DE2722142C3 - Metallic housing wall for a housing accommodating electronic components - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine metallische Gehäusewandung für ein elektronische Bauelemente aufnehmendes Gehäuse, die als Montage- und Kühlfläche für thermisch hochbelastbare Halbleiterbauelemente dient, wobei die Innenfläche und die Außenfläche der Gehäusewandung direkt als Anlageflächen für Kühlkörperelemente dienen, von denen jedes nur einen Teil jeder Anlagefläche belegt.The invention relates to a metallic housing wall for an electronic component receiving unit Housing that serves as a mounting and cooling surface for thermally highly resilient semiconductor components, the Inner surface and the outer surface of the housing wall directly as contact surfaces for heat sink elements serve, each of which occupies only part of each contact surface.
Eine derartige Gehäusewandung ist aus der US-PS 77 346 bekannt. In dieser Patentschrift ist eine metallische Gehäusewandung für ein elektronische Bauelemente aufnehmendes Gehäuse beschrieben deren Innenfläche und Außenfläche direkt als Anlageflächen für Kühlkörperelemente dienen, von denen jedes nur einen Teil jeder Anlagefläche belegt. Die Halbleiterbauelemente liegen an den Kühlkörperelementen an und sind zusammen mit diesen an Gehäusewandung verschraubt. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß je nach Verlustleistung des verwendeten Halbleiterbauelements unterschiedliche Kühlkörperelemente verwendet werden müssen. Daraus ergibt sich eine recht aufwendige Lagerhaltung und ein relativ hoher Preis für die nicht standardisierten Kühlkörperelemente.Such a housing wall is known from US Pat. No. 77,346. In this patent there is one metallic housing wall for an electronic component receiving housing described their Inner surface and outer surface serve directly as contact surfaces for heat sink elements, each of which only part of each contact surface is occupied. The semiconductor components lie on the heat sink elements and are together with them on the housing wall screwed. The disadvantage of this arrangement is that each different heat sink elements are used depending on the power dissipation of the semiconductor component used Need to become. This results in a rather expensive storage and a relatively high price for the non-standardized heat sink elements.
Eine metallische Gehäusewandung für ein elektronische Bauelemente aufnehmendes Gehäuse, die alsA metallic housing wall for an electronic component receiving housing, which as
ίο Montage- und Kühlfläche für thermisch hochbelastete Halbleiterbauelemente dient, ist auch aus der GB-PS 9 62 796 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 Befestigungsöffnung isoliert hindurchgeführt und von außen verschraubt. Die Kühlfläche des Halbleiterbauelements ist durch dessen äußere Verschraubung gegen eine Metallplatte gepreßt, die durch eine Isolierschicht gegen die Gehäiisewandung isoliert ist. Die Metallplatte weist eine größere Fläche als die Kühlfläche des Halbleiterbauelements auf und wirkt somit als eine Art Kühlfläche. Die durch die Isolierschicht auf die Gehäusewandung gelangende Verlustwärme wird durch die Gehäusewandung dissipiert. Eine derartige Gehäusewandung ist nicht rum Einsatz in Verbindung mit leistungsstarken Halbleiterbauelementen geeignet, da die durch sie vermittelte Kühlleistung zu gering ist.ίο Mounting and cooling surface for thermally high loads Semiconductor components is used, is also known from GB-PS 9 62 796. This housing wall is in Cross-section profiled in a U-shape and has a mounting hole. That on the inner surface of the Housing wall arranged semiconductor component is with a screw bolt through the fastening opening insulated and screwed from the outside. The cooling surface of the semiconductor component is pressed by its outer screw against a metal plate, which by an insulating layer against the housing wall is insulated. The metal plate has a larger area than the cooling area of the semiconductor component and thus acts as a kind of cooling surface. The through the insulating layer on the housing wall Any heat lost is dissipated through the housing wall. Such a housing wall is not suitable for use in connection with high-performance semiconductor components, as they allow mediated cooling capacity is too low.
JO Ferner sind Gehäusewandungen für elektronische Bauelemente aufnehmende Gehäuse bekannt, die einstückig als verrippte Kühlkörper ausgeführt sind. Hierbei ist es erforderlich, eine Vielzahl von verschiedenen derartigen Gehäusewandungen für den unter-JO Furthermore, housing walls for housings receiving electronic components are known which are designed in one piece as a ribbed heat sink. Here it is necessary to use a large number of different such housing walls for the under-
y> schiedlichen Kühlbedarf von Halbleiterbauelementen verschiedene Leistungsklassen bereitzuhalten. y> to have different performance classes ready for different cooling requirements of semiconductor components.
Aus dem Sonderdruck »Elektronische Bauelemente 1971« der Firma Assmann und Söhne, Lüdenscheid ist es bekannt, Strangpreßprofile für Kühlkörper zu verwen den. In dieser Literaturslelle ist auch auf die Verwendung von Wärmeleitpaste zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen Halbleiter und Kühlkörper hingewiesen.It is from the special print "Electronic Components 1971" by Assmann und Söhne, Lüdenscheid known to use extruded profiles for heat sinks the. This literature also refers to the Use of thermal paste to improve the heat transfer between the semiconductor and the heat sink pointed out.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eineThe invention is based on the object of a
Vi Gehäusewandung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sie mit geringem Kostenaufwand an den Kühlbedarf unterschiedlicher Halbleiterbestückungen anpaßbar ist. Vi to design the housing wall of the type mentioned in such a way that it can be adapted to the cooling requirements of different semiconductor assemblies at low cost.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,The object is achieved according to the invention by
5« daß die Halbleiterbauelemente unmittelbar an der Gehäusewandung anliegen und daß beide Anlageflächen mindestens jeweils zwei parallele Montagenulen zur Aufnahme von Klemmstücken für die Befestigung der Kühlkörperelemente aufweisen. Damit kann — je nach dem Kühlbedarf der auf den Gehäusewandungen untergebrachten Halbleiterbauelemente — die Innen- und/oder Außenfläche mit einer solchen Anzahl von Kühlkörperelementen versehen werden, daß der der jeweiligen Halbleiterbestückung entsprechende Kühlbedarf befriedigt wird. Dabei kann für Geräte mit stark unterschiedlichen Leistungsklassen ein und dieselbe Gehäusewandung eingesetzt werden, die dann jeweils lediglich mit einer angemessenen Anzahl von Kühlkörperelementen versehen wird. Die Aufbringung der Kühlkörperelemente erfolgt mit geringem Aufwand, da diese lediglich mit in den Montagenuten eingebrachten Klemmstücken verschraubt werden, so daß eine Zweipunktbefestigung der Kühlkörper zustande5 «that the semiconductor components are in direct contact with the housing wall and that both contact surfaces at least two parallel assembly columns to accommodate clamping pieces for fastening of the heat sink elements. This means that - depending on the cooling requirement on the housing walls housed semiconductor components - the inner and / or outer surface with such a number of Heat sink elements are provided that the cooling requirement corresponding to the respective semiconductor assembly is satisfied. One and the same can be used for devices with very different performance classes Housing walls are used, which then only have an appropriate number of heat sink elements is provided. The application of the heat sink elements takes place with little effort, since these are only screwed into the mounting grooves with clamping pieces so that a Two-point fastening of the heat sink is achieved
kommtcomes
Es ist vorteilhaft, wenn als Kühlkörperelemente Abschnitte eines Strangpreßprofils dienen. Ein derartiges Kühlkörperelement wird somit lediglich von dem als Meterware vorliegenden Strangpreßprofil abgesägt und kann anschließend auf die Gehäusewandung aufgeschraubt werden. Derartige Kühlkörperelemente sind somit sehr preisgünstig. Da sie darüber hinaus nur einen Teil jeder Anlagefläche belegen, ist eine optimale Anpassung an den Kühlbedarf der Halbleiterbestükkung und damit der Geräteleistung möglich. Auch der geänderte Kühlbedarf bei einer etwaigen Änderung der Halbieiterbestückung einer Gehäusewandung kann durch Hinzufügung oder Wegnahme von Kühlkörperelementen mit geringem Aufwand gedeckt werden.It is advantageous if sections of an extruded profile are used as heat sink elements. Such a thing The heat sink element is thus only sawn off from the extruded profile available by the meter and can then be screwed onto the housing wall. Such heat sink elements are therefore very inexpensive. Since they also only occupy part of each contact surface, is an optimal one Adaptation to the cooling requirements of the semiconductor equipment and thus the device performance is possible. Also the Changed cooling requirement in the event of a change in the semiconductors on a housing wall can be covered with little effort by adding or removing heat sink elements.
Aus Kostengründen ist es vorteilhaft, wenn die Gehäusewandung als Strangpreßprofil gefertigt istFor reasons of cost, it is advantageous if the housing wall is made as an extruded profile
In einer bevorzugten Ausführungsform ist von den einander zugewandten Flächen von Kühlkörperelement und Gehäusewandung mindestens eine in allen zu den Montagenulen senkrechten Schnitten leicht konvex gekrümmt 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 Zweipunklauflage eine großflächige Berührung zwischen der Gehäusewandung und den Kühlkörperelementen gesichert ist. Diese großflächige Berührung gewährleistet einen guten Wärmeübergang zwischen der Gehäusewandung und den aufgesetzten Kühlkörperelementen.In a preferred embodiment of the mutually facing surfaces of the heat sink element and housing wall at least one slightly convex in all sections perpendicular to the mounting columns curved This means that a slightly convex curved surface always lies on a flat or slightly curved surface convex curved surface so that because of the two-point position mediated by the attachment a extensive contact between the housing wall and the heat sink elements is secured. These extensive contact ensures good heat transfer between the housing wall and the attached heat sink elements.
Zur Verbesserung des Wärmeübergangs kann zwischen die einander zugewandten Flächen von Kühlkörperelement und Gehäusewandung eine Wärmeleitpaste eingebracht sein.To improve the heat transfer, between the mutually facing surfaces of the heat sink element and a thermal paste can be introduced into the housing wall.
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 Kühlkörperelemente 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.It is advantageous if the housing wall serves as a side wall of a housing when the semiconductor components are placed from the outside on the housing wall with thermal contact and if the Mounting grooves run horizontally and the cooling fins of the heat sink elements run vertically. In this Design, the optimal cooling of the housing wall is achieved, with the connections of the semiconductor components are available through the housing wall inside the housing.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die äußeren Kühlrippen jedes Kühlkörperelements eine nach außen gewandle Längsnut auf. In die einander gegenüberliegenden Längsnuten von zwei zu beiden Seiten eines oder mehrerer Halbleiterbauelemente angeordneter Kühlkörperelemente kann eine Abdeckplatte eingeschoben werden, die die Berührungssicherheit und den mechanischen Schutz der Halbleiterbauelemente sichert.In a preferred embodiment, the outer cooling fins of each heat sink element have one outwardly turned longitudinal groove. In the opposite longitudinal grooves from two to both Sides of one or more semiconductor components arranged heat sink elements can be a cover plate be inserted, the contact security and the mechanical protection of the semiconductor components secures.
Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert The invention is explained in more detail below with reference to the embodiment shown in the figure
Die Außenfläche 3 der als Seitenfläche dienenden Gehäusewandung 1 des Gehäuses 11 ist wärmekontaktschlüssig mit zwei Halbleiterbauelementen 12 bestückt, die übereinander angeordnet sind. Durch den direkten to Wärmekontakt zwischen Gehäusewandung 1 und Halbleiterbauelementen 12 wirkt die Gehäusewandung als Kühlfläche. Die Außenfläche 3 weist oberhalb und unterhalb der beiden Halbleiterbauelemente 12 horizontal verlaufende Montagenuten 5 auf. Die Montage- &5 nuten 5 sind so gestaltet, daß sie ein als Vierkantmutter ausgeführtes Klemmstück 7 aufnehmen können. Die Innenfläche 2 der Gehäusewandung 1 ist ebenfalls mit zwei horizontal verlaufenden Montagenuten mit einem zur Aufnahme derselben Klemmstücke 7 geeigneten Querschnitt versehen.The outer surface 3 of the housing wall 1 of the housing 11, which serves as a side surface, is thermally bonded equipped with two semiconductor components 12 which are arranged one above the other. With the direct to The housing wall acts as a thermal contact between the housing wall 1 and the semiconductor components 12 as a cooling surface. The outer surface 3 points horizontally above and below the two semiconductor components 12 running assembly grooves 5. The assembly & 5 grooves 5 are designed so that they can be used as a square nut can accommodate executed clamping piece 7. The inner surface 2 of the housing wall 1 is also with two horizontally running assembly grooves with one suitable for receiving the same clamping pieces 7 Cross-section provided.
Ii.i Ausführungsbeispiel sind vier Kühlkörperelemente 4 vorgesehen, die auf der Außenfläche 3 der Gehäusewand 1 aufzubringen sind. Die wärmekontaktschlüssige Befestigung der Kühlkörperelemente 4 erfolgt durch Verschraubung. Zu diesem Zweck werden Befestigungsschrauben 8 durch Bohrungen 9 in den Kühlkörperelementen 4 hindurchgesteckt und mit den in den Montagenuten 5 eingelegten Klemmstücken 7 verschraubt Jedes Kühlkörperelement 4 weist dafür zwei durchgehende Bohrungen 9 auf, deren Abstand gleich dem Abstand der Montagenuten 5 ist. Um eine besonders intensive Berührung zwischen der Gehäusewandung 1 und den Kühlkörperelementen 4 sicherzustellen, sind die Auflageflächen der Kühlkörperelemente 4 leicht konvex gewölbt- Die konvexe Wölbung der Auflagefläche der Kühlkörperelemente 4 ist zur Veranschaulichung stark übertrieben 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 Krümmung auf. Beim Anschrauben der Kühlkörperelemente 4 durch jeweils zwei im Abstand befindliche Befestigungsschrauben 8 kommt somit eine wärmekontaktschlüssige Anlage der aneinanderliegenden Teiiflächen der Kühlkörperelemente 4 und der Gehäusewandung 1 zustande. Dieser gute Wärmekontaktschluß stellt die wirksame Kühlung der ebenfalls wärmekontaktschlüssig auf der Gehäusewandung 1 befestigten Halbleiterbauelemente 12 sicher. Das Einbringen einer Wärmepaste zwischen die einander zugewandten Flächen der Kühlkörperelemente 4 und der Gehäusewandung 1 verbessert den Wärmeübergang noch weiter.Ii.i embodiment are four heat sink elements 4 are provided, which are to be applied to the outer surface 3 of the housing wall 1. The thermal contact The heat sink elements 4 are fastened by screwing. Be for this purpose Fastening screws 8 inserted through holes 9 in the heat sink elements 4 and with the In the mounting grooves 5 inserted clamping pieces 7 screwed. Each heat sink element 4 has for this purpose two through holes 9, the distance between which is equal to the distance between the mounting grooves 5. To a to ensure particularly intensive contact between the housing wall 1 and the heat sink elements 4, the bearing surfaces of the heat sink elements 4 are slightly convex - The convex curvature of the The support surface of the heat sink elements 4 is greatly exaggerated in the form of FIG dashed line 10 shown. The inner surface 2 and the outer surface 3 of the housing wall 1 is either flat or also has a very slight convex curvature. When screwing on the heat sink elements 4 by means of two spaced apart fastening screws 8, there is thus a thermal contact System of the adjacent partial surfaces of the heat sink elements 4 and the housing wall 1 comes about. This good thermal contact ensures effective cooling of the likewise thermal contact on the housing wall 1 attached semiconductor components 12 securely. Bringing in a Heat paste between the facing surfaces of the heat sink elements 4 and the housing wall 1 improves the heat transfer even further.
Für den Fall, daß durch die vier im Ausführungsbeispiel vorgesehenen Kühlkörperelemente noch keine voll befriedigende Kühlung der Halbleiterbauelemente 12 Zustandekommen sollte, kann auch die Innenfläche 2 der Gehäusewandung 1 mit baugleichen Kühlkörperelementen 4 versehen werden. Dies ist in der Figur gestrichelt angedeutet. Die auf der Innenseite 2 befindlichen Kühlkörperelemente 4 werden, ebenso wie die auf der Außenfläche 3 befindlichen, über Montagenuten 5. Klemmkörper 7 und Befestigungsschrauben 8 mit der Gehäusewandung verbunden. Aus der Figur geht hervor, daß die äußeren Kühlrippen 13 jedes Kühlkörperelements seitlich eine nach außen gewandte Längsnul 14 aufweisen. Die Längsnuten 14 der beiden Kühlkörperelemente 14, die links und rechts an die Halbleiterbauelemente 12 angrenzen, dienen zur Aufnahme einer Abdeckplatte 15, die nach dem Einschieben den Berührungsschutz und den Schutz der Halbleiterbauelemente 12 gegen mechanische Einwirkungen gewährleistet Die Kühlkörperelemente 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 Werkstoffes für die Gehäusewandung 1 und für die Kühlkörperelemente 4 sowie geringe Wärmewiderstände in diesen Elementen sowie an den Übergangsflächen zwischen diesen Elementen, wobei ein guter Wärmeübergang zwischen den Halbleiterbauelementen 12 und der Gehäusewandung 1 vorausgesetzt ist.In the event that the four heat sink elements provided in the exemplary embodiment do not yet have any Should fully satisfactory cooling of the semiconductor components 12 occur, the inner surface 2 can also the housing wall 1 can be provided with structurally identical heat sink elements 4. This is in the figure indicated by dashed lines. The heat sink elements 4 located on the inside 2 are, as well as those located on the outer surface 3 via assembly grooves 5. Clamping bodies 7 and fastening screws 8 connected to the housing wall. From the figure it can be seen that the outer cooling fins 13 each The side of the heat sink element has an outwardly facing longitudinal groove 14. The longitudinal grooves 14 of the two Heat sink elements 14, which adjoin the semiconductor components 12 on the left and right, are used for receiving a cover plate 15 which, after insertion, provides protection against accidental contact and protection of the semiconductor components 12 guaranteed against mechanical effects The heat sink elements 4 as well as the Housing wall 1 can be made of aluminum or extruded with little manufacturing effort an aluminum alloy. Good thermal conductivity is essential the material for the housing wall 1 and for the heat sink elements 4 and low thermal resistance in these elements as well as at the transition surfaces between these elements, being a good one Heat transfer between the semiconductor components 12 and the housing wall 1 is assumed.
Anstelle der horizontalen Montagenuten 5 in der Gehäusewandung 1 können auch vertikale Montasenu-Instead of the horizontal mounting grooves 5 in the housing wall 1, vertical mounting grooves can also be used.
•safe?...•safe?...
ten 5 vorgesehen werden. Anstelle der jeweils fünf Kühlrippen 13 aufweisenden Kühlkörperelemente 4, können auch Kühlkörperelemente mit einer abweichenden Zahl oder Gestalt von Kühlrippen eingesetzt werden. Wesentlich ist lediglich eine effektive Kühlwirkung sowie der gute Wärmeübergang zwischen der Gehäusewandung 1 und diesen Kühlkörperelementen bei gleichzeitiger Montagefreundlichkeit.th 5 are provided. Instead of the five cooling fins 13 each having heat sink elements 4, Heat sink elements with a different number or shape of cooling fins can also be used will. All that is essential is an effective cooling effect and good heat transfer between the Housing wall 1 and these heat sink elements while being easy to assemble.
Jede der Deckflächen des quaderförmigen Gehäuses 11 kann als eine solche mit Kühlkörperelementen 4 bestückbare Gehäusewandung 1 ausgeführt sein. Darüber hinaus kann eine weitere solche Gehäusewandung anstelle einer Leiterplatte 6 auch im GehäuseinnerenEach of the top surfaces of the cuboid housing 11 can be provided with heat sink elements 4 as such be equipped housing wall 1 executed. In addition, another such housing wall instead of a printed circuit board 6 also inside the housing
zur Aufnahme und Kühlung von weiteren thermisch hochbelasteten Bauelementen montiert werden. Auch diese »Gehäusewandung« wird nach Bedarf mit den Kühlkörperelementen 4 bestückt.to accommodate and cool other components that are subject to high thermal loads. Even this “housing wall” is fitted with the heat sink elements 4 as required.
Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß durch die erfindungsgemäße Verbindung einer erfindungsgemäß gestalteten Gehäusewandung mit kostengünstigen Kühlkörpern ein fertigungstechnisch einfaches, jedoch thermisch wirksames und für den unterschiedlichen Kühlbedarf von auf der Gehäusewandung oder auch im Gehäuseinneren untergebrachten Halbleiterbauelementen optimal abstimmbares Montage- und Kühlsystem vorgegeben ist.In summary it can be stated that through the inventive connection of a housing wall designed according to the invention with inexpensive Heat sinks a technically simple manufacturing, but thermally effective and for the different Cooling requirement of semiconductor components placed on the housing wall or inside the housing optimally tunable assembly and cooling system is given.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS53142182A (en) | 1978-12-11 |
| DE2722142A1 (en) | 1978-11-23 |
| DE2722142B2 (en) | 1979-06-13 |
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