DE7818810U1 - COOLING UNIT FOR SEMICONDUCTORS - Google Patents
COOLING UNIT FOR SEMICONDUCTORSInfo
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
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Sch 1777/78 Gbm
6. Juni 1978Sch 1777/78 Gb m
June 6, 1978
Schroff & Co. Gesellschaft für Meßtechnik mit beschränkter Haftung, FeldrennachSchroff & Co. Society for metrology with limited liability, Feldrennach
7541 Straubenhardt 1
Industriegebiet 7541 Straubenhardt 1
industrial area
Es handelt sich im Folgenden um eine Kühleinrichtung für Halbleiter und andere Festkörperbauelemente, mit einem Kühlrippen tragenden, zur Abführung der im Halbleiter erzeugten Verlustwärme dienenden Kühlkörper.The following is a cooling device for semiconductors and other solid-state components, with a Cooling ribs carrying cooling fins, serving to dissipate the heat loss generated in the semiconductor.
Halbleiter- und Festkörperbauelemente besitzen sehr kleine Abmessungen, sodaß es erhebliche Schwierigkeiten bereitet, die bei ihrem Betrieb anfallende Verlustwärme abzuführen. Damit die zulässigen Betriebstemperaturen nicht überschritten werden, sind bei Halbleitern ab einer gewissen Größe, insbesondere bei Leistungstransistoren ebenso wie bei Leistungswiderständen, besondere Kühlungsmaßnahmen erforderlich. Semiconductor and solid state devices are very small in size, so there are significant difficulties prepares to dissipate the heat losses that occur during their operation. So that the permissible operating temperatures are not are exceeded in the case of semiconductors above a certain size, especially in the case of power transistors Just as with power resistors, special cooling measures are required.
Es ist bekannt, zur Kühlung von Halbleitern und anderen Festkörperbauelementen diese möglichst innig mit einem Kühlkörper in Berührung zu bringen, der die nahezu punktförmig anfallende Wärme an eine große Kühlfläche überträgt, von wo aus dann der Wärmeübergang an die Luft oder an ein anderes Medium erfolgt. ·=..··. .It is known to cool semiconductors and other solid-state components as closely as possible with a Bringing the heat sink into contact, which transfers the almost punctiform heat to a large cooling surface, from where the heat is transferred to the air or to another medium. · = .. ··. .
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In vielen Fällen ist es nun unumgänglich, daß aus schaltungstechnischen Gründen der Halbleiter elektrisch auf einem anderen Potential liegen muß als der Kühlkörper. Es ist dann erforderlich, den Halbleiter vom Kühlkörper zu isolieren, und es ist bekannt, hierzu zwischen Halbleiter und Kühlkörper ein Isoliermaterial anzuordnen. Da die Potential- | unterschiede gering sind und meistens in der Grössenordnung von nur einigen Volt liegen, genügt es, eine sehr dünne Glimmerscheibe oder eine Kunststoffolie vorzusehen, durch welche der Wärmeübergang jedoch nur geringfügig beeinträchtigt wird.In many cases it is now inevitable that from the circuitry Because of this, the semiconductor must have a different electrical potential than the heat sink. It is then required to isolate the semiconductor from the heat sink, and it is known to do this between semiconductor and Heat sink to arrange an insulating material. Since the potential | differences are small and mostly of the order of magnitude of only a few volts, it is sufficient to provide a very thin mica disk or a plastic film, however, through which the heat transfer is only slightly impaired.
Wird nun aus Sicherheitsgründen eine hohe Spannungsisolation zwischen Halbleiter und Kühlkörper gefordert (Prüfspannunq beispielsweise 2000 Volt), dann müßte die Isolierung zwischen beiden ganz erheblich verstärkt werden, was zur Verwendung recht dicker Isolxermaterialien zwänge. Dies hätte aber zur Folge, daß der Wärmeübergang ganz erheblich verschlechtert und die Wärmeabfuhr so stark verringert würden, daß der betreffende Halbleiter nicht mehr mit seiner Nennbelastung betrieben werden könnte. Es ist bekannt, statt dessen den Halbleiter zusammen mit dem Kühlkörper in einem Gehäuse berührungssicher unterzubringen, jedoch ist diese Maßnahme sehr kosten- und platzaufwendig, wenn eine ausreichende Luftbewegung innerhalb des Gehäuses gewährleistet sein soll.If, for safety reasons, a high level of voltage insulation is required between the semiconductor and the heat sink (test voltage for example 2000 volts), then the insulation between the two would have to be considerably reinforced, which compel the use of thick insulating materials. However, this would mean that the heat transfer would be quite considerable deteriorated and the heat dissipation would be reduced so much that the semiconductor in question no longer could be operated with its nominal load. It is known instead to use the semiconductor together with the heat sink to be accommodated in a housing safe to touch, but this measure is very costly and space-consuming, if sufficient air movement is to be ensured within the housing.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Neuerung, eine Kühleinrichtung für Halbleiter der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß bei kleinem Gesamtaufwand ein geringer Wärmewiderstand zwischen Halbleiter und Kühlkörper bei gleichzeitiger hoher Spannungsisolation erzielt wird.It is the task of the present innovation, a cooling device to design for semiconductors of the type mentioned in such a way that with a small overall expenditure a lower Thermal resistance between semiconductor and heat sink is achieved with high voltage insulation at the same time.
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Diese Aufgabe wird bei einer Kühleinrichtung mit einem Kühlrippen tragenden Kühlkörper gelöst durch einen wenigstens einen Fuß aufweisenden und mittels dieses Fußes am Kühlkörper befestigten, einen Elementträger aufweisenden Metall sockel sowie eine zwischen dem Fuß und dem Kühlkörper vorgesehenen Isolierplatte. Dieser Metallsockel gestattet es, mit Hilfe seines Fußes eine so erhebliche Vergrößerung der am Wärmeübergang beteiligten Flächen durchzuführen, daß die durch die Verstärkung der elektrischen Isolation bedingte Behinderung der Abfuhr der von dem auf dem Elementträger direkt befestigten Halbleiter erzeugten Verlustwärme voll kompensiert werden kann.In the case of a cooling device with a heat sink carrying cooling fins, this object is achieved by a having at least one foot and attached to the heat sink by means of this foot, having an element carrier Metal base and an insulating plate between the foot and the heat sink. This metal base it allows, with the help of his foot, such a considerable increase in those involved in the heat transfer Surfaces to carry out the hindrance of the discharge caused by the reinforcement of the electrical insulation the heat loss generated by the semiconductor directly attached to the element carrier can be fully compensated can.
Zwischen dem Elementträger und dem Halbleiter kann eine dünne Folie aus Isoliermaterial angeordnet sein. Diese Folie ermöglicht es, mehrere Halbleiter auf dem Metall— sockel anzuordnen, deren Gehäuse auf verschiedenen elektrischen Potentialen liegen.A thin film of insulating material can be arranged between the element carrier and the semiconductor. These Foil makes it possible to arrange several semiconductors on the metal base, their housings on different electrical Potentials lie.
Zweckmäßig ist der Elementträger mit einer Ausnehmung und/oder Durchführungen für die Anschlüsse des Halbleiters versehen.The element carrier with a recess and / or bushings for the connections of the semiconductor is expedient Mistake.
Vorzugsweise weist der Metallsockel im Querschnitt die Form eines U-Bügels auf. Bei dieser Ausgestaltung besitzt der Metallsockel zwei Füße, die einen hervorragenden Wärmeübergang an den Kühlkörper gewährleisten.The metal base preferably has the shape of a U-bracket in cross section. Has in this configuration the metal base has two feet that ensure excellent heat transfer to the heat sink.
Es kann aus konstruktiven oder aus Platzgründen von Vorteil sein, wenn der Metallsockel im Querschnitt Z-förmig ausgebildet ist oder eine L-Form besitzt.For structural reasons or for reasons of space, it can be advantageous if the metal base is designed to be Z-shaped in cross-section is or has an L-shape.
Vier Ausführungsbeispiele der vorgeschlagenen KühleinrichtungFour embodiments of the proposed cooling device
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sind in der beigefügten Zeichnung dargestellt, die im Folgenden näher erläutert wird. Es zeigenare shown in the accompanying drawing, which is explained in more detail below. Show it
Figur 1 eine Kühleinrichtung mit einemFigure 1 a cooling device with a
im Schnitt U-förmig ausgebildeten Metallsockel, in einem Querschnitt; Metal base with a U-shaped cross-section, in a cross-section;
Figur 2 eine Kühleinrichtung mit einemFigure 2 shows a cooling device with a
ebenen Metallsockel, in einer Seitenansicht;flat metal base, in a side view;
Figur 3 eine Kühleinrichtung mit einemFigure 3 shows a cooling device with a
L-förmigen Metall sockel, ebenfalls in Seitenansicht;L-shaped metal base, also in side view;
Figur 4 eine Kühleinrichtung mit einemFigure 4 shows a cooling device with a
im Querschnitt Z-förmig ausgebildeten Metallsockel, wiederum in einer Seitenansicht.Metal base with a Z-shaped cross-section, again in a side view.
Eine neuerungsgemäße Kühleinrichtung besteht aus einem Kühlkörper 1, einem Metallsockel 2, einer Isolierplatte und einer Folie 4 (vgl. Figur 1).A cooling device according to the innovation consists of a cooling body 1, a metal base 2, and an insulating plate and a film 4 (see FIG. 1).
Der Kühlkörper 1 besteht aus einem Metall hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aus 'stranggepreßtem Aluminium. Er weist an seiner Rückseite eine Anzahl von Kühlrippen auf.The heat sink 1 consists of a metal of high thermal conductivity, for example from 'extruded aluminum. It has a number of cooling fins on its back on.
Der Metallsockel 2 besteht ebenfalls aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise aus Aluminium, und ist durch Strangpressen, Biegen, Ziehen oder Gießen hergestellt. Dieser im Querschnitt U-förmig ausgebildete Metallsockel 2 weist zwei Füße 6 sowie einen Elementträger 7 auf.The metal base 2 also consists of a material of high thermal conductivity, preferably aluminum, and is made by extrusion, bending, drawing or casting. This metal base with a U-shaped cross-section 2 has two feet 6 and an element carrier 7.
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Unter Zwischenlage der Isolierplatte 3 und Zuhilfenahme von Kopfschrauben 8,z.B. aus Isolierstoff» ist der Metallsokkel 2 mittels seiner beiden Füße 6 isoliert am Kühlkörper 1 befestigt.With the interposition of the insulating plate 3 and the aid of head screws 8, e.g. made of insulating material »is the metal base 2 attached to the heat sink 1 in an insulated manner by means of its two feet 6.
Auf dem Elementträger 7 ist ein Halbleiter 9 in Gestalt eines Leistungstransistors befestigt. Dieser Halbleiter besitzt zwei Anschlüsse 10, welche durch Durchführungen im Elementträger 7 nach außen ragen. Zwischen dem Elementträger 7 und dem Halbleiter 9 befindet sich die dünne Folie 4 aus Isoliermaterial, beispielsweise aus Glimmer oder aus einem geeigneten, wärmebeständigen Kunststoff. Der Halbleiter 9 und die Folie 4 können am Elementträger angeschraubt, angeklemmt, angeklebt oder auf andere Weise so befestigt sein, daß zwischen benachbarten Teilen ein inniger, den Wärmeübergang begünstigender Kontakt besteht.A semiconductor 9 in the form of a power transistor is attached to the element carrier 7. This semiconductor has two connections 10 which protrude outward through bushings in the element carrier 7. Between the element carrier 7 and the semiconductor 9 is the thin film 4 made of insulating material, for example made of mica or from a suitable, heat-resistant plastic. The semiconductor 9 and the film 4 can be on the element carrier be screwed, clamped, glued or otherwise attached so that between adjacent parts there is an intimate contact that promotes heat transfer.
Die Isolierplatte 3 besteht vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden und hervorragend elektrisch isolierenden Kunststoff, ihre Dicke richtet sich nach der elektrischen Spannung, welche zwischen dem Halbleiter 9 bzw. dem Metallsockel 2 und dem Kühlkörper 1 herrscht. Wird eine hohe Spannungsisolation (beispielsweise 2000 Volt und mehr) verlangt, muß eine entsprechend dicke Isolierplatte 3 verwendet werden, wobei die dadurch bedingte Verschlechterung des Wärmeüberganges durch eine Vergrößerung der Füße 6 ohne weiteres leicht ausgeglichen werden kann.The insulating plate 3 preferably consists of a highly thermally conductive and extremely electrically insulating one Plastic, its thickness depends on the electrical voltage that exists between the semiconductor 9 and the metal base 2 and the heat sink 1 prevails. If a high voltage isolation (e.g. 2000 volts and more), a correspondingly thick insulating plate 3 must be used, the resulting deterioration the heat transfer can easily be compensated for by enlarging the feet 6 can.
Die Folie 4 wird dann erforderlich, wenn mehrere Halbleiter 9 auf dem Metallsockel 2 hintereinander angeordnet sind und deren Gehäuse elektrisch voneinander getrennt sein müssen. Dies ist insbesondere bei Transistoren derThe foil 4 is required when several semiconductors 9 are arranged one behind the other on the metal base 2 and their housings must be electrically isolated from each other. This is particularly the case with transistors
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Pall, deren Basis-Elektrode mit dem Gehäuse elektrisch verbunden ist. Da die Spannungen zwischen den Gehäusen in der Größe von einigen Volt bis etwa 250 Volt liegen, kann die Folie 4 extrem dünn gewählt werden, sodaß sie praktisch den Wärmeübergang vom Halbleiter 9 zum Metallsockel nicht behindert.Pall, whose base electrode is electrically connected to the housing connected is. Since the voltages between the housings are in the range of a few volts to about 250 volts, the film 4 can be chosen to be extremely thin, so that it practically controls the heat transfer from the semiconductor 9 to the metal base not disabled.
Eine konstruktiv anders aufgebaute Kühleinrichtung ist in Figur 2 wiedergegeben. Hier trägt der Kühlkörper 1 eine tiefe Nut 12, und bei dem Metallsockel 2 liegen die beiden Füße 6 mit dem Elementträger 7 in der selben Ebene, sodaß der Metallsockel 2 die Gestalt einer rechteckigen Platte aufweist. Zwischen jedem Fuß 6 und dem Kühlkörper 1 sitzt eine Isolierplatte 3. Der Elementträger 7 weist eine Ausnehmung 13 auf, durch welche die Anschlüsse 10 des Halbleiters 9 nach außen ragen.A cooling device with a structurally different design is shown in FIG. Here the heat sink 1 a deep groove 12, and in the case of the metal base 2, the two feet 6 with the element carrier 7 lie in the same Level, so that the metal base 2 has the shape of a rectangular plate. Between each foot 6 and the Heat sink 1 sits an insulating plate 3. The element carrier 7 has a recess 13 through which the Connections 10 of the semiconductor 9 protrude to the outside.
Bei der Kühleinrichtung nach Figur 3 ist der Metallsokkel 2 L-förmig ausgebildet, wobei der kürzere L-Schenkel den unter Zwischenlage einer Isolierplatte 3 am Kühlkörper 1 angeschraubten Fuß 6, und der längere L-Schenkel den Elementträger 7 bildet, auf dem der Halbleiter befestigt ist.In the cooling device according to FIG. 3, the metal base is 2 L-shaped, the shorter L-leg being the one with the interposition of an insulating plate 3 on the heat sink 1 screwed-on foot 6, and the longer L-leg forms the element carrier 7 on which the semiconductor is attached.
Die Figur 4 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der Metallsockel 2 im Querschnitt Z-förmig ist. Der eine Flansch des Z-Querschnittes bildet den am Kühlkörper 1 befestigten und durch die Isolierplatte 3 von ihm elektrisch getrennten Fuß 6, während der andere Z-Flansch den den Halbleiter 9 tragenden Elementträger 7 bildet.FIG. 4 shows an embodiment in which the metal base 2 is Z-shaped in cross section. The one The flange of the Z-cross section forms the one attached to the heat sink 1 and electrically from it through the insulating plate 3 separate foot 6, while the other Z-flange forms the element carrier 7 carrying the semiconductor 9.
Bei der Ausführungsform nach den Figuren 2, 3 und 4 fehlt die dünne Folie aus Isoliermaterial zwischen Elementträger 7 und dem Halbleiter 9, sodaß dessen Gehäuse elektrisch mit dem Elementträger 7 verbunden sind.In the embodiment according to Figures 2, 3 and 4, the thin film of insulating material between the element carrier is missing 7 and the semiconductor 9, so that its housing is electrically connected to the element carrier 7.
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Sch 1777/78 Gbm -6. Juni 1978Sch 1777/78 Gbm - June 6, 1978
Zusammenstellung der verwendeten Bezugsζ iffern Compilation of the references used
1 Kühlkörper1 heat sink
2 Metallsockel2 metal bases
3 Isolierplatte3 insulating plate
4 Folie4 slide
5 Kühlrippen5 cooling fins
6 Fuß6 feet
7 Elementträger7 element carriers
8 Kopfschrauben8 cap screws
9 Halbleiter9 semiconductors
Anschlüsse Durchführungen NutConnections, bushings, groove
AusnehmungRecess
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Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19787818810 DE7818810U1 (en) | 1978-06-23 | 1978-06-23 | COOLING UNIT FOR SEMICONDUCTORS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19787818810 DE7818810U1 (en) | 1978-06-23 | 1978-06-23 | COOLING UNIT FOR SEMICONDUCTORS |
Publications (1)
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| DE7818810U1 true DE7818810U1 (en) | 1978-10-05 |
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ID=6692650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19787818810 Expired DE7818810U1 (en) | 1978-06-23 | 1978-06-23 | COOLING UNIT FOR SEMICONDUCTORS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE7818810U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3512453A1 (en) * | 1984-04-05 | 1985-11-28 | Burr-Brown Corp., Tucson, Ariz. | METHOD AND DEVICE FOR REDUCING UNPREDICTABLE SOURCES OF FAULT VOLTAGE IN ANALOG PRECISION COMPONENTS |
-
1978
- 1978-06-23 DE DE19787818810 patent/DE7818810U1/en not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3512453A1 (en) * | 1984-04-05 | 1985-11-28 | Burr-Brown Corp., Tucson, Ariz. | METHOD AND DEVICE FOR REDUCING UNPREDICTABLE SOURCES OF FAULT VOLTAGE IN ANALOG PRECISION COMPONENTS |
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