DE3322288A1 - Kuehlanordnung fuer halbleiter-scheibenzellen - Google Patents

Kuehlanordnung fuer halbleiter-scheibenzellen

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DE3322288A1
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cooling arrangement
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DE19833322288
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Gerhard Ing.(Grad.) Dorfmeister
Günter Ing.(grad.) Frieboese
Werner 1000 Berlin Scharf
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/467—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing gases, e.g. air
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L25/10—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers
    • H01L25/11—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

-A-
Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-B/Ham-zg
Theodor-Stern-Kai 1 B 32/58
D-6000 Frankfurt 70
Kühlanordnung für Kalbleiter-Scheibenzellen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Kühlanordnung ist in der Firmenschrift E44V5.6.15/1179 der Firma AEG-TELEFUNKEN "MEGASEMI Stromrichter-System für Mittelspannungen" beschrieben-.
Bei dieser bekannten Kühlanordnung sind als Halbleiter-Scheibenzellen Thyristoren, und als Kühleinrichtungen Kühldosen vorgesehen, die als Stapel aneinandergereiht in einen mechanischen Spannverband eingebettet sind. Durch einen definierten Anpreßdruck wird eine einwandfreie Kontaktgabe zwischen den Thyristoren und den Kühldosen gewährleistet und ein sicherer Strom- und Wärmeübergang ermöglicht. Jede Kühldose erhält ihre eigene Wasserversorgung über ein Kühl-Wasserrohrsystem, das aus einem Sammelrohr mit entsprechend
_ 5 - B 82/58 Ham
der Zahl von eingebauten Thyristoren vorgesehenen Verzweigungen besteht. Aufgrund der notwendigen Viasserzufuhr zu jeder einzelnen Kühldose bedarf es eines verhältnismäßig großen Fertigungsaufwands zur Herstellung der Kühlanordnung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsystem anzugeben, das eine aufgrund der zu beherrschenden Spannung notwendige Reihenschaltung von Halbleiterscheibenzellen, die wie im bekannten ^aIl Thyristoren „aber auch Dioden sein können,optimal kühlt, wobei aber die bisher bekannte aufwendige Kühlung vermieden wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung für eine Kühlanordnung der eingangs angegebenen Art durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Überraschenderweise wird bei dieser Kühlanordnung von der Wasserkühlung auf die altbekannte Luftkühlung zurückgegangen, wobei in vorteilhafter Weise die Spannelemente gleichzeitig zur Luftführung ausgenutzt werden. Damit läßt sich der Fertigungsaufwand erheblich verringern.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Kühlanordnung nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 einen Teil eines Stromrichterschranks mit einer Kühlanordnung nach der Erfindung im Schnitt sowie
COPY
- 6 - B 82/58 Ham
Fig. 2 mehrere der in Fig. 1 gezeigten Kühlan-' Ordnungen in Schrägansicht, die zu einem Kühlsystem vereinigt sind.
in Fig. 1 ist der obere Teil eines Schrankgestells 9· für einen'Stromrichter dargestellt. Das Schrankgestell 9 weist einen Tragrahmen 12 auf, der einen Stapel aus abwechselnd angeordneten Halbleiter-Scheibenzellen 17 und Luftkühlkörpern IS gebildet ist. Den Abschluß des Stapels bilden verkürzte Luftkühlkörper 16.
Die Halbleiter-Scheibenzellen 17, z.B. Thyristoren, sind zur einwandfreien Kontaktgabe mit den Luftkühlkörpern 16 bzw. 18 in einen mechanischen Spannverband eingebettet. Mittels einer Anpreßkraft von z.B. 1 5 kN, die über eine Spannvorrichtung 24 aufgebracht wird, ist ein sicherer Strom- und Wärmeübergang zwischen den Halbleiter-Scheibenzellen 17 und den Kühlkörpern 16 bzw. 13 gewährleistet. Die Spannvorrichtung 24 aus einer Druckschraube 2, einer Kontermutter 3, einem Sicherungsblech 4 sowie einer Gewindehülse 5 dient zum Spannen eines Tellerfederpakets 6. Die Federkennlinie dieses Tellerpakets 6 ist so ausgelegt, daß durch eine flach ansteigende Federkennlinie die unterschiedlichen Wärmedehnungen des Spannverbandes nur eine geringfügige Veränderung der Anpreßkräfte zur Folge haben.
Der Stapel aus Halbleiter-Scheibenzellen 17 und Kühlkörpern
^r r, "· vorzugsweise metallischen,_ __
16 bzw. 18 ist zwisc^enTTJruckplatten 14 bzw. 22, die das Widerlager zu der Spannvorrichtung bilden, durch beiderseits angeordnet elektrische Isolatoren 15, 20 elektrisch isoliert.
— 7 —
_ 7 - B 82/58 Kam
Zum Ausgleich von Abweichungen in der Planparallelität der Luftkühlkörper 16 bzw. 18 und der Halbleiter-Scheibenzellen 17 isifc der Stapel oberhalb des Isolators 15 bzw. unterhalb des Isolators 20 mit einer Lagerung 7 bzw. 21 versehen, die jeweils durch eine (nicht näher dargestellte) Kugels.cheibe in einer Kugelpfanne gebildet ist.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, weisen die Luftkühlkörper 16 bzw. 18 zur Rückkühlung mit Kühlluft Rippen auf. Diese erstrecken sich in Richtung eines (in Fig. 1. durch Richtungspfeile angedeuteten) Stromes forcierter Kühlluft 11. Die Bewegung der Kühlluft 11 erfolgt mittels eines oben auf das Schrankgestell 9 aufgesetzten Lüfters 1.
Zur Führung der Kühlluft 11 sind Kühlschächte vorgesehen, deren Seitenwände 10 bzw. 27 gleichzeitig die Druckplatten 14 und 22 als Rahmen für den Spannverband um den Stapel aus Halbleiter-Scheibenzellen 17 und Luftkühlkörpern 16 bzw. 18 verbinden. Die Voder- und Rückseite jedes Schachts ist durch Deckplatten 19 bzw. 8 abgeschlossen.
Die Kühlluft wird über in den Deckplatten 8 bzw. 19 vorgesehene Ansaugöffnungen in den Kanal eingeführt. Dabei dienen Offnungen 28 zum Ansaugen des Kühlluft-Hauptstromes. Zusätzlich können in den Deckplatten 8 bzw. 19 weitere
Ansaugöffnungen/für Nebenluftströme
vorgesehen sein. Diese Nebenluftströme gleichen infolge der Frxschluftzufuhr an definierten Stellen des Kühlschachts den Nachteil der thermischen Reihenschaltung der Kühlluftkörper 16 bzw. 18 aus.
Die Ansaugöffnungen 28 sind dadurch gebildet, daß die Deckplatten 8 bzw. 19 gegenüber den Seitenwänden 10 bzw. 27 ver-
- 8 - B 82/58 Ham
kürzt sind. Das dem Lüfter 1 zugewandte Ende der Seitenwände 10, 27 des Luftschachts ist etwas abgestuft ausgebildet, weil dort ein Ansaugstutzen 23 des Lüfters 1 angesetzt ist. Im Bereich der Spannvorrichtung 24 ist der 5 Ansaugstutzen 23 des Lüfters 1 mit einer demontierbaren Abdeckplatte 13 versehen. Damit ist zur Montageerleichterung ein bequemer Zugang zur Spannvorrichtung gegeben.
Zumindest im Bereich der Scheibenzellen 17 und der Luftkühlkörper 16, 18 bestehen die Seitenwände 10, 27 ebenso wie die Deckplatten 8, 19 aus elektrisch isolierendem Material.
Der elektrische Anschluß der im Stapel in Reihe geschalteten Halbleiter-Scheibenzellen 17 erfolgt über einen Potentialabgriff 26 jeweils von einem den Isolatoren 15, 20 benachbarten, verkürzten Kühlkörper 16. Die Potentialabgriffe 26 sind dabei durch die vordere Deckplatte 19 zu jeweils einer Stromschiene 25 geführt.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, verringert es den Aufwand, wenn mehreren Kühlschächten mit den darin enthaltenen Stapeln ein gemeinsamer Lüfter 1 zugeordnet ist.
Der Aufbau der Stapel aus Luftkühlkörpern und Halbleiter-Scheibenzellen kann so modifiziert werden, daß nicht nur - wie in Fig. 1 gezeigt - ein einzelner elektrischer Zweig, sondern durch entsprechende Anordnung der Scheibenzellen (Anode, Kathode) und Potential-Zwischenabgriffe von den mittleren Kühlkörpern im Stapel auch andere elektrische Schaltungen (z.B. eine Gegenparallelschaltung) realisiert werden können.
Leerseite

Claims (8)

  1. Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-B/Ham-zg
    Theodor-Stern-Kai 1 B 82/58
    D-6000 Frankfurt 70
    Patentansprüche
    Kühlanordnung für Halbleiter-Scheibenzellen, die mit zwischen ihnen angeordneten Kühlexnrichtungen als Stapel in einem aus einem Rahmen, Federn und einer Spannvorrichtung gebildeten Spannverband zusammengepreßt sind, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Rahmen des Spannverbandes gleichzeitig die Seitenwände (10, 27) eines Schachts zur Führung von durch einen Lüfter (1) forcierter Kühlluft (11) bildet, dessen Vorder- und Rückseite durch Deckplatten (19, 8) geschlossen sind und
    daß die Kühleinrichtungen im Stapel mit den Scheibenzellen (17) als Luftkühlkörper (16, 18) mit in Strömungsrichtung der Kühlluft (11) sich erstreckenden Rippen ausgebildet sind.
    - 2 - B 82/58 Ham
  2. 2. Kühlanordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Rahmen des Spannverbandes zumindest im Bereich der Scheibenzelien (17) und der Luftkühlkörper (16, 18) aus elektrisch isolierendem Material besteht.
  3. 3. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß an den beiden Enden des Stapels der Scheibenzellen (17) und der Luftkühlkörper (16, 18) elektrische Isolatoren (15, 20) angeordnet sind und ein Potentialabgriff (26) vom Stapel von einem jeweils den Isolatoren (15, 20) benachbarten Kühlkörper (16) durch eine der Deckplatten (19, 8) vorgesehen ist.
  4. 4. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
    daß in zumindest einer der Deckplatten (19, 8) Ansaugöffnungen (28) für den Kühlluft-Hauptstrom und für Ne-
    (29)
    benluftströme'vorgesehen sind.
  5. 5. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
    daß an beiden Enden des Luftschachts zumindest eine der Deckplatten (19, 8) gegenüber den Seitenwänden (10, 27) verkürzt ist.
  6. 6. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Lüfter (1) einen Ansaugstutzen (23) aufweist, der im Bereich der Spannvorrichtung (24) mit einer demontierbaren Abdeckplatte (13) bzw. -klappe versehen ist. *
    - 3 - B 82/58 Ham
  7. 7. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
    daß als Verbindung zwischen der Spannvorrichtung (24) und dem aus Luftkühlkörpern (16, 18) und Scheibenzellen (17) gebildeten Stapel über die Isolatoren (15, 20) zumindest auf einer Seite eine Lagerung einer Kugelscheibe in einer Kugelpfanne vorgesehen ist.
  8. 8. Kühlanordnung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß weitere Potentialabgriffe entsprechend der elektrischen Polung und Schaltung der Halbleiter-Scheibenzellen (17) im Stapel als Zwischenabgriffe an einem oder mehreren der mittleren Luftkühlkörper (18) vorgesehen und durch eine der Deckplatten (19, 8) geführt sind.
    -A-
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Citations (5)

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US3173061A (en) * 1960-09-08 1965-03-09 Oerlikon Engineering Company Cooled semi-conductor rectifier assembly
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Non-Patent Citations (1)

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Title
"Siemens-Zeitschrift", H. 3, 1976, S. 172-177 *

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