DE3825979C2

DE3825979C2 -

Info

Publication number: DE3825979C2
Application number: DE3825979A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Ing. Manchen; Michael Dipl.-Ing. Mues; Karl-Heinz 1000 Berlin De Bezold
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Alstom Transportation Germany GmbH
Priority date: 1988-07-27
Filing date: 1988-07-27
Publication date: 1991-11-28
Also published as: DE3825979A1; IT8921321A0; IT1231307B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur doppelseitigen Kühlung von Scheibenzellen-Halbleitern, wie sie im Oberbegriff des Anspruches 1 näher definiert ist.

Es ist dazu bekannt, Scheibenzellen-Halbleiter zwischen einem stranggepreßten Kühlrippen-Kühlkörper und einem Wärmeleitbügel elektrisch isoliert, jedoch thermisch leitend einzuspannen. Als Wärmeleitbügel werden gut wärmeleitende metallische Blöcke aus Aluminium oder Kupfer verwendet, mit denen die Wärme von der dem Kühlkörper abgewandten Seite des Scheibenzellen-Halbleiters zurück zum Kühlkörper geleitet wird. Dazu ist eine besondere L-förmige Gestaltung zur Überbrückung der Höhenunterschiede nötig, ferner der Einsatz thermisch leiten der, elektrisch isolierender Zwischenlagen (sogenannter Isolierzellen). Über eine isolierte Spannvorrichtung wird das Ganze mit dem Kühlkörper verbunden (DE-OS 36 17 611) .

Damit ergibt sich bereits eine kompakte Anordnung mit recht guten Kühleigen schaften, die durch die doppelseitige Wärmeabfuhr und die mittels des Wärme leitbügels bewirkte Parallelschaltung der thermischen Innenwiderstände gegeben ist. Zur weiteren Verbesserung des Wärmeflusses im Aluminium-Kühlkörper sind Kupferauflagen bzw. Kupfereinlagen möglich. Diese erhöhen jedoch das Gewicht erheblich und verbessern die Kühlwirkung nur unwesentlich. Andere Kühlkörper materialien mit besseren Wärmeleiteigenschaften als Aluminium, insbesondere Kupfer, sind teuer und oft zu schwer.

Es ist bislang auch bekanntgeworden, Kühlkörper zur Verbesserung der Kühlwirkung mit Wärmarohren zu versehen (DE-OS 22 04 589) .

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Anordnung zur doppelseitigen Luftkühlung von Scheibenzellen-Halbleitern bei Kühlsystemen zu schaffen, die z. B. auf Massepotential liegen können. Die Anordnung soll einfach und kosten günstig sein.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 er reicht. Dabei sind sowohl Kühlkörper als auch der Wärmeleitbügel durch Wärme rohre isothermisiert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine doppelseitige Kühlung eines Halbleiter elementes in potentialfreiem Aufbau

Fig. 2 eine modifizierte doppelseitige Kühlung mit vollisoliertem Halbleiterelement

Fig. 3 eine weitere doppelseitige Kühlung bei voll isoliertem Leistungs-Halbleiter.

Fig. 1 zeigt eine doppelseitige Kühlung eines Scheibenzellen-Halbleiters 5, der mittels Spannvorrichtungen 3, 9 mit Federn 3a und Isolatoren 4, 4a unter Zwischenschaltung von wärmeleitenden Isolierzellen 6, 6a an den Kühlkörper 1 bzw. 1a gepreßt wird. Die Wärmeabfuhr erfolgt auf der einen Seite über die Isolierzelle 6 zum Kühlkörper 1, auf der anderen Seite über einen Wärmeleit bügel bestehend aus AL-Anschlußendstücken 7 und 7a und ein Wärmerohr 8 sowie über ein Distanzstück 7b aus Aluminium oder besser Kupfer. Das Distanzstück 7b füllt einseitig das Fehlen eines Scheibenzellen-Halbleiters aus und überbrückt den Höhenunterschied. Praktisch ohne Temperaturgefälle kann so die Wärme auch von der oberen Seite des Scheibenzellen-Halbleiters 5 über die weitere Isolier zelle 6a zum Kühlkörper 1a abgeführt werden. Der Kühlkörper 1a kann zum Kühl körper 1 gehören, kann jedoch auch ein eigenständiger Kühlkörper sein.

Die doppelseitige Kühlung, verbunden mit der Isothermisierung des Wärmeleit bügels über das Wärmerohr 8, erhöht wesentlich die Leistungsfähigkeit des Halb leiterelementes.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Scheibenzellen-Halbleiter 5, der direkt zwischen zwei wärmeleitende Isolierzellen 6 und 6′ angeordnet ist und damit elektrisch voll isoliert ist. Die Wärmeableitung vom Scheibenzellen-Halbleiter 5 zum Kühlkörper 1 erfolgt auf beiden Seiten vergleichmäßigt. Einmal mit einer An schlußfläche über eine wärmeleitende Isolierzelle 6 direkt und einmal mit der anderen Anschlußfläche über eine Isolierzelle 6′ und einen Aluminium-Wärmeleit bügel 12 mit Bohrung und Wärmerohrausstattung 8 (gestrichelt). Der Wärmeleit bügel 12 kann dann unisoliert über einen Abstützblock 11, z. B. aus Kupfer, auf dem Kühlkörper 1 aufsitzen. Die Verspannung kann gleichartig wie zu Fig. 1 ge schildert, erfolgen.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung, bei der wie in Fig. 2 der Scheibenzellen-Halb leiter 5 mit Isolierzellen 6 und 6′ eine Säule bildet. Anstelle eines Aluminium- Wärmeleitbügels mit Wärmerohrausstattung findet nunmehr jedoch ein metallisches Originalwärmerohr 10 Verwendung, das abgestuft gestaltet auch gleich den Höhen unterschied überbrückt. Der Aufbau ist noch einfacher, direkter und wirkungs voller. Das konfektionierte, vorgefertigte Wärmerohr 10 ist federnd biegsam und gleicht zusätzlich Verspannungen durch die Spannvorrichtungen aus. Der für den Wärmetransport noch geringe Verlust erbringende Cu-Abstützblock 11 nach Fig. 2 wird hierbei vermieden.

Durch die Erfindung können höhere Wärmetransportleistungen realisiert werden, was höhere Durchgangsleistungen und höhere Verlustleistungen gestattet.

Claims

1. Anordnung zur doppelseitigen Kühlung von Scheibenzellen-Halbleitern, die zwischen einem stranggepreßten Kühlrippen-Kühlkörper und einem Wärmeleit bügel elektrisch isoliert jedoch thermisch leitend eingespannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl Kühlkörper als auch Wärmeleitbügel durch Wärmerohre isothermi siert sind, wobei der Kühlkörper (1) in Strangpreßrichtung Nuten oder ge formte Löcher aufweist, in die herkömmliche Wärmerohre (2) integrierbar sind oder die Löcher die Funktion der Wärmerohre selbst übernehmen und der Wärmeleitbügel (12) eine Längsbohrung aufweist, in die ein herkömm liches Wärmerohr (8) einsetzbar ist oder die Bohrung selbst als Wärmerohr fungiert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitbügel aus einem herkömmlichen Wärmerohr (8) mit endseitig aufgesteckten metallischen Anschluß-Endstücken (7, 7a) besteht, wobei das eine Endstück (7) gegen die eine Seite der zu kühlenden Halbleitersäule (5, 6) und das andere Endstück (7a) zum Höhenausgleich über ein Distanz stück (7b bzw. 11) gegen den Kühlkörper (1) verspannt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitbügel als metallisches, abgestuftes Wärmerohr (10) ausge bildet ist, das mit einem Ende gegen die Halbleitersäule (5, 6, 6′) und mit dem anderen Ende direkt gegen den Kühlkörper (1) verspannt ist.