DE2446235A1 - Befestigungsbausatz fuer elektronische bauelemente - Google Patents

Befestigungsbausatz fuer elektronische bauelemente

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DE2446235A1 DE19742446235 DE2446235A DE2446235A1 DE 2446235 A1 DE2446235 A1 DE 2446235A1 DE 19742446235 DE19742446235 DE 19742446235 DE 2446235 A DE2446235 A DE 2446235A DE 2446235 A1 DE2446235 A1 DE 2446235A1
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Description

Patentanwälte
Dr. Monte - Dipl-Ino. RnstenvaW U-*
Dipl.-lng- Grömkow
A 3033
AEI SEMICONDUCTORS LIMITED
Cartholme Raod, Lincoln, Lincolnshire, England
Befesti ,ungsb&r.satz für elektronische Bauelemente
Dia !Erfindung betrifft Befestigungsbausätze, die zur Befestigung von elektronischen Bauelementen auf einem Kühlkörper dienen sollen, und versucht, Verbesserungen für solche Bausätze zu schaffen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Befestigungsbausatz für ein elektronisches Bauelement
- zwei Körper mit guter Wärmeleitfähigkeit, von denen jeder elastisch" auf einen gemeinsamen Kühlkörper geklemmt ist, wobei i,u Betrieb beide Körper so angeordnet sind, daß sie aufeinander zugedrückt werden ojid so das elektronische Bauelement zwischen sich einschließen und jader der Körper so bemessen ist, daß er einen guten Y/ärmepfad von dem elektronischen Bauelement zum gemeinsamen Kühlkörper schafft; und
- eine Scheibe, die aus thermisch leitendem, elektrisch isolierendem Material besteht und in wenigstens einem der beiden "besagten Wärmeρfadο vorhanden ist.
609808/06 4 5
PU6235
V.ο es dc.i'i:u.f Lnkonmt, das elektronische Bauelement elektrisch, völlig von dera ge:.ieinsijiien Kühlkörper zu isolieren, sind ZV.· ei der be steten Scheiben vorgesehen, eine in jedem ,/arm c ρ ζ £. d.
Vorzugsweise bestehen die besagten Scheiben aus Bornitrid. Dieses I-ia,eri£,,l ist ein verhältnismäßig guter Wärmeleiter, während es elektrisch isoliere.
Vorzugsweise "wird auch jede der besagten Scheiben zwischen jeweils einem der besagten wärmeleitenden Körper "and dem gemeinsamen Kühlkörper angebracht. In diesem Fall können die besaiten wärmeleitenden Körper bequemerweise einen Teil der elektrischen Anschlüsse zu dem elei tronischen Bauelement bilden» Unber diesen Umständen bestehen die besaiten wärmeleitenden Körper vorzugsweise aus Kupfer.
In einem Bausatz, in dem die besagten Scheiben zwisehen jeweils einem der besagten wärmeleitenden Körper und dem gemeinsamen Kühlkörper angebracht sind, können die wärmeleitenden Körper sehr dicht benachbert zu dem elektronischen Bauelement angebracht werden, das zwischen ihnen eingeschlossen
ist« Sie können sogar in direktem Kontakt mit dem elektronischen Bauelement stehen, oder aber es kann andererseits bequemer sein, eine dünne Druckplatte dazwischenzuschieben. Diese Platte mn.3> dann aus einem Material bestehen, das ein guter thermischer und elektrischer Leiter ist.
Vorzugsweise werden die besagten wärmeleitenden Körper durch eine erste Klemmplatte elastisch auf den gemeinsamen Kühlkörper geklemmt, wobei diese Klemmpla'ute auf die beiden besagten Körper gemeinsam wirkt und starr mit dem gemeinsamen Kühlkörper verbunden ist. Da.bei ist ein elastisch verformbares Druckelement zwischen der ersten Klemmplatte und jedem der besagten Körper vorgesehen.
Vorzugsweise werden die besagten Körper auch mixtels zweier weiterer Klemmplatten aufeinender zugedrückt, welche beide starr mit der bess.gxen ersten Klemmplatte verbunden sind, wobei ein ela.stsch verformbares Druckelement zwischen jeweils einer der besagten zwei weiteren Klemmplaxten und jeweils einem der besagten Körper vorgesehen ist.
BAD ORfGINAC 609808./06 A 5
So sind vorzugsweise jedem der wärmeleitenden Körper zwei verformbare Druckelemente zugeordnet, von denen eines ein Hin- \md Herbewegen d^s Körpers in Sichtung der ersten Iilemmplf.xte und das andere ein Hin- imd Harbewegen in Sichtung einer der "besagten zwei v-eiteren Klemmplatten erlaubt.
Vorzugsweise in.t für j j den der To 3 sagten Körper eine Gleitfläche zwischen diesem 1 örper vjid jedem der beiden elastisch verformbaren Druckelemente, die diesem Körper zugeordnet sind, vorgesehen, wobei jede dieser Zv.ischenflachen zwischen dem einen elastisch verformbaren Druckelement und dem Körper in einer übene liegt, die parallel zur Bewegungs- · richtung verläuft, welche durch das andere elastisch verformbare Druckelement freigegeben wird.
In der bevorzugten Anordnung,· in der die besagten Körper von dem gemeinsamen Kühlkörper mittels der oben erwähnten Scheiben elektrisch isoliert sind, ist ebenso ein elektrisch isolierendes Mat erial|z\vi sehen jeder der besagten Klemmplatten und dem besagten Körper vorgesehen, um so die Körper von jenen elektrisch zu isolieren.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Be-
festigungsbcV'-satzes entsprechend der vorliegenden Erfindung
und Figur 2 einen von vorn gesehenen Schnitt der rechten
Hälfte des Bausatzes, der in jigur 1 dargestellt ist. Der Schnitt ist in einer senkrechten Ebene durch die Mitte das Bausatzes gelegt.
Entsprechend der Zeichnung dient der Bausatz der Befestigung eines elektronischen Bauelementes, in diesem Fall eines Thyristors 1 , auf der vorderen Oberfläche einer flr,chen Kühlkörperplatte 2, die mit einem Stapel von Kühlrippen 3 versehen ist, die an ihrer rückwärtigen Oberfläche befestigt sind. Zwei Kupferkörper 4 und 5 werden aufeintjader zugedrückt, um zwischen sich den Thyristor 1 einzuschließen. Die Druck- platten 6 und 7 sind zwischen die jeweils einander gegenüber-
ß0S808/064SÖA
BAD ORIGINAL
liegenden flächen des Thyristors 1 void des jeweiligen körpers 4 bzi . 5 eingelegt. Der Thyristor 1 ist mit Kontaktflächen verseilen, die ihm den elektrischen Strom zu- und ableiten. Jede der kontcktfläcnen erstreckt sich vollständig über jeweils eine der Oberflächen des Thyristors 1, die die Druckplatten 6 bsv.. 7 berühren. Deshalb sind die Druckplatten aus. einem elektrisch und thermisch gut leitendem Material hergestellt. Jeder der beiden Kleiiunanschlüsse ö und 9 wird durch einen Zapfen 10 mit einer der Druckplatten in Verbindung gehalten, wobei in der äuieren stirnfläche eines jeden Zapfens 10 eine Vertiefung angebracht ist, um eine von den zwei Scheiben 11 und 12 auf zunahm en, die so zusammenwirken, da.3 sie zwischen sicn eine Gleitfläche bilden. Die Scheibe 12 liegt in einer Vertiefung in der einen Stirnfläche einer elektrisch isolierenden Buchse 13· Die isolierende Buchse 13, die Scheiben 11 und 12, der klemm an schlui3 ο (bzw. 9) und der Körper 4 (bzw. 5) v/erden durch die "wirkung einer Tellerfeder 14 gegen den Thyristor 1 gedruckt, wobei die Tellerfeder 14 an einem Klemmbügel 15 anliegt und in ihrer Lage in Bezug auf die isolierende Buchse 13 durch einen jTederaufnahmeblocx. 16 festgehalten v/irdo Z\.-ei Schrauben 21 halten die Klemmbügel 15 gegen die Federaufnahmeblöcke 16 und ermöglichen es, die Pedern 14- in der richtigen ',.eise vorzuspannen. Die Klemmbügel 15 sind an zwei Stützen 17, die von der Vorderseite der Kühlkörperplaxte 2 aufragen, durch Zugstangen befestigt, die durch elektrisch isolierende Hohlrohre 1b verlaufen.
Eine Klemmplaxte 19 hält die Körper 4 und 5 in gutem thermischen Kontakt mit dem Kühlkörper. Die Klemmplatte 19 wirkt auf beide Körper 'zusammen ein und ist durch die Schrauben 20 starr mit den Stützen 17 verbunden.
Die Körper 4 und 5 werden durch die Klemmplatte 19 mittels einer Tellerfeder 22 elastisch festgeklemmt, die in einem Federaufnahmeblock 23 gelagert und durch eine Schraube 24 vorgespannt ist. Der Federaufnahmeblock 23 ist in einer Vertiefung in der einen Stirnfläche einer Buchse 25 montiert, die axis einem elektrisch isolierenden Material besteht und in deren gegenüberliegenden Stirnfläche eine weitere Vertiefung eine Scheibe 26 des Scheibenpaares 26, 27 in ihrer Lage hält, welches eine Gleitfläche zwischen diesen Scheiben liefert.
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BAD ORIGINAL
_r_ 2U6235
Scheibe 27 liegt In einer ^t-S ε enden Vertiefung in aer oberen Fläche des jeweiligen Körpers 4 bzw. b.
Die untere Fltch-, von jedem aer körper 4 bz'... 5 steht mit jeweils einer Lcneibs 2_ in \ onxak-u, die- aus Bornitrid besteht. Dies ist ein wohlbSt.. :i:i-_es "jrterial, das elektrisch isoliert aber thermisch leitet. Jede der Scheiben 2c sitzt f.uf einem massiven Stutzen 29 auf, der durch eine Öffnung in der Kuhlkörperplc.tte 2 rt-gt und mittels sines ringförmigen, vorstehenden Y/ulsxes, der ein iutegriler Bestandteil des Stutzens 29 ist, in seiner Lage festgeiu-Ixen -wird.
Jeder Stutzen 29 paßt satt in die zugehörige Öffnung in der Kühlkör perplatte 2, uv.i einen aufgezeichneten thermischen Kontakt mit dieser sicherzustellen. Die Kühlrippen 3> die durch Abstandsstücke 30 getrennt sind, sind durch die Zapfen 31 on den Stutzen 29 befestigt.
Der Befestigungsdruck vird von der Art dos elektronischen Bauelementes, das in diesem FeII ein Thyristor ist, und ebenso von der "warne, die ει'ο ge führt v/erden mu3, abhängen, da die Qualität des "..ärniepfados vom Thyristor 1 über die Körper 4 und 5 zu der Kühlkörperplatte 2 und den Kühlrippen '■} zum Teil solch von den Drücken abhängt, die an den verschiedenen Übergangsflächen herrschen.
Die Druckkraft, die von den Federn I4 ausgeübt wird, um die Körper 4 und 5 gegen den Thyristor 1 zu pressen, liegt typisch bei ca. I56O kg (3,000 lbs) und die abwärts gerichtete Druckkraft, die von den Federn 22 ausgeübt wird, um die Körper 4 und 5 jeweils gegen die Kühlkörperple/tte 2 zu pressen, beträgt etwa 91 kg (200 lbs.).
Im normalen Bexrieb läuft der elektrische Strompfad von dem Klemmanschluß 8 durch den Körper 4, die Druckple.tte 33, den Thyristor 1, die andere Druckplatte 33 und durch den Körper 5 zum Klemmsjischluß 9Ό Der dritte Anschluß, der die Steuerelektrode des Thyristors ist, besteht natürlich aus einer Schvachstromleituiig und ist als flexibles Kabel (nicht gezeichnet) direkt am Thyristor befestigt.
Die flexible Befestigung des elektronischen Bauelementes erlaubt die Bewegung, die für das Ausdehnen und das Zusammenziehen erforderlich ist, die auftreten, wenn sich das
609808/0645 " 6 ~
BAD ORIGINAL
— D —
bauelement und die; Baugruppe ira normalen Gebrauch erhitzen ..aid \:ioder · bkühlerio Die Federn 2-_ erlc.uDen die vertikale Bewegung uii --.. die i-'adern 14 e rl ε ν. bon die norizorrcale Bevejung» ])ie ζ isehen cu;n Lciieibaijujiaren *: 1 ,12 "und den Scheiberip&.areri lc-, I 7 vorgesehenen Gleitflacnen erlauben, da.ο di-se Bewegung ■.eich 1OiId oime eine Verwindung der Baugruppe zu bewirken vor sicii geht;, während aort, wo es nötig ist, ein stetiger Verlauf der .ilekoritchen und th-^rniisehen ..ege eiuirecht erhalten wird.
"Vie bereits erwähnt, ist in der bisher beschriebenen Ausführungform das elektronische Bauelement ein ^hyrisxor. bolche Bouelemente sind manchmal erforderlich, "um eine große Henge von V.-arme energie abzufünreii. In einem typischen Beispiel tei ein Thyristor sum Schelten einer Spanning von 3000 YoIt bei einer Verlustleistung von ca. 1,5 Lilowatt erforderlich. Ss ist bisher üblich, diese Energiemenge dadurch abzuführen, dai3 man "'asser- oder Geblfc.seltühlung auf das elektronische Bauelement ειΐϊ.-endeto In m&nchen Anwendung^ fäll en mu3 man sich wegen der Schwierigkeiten und/ oder Losten, die mit der Anwendung einer erzwungenen Mihlung verbunden sind, euf die natürliche IZontaktkünlung verlassen. Die vorliegende jirfindung erlaubt die direkte Kühlung der beiden Stirnflächen eines elektronischen Bauelementes, wobei die Hitze zic einem einzigen Iiühlkörper abgeleitet wird» Dieser^esiehtspunkt ermöglicht den Gebrauch von besonders kompakten Befestigungsbaasätzen und erlaubt darüber hinaus, das elektronische Bauelement einfach dadurch abzudecken, daß ein umgedrehter offener Kasten über den Bausatz gestülpt und der Rand des Fastens auf der Frontseite der Kühlkörperplatte 2 befestigt wird. In Bergwerken ist es z.3. wichtig, elektrische Vorrichtungen in feuerfesten Gehäusen abzus chli e 3en«
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609808/0845
- 7

Claims (9)

  1. Patentansprüche
    .j Bef estigungsb; ust/cz fur ein elektronisches Bauelement unter Verwendung von zvei Körpern, die eine gute thermische. Leitfähigkeit besitzen, daüurcu. g e k e η η ζ e i c h η e t, da,3 jeder der Körper (4,5) elastisch irax einen gemeinsamen Kühlkörper (2) geklemmt wird und da3 diese Körper i-i. Betrieb so '.-ηΕτεordnet Lind, da.3 sie aufeinander zugedrückt werden, wobei sie das elektronische Bauelement (1) zwischen s-.ich eint.chliojen, und jeder äer Körper (4,5) so bemessen ist, dai3 er einen guten -Värmepfad von dem elektronischen Bauelement (1) zum gemeinsi.xaen l-.ühlkürper (,2) liefert,und durch eine Lchicht oder Plt.tte (2lO, die aus einem thermisch leitenden und elei.trisch isolierenden Material besteht und in v;jnigttens einem der besagten zwei jjfi.de vorhanden ist.
  2. 2. Befestigungsbsusatz nach Anspruch 1, bei dem ζ ei der besagten Schichten oder Platten (2b) vorgesehen sind, eine in jedem der Y.'ärmepfade.
  3. 3. Befestigungsbcusatζ nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jede Schicht oder Platte (2b) eine aus Bornitrid bestehende Scheibe ist.
  4. Befestigungsbaus;:tz nach Anspruch 3» bei dem jede der besagten Scheiben (2b) zwischen jeweils einem der besagten wärmeleitenden Körper (4 oder 5) und dem gemeinsamen Kühlkörper (2) angebracht ist.
  5. 5. Befestigungsbausatz nach Anspruch 4» bei dem die besagten wärmeleitenden Körper (4,5) einen Teil der elektrischen Anschlüsse zu. dem elektronischen Bauelement (1) bilden.
  6. 6. Befestigungsbtusatz nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, bei dem die besagten wärmeleitenden Körper (4,5) durch sine ersxe Klemnrple-tte (19), die beiden besagten Körpern gemeinsam ist und die starr mit dem ge-
    609808/0645 Iad ORieiNAU
    meinsamen Kühlkörper verbunden wird, elastisch auf den gemeinsamen Kühlkörper (2) geklemmt v/erden, wobei ein elastisch verformbares Druckelement (22) zwischen der ersten Klemmplatte (19) und jedem der besagten Körper vorgesehen ist.
  7. 7. Befestigungsbausatz nach Anspruch 6, bei dem die besagten Körper (4,5) mittels zweier weiterer Klemmplatten (15) aufeinander zugedrückt worden, wobei beide Klemmplatten (15) starr mit der besagten ersten lilemmplaxte (19) verbunden sind und ein elastisch verformbares Druckelement (14) zwischen jeweils einer der besagten zwei weiteren Klemmplatten (15) "und jeweils einem der besagten Körper (4 "bzw. 5) vorgesehen ist.
  8. üo BefestiguJigsbausatz nach Anspruch 7, "bei dem für jeden der besagten Körper (4,5) eine gleitende Zwischenfläche (26,27 und 11,12) zwischen diesem Körper (4 bzw. 5) und jedem der beiden elastisch verformbaren Druckelemente (14 oder 22), die diesem Körper zugeordnet sind, vorgesehen ist, wobei jede der Zwischenflächen zwischen einem elastisch verformbaren Druckelement (14 bzw. 22) und dem Körper in einer Ebene liegt, die parallel zu der Bewegungsrichtung verläuft, die durch das andere elastisch verformbare Druckelement (22 bzw. 14) freigegeben wird.
  9. 9. Befestigungsbausatz nach Anspruch 8, bei dem die besagten Körper (4 und 5) von dem gerne ins cxnen Kühlkörper (2) mittels der besagten Scheiben (28) elektrisch isoliert sind und ebenso elektrisch isolierendes Material (13,25) zwischen jeder der besagten Klemmplatten (15,19) und dem besagten Körper (4»5) vorgesehen ist, um so die Körper elektrisch von jenen zu isolieren.
    609808/0645 ^AD original
    Lee ite
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