RU2047952C1

RU2047952C1 - Cooler for power semiconductor device

Info

Publication number: RU2047952C1
Authority: RU
Inventors: В.М. Антюхин; Г.В. Лаужа; В.Я. Узарс; В.П. Феоктистов; О.Г. Чаусов
Original assignee: Московский Институт Инженеров Железнодорожного Транспорта
Priority date: 1992-09-25
Filing date: 1992-09-25
Publication date: 1995-11-10

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: cooler for power semiconductor device has ribbed plate 1 with platform 3 for attachment of semiconductor device 4 and corrugated heat sink 1 made from metal sheet and made fast to ribbed plate by welding. Corrugated heat sink is anchored on ribbed side of plate 1 planarly and is alternatively rigidly coupled to plate in interrib spaces and to butts of ribs with additional welds. EFFECT: facilitated manufacture, simplified design. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к силовой полупроводниковой технике, а точнее к металлическим охладителям, представляющим собой комбинацию плоской оребренной пластины и дополнительного теплообменного элемента из листового материала. The invention relates to power semiconductor technology, and more specifically to metal coolers, which is a combination of a flat finned plate and an additional heat-exchange element made of sheet material.

Известны охладители, содержащие металлическую пластину, поверхность которой развита за счет того, что на ней предусмотрены выступы. Coolers are known containing a metal plate, the surface of which is developed due to the fact that protrusions are provided on it.

Недостаток этих охладителей связан с тем, что они нетехнологичны, поскольку могут быть изготовлены лишь литьем. The disadvantage of these coolers is that they are not technologically advanced, since they can only be made by casting.

Более технологичны охладители на базе типовых прокатных профилей из алюминия, содержащие пластину, с одной стороны которой предусмотрены ребра, а с другой площадка для крепления силового полупроводника. Coolers based on typical aluminum rolling profiles are more technologically advanced, containing a plate with ribs on one side and a platform for attaching a power semiconductor on the other.

Недостаток такого охладителя связан с небольшой поверхностью теплоотдачи, поскольку прокатные профили имеют небольшое количество толстых ребер, что связано с ограничениями технологического характера, т.е. с технологией проката. The disadvantage of such a cooler is associated with a small heat transfer surface, since the rolled profiles have a small number of thick fins, which is associated with technological limitations, i.e. with rental technology.

Наиболее близким к предлагаемому является охладитель, содержащий оребренную пластину с площадкой для закрепления силового полупроводникового прибора и дополнительное средство теплоотвода в виде гофрированного металлического листа. Closest to the proposed one is a cooler containing a finned plate with a pad for fixing a power semiconductor device and an additional heat sink in the form of a corrugated metal sheet.

Недостаток прототипа связан с тем, что крепление гофрированного листа к пластине встык сложно технологически и вся конструкция в целом получается механически нестабильной. Кроме того, теплоотдача от пластины гофрированному ребру затруднена из-за высокого переходного теплового сопротивления в зоне сварного стыка. The disadvantage of the prototype is due to the fact that fastening the corrugated sheet to the plate end-to-end is difficult technologically and the whole structure as a whole is mechanically unstable. In addition, the heat transfer from the plate to the corrugated rib is difficult due to the high transitional thermal resistance in the welded joint zone.

Цель изобретения повышение механической прочности охладителя и улучшение его теплоотдачи. The purpose of the invention is to increase the mechanical strength of the cooler and improve its heat transfer.

Это достигается за счет того, что гофрированный металлический лист закреплен на оребренной стороне пластины плашмя, причем его выступы попеременно приварены к пластине в межреберных пространствах и к торцам ребер. This is achieved due to the fact that the corrugated metal sheet is fixed flat on the ribbed side of the plate, and its protrusions are alternately welded to the plate in the intercostal spaces and to the ends of the ribs.

Существенные признаки изобретения: крепление гофрированного металлического листа к пластине охладителя плашмя; лист приварен к пластине в межреберных пространствах и на торцах ребер. Salient features of the invention: fastening the corrugated metal sheet to the cooler plate flat; the sheet is welded to the plate in the intercostal spaces and at the ends of the ribs.

Эти признаки существенны и в известных устройствах не повторяются. Они обеспечивают достижение цели изобретения. These signs are significant and in known devices are not repeated. They ensure the achievement of the purpose of the invention.

На фиг.1-3 изображены варианты конструкции предлагаемого охладителя. Figure 1-3 shows the design options of the proposed cooler.

Предлагаемый охладитель содержит (см. фиг.1) алюминиевую пластину 1 с ребрами 2 и площадкой 3 для крепления силового полупроводникового прибора 4. Крепление осуществляется при помощи прижимного устройства, условно показанного стрелкой. На оребренной стороне пластины 1 закреплен гофрированный лист 5, имеющий форму меандра. Высота меандра равна высоте ребер 2. Выступы листа 5 закреплены на торцах ребер 2 и в серединах межреберных пространств, для чего использована холодная сварка под давлением сварные швы обозначены а и b. The proposed cooler contains (see Fig. 1) an aluminum plate 1 with fins 2 and a pad 3 for mounting a power semiconductor device 4. Fastening is carried out using a clamping device, conventionally shown by an arrow. A corrugated sheet 5 having the shape of a meander is fixed on the ribbed side of the plate 1. The height of the meander is equal to the height of the ribs 2. The protrusions of the sheet 5 are fixed at the ends of the ribs 2 and in the middle of the intercostal spaces, for which cold welding under pressure was used. The welds are marked a and b.

Охладитель по фиг.1 работает следующим образом. The cooler of figure 1 works as follows.

При работе полупроводника 4 выделяется тепло, которое через площадку 3 передается пластине 1 и далее ребрам 2. От торцов ребер 2 через швы а и от пластины 1 через швы b тепло передается листу 5. Воздушный поток продувается вентилятором в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа. Отдача тепла воздуху происходит от поверхностей ребер, межреберных пространств пластины и от поверхности листа. За счет наличия листа 5 поверхность теплообмена увеличивается примерно в два раза при несущественном увеличении массы. During operation of the semiconductor 4, heat is generated, which is transferred through the plate 3 to the plate 1 and then to the ribs 2. From the ends of the ribs 2 through the seams a and from the plate 1 through the seams b, heat is transferred to the sheet 5. The air flow is blown by the fan in the direction perpendicular to the plane of the drawing. Heat is transferred to the air from the surfaces of the ribs, intercostal spaces of the plate and from the surface of the sheet. Due to the presence of sheet 5, the heat transfer surface increases approximately two times with a slight increase in mass.

На фиг. 2 показан вариант охладителя с применением двух листов 5 и 6. Теплоотдача за счет дополнительного развития поверхности теплообмена увеличивается в четыре раза по сравнению со случаем обычного охладителя (только пластина 1 с ребрами 2). In FIG. Figure 2 shows a variant of the cooler using two sheets 5 and 6. The heat transfer due to the additional development of the heat transfer surface is increased four times in comparison with the case of a conventional cooler (only plate 1 with fins 2).

На фиг. 3 показан вариант с листом 5 в форме сложного меандра. При этом могут быть укорочены ребра 2 и снижен вес охладителя. In FIG. 3 shows an embodiment with sheet 5 in the form of a complex meander. In this case, fins 2 can be shortened and the weight of the cooler can be reduced.

Технико-экономическая эффективность охладителя обеспечивается за счет развития поверхности теплообмена и возможности снижения его массы и укорочения ребер. Для тиристоров и диодов на номинальный ток 600-800 А хорошие результаты получены при использовании алюминиевого профиля 12 мм при высоте ребер 25 мм с листом толщиной 0,6 мм. При 7 ребрах и применении двух листов по фиг.2 по сравнению с типовым охладителем ОАА удалось снизить массу на 35% при одновременном снижении теплового сопротивления на 42% The technical and economic efficiency of the cooler is ensured by the development of the heat transfer surface and the possibility of reducing its mass and shortening the fins. For thyristors and diodes with a nominal current of 600-800 A, good results were obtained using an aluminum profile of 12 mm with a rib height of 25 mm and a sheet with a thickness of 0.6 mm. With 7 ribs and the use of two sheets in figure 2, compared with a typical cooler OAA managed to reduce weight by 35% while reducing thermal resistance by 42%

Claims

1. COOLER FOR A POWER SEMICONDUCTOR DEVICE, comprising a finned plate with a pad for securing a semiconductor device and a corrugated heat sink made of a metal sheet and rigidly connected to the finned plate by means of a welded joint in the form of a weld, characterized in that the corrugated heat sink is mounted on the finned side the plate is planar and with its corrugations alternately rigidly connected to the plate in the intercostal spaces and with the ends of the ribs with additional welds bubbled seams.

2. The cooler according to claim 1, characterized in that the tops of the corrugations of the corrugated heat sink are connected to the ends of the ribs, and the bases of the corrugations of the corrugated heat sink are connected to the plate in the intercostal spaces.

3. The cooler according to claim 1, characterized in that the corrugated heat sink is made with alternating corrugations of varying height, while the higher corrugations are located between the ribs of the fin plate and connected to it by their vertices in the intercostal spaces, and the lower corrugations are set by their vertices on the ends of the ribs of the ribbed plate and connected to them.