DE3513221A1

DE3513221A1 - Anordnung zur abfuhr von waerme aus elektrischen baueinheiten und verfahren zur herstellung dieser anordnung

Info

Publication number: DE3513221A1
Application number: DE19853513221
Authority: DE
Inventors: Kurt 1000 Berlin Reimann
Original assignee: Otis Elevator Co
Current assignee: Otis Elevator Co
Priority date: 1985-04-12
Filing date: 1985-04-12
Publication date: 1986-10-16

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abfuhr von Wärme aus elektrischen Baueinheiten, mit einem Gehäuse und mit einer Wärmesenke sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Anordnung.
Bei Leistungshalbleitern, wie insbesondere Thyristoren und gesteuerten Halbleitergleichrichtern, stellt die Abfuhr der bei deren Betrieb erzeugten Wärme oft ein großes Problem dar. So weisen beispielsweise gesteuerte Siliziumgleichrichter als Elektroden große Metallplatten auf, zwischen denen der Halbleiterkörper eingelegt ist und die neben der Stromleitung auch zur Wärmeabfuhr dienen. Andere Leistungshalbleiter-Bauelemente, wie beispielsweise Leistungstransistoren, werden oft auf der Bodenplatte eines gesonderten, hermitsch abgeschlossenen Gehäuses untergebracht, wobei zusätzlich zur Wärmeabfuhr die Bodenplatte auf ihrer Außenseite noch mit Kühlrippen versehen werden dann.
Leistungshalbleiter werden bekanntlich auch in Steuerschaltungen eingesetzt, wie beispielsweise in der Steuerung einer Aufzugsanlage. Auch hier spielt die Abfuhr der durch die Leistungshalbleiter-Bauelemente erzeugten Wärme eine wichtige Rolle: Diese Wärme muß mämlich derart abgeführt werden, daß die Leistungshalbleiter-Bauelemente bei den gewünschten Nennströmen arbeiten können und außerdem benachbarte Schaltungen nicht beeinflußt werden.
Wird nämlich bei einer in einem geschlossenen Gehäuse untergebrachten Steuerung nicht für eine ausreichende Wärmeabfuhr gesorgt, dann treten erhöhte Betriebstemperaturen auf, die eine Überdimensionierung der einzelnen Bauelemente und speziell der Leistungshalbleiter-Bauelemente erfordern können, was wiederum einen beträchtlich erhöhten Aufwand bedeutet.
Es könnte nun daran gedacht werden, an einem solchen geschlossenen Gehäuse ein Gebläse mit Filter unterzubringen, um hierdurch für eine ausreichende Wärmeabfuhr entsprechend IP 50 zu sorgen. Zusätzlich werden dann auch noch Trennbleche benötigt, um die Bauteile innerhalb des Gehäuses ausreichend zu schützen.
Dadurch wird eine derartige Lösung der Wärmeabfuhr ebenfalls beträchtlich aufwendig.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß ohne besonderen Aufwand zuverlässig eine ausreichende Wärmeabfuhr gewährleistet ist. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Anordnung angegeben werden.
Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärmesenke vollständig eine im Gehäuse vorgesehene Öffnung verschließt und daß die elektrische Baueinheit direkt auf der Innenseite des Gehäuses auf die Wärmesenke aufgebracht ist.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung weist also ein Gehäuse in dem mehrere Baueinheiten und auch Schaltungen untergebracht sein können, eine Öffnung auf.
Diese Öffnung ist wiederum vorzugsweise auf ihrer Außenseite durch eine Wärmesenke vollständig verschlossen. Auf der Innenseite des Gehäuses ist auf diese Wärmesenke direkt eine elektrische Baueinheit aufgebracht.
welche speziell Wärme erzeugt.
Selbstverständlich ist es möglich, das Gehäuse mit mehreren derartigen Öffnungen auszustatten und alle diese Öffnungen mit Wärmesenken zu verschließen. so daß in dem Gehäuse auf einfache Weise alle Wärme abgebenden elektrischen Baueinheiten t.,nterbringbar sind.
Auf diese Weise sind insbesondere Halbleiter-Leistungsbauelemente, also beispielsweise Thyristoren oder gesteuerte Gleichrichter, bei gesicherter und zuverlässiger Wärmeabfuhr in einem Gehäuse unterbringbar. Die Wärmeabfuhr kann noch begünstigt werden.
wenn auf der Außenseite des Gehäuses die Wärmesenke mit zusätzlichen Kühlrippen versehen wird.
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Anordnung zeichnet sich dadurch aus.
daß die Öffnung in eine Wand des Gehäuses eingebracht wird, daß die Öffnung mit der Wärmesenke verschlossen wird und daß die Baueinheit im Gehäuse auf die Wärmesenke aufgebracht wird.
Gegebenenfalls ist es jedoch auch möglich, zuerst die Baueinheit auf der Wärmesenke zu befestigen und dann die Öffnung mit der Wärmesenke zu verschließen.
Gebläse, Filter und Trennbleche werden nicht benötigt, da die erfindungsgemäße Anordnung eine ausreichende Wärmeabfuhr gewährleistet.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in deren einziger Figur die erfindungsgemäße Anordnung dargestellt ist.
Ein Gehäuse mit einer Wand 14 enthält zahlreiche elektrische Baueinheiten, wie beispielsweise eine Leistungshalbleitervorrichtung 10, die im Gehäuse mit weiteren Baueinheiten und elektrischen Schaltungen verbunden sein kann. Es ist also möglich, zusätzlich zu der Halbleitervorrichtung 10 noch weitere Baueinheiten in dem Gehäuse unterzubringen. Selbstverständlich kann aber auch die Halbleitervorrichtung 10 allein in dem Gehäuse vorgesehen werden.
In der Zeichnung ist lediglich die (rechte) Seitenwand 14 des Gehäuses gezeigt, das gegebenenfalls auf der linken Seite der Figur hinter der Halbleitervorrichtung 10 geschlossen ist.
Wesentlich ist nun, daß in der Wand 14 des Gehäuses eine Öffnung 16 vorgesehen ist, die beispielsweise kreisrund oder quadratisch sein kann. Selbstverständlich können in der Wand des Gehäuses auch mehrere solche Öffnungen untergebracht werden.
Die Öffnung 16 ist nun vollständig durch eine Wärmesenke 12 verschlossen, wozu diese Wärmesenke 12 durch Schrauben 11 mit der Wand 14 verschraubt ist.
Wird kein vollständig hermetisch abgeschlossenes Gehäuse benötigt, dann muß die Wärmesenke 12 nicht vollständig die Öffnung 16 überdecken. Im Regelfall sind die Öffnung 16 und die Wärmesenke 12 aber so zueinander bemessen, daß die Wärmesenke 12 den Rand der Öffnung 16 auf der Außenseite der Wand 14 überdeckt, so daß mittels der Schrauben 11 eine einfache und sichere Verbindung zwischen der Wärmesenke 12 und der Wand 14 des Gehäuses herstellbar ist.
Auf der der Innenseite des Gehäuses zugekehrten Oberfläche der Wärmesenke 12 ist die Halbleitervorrichtung 10, bei der es sich um einen Thyristor oder um einen gesteuerten Halbleitergleichrichter handeln kann, beispielsweise durch Schrauben 13 befestigt.
Die Halbleitervorrichtung 10 hat eine etwas kleinere Grundfläche als die Fläche der Öffnung 16, so daß gewährleistet ist, daß die Halbleitervorrichtung 10 direkt auf der der Innenseite des Gehäuses zugekehrten Oberfläche der Wärmesenke 12 festgelegt werden kann.
Die Wärmesenke 12 hat in bevorzugter Weise auf ihrer äußeren Oberfläche Kühlrippen 12a, die für eine besonders gute Wärmeabfuhr sorgen. Dagegen ist die dem Gehäuseinneren zugekehrte Oberfläche der Wärmesenke 12 flach, was gewährleistet, daß die Wärmesenke 12 die Öffnung 16 fest verschließt und die Halbleitervorrichtung 10 sicher angebracht werden kann.
Die Halbleitervorrichtung 10 kann über Anschlüsse 18 mit weiteren Bauteilen innerhalb des Gehäuses verbunden werden.
Wesentlich an der vorliegenden Erfindung ist also, daß die Wand 14 des Gehäuses die Öffnung 16 besitzt, auf die die Wärmesenke 12 aufgesetzt ist, so daß die Öffnung 16 hermetisch abgeschlossen ist. Auf die der Innenseite des Gehäuses zugekehrte Oberfläche der Wärmesenke 12 ist im Bereich der Öffnung 16 die Halbleitervorrichtung 10 aufgebracht, so daß die Wärmesenke 12 sich auf der Außenseite des Gehäuses befindet, während die Halbleitervorrichtung 10 im Gehäuseinnern untergebracht ist.
Auf diese Weise wird eine direkte und sichere Wärmeabfuhr der in der Halbleitervorrichtung 10 erzeugten Wärme über die Wärmesenke 12 nach außen gewährleistets so daß eine Überdimensionierung der Halbleitervorrichtung 10 vermieden werden kann und auch keine schädlichen Einflüsse auf der Halbleitervorrichtung 10 benachbarte Bauelemente im Gehäuseinnern zu befürchten sind.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Anordnung wird zweckmäßigerweise zuerst in der Wand 14 die Öffnung 16 angebracht. Dann wird diese Öffnung 16 mittels der Wärmesenke 12 so verschlossen, daß die Kühlrippen 12a nach außen weisen, während die flache Seite 12b der Wärmesenke 12 dem Gehäuseinnern zugekehrt ist. Auf diese flache Seite 12b wird sodann die Halbleitervorrichtung 10 aufgebracht. Die Wärmesenke 12 kann mit der Wand 14 durch die Schrauben 11 verbunden werden, während die Halbleitervorrichtung 10 auf der flachen Seite 12b der Wärmesenke 12 durch die Schrauben 13 festlegbar ist.

Claims

Patentansprüche 1. Anordnung zur Abfuhr von Wärme aus elektrisehen Baueinheiten, mit einem Gehäuse (14) und mit einer Wärmesenke (12), dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmesenke (12) vollständig eine im Gehäuse (14) vorgesehene Öffnung (16) verschließt, und daß die elektrische Baueinheit (10) direkt auf der Innenseite des Gehäuses (14) auf die Wärmesenke (12) aufgebracht ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßdie Baueinheit (10) eine Halbleitervorrichtung insbesondere ein Halbleiter-Leistungsbauelement, ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungsbauelement ein Thyristor oder ein gesteuerter Gleichrichter ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmesenke (12) auf der Außenseite des Gehäuses (14) mit Kühlrippen versehen ist.
5. Verfahren zur Herstellung der Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (16) in eine Wand des Gehäuses (14) eingebracht wird, daß die Öffnung (16) mit der Wärmesenke (12) verschlossen wird und daß die Baueinheit (10) im Gehäuse (14) auf die Wärmesenke (12) aufgebracht wird.