DE2722142A1

DE2722142A1 - Metallische gehaeusewandung fuer ein elektronische bauelemente aufnehmendes gehaeuse

Info

Publication number: DE2722142A1
Application number: DE19772722142
Authority: DE
Inventors: Guenter Wosnitza
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-05-16
Filing date: 1977-05-16
Publication date: 1978-11-23
Also published as: DE2722142B2; JPS53142182A; DE2722142C3

Description

Metallische Gehäusewandung ftlr ein elektronische Bauelemente
aufnehmendes Gehäuse Die Erfindung betrifft eine metallische Gehäusewandung für ein elektronische Bauelemente aufnehmendes Gehäuse, die als Montage-und Kühlfläche fUr thermisch hochbelastete Halbleiterbauelemente dient.
Eine derartige Gehäusewandung ist aus der GB-PS 962 796 bekannt. Diese Gehäusewandung ist im Querschnitt u-förmig profiliert und weist eine Befestigungsbohrung auf. Das auf der Innenfläche der Gehäusewandung angeordnete Halbleiterbauelement ist mit einem Schraubbolzen durch die Befestigungaöffnung isoliert hindurchgeführt und von außen verschraubt. Die Edhlflaohe des Halbleiterbauelements ist durch dessen äußere Verschraubung gegen eine Metallplatte gepreßt, die durch eine Isolierschicht gegen die Gehäusewandung isoliert ist. Die Metallplatte weist eine größere Fläche als die kühlfläche des Halbleiterbauelements auf und wirkt somit als eine Art gühlfläche, Die durch die Isolierschicht auf die Gehäusewandung gelangende Verlustwärme wird durch die Gehäusewandung disipiert. Eine derartige Gehäusewandung ist nicht zum Einsatz in Verbindung mit leistungsstarken Halbleiterbauelementen geeignet, da die durch sie vermittelt gühlleistung zu gering ist.
Ferner sind Gehäusewandungen für elektronische Bauelemente aufnehmende Gehäuse bekannt, die einstückig als verrippte Eühlkdrper ausgeführt sind. Hierbei ist es erforderlich, eine Vielzahl von verschiedenen derartigen Gehäusewandungen für den unterschiedlichen Kühlbederf von Halbleiterbauelementen versohiedener Leistungsklassen bereitzuhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gehäusewandung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sie mit geringem Kostenaufwand an den Küblbedarf unterschiedlicher Halbleiterbestückungen anpaßbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Innenfläche und die Außenfläche der Gehäusewandung als Anlagefläche für KUhlkörperelemente dienen und daß beide Flächen mindestens jeweils zwei parallele Montagenuten zur Aufnahme von KlemmstUkken aufweisen, die zur Schraubbefestigung der Kühlkörper vorgesehen sind. Damit kann - Je nach dem KUhlbedarf der auf der Gehäusewandungen untergebrachten Halbleiterbauelemente - die Innen- und/oder Außenfläche mit einer solchen Anzahl von £Ehlkörperelementen versehen werden, daß der der Jeweiligen Halbleiterbestückung entsprechende Eühlbedarf befriedigt wird. Dabei kann fUr Geräte stark unterschiedlicher Leistungsklassen ein und dieselbe Gehäusewandung eingesetzt werden, die dann Jeweils lediglich mit einer angemessenen Anzahl von Kühlkörperelementen versehen wird. Die Aufbringung der Ktlhlkörperelemente erfolgt mit geringem Aufwand, da diese lediglich mit in den Montagenuten eingebrachten Elemmbtücken verschraubt werden, so daß eine Zweipunktbefestigung der Kühlkörper zustandekommt.
Es ist vorteilhaft, wenn als KUhlkörperelemente Abschnitte eines Strangpreßprofils dienen, die nur einen Teil Jeder Anlagefläche belegen. Ein derartiges Ktihlkörperelement wird somit lediglich von dem als Meterware vorliegenden Strangpreßprofil abgesägt und kann anschließend auf die Gehäusewandung aufgeschraubt werden. Derartige Eüblkörperelemente sind somit sehr preisgtlnstig. Da sie darüber hinaus nur einen Teil Jeder Anlagefläche belegen, ist eine optimale Anpassung an den Eühlbedarf der HalbleiterbestUckung und damit der Geräteleistung möglich.
Auch der geänderte Kühlbedarf bei einer etwaigen Änderung der Halbleiterbestückung einer Gehäusewandung kann durch Hinzufügung oder Wegnahme von Ktthlkörperelementen mit geringem Aufwand gedeckt werden.
Aus Kostengründen ist es vortoilhaft, wenn die Gehäusewandung als Strangpreßprofil gefertigt ist.
In einer bevorzugten Ausfahrungsform ist von den einander zugewandten Flächen von Ktihlkörperelement und Gehäusewandung mindestens eine in allen zu den Montagenuten senkrechten Schnitten leicht konvex gekrUmmt. Damit liegt immer eine leicht konvex gekrümmte Fläche an einer ebenen oder ebenfalls leicht konvex gekrümmten Fläche an, so daß wegen der durch die Befestigung vermittelten Zweipunktauflage eine großflächige Berührung zwischen der Gehäusewandung und den Ktihlkörperelementen gesichert ist. Diese großflächige BerUhrung gewährleistet einen guten Wärmeübergsng zwischen der Gehäusewandung und den aufgesetzten Eühlkörperelementen.
Zur Verbesserung des Wärmeübergangs kann zwischen die einander zugewandten Flächen von Eühlkörperelement und Gehäusewandung eine Wärmeleitpaste eingebracht sein.
Es ist vorteilhaft, wenn die Gehäusewandung als Seitenwand eines Gehäuses dient, wenn die Halbleiterbauelemente von außen auf die Gehäusewandung wärmekontaktschlüssig aufgesetzt sind und wenn die Montagenuten horizontal und die Kühlrippen der Eühlkörperelemente vertikal verlaufen. In dieser Ausgestaltung wird die optimale Kühlung der Gehäusewandung erreicht, wobei die Anschlüsse der Halbleiterbauelemente durch die Gehäusewandung hindurch im Inneren des Gehäuses zur Verfügung stehen.
In einer bevorzugten Ausführungaform weisen die äußeren KWhlrippen jedes Eühlkörperelements eine nach außen gewandte Längsnut auf. In die einander gegenüberliegenden Längsnuten von zwei zu beiden Seiten eines oder mehrerer Halbleiterbauelemente angeordneter Eühlkörperelemente kann eine Abdeckplatte eingeschoben werden, die die Berührungasicherheit und den mechanischen Schutz der Halbleiterbauelemente sichert.
Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Außenfläche 3 der als Seitenfläche dienenden Gehäusewandung 1 des Gehäuses 11 ist wärmekontaktechlüssig mit zwei Halbleiterbauelementen 12 bestückt, die übereinander angeordnet sind.
Durch den direkten Värmekontakt zwischen Gehäusewandung 1 und Halbleiterbauelementen 12 wirkt die Gehäusewandung als KUhlfläche. Die Außenfläche 3 weist oberhalb und unterhalb der beiden Halbleiterbauelemente 12 horizontal verlaufende Montagenuten 5 auf. Die Montagenuten 5 sind so gestaltet, daß sie ein als Vierkantmutter ausgeführtes KlemmstUck 7 aufnehmen können. Die Innenfläche 2 der Gehäusewandung 1 ist ebenfalls mit zwei horizontal verlaufenden Montagenuten mit einem zur Aufnahme derselben KlemmstUcke 7 geeigneten Querschnitt versehen.
Im Ausführungsbeispiel sind vier Kühlkörperelemente 4 vorgesehen, die auf der Außenfläche 3 der Gehäusewand 1 aufzubringen sind. Die wärmekontaktschlUssige Befestigung der KUhlkörperelemente 4 erfolgt durch Verschraubung. Zu diesem Zweck werden Befestigungsschrauben 8 durch Bohrungen 9 in den Ktihlkörperelementen 4 hindurchgesteckt und mit den in den Montagenuten 5 eingelegten glemmstucken 7 verschraubt. Jedes KUhlkörperelement 4 weist dafUr zwei durchgehende Bohrungen 9 auf, deren Abstand gleich dem Abstand der Montagenuten 5 ist. Um eine besonders intensive BerUhrung zwischen der Gehäusewandung 1 und den Kühlkörperelementen 4 sicherzustellen, sind die Auflageflächen der Rühlkörperelemente 4 leicht konvex gewölbt. Die konvexe Wölbung der Auflagefläche der Eühlkörperelemente 4 ist zur Veranschaulichung stark Ubertrieben in Form der gestrichelten Linie 10 dargestellt. Die Innenfläche 2 und die Außenfläche 3 der Gehäusewandung 1 ist entweder plan oder weist ebenfalls eine ganz leichte konvexe Krttmmung auf. Beim Anschrauben der KUhlkörperelemente 4 durch Jeweils zwei im Abstand befindliche Befestigungsachrauben 8 kommt somit eine wärmekontaktachlUssige Anlage der aneinanderliegenden Teilflächen der KUhlkörperelemente 4 und der Gehäusewandung 1 zustande. Dieser gute WErmekontaktschluß stellt die wirksame Kühlung der ebenfalls wärmekontaktschlüssig auf der Gehäusewandung 1 befestigten Halbleiterbauelemente 12 sicher. Das Einbringen einer Wärmeleitpaate zwischen die einander zugewandten Flächen der Kühlkörperelemente 4 und der Gehäusewandung 1 verbessert den Wärmeübergang noch weiter.
FUr den Fall, daß durch die vier im Ausfahrungsbeispiel vorgesehnen gllhlkörperelemente noch keine voll befriedigende Kühlung der Halbleiterbauelemente 12 zustandekommen sollte, kann auch die Innenfläche 2 der Gehäusewandung 1 mit baugleichen KUhlkörperelementen 4 versehen werden. Dies ist in der Figur gestrichelt angedeutet. Die auf der Innenseite 2 befindlichen KUhlkörperelemente 4 werden, ebenso wie die auf der Außenfläche 3 befindlichen, über Montagenuten 5, Klemmkörper 7 und Befestigungaschrauben 8 mit der Gehäusewandung verbunden. Aus der Figur geht hervor, daß die äußeren Kühlrippen 13 Jedes KUhlkörperelements seitlich eine nach außen gewandte Längsnut 14 aufweisen. Die Längsnuten 14 der beiden Eüblkörperelemente 4, die links und rechts an die Halbleiterbauelemente 12 angrenzen, dienen zur Aufnahme einer Abdeckplatte 15, die nach dem Einschieben den BerUhrungsschutz und den Schutz der Halbleiterbauelemente 12 gegen mechanische Einwirkungen gewährleistet. Die Kilhlkörperelemente 4 sowie die Gehäusewandung 1 können mit geringem Fertigungsaufwand als Strangpreßprofile aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt werden. Von wesentlicher Bedeutung ist eine gute Wärmeleitfähigkeit des Werkstof- fes für die Gehäusewandung 1 und fr die Rhlkörperelemente 4 sowie geringe Wärmewiderstände in diesen Elementen sowie an den Ubergangsfläcben zwischen diesen Elementen, wcbei ein guter Wärmeübergang zwischen den Halbleiterbauelemetten 12 und der Gehäusewandung 1 vorausgesetzt ist.
Anstelle der horizontalen Montagenuten 5 in der Gehäusewandung 1 können auch vertikale Montagenuten 5 vorgesehen werden. Anstelle der Jeweils fünf Kühlrippen 13 aufweisenden Kiihlkörpe-.-elemente 4, können auch Kühlkörperelemente mit einer abweichenden Zahl odel gestalt von Kühlrippen eingesetzt werden. Wesentlich ist lediglich eine effektive Eilhlwirkung sowie der gute Wärmeübergang zwischen der Gehäusewandung 1 und diesen KUhlkörperelementen bei gleichzeitiger Montagefreundlichkeit.
Jede der Deckflächen des quaderförmigen Gehäuse 11 kann als eine solche mit Kühlkörperelementen 4 4 bestückbare Gehäusewandung 1 ausgeführt sein. Darüber hinaus kann eine weitere solche Gehäusewandung anstelle einer Leiterplatte 6 auch in Gehäuseinneren zur Aufnahme und Kühlung von weiteren thermisch hochbelasteten Bauelementen montiert werden. Auch diese "Gehäusewandung" wird nach Bedarf mit den Eühlkörperelementen 4 bestückt.
Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß durch die erfindungsgemäße Verbindung einer erfindungsgemäß gestalteten Gehäusewandung mit kostengünstigen KUhlkörpern ein fertigungstechnisch einfaches, jedoch thermisch wirksames und fllr den unterschiedlichen Kühlbedarf von auf der Gehäusewandung oder auch im Gehäuseinneren untergebrachten Halbleiterbauelementen optimal abstimmbares Montage- und Kühlsystem vorgegeben ist.
1 Figur 8 Patentansprüche

Claims

Patentansprüche 1. Metallische Gehäusewandung für ein elektronische Bauelemente aufnehmendes Gehäuse, die als Nontage- und Kühlfläche ftir thermisch hochbelastete Halbleiterbauelemente dient, d a d u r c h g e k e n n z e i e h n e t, daß die Innenfläche (2) und die iußenfläche (3) der Gehäusewandung (1) als Anlagefläche ftlr Kühlkörperelemente (4) dienen und daß beide Flächen (2, 3) mindestens Jeweils zwei parallele Montagenuten (5) zur Aufnahme von Klemmsttlcken (7) aufweisen, die zur Schraubbefestigung (8) der Kühlkörperelemente (4) vorgesehen sind.
2. Gehäusewandung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als gllhlkörperelemente (4) Abschnitte eines Strangpreßprofils dienen, die nur einen Teil Jeder Anlagefläche (2, 3) belegen.
3. Gehäusewandung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie (1) als Strangpreßprofil gefertigt ist.
4. Gehäusewandung nach den Ansprechen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von den einander zugewandten Flächen von EWhlkörperelement (4) und Gehäusewandung (1) mindestens eine in allen zu den Montagenuten (5) senkrechten Schnitten leicht konvex (10) gekrtlmmt ist.
5. Gehäusewandung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die einander zugewandten Flächen von Ktlhlkörperelement (4) und Gehäusewandung (1) eine #ärmeleitpaste eingebracht ist.
6. Gehäusewandung nach den Ansprtichen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Seitenwand eines Gehäuses (11) dient, daß die Halbleiterbauelemente (12) von außen auf die Gehäuse-Wandung (11) Wärmekontaktschlüssig aufgesetzt sind, daß die Montagenuten (5) horizontal und die Ktihlrippen (13) der Kilhlkörperelemente (4) vertikal verlaufen.
7. Gehäusewandung nach den Anspruches 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Kühlrippen (13) Jedes KUhlkörperelements (4) eine nach außen gewandte Längsnut (14) aufweisen.
8. Gehäusewandung nach den AnsprUchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie auch im Gehäuseinneren als Trag- und KUhlelement fUr thermisch hochbelastete Bauelemente eingesetzt ist.