RU2206938C1

RU2206938C1 - Heat sink

Info

Publication number: RU2206938C1
Application number: RU2002100533A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Таланин
Original assignee: Таланин Юрий Васильевич
Priority date: 2002-01-08
Filing date: 2002-01-08
Publication date: 2003-06-20

Abstract

FIELD: cooling semiconductor devices for electrical and radio engineering. SUBSTANCE: heat sink is produced by extrusion method and has base with press-fitted ribs fluted on their outer surface. Through slots are made in heat sink base over its entire surface under each rib and depressions are provided at base of heat-sink ribs throughout entire length so that shaped through holes will be obtained after molding under each rib to ensure more effective natural and especially forced cooling. EFFECT: enlarged heat-transfer surface area and reduced mass of heat sink. 1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к производству охладителей для охлаждения силовых полупроводниковых приборов и может использоваться в электротехнической и радиоэлектронной промышленности. The invention relates to the production of coolers for cooling power semiconductor devices and can be used in the electrical and electronic industries.

Полупроводниковый прибор закрепляют на охладителе, и с силовых полупроводниковых приборов тепло, выделяемое полупроводниковым кристаллом, через поверхность полупроводникового прибора передается посредством контакта охладителю, который отводит тепло в окружающее пространство. The semiconductor device is mounted on a cooler, and from the power semiconductor devices, the heat generated by the semiconductor crystal is transferred through the surface of the semiconductor device through contact to the cooler, which removes heat into the surrounding space.

Охладитель представляет собой металлическое тело со сложной поверхностью, большой площадью охлаждения. Увеличение площади охлаждения достигается за счет использования ребер, отверстий, желобов и т. д. Материал охладителей должен иметь возможно большую теплопроводность. Современный охладитель, как правило, пригоден для естественного и принудительного охлаждения. Наиболее распространенным способом охлаждения силовых полупроводниковых приборов является принудительное охлаждение. В настоящее время во всем мире чаще всего используются алюминиевые охладители специальных профилей, из которых нарезаются охладители необходимой длины. The cooler is a metal body with a complex surface, a large cooling area. An increase in the cooling area is achieved through the use of fins, holes, troughs, etc. The material of the coolers should have the greatest possible thermal conductivity. A modern cooler is generally suitable for natural and forced cooling. The most common way to cool power semiconductor devices is forced cooling. Currently, aluminum coolers of special profiles are most often used all over the world, from which coolers of the required length are cut.

Известны и производятся в России охладители, изготовляемые из профиля ПК 2225 ТУ 1-2-3-76, который выполнен из алюминиевого сплава. С одной стороны профиль имеет ровную поверхность для установки силовых полупроводниковых приборов, с другой стороны - разветвленную поверхность и состоит из 21 ребра, толщиной 5,5 мм у основания охладителя и сужающихся до 2,5 мм на конце ребра, шаг ребер 20 мм, высота профиля 86 мм, ширина 440 мм, по длине охладители нарезаются в зависимости от конструкции силового блока [1]. Coolers are known and are made in Russia that are made from the PK 2225 TU 1-2-3-76 profile, which is made of aluminum alloy. On the one hand, the profile has a flat surface for installing power semiconductor devices, on the other hand it has a branched surface and consists of 21 fins, 5.5 mm thick at the base of the cooler and tapering to 2.5 mm at the end of the fins, rib spacing 20 mm, height profile 86 mm, width 440 mm, along the length of the coolers are cut depending on the design of the power unit [1].

Известны профили для охладителей германских фирм, изготовляемые экструзивным способом, в ребрах этих охладителей имеются воздушные каналы. Однако эти ребра, с воздушными каналами, сложны в изготовлении, а так как воздушные каналы расположены внутри ребер, то ребра становятся шире, и поэтому количество ребер на определенной ширине охладителя уменьшается. Кроме того, эти воздушные каналы малы, расположены далеко от поверхности, на которой устанавливаются полупроводниковые приборы, поэтому не эффективны и не нашли широкого применения. Known profiles for coolers of German companies manufactured by the extrusive method, in the ribs of these coolers there are air channels. However, these ribs with air channels are difficult to manufacture, and since the air channels are located inside the ribs, the ribs become wider, and therefore the number of ribs on a certain width of the cooler is reduced. In addition, these air channels are small, located far from the surface on which the semiconductor devices are installed, therefore they are not effective and have not been widely used.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, являются алюминиевые профили марки SK158...SK162, изготовляемые экструзивным способом, которые имеют большую площадь охлаждения за счет усложненной рифленой поверхности ребер [2]. The closest technical solution, selected as a prototype, are aluminum profiles of the brand SK158 ... SK162, manufactured by the extrusion method, which have a large cooling area due to the complicated corrugated surface of the ribs [2].

Однако с ростом токовых нагрузок на силовые полупроводниковые устройства 3300, 4800 А и выше отвод тепла от силовых полупроводниковых приборов является особенно актуальным. Для отвода тепла используется принудительное охлаждение посредством вентиляторов среднего и высокого давления, в результате чего увеличивается шумовой фактор, вызванный работой вентиляторов среднего и высокого давления. Кроме того, вентиляторы среднего и высокого давления требуют сложной системы управления, так как для них требуется переменное напряжение частотой 400 Гц и выше. Применение жидкостного охлаждения наиболее эффективно, но более трудоемко, так как требуется герметичность системы, принудительная циркуляция жидкостного охладителя, в результате чего усложняется конструкция и увеличивается стоимость изделия. Кроме того, стандартные конструкции современных алюминиевых профилей в большинстве своем не предназначены для жидкостного охлаждения. However, with increasing current loads on power semiconductor devices 3300, 4800 A and higher, heat removal from power semiconductor devices is especially relevant. For heat removal, forced cooling is used by means of medium and high pressure fans, as a result of which the noise factor caused by the operation of medium and high pressure fans increases. In addition, medium and high pressure fans require a complex control system, since they require an alternating voltage of 400 Hz or higher. The use of liquid cooling is most effective, but more laborious, since the tightness of the system, the forced circulation of the liquid cooler are required, as a result of which the design is complicated and the cost of the product increases. In addition, the standard designs of modern aluminum profiles for the most part are not designed for liquid cooling.

Задача изобретения - увеличение площади охлаждения охладителя, снижение массы охладителя и более эффективный отвод тепла от охладителя. The objective of the invention is to increase the cooling area of the cooler, reducing the mass of the cooler and more efficient heat removal from the cooler.

Поставленная задача достигается тем, что в охладителе, выполненном экструзивным способом, с последующим прессованием ребер в основание охладителя, в основании охладителя, со стороны установки ребер, по всей длине основания охладителя, под каждым ребром, выполнены сквозные продольные пазы, а в основаниях ребер на всю их длину выполнены выемки, в результате чего после запрессовки ребер в основание охладителя в охладителе образуются сквозные продольные отверстия по всей длине охладителя. The problem is achieved in that in the cooler, made by extrusion, followed by pressing the ribs into the base of the cooler, in the base of the cooler, from the side of the installation of ribs, along the entire length of the base of the cooler, through each groove, through longitudinal grooves are made, and in the base of the ribs Throughout their entire length, recesses were made, as a result of which, after pressing the ribs into the base of the cooler, through holes formed through the longitudinal holes along the entire length of the cooler.

В предложенном охладителе под каждым ребром охладителя образуются сквозные продольные отверстия по всей длине охладителя, чего нет в прототипе, в результате чего увеличивается площадь поверхности охлаждения охладителя и уменьшается его масса. Кроме того, отвод тепла при естественном, и особенно при принудительном, охлаждении будет происходить эффективнее, так как охлаждающий поток воздуха проходит и внутри охладителя по сквозным продольным отверстиям, соприкасаясь с наиболее нагретыми поверхностями охладителя, и с наружной стороны, в межреберном пространстве охладителя, отводя от них тепло. Through the proposed cooler, under each cooler rib, through longitudinal holes are formed along the entire length of the cooler, which is not in the prototype, as a result of which the cooling surface area of the cooler increases and its mass decreases. In addition, heat removal during natural, and especially forced, cooling will be more effective, since the cooling air flow passes through the longitudinal holes inside the cooler, in contact with the most heated surfaces of the cooler, and from the outside, in the intercostal space of the cooler, removing it’s warm from them.

На фиг. 1 показан охладитель, на фиг. 2 - увеличенное сечение фрагмента охладителя, на фиг. 3 - несколько ребер охладителя, на фиг. 4 - часть основания охладителя. In FIG. 1 shows a cooler; FIG. 2 is an enlarged sectional view of a cooler fragment; FIG. 3 - several fins of the cooler, in FIG. 4 - part of the base of the cooler.

В основании охладителя 1, по всей длине основания, выполнены продольные пазы 2, имеющие прямолинейные поверхности 3 для установки ребер, и поверхности 4 для их запрессовки. Ребра 5 для увеличения поверхности охлаждения и создания турбулентности воздушного потока, при принудительном воздушном охлаждении, имеют на наружных поверхностях ребер рифления 6, в основаниях ребер 5 на всю их длину выполнены выемки 7. При запрессовке ребер 5 в основание охладителя 1 по всей длине охладителя под ребрами 5 образуются сквозные продольные отверстия 8, образованные продольными пазами 2 основания охладителя 1 и выемками 7 ребер 5. At the base of the cooler 1, along the entire length of the base, longitudinal grooves 2 are made, having rectilinear surfaces 3 for mounting ribs, and surfaces 4 for pressing them in. To increase the cooling surface and to create turbulence in the air flow, ribs 5 have recesses 6 on the outer surfaces of the ribs 6, recesses 7 are made in the bases of the ribs 5. When ribs 5 are pressed into the base of the cooler 1 along the entire length of the cooler under ribs 5 are formed through the longitudinal holes 8, formed by the longitudinal grooves 2 of the base of the cooler 1 and the recesses 7 of the ribs 5.

Такая конструкция охладителя позволила увеличить площадь охлаждения охладителя за счет образования сквозных продольных отверстий внутри охладителя и одновременно уменьшить массу охладителя, повысить эффективность охлаждения охладителя, особенно при принудительном охлаждении, так как охлаждение происходит как внутри охладителя, через сквозные продольные отверстия, где образуются локальные, наиболее нагретые места охладителя, так и в наружном межреберном пространстве охладителя. This design of the cooler allowed increasing the cooling area of the cooler due to the formation of through longitudinal holes inside the cooler and at the same time reducing the mass of the cooler, increasing the cooling efficiency of the cooler, especially during forced cooling, since cooling occurs both inside the cooler through the through longitudinal holes where local, most heated places of the cooler, and in the outer intercostal space of the cooler.

Источники информации
1. Профили, прессованные из алюминиевых сплавов. Технические условия. ТУ 1-2-3-76.Sources of information
1. Profiles extruded from aluminum alloys. Technical conditions TU 1-2-3-76.

2. Каталог охладителей производства Германии. 2. Catalog of chillers made in Germany.

Claims

The cooler made by extrusion method, consisting of a cooler base with ribs pressed into the cooler base having corrugations on the outer surfaces of the ribs, characterized in that through the cooler base along its entire length, through grooves are made through each groove, and the entire cooler ribs base recesses are made of their length, as a result of which, when the ribs are pressed into the cooler base, in the cooler under each rib, through longitudinal holes are formed over the entire length of the cooler.