DE3151838A1

DE3151838A1 - Kuehlvorrichtung fuer scheibenfoermige halbleiterelemente

Info

Publication number: DE3151838A1
Application number: DE19813151838
Authority: DE
Inventors: Paul Untersiggenthal Schneider
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1981-12-29
Filing date: 1981-12-29
Publication date: 1983-07-21

Description

Kühlvorrichtung für scheibenförmige Halbleiterelemente Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung für scheibenförmige Halbleiterelemente mit Kühlluftströmung in einem Luftführungskanal parallel zur Achse dieser Halbleiterelemente, mit Kühlkörpern, die mit Kühlrippen versehen sind.
Bei luftgekühlten, scheibenförmigen Halbleiterelementen, die vorwiegend in Stromrichtern verwendet werden, wird die Wärme über zwei Kühlkörperhälften abgeführt. Zwischen diesen beiden Hälften muss jedoch ein Freiraum vorgesehen werden, um die erforderliche elektrische Isolation zwischen diesen zwei Kühlkörperhälften zu erreichen. Bei den meisten Kühlkörpern sind auch Räume nötig, die zum mechanischen Zusammenverbinden dieser zwei Hälften und somit zum Einklemmen des Halbleiterelementes dienen. Die Kühlkörper werden in der Regel mit Kühlrippen versehen, wobei jedoch infolge oben erwähnten Konstruktionsbedingungen die Rippen unregelmässig verteilt sein müssen. Die Rippenfüsse liegen näher bei der Wärmequelle als die Rippenenden und werden entsprechend stärker ausgebildet. Dies ist bei stranggepressten oder gegossenen Kühlkörpern auch aus herstellungstechnischen Gründen notwendig. Die von der Wärmequelle, d.h. von dem Halbleiterelement, am weitesten entfernten Stellen des Kühlers werden also besser gekühlt, als die unmittelbar der Wärmequelle benachbarten Kühlerpartien.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der man bei einfacher Konstruktion der Kühlkörper eine wirksame Kühlung der Halbleiterelemente erreicht.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass sich die Kühlrippen der; Kühlkörper strahlenartig von der Achse der Halbleiterelemente in radialen Richtungen zu dem Luftführungskanal erstrecken, wobei die Kühlkörper und die Halbleiterelemente in einer äusseren Verspanneinrichtung verspannt sind.
Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass diese sehr einfache Konstruktion eine wirtschaftliche Kühlung der Halbleiterelemente ermöglicht, wobei sie zusätzlich dazu geeignet ist, mit Weiterentwicklungen den Kühleffekt noch zu erhöhen. So ist die Kühlvorrichtung nach einer Weiterbildung so ausgeführt, dass die sich strahlenartig erstreckenden Rippen mit Zusatzrippen versehen sind, die in den sich radial von der Mitte der Kühlvorrichtung erweiternde Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Kühlrippen hineinragen. Durch diese Lösung erreicht man, dass die Zwischenräume verhältnismässig regelmässig mit den Rippen und Zusatzrippen ausgefüllt sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass in den äusseren Zwischenräumen zwischen den strahlenartig angeordneten Kühlrippen Luftverdrängungskörper angeordnet sind, die an der inneren Oberfläche des- Luftführungskanals befestigt sind. Diese Luftverdrängungskörper verringern die Zwischenräume zwischen den Kühlrippen und erhöhen somit den Kühleffekt.
Ferner ist es zweckmässig, wenn die Kühlrippen im äusseren Bereich schräg zu der Luftströmungsrichtung verdreht sind.
Dadurch wird der Luftströmungswiderstand erhöht und ein Teil der Kühlluftmenge in den Bereich der wärmeren Rippenteile abgedrängt.
Es ist zweckmässig, wenn die Kühlrippen der Kühlkörper abwechselnd in bezug auf den benachbarten Kühlkörper in die Gegenrichtung verdreht sind. Diese Massnahme verbessert durch die wechselnde Kühlluftführung weiter die Kühlung.
Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, dass die Kühlrippen eines Kühlkörpers in wenigstens zwei Abschnitte mit gegenläufiger Verdrehung unterteilt sind. Bei dieser Lösung wird also die Strömungsrichtung der Kühlluft auch innerhalb eines Kühlkörpers geändert.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von einigen vereinfacht dargestellten Beispielen näher erläutert.
Es zeigt Fig. 1 einen teilweisen Schnitt durch eine erfindungsgenässe Kühlvorrichtung mit zwei Halbleiterelementen und drei Kühlkörpern, Fig. 2 den Schnitt II-II aus Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt durch eine beispielsweise erfindungsgemässe Kühlvorrichtung, bei der auch Zusatzrippen verwendet sind, Fig. 4 eine andere beispielsweise Ausgestaltung mit LuStverdrängungskörpern, Fig. 5 eine Ansicht auf einen Teil einer anderen Ausgestaltung der Kühlvorrichtung mit schräg zu der Luftströmungsrichtung-verdrehten Rippen, Fig. 6 den Schnitt VI-VI aus Fig. 5 und Fig. 7 eine schematisch dargestellte Ausführungsform eines Kühlkörpers mit in je drei Abschnitten geteilten Kühlrippen.
In Fig. 1 ist eine Kühlvorrichtung 1 mit Halbleiterelem#nten 2 dargestellt, wobei die Halbleiterelemente 2 zwischen Kühlkörpern 3 eingespannt sind. Diese Kühlkörper 3 sind mit Kühlrippen 4 versehen. Die Halbleiterelemente sind koaxial mit den Kühlkörpern angeordnet und berühren die in Auflageflächen 5. Das Ganze ist in einem aus einem elektrisch isolierenden Material bestehenden BuftfGhrungskanal 6 angeordnet. Mit einem Pfeil ist die Richtung 7 der Luftströmung gezeigt. Die Kühlvorrichtung 1 ist in einer an sich bekannten und nur sehr vereinfacht dargestellten Verspanneinrichtung 8 verspannt, die aus horizontalen Verspannplatten 9 und aus vertikalen Spannbolzen 9' besteht, wobei die Verspanneinrichtung 8 über an sich bekannte elastische Elemente 10 die Kühlkörper 3 und die Halbleiterelemente 2 zusammenpresst, wobei als Unterlage ein Distanzelement 10' dient.
In Fig. 2 sieht man die Form der Kühlrippen 4 und des Kühlkörpers 3 im Schnitt.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Kühlrippen 4 des Kühlkörpers 3 mit Zusatzrippen 4' versehen sind. Der Luftführungskanal 6 ist in diesem Beispiel quadratisch ausgebildet und die Zusatzrippen 4' füllen teilweise die Räume zwischen den Kühlrippen 4 und erweitern somit auch die Kühloberfläche.
Die Lösung gemäss Fig. 4 entspricht im wesentlichen derjenigen gemäss Fig. 1 und 2, die Zwischenräume zwischen den Kühlrippen 4 sind jedoch teilweise mit Luftverdrängungskörpern 11 ausgefüllt. Diese Luftverdrängungskörper 11 sind an der inneren Wand des Luftführungskanals 6 befestigt. Durch diese Luftverdrängungskör'per 11 wird die Kühlluft in den wärmeren Bereich der Kühlrippen 4 gedrängt.
Fig. 5 zeigt eine Variante mit Kühlrippen 4, die im äusseren Bereich schräg zu der Luftströmungsrichtung 7 verdreht sind. Wie aus der Fig. 5 ersichtlich ist, sind die Kühlrippen 4 der hintereinander folgenden Kühlkörper 3 abwechselnd in verschiedene Richtungen verdreht.
Fig. 6 zeigt den Schnitt VI-VI aus Fig. 5. In dieser Zeichnung sieht man gut die Verdrehung der Kühlrippen 4.
In Fig. 7 ist eine weitere Variante vereinfacht gezeigt, bei der ein Kühlkörper 3 mit Rippen 4 versehen ist, die in je drei Abschnitte 12 unterteilt sind. Diese Abschnitte 12 sind in bezug auf die benachbarten Abschnitte 12 in die Gegenrichtung verdreht.
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Claims

Patentansprüche @ Kühlvorrichtung (1) für scheibenförmige Halbleiterelemente (2) mit Kühlluftströmung (7) in einem Luftführungskanal (6) parallel zur Achse dieser Halbleiterelemente (2), mit Kühlkörpern (3), die mit Kühlrippen (4) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kühlrippen (4) der Kühlkörper (3) strahlenartig von der Achse der Halbleiterelemente (2) in radialen Richtungen zu dem Luftführungskanal (6) erstrecken, wobei die Kühlkörper (3) und die Halbleiterelemente (2) in einer äusseren Verspanneinrichtung (8) verspannt sind. (Fig. 1, 2) 2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sich strahlenartig erstreckenden Rippen (4) mit Zusatzrippen (4') versehen sind, die in den sich radial von der Mitte der Kühlvorrichtung (1) erweiternden Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Kühlrippen (4) hineinragen. (Fig. 3) 3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den äusseren Zwischenräumen zwischen den strahlenartig angeordneten Kühlrippen (~4) Luftverdrängungskörper (11) angeordnet sind, die an der inneren Oberfläche des tuftführungskanals (6) befestigt sind. (Fig. 4) 4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (4) im äusseren Bereich schräg zu der Luftströmungsrichtung (7) verdreht sind. (Fig. 6) 5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- net, dass die Kühlrippen (4) der Kühlkörper (3) abwechselnd in bezug auf den benachbarten Kühlkörper (3) in die Gegenrichtung verdreht sind. (Fig. 5) 6. Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (4) eines Kühlkörpers (3) in wenigstens zwei Abschnitte (12) mit gegenläufiger Verdrehung unterteilt sind. (Fig. 7)