DE3818428C2 - Kuehldose zum abfuehren der verlustwaerme von halbleiterelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühldose zum Abführen der Verlustwärme von Halbleiterelementen, insbesondere Leistungsgleichrichtern, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ist ein Zusatz zum Patent 37 40 233.

Eine derartige Kühldose ist im Hauptpatent beschrieben und garantiert dauerhaft eine hohe Spannungsfestigkeit, ohne daß Glimmentladungen auftreten.

Eine ähnliche Kühldose zum Abführen der Verlustwärme von Halbleiterelementen ist aus dem DE-GM 19 98 171 bekannt. Dort wird ein Flüssigkeitskühlkörper für eine Gleichrichterzelle beschrieben, wobei zwischen einem von der Kühlflüssigkeit durchströmten Teil des annähernd zylindrisch ausgebildeten Kühlkörpers und einem am Gleichrichterzellengehäuse anliegenden Teil des Kühlkörpers eine elektrisch isolierende, jedoch gut wärmeleitende Zwischenlage angeordnet ist und die beiden Kühlkörperteile lösbar und elektrisch isoliert miteinander verbunden sind. Die Zwischenlage kann aus Oxidkeramik, insbesondere Berylliumoxid oder Aluminiumoxid bestehen. Die beiden Kühlkörperteile können mittels eines Profilringes aus einem elektrisch isolierenden Material, vorzugsweise Kunststoff, gegeneinander gelagert sein.

Aus der DE-AS 21 60 302 ist eine Kühldose zum Einbau in Scheibenzellenstapel bekannt, die aus zwei schalenförmigen Kühltöpfen mit im Inneren der Schalen vorgesehenen Strömungshindernissen für die Kühlflüssigkeit besteht.

Aus der DE 34 36 545 A1 ist ein Kühlkörper für die Flüssigkeitskühlung eines Leistungshalbleiterbauelementes bekannt, bei dem Strömungshindernisse im Inneren des Kühlkörpers vorgesehen sind.

Es hat sich herausgestellt, daß ein gewisser Nachteil bei der Kühldose nach dem Hauptpatent darin besteht, daß an die Dimensionierung und die Formgebung von Kontaktplatte und Schale sowie an das Lötverfahren, besonders wenn es sich um eine Hartlötung handelt, hohe Ansprüche gestellt werden müssen, um Spannungsrisse in der Isolierscheibe während der Abkühlphase zu vermeiden. Diese Risse mindern die sonst sehr hohe Spannungsfestigkeit, so daß ein Ausschuß von Kühldosen nicht zu vermeiden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Kühldose nach dem Hauptpatent derart zu verbessern, daß kein Ausschuß mehr auftritt.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch gekennzeichnet.

Dabei ist es aus der DE-OS 19 65 484 an sich bekannt, bei einer Anordnung zur Kühlung steuerbarer Halbleiterelemente, z. B. Thyristor, Triac, in elektronischem Regler bei gleichzeitig hohem Berührungsschutz zwischen stromführenden und berührbaren Metallteilen ein isolierendes Material aus gesintertem Aluminiumoxid zwischen einer Kühlplatte und einem Halbleitergehäuse anzubringen, wobei die Verbindung des Aluminiumoxids mit der Kühlplatte mittels eines metallischen Klebers erfolgt.

Aus der DE-OS 22 40 822 ist es im Zusammenhang mit einem Baustein für elektrische Schaltungen bekannt, eine beispielsweise aus Kupfer bestehende Wärmeaustauscherscheibe mit einer beispielsweise aus Al₂O₃ bestehenden Supportscheibe unter Verwendung eines geeigneten Epoxyklebers zu verkleben. Dabei ist es nicht erforderlich, beide Oberflächen der Supportscheibe auf höchste Ebenheit zu schleifen.

Durch die Anwendung einer Klebung statt einer stoffschlüssigen Verbindung, wie z . B. eine Hartlötung, werden die beim Hartlöten entstehenden Risse vermieden. Diese Risse schränken den Anwendungsbereich erheblich ein, da die sonst sehr hohe Spannungsfestigkeit nicht mehr gegeben ist.

Bei der Verwendung von Metall-Keramikkleber zur Verbindung der Isolierplatte mit der Schale und mit der Kontaktplatte treten diese Nachteile nicht mehr auf. Der Metall-Keramikkleber wird vorteilhaft so eingesetzt, daß bei einer Flächenverbindung nur die Vertiefungen mit Kleber ausgefüllt sind. Die Traganteile berühren sich dann ohne eine dazwischenliegende Kleberschicht. Hierdurch wird bei Rauhigkeiten unter 0,5 µm ein Wärmeübergang sichergestellt, der nicht schlechter ist als bei einer Lötung. Während des Betriebes werden die Klebeverbindungen in mechanischer Hinsicht nur auf Druck beansprucht, so daß eine besonders hohe Zugfestigkeit nicht vorhanden sein muß.

Derartige Klebeverbindungen sind auch zeitstandfest, wie sich bei der Anwendung bei Dioden mit Kristalltemperaturen von 160°C gezeigt hat.

Claims (2)

1. Kühldose zum Abführen der Verlustwärme von Halbleiterelementen, insbesondere Leistungsgleichrichtern, mit einer aus zwei Teilen bestehenden metallenen Schale, mit einem oder zwei Stutzen zum Zu- und Abführen der Kühlflüssigkeit und mit mindestens einer metallenen Kontaktplatte zur Aufnahme der von dem Halbleiterelement abgegebenen Wärme und deren Verteilung an die Kühlflüssigkeit, wobei zur Verwendung von Brauchwasser als Kühlflüssigkeit eine Isolierplatte aus anorganischem Isoliermaterial zwischen der Kontaktplatte und der Schale angeordnet ist, deren Durchmesser größer als der Durchmesser der Kontaktplatte ist, wobei die Kühldose aus zwei Schalen mit im Inneren der Schalen vorgesehenen Strömungshindernissen (Kühlrippen) zusammengesetzt ist, wobei der Durchmesser der stoffschlüssig mit der Schale und der Kontaktplatte verbundenen Isolierplatte größer ist als der Durchmesser der Schale, wobei die Kühldose zur Kriechwegerhöhung bis auf die Kontaktfläche und die hydraulischen Anschlüsse mit Kunststoff ummantelt ist und wobei diese isolierende Ummantelung eine stoffschlüssige Anbindung an die Metallteile und die Isolierplatte aufweist, nach Patent 37 40 233, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierplatte mit der Schale und mit der Kontaktplatte mittels eines Metall-Keramikklebers verklebt ist.

2. Kühldose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metall-Keramikkleber derart verwendet wird, daß bei einer Flächenverbindung nur die Vertiefungen mit Kleber ausgefüllt sind.