DE3601140A1 - Vorrichtung fuer eine fluessigkeitskuehlung eines elektrischen bauelementes, insbesondere halbleiter-bauelementes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Flüssig­ keitskühlung eines elektrischen Bauelementes, insbesondere Halbleiter-Bauelementes.

Bei einem Halbleiter-Gleichrichtergerät mit einer Reihen­ parallelschaltung von Gleichrichterzellen ist es aus der DE-C-12 08 008 bekannt, je eine Gleichrichterzelle an einem Klemmstück anzubringen und zur Verbindung der Gleichrichterzellen jeder Reihe untereinander die Klemm­ stücke unter Verwendung von Gegenstücken auf zwei wasser­ durchflossenen metallenen Kühlrohren unter Zwischenlage dünner Isolierschichten aufzureihen. Bei dieser Ausfüh­ rung ist ein guter Wärmeübergang vom Klemmstück zur Iso­ lierschicht und von dort zum Kühlrohr nur bei einer exak­ ten Anpassung der isolierten zylinderförmigen Ausspa­ rungen der Klemmstücke an den Außendurchmesser der Kühl­ rohre gewährleistet.

Aus dem DE-GM 75 39 808 ist eine Kühleinrichtung zur Flüssigkeitskühlung elektrischer Bauteile bekannt, bei der zur Trennung des elektrischen Potentials der Kühl­ flüssigkeit von den Potentialen der Bauteile als Kühl­ mittelleitung ein elektrisch isolierendes Rohr verwen­ det wird und die zu kühlenden elektrischen Bauteile an schellenartig um das Rohr gelegten Kühlkörpern befestigt sind.

Ferner ist aus dem DE-GM 75 39 365 eine Halbleiter-Gleich­ richteranordnung bekannt, bei der auf einer mit Kühlkanä­ len versehenen Kontaktplatte thermisch gut leitende Iso­ lierstoffscheiben angeordnet sind, an der ungekapselte Gleichrichterelemente befestigt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssig­ keitskühlung eines elektrischen Bauelementes, insbeson­ dere Halbleiter-Bauelementes, das elektrisch und ther­ misch leitend an einem Kühlkörper angeordnet ist, unter Verwendung eines elektrisch leitenden Kühlmittels derart auszubilden, daß eine größere Einfachheit im Aufbau bei einem besseren Wärmeübergang erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung für eine Flüssigkeitskühlung eines elektrischen Bauele­ mentes, insbesondere Halbleiter-Bauelementes gelöst, das elektrisch und thermisch leitend an einem Kühlkörper an­ geordnet ist, welcher mindestens einen Kühlkanal hat, dessen Wandung mit einer elektrischen Isolierschicht hohlraumfrei verbunden ist, wobei die Enden des Kühlka­ nals gegenüber dem Kühlkörper elektrisch isolierende An­ schlußmittel für die Kühlmittelleitungen aufweisen.

Durch die Erfindung wird gegenüber den bekannten Ausfüh­ rungen, bei denen Wärme zwischen aneinandergepreßten Teilen übertragen wird, der Wärmeübergang wesentlich verbessert, da im Übertragungsweg Luftschichten voll­ ständig vermieden und der Wärmeübertragungsweg selbst kleingehalten werden kann. Die Vorrichtung bildet ein kompaktes Bauelement, das unempfindlich gegen äußere Einwirkungen bei der Montage, bei der Wartung und im Betrieb ist.

Besonders vorteilhaft ist es, zwei gegenüberliegende Seiten des Kühlkörpers als Kontaktflächen für druckkon­ taktierte Halbleiter-Bauelemente auszubilden. Dabei kann der Kühlkörper bei Verwendung einer elektrisch leitenden Kühlflüssigkeit als Stromzuführung dienen. Bei Verwendung von Leitungswasser als Kühlflüssigkeit können Entionisie­ rungsanlagen eingespart werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Kühlkörper,

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht aus Fig. 1,

Fig. 3 eine andere Anschlußmöglichkeit eines Kühlkörpers und

Fig. 4 eine Baugruppe aus beidseitig gekühlten, druckkon­ taktierten Halbleiter-Bauelementen.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Kühlkörper aus Metall bezeichnet, auf dem die zu kühlenden elektrischen Bauelemente, insbe­ sondere Halbleiter-Bauelemente unmittelbar, d.h. ohne Zwi­ schenlage einer Isolierschicht angeordnet werden. In dem Kühlkörper 1 ist ein Kühlkanal 2 angeordnet. Die Wandung des Kühlkanals ist mit einer elektrischen Isolierschicht 3 durch Aufkleben, Aufdampfen, Spritzen, Schweißen, Gießen oder Schmelzen hohlraumfrei verbunden. Die Enden des Kühl­ kanals 2 weisen gegenüber dem metallischen Kühlkörper 1 elektrisch isolierende Anschlußmittel für Kühlmittellei­ tungen auf. Als Anschlußmittel dienen an den Enden des Kühlkanals 2 im Kühlkörper 1 vorgesehene Bohrungen 4, 5. Diese Bohrungen sind mit einer eine elektrische Isolier­ schicht 6 aufweisenden Innengewinde 7 versehen, in die ein Gewindestutzen 8 der Kühlmittelleitung 9 einschraubbar ist (Fig. 2).

Wie Fig. 3 zeigt, kann als Anschlußmittel auch eine an den Enden des Kühlkanals 2 angebrachte mit einem elektri­ schen Isolierbelag 6 versehener Anschlußstutzen 10 dienen.

Im Bereich der Kühlmittelanschlüsse ist es vorteilhaft, die Isolierschicht 6 dicker zu wählen als die Isolier­ schicht 3 im Kühlkanal selbst. Die Isolierschicht 6 um­ schließt dabei auch die nähere Umgebung der Anschlüsse, um eine sichere Isolierung zu gewährleisten.

Die in Fig. 4 gezeigte Baugruppe besteht aus zwischen Kühlkörpern 1 angeordneten zweiseitig gekühlten, druck­ kontaktierten Halbleiter-Bauelementen 11. Hierbei sind jeweils zwei einander gegenüberliegende Seiten 12 der Kühlkörper 1 als Kontaktflächen für die druckkontaktier­ ten Halbleiter-Bauelemente 11 ausgebildet. Die Halblei­ ter-Bauelemente und Kühlkörper werden durch Spannelemen­ te zusammengehalten, die aus Spannschrauben 13 und Mut­ tern 14 sowie aus Druckstücken 15 und Spannbügeln 16 be­ stehen.

Die Kühlkörper 1 dienen zugleich als Stromschienen, die mit Anschlußfahnen 17 versehen sind.

Claims (7)

1. Vorrichtung für eine Flüssigkeitskühlung eines elektri­ schen Bauelementes, insbesondere Halbleiter-Bauelementes (11) das elektrisch und thermisch leitend an einem Kühl­ körper (1) angeordnet ist, welcher mindestens einen Kühl­ kanal (2) hat, dessen Wandung mit einer elektrischen Iso­ lierschicht (6) hohlraumfrei verbunden ist, wobei die En­ den des Kühlkanals (2) gegenüber dem Kühlkörper (1) elek­ trisch isolierende Anschlußmittel für Kühlmittel-Leitungen aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der als Anschlußmittel an den Enden des Kühlkanals (2) im Kühlkörper (1) vorge­ sehene Bohrungen (4, 5) mit einem eine elektrische Iso­ lierschicht (6) aufweisendem Innengewinde (7) dienen, in die ein Gewindestutzen (8) der Kühlmittelleitung (9) ein­ schraubbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der als Anschlußmittel an Enden des Kühlkanals (2) angebrachte, mit einer elektri­ schen Isolierschicht (6) versehene Anschlußstutzen (10) dienen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Anschlußstutzen (10) mit einem einen elektrischen Isolierbelag (6) aufwei­ senden Außengewinde versehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Isolier­ schicht (6) an den Anschlußmitteln gegenüber der Isolier­ schicht im Kühlkanal (2) verstärkt ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Kühlkörper (1) einteilig ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der zwei einander ge­ gegenüberliegende Seiten (12) des Kühlkörpers (1) als Kon­ taktierflächen für durch kontaktierte Halbleiter-Bauele­ mente (11) ausgebildet sind.