Claims

- 6 Patentansprüche-

1. Kühlvorrichtung zur Kühlung von elektronischen Bauelementen mit einem flüssigen Kühlmittel, dadurch gekennze ichnet, daß eine erste rechteckige Platte, mit in einer Ebene liegenden Randzonen, im ".nneren, den überwjegen-'den Teil der gesamten Plattenfläche einnehmenden Bereich, eine flache Vertiefung mit ebenem Boden aufweist, daß die Randzonen der ersten Platte auf einer zweiten Platte mit gleichen Außenabmessungen aus gut wärmeleitendem Metall aufliegen und mit ihr wasserdicht verbunden sind, derart, daß zwischen den vertieften Bereichen der ersten Platte und der zweiten Platte ein vo'n dem Kühlmittel durchströmt er Hohlraum entsteht, und daß die zweite Platte in Schlauchanschlußstutzen mündende Bohrungen für die Zu- und Ableitung des Kühlmittels aufweist.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die erste Platte eine auf der Mitte der Randzone einer Schmalseite senkrecht stehende und in der Ebene der Randzonen verlaufende Sicke aufweist, die in einem Abstand vor der Randzone der gegenüberliegenden Schmalseite endigt, so daß der zwischen den beiden Platten verbleibende Hohlraum eine im wesentlichen U-förmige Gestalt besitzt, daß das Kühlmittel am freien Ende des einen Schenkels zugeführt und am freien Ende des anderes Schenkels abgeführt wird und daß durch den verbMbenden Abstand zwischen dem freien Ende der Sicke und der dem Ende gegenüberliegenden Randzone der Kühlmitteldurchfluß nicht behindert wird.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die erste Platte zwei oder

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mehr in dor Ebene der Randzonen verlaufende Sicken aufweist, die abwechselnd senkrecht an einer von zwei einander gegenüberliegenden Randvollen angesetzt sind und in einem Abstand von der jeweils ihrer Basis gegenüberliegenden Randzone endigen, daß die Abstände zwischen benachbarten Sicken und zwischen den äußeren Sicken und den dazu parallelen Randzonen wenigstens annähernd gleich sind, so daß der zwischen den beiden Platten verbleibende Hohlraum einen im wesentlichen zinnenförnig verlaufenden Kühlmittelkanal bildet, an dessen Enden das Kühlmittel zugeführt bzw. abgeführt wird.

4. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3· dadurch gekennzeichnet, daß die erste Platte aus Iletall besteht und mit der zweiten Platte verlötet, verschweißt oder mittels eines gegen das Kühlmittel resisbenten Klebers ausreichender Wärmefestigkeit verklebt ist.

5. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Platte aus wärmefestem, steifem Kunststoff besteht und mit der zweiten Platte verklebt oder mittels Y/ärrueeinwirkung verschweißt ist.

G. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite der zweiten ebenen Platte Gewindebolzen angesetzt sind, die zur Befestigung eines mit Bohrungen zur Aufnahme von Hochleistungs-Halbleiterbauelementen versehenen Metallblocks dienen.

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