DE4322932A1 - Flüssigkeitskühlkörper mit Isolierscheiben, elektrischen Anschlußblechen und einem Isolationsring - Google Patents
Flüssigkeitskühlkörper mit Isolierscheiben, elektrischen Anschlußblechen und einem IsolationsringInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitskühlkörper
mit Isolierscheiben, elektrischen Anschlußblechen und einem
Isolationsring gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solcher Flüssigkeitskühlkörper mit Isolierscheiben,
elektrischen Anschlußblechen und einem Isolationsring ist
aus der DE 37 40 233 A1 bekannt, bei der zwei Schalen aus
Kupfer einen kühlflüssigkeitsdurchströmten Kühldosenkern
bilden, dessen thermische Kontaktflächen mittels Isolier
scheiben abgedeckt sind, wobei äußere elektrische Anschluß
bleche den Wärmekontakt sowie den elektrischen Anschlußkon
takt für druckkontaktierte Leistungshalbleiter bilden und
ein äußerer Isolationsring den derartig gebildeten, einen
Kühldosenkern, zwei Isolierscheiben und zwei elektrische
Anschlußbleche aufweisenden Flüssigkeitskühlkörper zusam
menhält.
Dabei ist ein spannungsfreier Einbau der äußerst bruch
empfindlichen, vorzugsweise aus Keramik bestehenden Iso
lierscheiben von großer Wichtigkeit, da beim bekannten
Flüssigkeitskühlkörper bei Bruch einer Isolierscheibe in
nachteiliger Weise der ganze Flüssigkeitskühlkörper aus zu
tauschen ist. Problematisch sind desweiteren feine Haarris
se in der Isolierscheibe, die zu Glimmentladungen und einem
elektrischen Durchschlag führen können, wenn Feuchtigkeit
zwischen eine elektrische Anschlußplatte und eine Isolier
scheibe eingedrungen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssig
keitskühlkörper mit Isolierscheiben, elektrischen Anschluß
blechen und einem Isolationsring der eingangs genannten Art
anzugeben, bei dem keine unzulässige Beanspruchung der Iso
lierscheiben auftritt.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des
Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des
Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbe
sondere darin, daß die eingelegten, weder mit dem Kühldo
senkern noch mit den elektrischen Anschlußblechen verbun
denen (z. B. verlöteten oder verklebten) Isolierscheiben nur
auf Druck beansprucht werden, und zwar lediglich im Bereich
der thermischen Kontaktierung. Außerhalb dieser thermischen
Kontaktflächen werden die Isolierscheiben mechanisch nicht
belastet. Bei Bruch der Isolierscheiben tritt kein Kühlmit
telverlust ein. Zudem läßt sich ein Flüssigkeitskühlkörper
mit gebrochener Isolierscheibe in einfacher und preiswerter
Art reparieren, indem die defekte Isolierscheibe nach
Zurückbiegen der Rastzungen und Entfernen des elektrischen
Anschlußbleches entnommen, eine neue Isolierscheibe einge
legt sowie das elektrische Anschlußblech aufgesetzt und
nach Druck gegen die Gleitflächen der Rastnasen "aufge
schnappt" wird. Vorteilhaft muß bei einer derartigen
Reparatur der Kühlflüssigkeitskreislauf nicht geöffnet wer
den. Die Dichtringe verhindern zuverlässig, daß Schmutz und
Feuchtigkeit in den Innenraum zwischen elektrischen An
schlußblechen, Isolierscheiben, Isolationsring und Kühldo
senkern gelangt. Durch die Rastzungen ist gewährleistet,
daß diese Abdichtung auch bei nicht innerhalb des Spannver
bandes eingebautem Flüssigkeitskühlkörper, z. B. bei Lage
rung vor der Montage oder bei Ersatzteilbevorratung, konti
nuierlich gewährleistet ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un
teransprüchen gekennzeichnet. Dabei stellen die abgestuften
Randzonen der elektrischen Anschlußbleche sicher, daß die
Rastnasen nicht über die Außenoberfläche der Anschlußbleche
ragen, sondern bündig mit dieser Oberfläche sind. Die Di
stanzscheiben-Spalt-Konfiguration im Innenraum des Flüssig
keitskühlkörpers stellt einerseits sicher, daß die Druckbe
anspruchung lediglich im Bereich der thermischen Kontakt
flächen des Kühldosenkerns und keinesfalls zusätzlich über
den Isolationsring verläuft, was beim elastischen Nachgeben
des Isolationsringes zum Bruch der Isolierscheiben führen
könnte. Durch diese Konfiguration wird andererseits ein zu
sätzlicher verlängerter interner Kriechweg in der Randzone
zwischen elektrischem Anschlußblech und Isolierscheibe ge
schaffen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Ausschnitt ei
nes Spannverbandes mit dem prinzipiellen
Aufbau eines Flüssigkeitskühlkörpers,
Fig. 2 eine Sicht auf einen aufgeschnittenen
Kühldosenkern mit Kühlmittelanschluß,
Fig. 3 den Randzonenbereich eines Flüssigkeits
kühlkörpers in vergrößerter Darstellung.
In Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen Ausschnitt eines
Spannverbandes mit dem prinzipiellen Aufbau des Flüssig
keitskühlkörpers dargestellt. Es sind zwei Flüssigkeits
kühlkörper 1, 26 zu erkennen, zwischen denen ein Leistungs
halbleiter 21 druckkontaktiert angeordnet ist. Jeder
Flüssigkeitskühlkörper 1, 26 weist einen Kühldosenkern 2
auf, der mit einem hydraulischen Kühlmittelanschluß 3 ver
bunden (z. B. verlötet) ist. Kühldosenkern 2 und Kühlmittel
anschluß 3 bestehen aus einem Metall, vorzugsweise aus Kup
fer oder Aluminium. Die beiden Hauptoberflächen des Kühldo
senkerns 2 bilden thermische Kontaktflächen 12, 13, gegen
die Isolierscheiben 14, 15 aus einem gut wärmeleitenden und
elektrisch isolierenden Material gepreßt werden. Die Iso
lierscheiben 14, 15 bestehen vorzugsweise aus Keramik, ins
besondere aus Aluminiumnitrid. Ist der Flüssigkeitskühlkör
per 1 jedoch an einem Ende eines Spannverbandes angeordnet,
so daß nur eine der thermischen Kontaktflächen zur Übertra
gung der in einem Leistungshalbleiter produzierten Wärme
energie erforderlich ist (einseitige Kühlung), kann an der
anderen thermischen Kontaktfläche des Kühldosenkerns eine
Isolierscheibe aus einem Kunststoff angeordnet werden.
Hierdurch ergeben sich Preisvorteile.
Gegen die Isolierscheiben 14, 15 werden mittels nicht dar
gestellter, jedoch allgemein bekannter Bauelemente eines
Spannverbandes (Druckplatten, Tellerfedern, Spannstäbe)
elektrische Anschlußbleche 16, 17 gepreßt. Diese Anschluß
bleche 16, 17 weisen nicht gezeigte Anschlußkontakte für
externe Anschlußkabel auf und bestehen vorzugsweise aus
Kupfer. In einem Spannverband mit mehreren Flüssigkeits
kühlkörpern und Leistungshalbleitern ergibt sich auf diese
Art und Weise eine elektrische Druckkontaktierung über die
Anschlußbleche 16, 17 zu den elektrischen Hauptanschlüssen
der Leistungshalbleiter und eine Wärmeübertragung von den
Leistungshalbleitern über die Anschlußbleche 16, 17, die
Isolierscheiben 14, 15 und die thermischen Kontaktflächen
12, 13 der Kühldosenkerne 2 zur in den Kühldosenkernen zir
kulierenden, extern rückgekühlten Kühlflüssigkeit.
Die einzelnen Bauteile 2, 14, 15, 16, 17 des Flüssigkeits
kühlkörpers werden mittels eines Isolationsringes 11 zusam
mengehalten. Im Bereich des Kühlmittelanschlusses 3 ist der
Isolationsring 11 zum Erhöhen der Kriechwege mit Rippen 25
versehen.
Dabei kann der Isolationsring 11 beispielsweise aus zwei
miteinander verklebten Kunststoffschalen gebildet werden.
Alternativ hierzu ist es zur Schaffung des Isolationsringes
auch möglich, den Kühldosenkern mit Kunststoff zu umsprit
zen, wobei selbstverständlich bei beiden Varianten die
thermischen Kontaktflächen 12, 13 des Kühldosenkerns 2 frei
von Kunststoffmaterial bleiben.
Mit x ist eine Einzelheit (Randbereich eines Flüssigkeits
kühlkörpers) bezeichnet, die in Fig. 3 vergrößert darge
stellt ist.
In Fig. 2 ist eine Sicht auf einen aufgeschnittenen Kühl
dosenkern mit Kühlmittelanschluß dargestellt. Der hydrauli
sche Kühlmittelanschluß 3 weist zwei Kanäle 4, 5 auf. Die
Hauptoberflächen innerhalb des Kühldosenkerns 2 sind zur
Vergrößerung der zur Wärmeübertragung geeigneten Oberfläche
mit Zapfen 22 versehen. Es ergibt sich eine Kühlflüssig
keitsströmung vom ersten Kanal 4 zum Kühldosenkern 2 und
von dort zum zweiten Kanal 5, wobei die Kühlflüssigkeit die
Zapfen 22 im Kühldosenkern 2 und den Boden des Kühldosen
kerns umspült und hierdurch Wärmeenergie auf nimmt.
Die Anordnung der Kanäle 4, 5 kann auch in anderer Art und
Weise als in Fig. 2 gezeigt erfolgen. Beispielsweise ist
es möglich, die Kanäle 4, 5 gegenüberliegend am Umfang des
Kühldosenkerns 2 anzuordnen, wie gestrichelt angedeutet.
In Fig. 3 ist der Randbereich eines Flüssigkeitskühlkör
pers vergrößert dargestellt. Es ist die Ausbildung des aus
zwei verklebten Kunststoffschalen bestehenden Isolations
ringes 11 im Detail zu erkennen. Der Isolationsring 11
weist an seinen Außenkanten ringförmig angeordnete Rast
zungen 23, 27 auf, die über sich nach außen hin verjüngende
Gleitflächen ein zentriertes Aufsetzen, "Einschnappen" und
Fixieren der elektrischen Anschlußbleche 16, 17 ermögli
chen. Die Anschlußbleche 16, 17 sind zweckmäßig mit abge
stuften Randzonen 24, 28 versehen, damit der Flüssigkeits
kühlkörper bündige Hauptoberflächen ohne störende überste
hende Bauteile (Rastnasen 23, 27) aufweist.
Auf diese Art und Weise werden die elektrischen Anschluß
bleche 16, 17 bereits vor Montage innerhalb des Spannver
bandes unverlierbar am Flüssigkeitskühlkörper befestigt.
Neben der Führung der elektrischen Energie haben die elek
trischen Anschlußbleche 16, 17 die zusätzliche Aufgabe,
einen mechanischen Schutz der bruchempfindlichen Isolier
scheiben 14, 15 zu gewährleisten und den Halbleiter inner
halb eines Spannverbandes zu zentrieren.
Für die Abdichtung der innerhalb des durch den Isolations
ring 11 und die elektrischen Anschlußbleche 16, 17 gebilde
ten Raumes sind Dichtringe 18, 19 in Nuten des Isolations
ringes 11 eingelegt, wobei die Anschlußbleche 16, 17 gegen
diese Dichtringe 18, 19 gepreßt werden. Hierdurch wird eine
hochwertige Verschmutzungssicherheit gewährleistet, was
vorteilhaft eine Reduzierung der Isolationsstrecken zwi
schen Anschlußblechen, Isolierscheiben und Kühldosenkern
oder eine Erhöhung der Spannungsklasse zur Folge hat.
Fig. 3 zeigt ein weiteres wichtiges Detail des Flüssig
keitskühlkörpers, und zwar zwischen jeder Isolierscheibe
14, 15 und dem angepreßten elektrischen Anschlußblech 16,
17 befindliche Distanzscheiben 29, 34. Diese Distanzschei
ben weisen einen Durchmesser auf, der dem Durchmesser des
Kühldosenkerns 2 entspricht, während die Durchmesser der
Isolierscheiben 14, 15 und der Anschlußbleche 16, 17 größer
sind als der Durchmesser des Kühldosenkerns. Wie zu erken
nen ist, bilden sich hierdurch im Randzonenbereich zwischen
elektrischen Anschlußblechen 16, 17 und Isolierscheiben 14,
15 Spalten 30, 35 aus, die eine Kriechwegverlängerung zwi
schen Anschlußblechen und Kühldosenkern im Innenraum des
Flüssigkeitskühlkörpers bewirken.
Claims (5)
1. Flüssigkeitskühlkörper für Leistungshalbleiter,
mit einem einen hydraulischem Kühlmittelanschluß (3) auf
weisenden Kühldosenkern (2), dessen thermische Kontaktflä
chen (12, 13) über Isolierscheiben (14, 15) mit elektrischen
Anschlußblechen (16, 17) für die Leistungshalbleiter in Wär
mekontakt stehen und dessen weitere Oberfläche mit einem
Isolationsring (11) bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet
daß der Isolationsring (11) über die Randzone der elektri
schen Anschlußbleche (16, 17) greifende Rastzungen (23, 27)
aufweist und die Randzonen der elektrischen Anschlußbleche
über Dichtringe (18, 19) gegen den Isolationsring (11) pres
sen.
2. Flüssigkeitskühlkörper nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die elektrischen Anschlußbleche (16, 17)
abgestufte Randzonen (24, 28) aufweisen.
3. Flüssigkeitskühlkörper nach Anspruch 1 und/oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß Distanzscheiben (29, 34) zwi
schen den elektrischen Anschlußblechen (16, 17) und den Iso
lierscheiben (14, 15) vorgesehen sind, wobei die Distanz
scheiben einen dem Kühldosenkern (2) entsprechenden Durch
messer aufweisen und über dem Kühldosenkern angeordnet
sind, so daß sich Spalte (30, 35) zwischen den über den
Kühldosenkern ragenden Randzonen der elektrischen Anschluß
bleche (16, 17) und der Isolierscheiben (14, 15) ausbilden.
4. Flüssigkeitskühlkörper nach einem der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Isolierscheiben (14, 15)
aus Keramik, insbesondere aus Aluminiumnitrid verwendet
werden.
5. Flüssigkeitskühlkörper nach einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einseitiger Kühlung
die nicht zur Kühlung eines Leistungshalbleiters herangezo
gene thermische Kontaktfläche (12, 13) des Kühldosenkerns
(2) mit einer Isolierscheibe (14, 15) aus Kunststoff abge
deckt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934322932 DE4322932A1 (de) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | Flüssigkeitskühlkörper mit Isolierscheiben, elektrischen Anschlußblechen und einem Isolationsring |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4322932A1 true DE4322932A1 (de) | 1995-01-19 |
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ID=6492365
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DE19934322932 Ceased DE4322932A1 (de) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | Flüssigkeitskühlkörper mit Isolierscheiben, elektrischen Anschlußblechen und einem Isolationsring |
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