DE2362353A1

DE2362353A1 - Kuehlkoerper fuer ein halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE2362353A1
Application number: DE2362353A
Authority: DE
Inventors: Werner Hangs
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-12-14
Filing date: 1973-12-14
Publication date: 1975-06-26
Also published as: JPS5094884A; JPS5421713B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper für ein Halbleiterbauelement, bestehend aus einem säulenförmigen, massiven Kern, bei dem eine Stirnfläche zur Befestigung des Halbleiterbauelementes vorgesehen ist und von dem an zwei sich gegenüberliegenden Seitenflächen Kühlfinnen seitlich abstehen, deren Enden etwa von zwei im wesentlichen parallel zueinander und zur Längsachse des Kernes verlaufenden Ebenen begrenzt sind.

Solche Kühlkörper sind beispielsweise aus der DT-OS 1 913 546 oder einem Prospekt der lirma Assmann & Söhne "Elektronische Bauelemente 1971" bekannt.

Diese bekannten, quaderförmigen Kühlkörper sind raumsparend in einer Baueinheit unterzubringen. Dies gilt vor allem auch dann, wenn in der elektronischen Baueinheit, beispielsweise in einem Thyristorbaustein mehrere Halbleiterbauelemente nebeneinander anzuordnen sind. Nachteilig ist jedoch bei den bekannten Kühlkörpern, daß die Kühlfinnen an der-heißesten . Stelle des Kühlkörpers do h. in der Nähe- der Stirnfläche, die zur Befestigung des Halbleiterbauelementes vorgesehen ist,

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kürzer als oder Höchstfalls gleichlang wie die Kühlfinnen sind, die sich an kälteren Stellen des Kühlkörpers befinden. Damit ist die zur Wärmeabfuhr zur Verfügung stehende Oberfläche an der heißesten Stelle des Kühlkörpers, also in der Nähe seiner Wärmequelle am geringsten. Die bekannten Kühlkörper sind daher hinsichtlich der Wärmeabfuhr nicht optimal.

Aus dem obengenannten Prospekt ist auch ein Kühlkörper bekannt, bei dem die Kühlfinnen strahlenartig von einer plattenförmigen Unterlage ausgehen. Diese Kühlkörper sind für Lüftaraggregate vorgesehen. .Zur Kühlung von Halbleiterbauelementen sind sie nur bedingt verwendbar, da die Kühlfinnen seitlich weit ausladen und daher ein raumsparender Aufbau von elektronischen Baueinheiten nicht möglich ist.

Es besteht die Aufgabe, einen Kühlkörper der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß er hinsichtlich der Wärmeabfuhr optimiert iat und seine quaderförmige Gestalt beibehalten bleibt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß wenigstens ein Teil der Kühlfinnen gegenüber der Längsachse des Kernes geneigt ist und daß die Neigung der-Kühlfinnen in Richtung auf die Stirnfläche zunimmt, die zur Befestigung des Halbleiterbauelementes vorgesehen ist.

Durch die unterschiedliche Schrägstellung der Kühlfinnen insbesondere im heißesten Bereich des Kühlkörpers, wird erreicht, daß die Länge der Kühlfinnen auch im Bereich der heißesten Stelle keinesfalls abnimmt und daher die Oberfläche der Kühlfinnen dort mindestens genau so groß ist, wie an kälteren Stellen des Kühlkörpers. Die quaderförmige Gestalt des Kühlkörpers bleibt davon unberührt und der Kern kann ebenfalls quaderförmig oder konisch sein, wie es aus den genannten Literaturstellen bekannt ist. Der erfindungsgemäße Kühlkörper ist daher raumsparend einzubauen und seine Wärmeabfuhr ist optimiert.

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Vorzugsweise ist die Neigung aller unmittelbar vom Kern ausgehenden Kühlfinnenso gewählt, daß die Länge der Kühlfinnen in Richtung auf die Stirnfläche zunimmt, die zur Befestigung des Halbleiterbauelementes vorgesehen ist. Bei dieser vorteilhaften Bauform ist sichergestellt, daß die zur Wärmeabfuhr zur Verfügung stehende Oberfläche in der Nahe der Wärmequelle am größten ist. . ·

Im folgenden wird der erfindungsgemäße Kühlkörper beispielhaft anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Pig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kühlkörper 1 im Aufriß*... Der Kern 2 besitzt zwei konisch verlaufende Seitenflächen 2a, von denen Kühlfinnen 3 seitlich abstehen. Auf der-breiten Stirnfläche 4 des Kernes 2 ist eine Bohrung 5 vorgesehen, in die ein Halbleiterbauelement, beispielsweise ein Thyristor eingeschraubt werden kann, der die Wärmequelle ist. Die konische Form des Kernes 2 ist wegen des Wärmestromes günstig, ,der gegen die freie Stirnfläche 6 des Kernes 2 hin abnimmt. Außerdem führt diese.konische Form des massiven Kernes 2 zu einer wesentlichen Materialeinsparung. Die vom Kern 2 seitlich abstehenden Kühlfinnen 3 sind teilweise gegen die Längsachse 7 des Kernes 2 geneigt. Der Winker o£ , den die Mittelebene 3a Jeder Kühlfinne 3 mit der Längsachse 7 bildet, wird in Richtung auf die Stirnfläche 4hin kleiner, die mit der Bohrung 5 für das, Bauelement versehen ist.'Die Neigung der Kühlfinnen 3 bzw. der Winkel c£ jeder Kühlfinne ist so gewählt, daß die Kühlfinnen im Bereich der Bohrung 5, d.h. im heißesten Bereich des Kühlkörpers 1 länger sind, als die Kühlfinnen, die sich am freien Ende des Kühlkörpers !befinden. Damit wird die :- Oberfläche, die zur Wärmeabfuhr zur Verfügung steht, im Bereich der heißesten Stelle des. Kühlkörpers 1 vergrößert und .damit die Wärmeabfuhr optimiert und es bleibt die quaderf'örmige Gestalt des Kühlkörpers 1 beibehalten, da die Enden, aller Kühlfinnen 3 durch die beiden parallel zueinander und zur Mittelachse 7 verlaufenden Ebenen 8 und 9 begrenzt sind_y die in Fig. 1 gestrichelt dargestellt sind.

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Die breite Stirnseite 4 des Kernes 2 ist durch. Vorsprünge 10 und 11 vergrößert, die an den Seitenflächen 2a des Kernes 2 seitlich abstehen, die die Kühlfinnen tragen. Auf diese Vorsprünge 10 und 11 sind beim Ausführungsbeispiel jeweils zwei Kühlfinnen 12 aufgesetzt, deren Neigung in etwa der Neigung der "vorhergehenden, vom Kern 1 ausgehenden Kühlfinne entspricht oder größer ist. Durch diese Kühlfinnen 12 wird der Raum, der wegen der geneigten Kühlfinnen 3 in der Nähe der Wärmequelle entsteht, ausgefüllt, und es wird die Wärmeübergangsfläche in diesem Bereich des Kühlkörpers außerdem noch vergrößert. Die Vorsprünge können zurBefestigung des Kühlkörpers 1 benutzt werden. Hierzu sind im Ausführungsbeispiel in den Vorsprüngen 10 und 11 je eine Nut 10a und 11a vorgesehen, die T-förmigen Querschnitt besitzt.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Kühlkörper stehen die unmittelbar an die freie Stirnfläche 6 grenzenden Kühlfinnen 3 unter einem Winkel von 90 ab, und es ist in der schmalen Stirnseite 6 des Kernes 1 ebenfalls eine Nut 13 mit T-förmigem Querschnitt angeordnet. Mit Hilfe der Nuten 10a, 11a und 13» die parallel zueinander verlaufen, läßt sich der erfindungsgemäße Kühlkörper 1 in einfacher Weise mittels Klemmschrauben befestigen, wobei Toleranzen nicht berücksichtigt werden müssen und besondere Bohrungen an den Kühlkörpern nicht vorzusehen sind.

Der in Fig. 1 gezeigte Kühlkörper ist vorzugsweise aus Aluminium im Strangpreßverfehren hergestellt. Er ist damit auch für eine Serienfertigung geeignet die besonders kostengünstig ist.

In Pig. 2 ist demonstriert, wie man mit Hilfe des erfindungsgemäßen Kühlkörpers bei optimaler Wärmeabfuhr einen raumsparenden Aufbau einer elektronischen Baueinheit, beispielsweise eines Thyristorbausteines realisieren kann. Die Pig. 2 zeigt einen Ausschnitt einer elektronischen Baueinheit. Kühlkörper 1 entsprechend der Fig. 1 sind zwischen einer Frontplatte 14 und einer Montageplatte 15 nebeneinander angeordnet. Frontplatte 14 und Montageplatte 15 sind aus elektrisch isolieren-

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dem Material gefertigt. Mit der Frontplatte 14 ist jeder-Kühlkörper mit Schrauben 16 verschraubt, deren Muttern 17 jeweils in einer Nut 10a bzw. 1 la verklemmt sind. Auf der Montageplatte 15 liegt die freie Stirnfläche 6 jedes Kühlkörpers 1 auf und ist ebenfalls mittels jeweils einer Schraube 18 verschraubt, deren Mutter !9 in der Wut 13 des jeweiligen Kühlkörpers 1 liegt. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß bei dieser Befestigungsart ein Toleranzausgleich nicht vorzusehen ist und daß in den Kühlkörpern 1 bei der Montage keine gesonderten Bohrungen mehr angebracht werden müssen. '".'.'

In den Bohrungen 5 jedes Kühlkörpers 1 ist jeweils ein Halbleiterbauelement 20 eingeschraubt, das in der Pig. 2 schematisch gezeigt ist und beispielsweise jeweils ein Thyristor sein kann. Jedes dieser Halbleiterbauelemente 20 ragt durch eine Öffnung 21 der Frontplatte'14 und bleibt damit immer von außen zugänglich. Damit ist ein wartungsfreundlicher Aufbau der elektronischen Baueinheit sichergestellt.

Die Fig. 2 zeigt,, daß sich die erfindungsgemäßea Kühlkörper 1 sehr nahe beieinander liegend anordnen lassen. Ein raumsparender Aufbau der· elektronischen Baueinheit läßt sich damit verwirklichen, wobei zu betonen ist, daß durch diesen raum- · sparenden Aufbau die Wärmeabfuhr keineswegs gestört wird, da der Strom des gasförmigen Kühlmittels senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 2 zwischen den Eühlfinnen hindurchströmt und damit alle Kühlkörper mit Kühlmittel gleicher Temperatur angeströmt werden.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit dem erfindungsgemäßen Kühlkörper bei optimaler Wärmeabfuhr ein raumsparender Aufbau einer elektronischen Baueinheit, realisiert werden kann, bei dem außerdem noch die Montage wesentlich erleichtert ist. Der erfindungsgemäße Kühlkörper läßt sich ohne besonderen Aufwand herstellen und ist daher für einen"kostengünstigen Einsatz geeignet. ·

2 Figuren 509826/04-14 '

6 Patentansprüche -6 -

Claims

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Pat eatanspräche

( 1 J Kühlkörper für ein Halbleiterbauelement, bestehend aus einem säulenförmigen, massiven Kern, bei dem eine Stirnfläche zur Befestigung des Halbleiterbauelementes vorgesehen, ist und von dem an zwei sich gegenüberliegenden Seitenflächen Kühlfinnen seitlich abstehen, deren Enden etwa von zwei im wesentlichen parallel zueinander und zur Längsachse des Kernes verlaufenden Ebenen begrenzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Kühlfinnen (3) gegenüber der Längsachse (7) des Kernes (2) geneigt ist und daß die Neigung der Kühlfinnen in Richtung auf die Stirnfläche (4) zunimmt, die zur Befestigung des Halbleiterbauelementes (20) vorgesehen ist.
2. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung aller unmittelbar vom Kern (2) ausgehenden Kühlfinnen (3) so gewählt ist, daß die länge der Kühlfinnen in Sichtung auf die Stirnfläche (4) zunimmt, die zur Befestigung dee Halbleiterbauelementes (20) vorgesehen ist.
3. Kühlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der freien Stirnfläche (6) des Kernes (2) benachbarten Kühlfinnen- (3) unter einem Winkel von ungefähr 90° bezüglich der Längsachse, (7) des Kernes von diesem abstehen.
4. Kühlkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Stirnfläche (6) des Kernes (2) mit einer Nut (13) mit T-förmigen Querschnitt versehen ist.
5. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (2) an der Stirnfläche (4) die zur Befestigung des Halbleiterbauelementes (20) vorgesehen ist, seitliche Vorsprünge (10, 11) an den Seitenflächen (2a) besitzt, von denen die Kühlfinnen (3) abstehen und daß jeder dieser Yorsprünge wenigstens eine Kühlfinne (12) trägt, deren Neigung bezüglich der Längsachse des Kernes

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etwa mit der Neigung der unmittelbar benachbarter von der Seitenfläche des Kernes abstehenden Kühlfinne (3) überein^ stimmt.
6. Kühlkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stirnfläche des Kernes (2) in jedem Vorsprung (10, 11) eine Nut (10a, 11a) mit T-förmigen Querschnitt angeordnet
ist. ....."-..·"'-

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