SE500281C2 - Anordning för kylning av skivformiga kraftelektronikelement jämte skivformigt kraftelektronikelement avsett att monteras i sådan kylanordning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 500 281 2 samtidigt får funktionen av en mycket effektiv kylare och ett inkapslande hölje för kraftelektronikelementet. Själva kyl- kroppen är således utformad att begränsa ett slutet hålrum, vilket har åtminstone en väggsida på vilken minst ett skiv- formigt kraftelektronikelement är avsett att fästas, varvid kylkroppen har minst en öppning genom vilken kraftelektronik- elementet kan införas i hålrummet och vilken är tillslutbar medelst ett lock.

Enligt ett föredraget utförande av uppfinningen är kylkroppen formad av en strängpressad, kylflänsförsedd hålprofil, vars båda ändsidor är hermetiskt tillslutbara av ett respektive lock. Härigenom erhålles en kylkropp med stor kylyta genom att dess yttre begränsningsytor i största möjliga utsträck- ning kan uppvisa kylflänsar för att till omgivningen effek- tivt avleda värme från det eller de mot en invändig hålrums- vägg i kylkroppen monterade, skivformiga kraftelektronikele- menten.

Det är lämpligt att locket eller looken är försedda med organ för fastklämning av det skivformiga kraftelektronikelementet mot den invändiga väggsidan av hålprofilen, särskilt av det slag som beskrives närmare i vår samtidigt inlämnade SE-A-9203532-8 med titeln "Don för fixering av skivformiga elektronikelement", varvid locket samtidigt hermetiskt till- sluter hålrummet och klämfixerar det skivformiga kraft- elektronikelementet mot en hålrumsvägg i kylkroppen.

Enligt ett annat särdrag hos anordningen enligt uppfinningen är i kylkroppen upptaget ett med hålrummet kommunicerande genomföringshål, i vilket ett kontaktdon är anordnat att infästas, vilket kontaktdon har kontaktelement för kraft- anslutning med motsvarande kontaktelement hos ett med det skivformiga kraftelektronikelementet samhörande kopplingsele- ment, varvid med kontaktdonet är samordnad en tätning för hermetisk tillslutning av genomföringshålet. Härigenom till- försäkras kraftförsörjningen av elektronikelementen inuti kylkroppen samtidigt som hålrumet tillslutes så att det kan 10 15 20 25 30 35 500 281 3 diffusionstätt innesluta ett skydds- och/eller kylmedium för elektronikkomponenterna däri.

Ytterligare fördelar och särdrag hos uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan under hänvisning till bifogade rit- ning, på vilken: fig. 1 är en schematisk tvärsektionsvy av ett som hålprofil utformat kylelement med ett däri monterat, skivformigt kraft- elektronikelement med tillhörande kopplingselement och sig- nalelektronikenhet; och fig. 2 är en vy enligt snittet A-A i fig. 1 men med kopp- lings- och signalelektronikelementen utelämnade.

I fig. 1 betecknas med 10 ett kylelement i form av en före- trädesvis av aluminium strängpressad hålprofil av i huvudsak rektangulär tvärsektionsform. Profilen 10 har ett inre hålrum 12, och tre av dess fyra sidor är försedda med kylflänsar 14.

Den övre sidan 16 av hålprofilen i fig. 1 utgör en fästfläns för montering av kylelementet 10 på en bärande del. Kylele- mentet 10 är avsett att hermetiskt innesluta en elektronik- enhet 18, vilken i det visade exemplet består av ett på ett skivformigt substrat monterat krafthalvledarelement 20, en kopplingsplatta 22 med kontaktelement 24 samt en styr- eller signalelektronikenhet 26 med ett kontaktelement 28 och ben 30, som förbinder styrelektronikenheten 26 med effekthalv- ledaren 20.

Det skivformiga kraftelektronikelementet 20 är avsett att fastklämmas med jämn anliggningskraft mot väggen 32 av hål- rummet 12, så att i krafthalvledarelementet 20 alstrat värme effektivt kan avledas till kylelementet 10 och dess kylflän- sar 14. För att åstadkoma en skyddande hermetiskt inkapsling av hela elektronikenheten 18 i hålrumet 12 i kylelementet 10 är ändmynningarna hos hålrummet 12 tillslutbara medelst ändlock 34 (fig. 2). Ändlocken 34 är lämpligen utformade på sätt som beskrives närmare i vår samtidiga SE-A-9203532-8 och har den dubbla funktionen att samtidigt klämfixera halvledar- 10 15 20 25 30 35 500 281 4 elementet 20 med jämn kraft mot hålväggen 32 och hermetiskt tillsluta respektive ändmynning av hålrummet 12 genom tät- ningar 36 på lockets 34 periferikant. Locket 34 har för detta ändamål två fjädrande klämelement 38 med en utvändig nock 40, som vid införingen i hålrumet 12 (överst i fig. 2) glider mot hålrumsväggen 32 och böjer klämelementen 38 inåt, varvid ett gripparti 42 på klämelementens ände lyftes så långt från hålrumsväggen att det passerar beröringsfritt över kantpar- tiet av ett mot hålrumsväggen 32 placerat, skivformigt kraft- halvledarelement 20. Nocken 40 på klämelementet 38 är anord- nad att insnäppa i ett respektive urtag 44 i hålrumsväggen 32, varvid grippartiet 42 pressas stadigt och med jämn kraft mot krafthalvledarelementet 20 respektive dess substrat, samtidigt som tätningen 36 komprimeras vid hålrumsmynningen för att hermetiskt tillsluta denna, såsom visas underst i fig. 2.

För att före anbringandet av de klämfixerande locken 34 underlätta inplaceringen av kraftelektronikelementet 20 och dess kopplingsplatta 22 vid deras inskjutning i ena ändmyn- ningen av hålrummet 12 kan detta vara försett med respektive spår eller avsatser 46 respektive 48.

Kylelementet 10 har vidare en öppning 50 i dess fästflänssida 16 för ett kontaktdon 52 av isolerande material, vilket har inlödda kontaktstift 54 och 56 för kraftanslutning med kopp- lingsplattans 22 motsvarande kontaktelement 24 respektive styrelektronikenhetens 26 kontaktelement 28. Kontaktdonet 52 har en runtomgående tätning 58 för tätning mot en avsats 60.

En-låsring 62 är anordnad att införas i ett spår 64 för att fixera kontaktdonet 52 i kylelementet 10 under komprimering av tätningen 58.

Kopplingsplattan 22 är utformad som ett kretskort som är något rörligt lagrat relativt det styvt fixerade krafthalv- ledarelementet 20 och förbundet med detta över böjliga ledare 66. Ehuru så ej visas på ritningen, kan det vara lämpligt - särskilt i de fall kraftelektronikelementet 20 är monterat på ett bärande substrat - att detta substrat och kopplings- 10 15 20 25 30 35 5G 281 (_ 5 plattan 22 är formade utifrån ett gemensamt plant skivele- ment, vilket efter uppskärning uppdelas i separata delar, vilka samanhänger eftergivligt och rörligt med varandra genom ledningsmönstret, motsvarande ledarna 66 i fig. 1. De böjliga ledarna 66 tillåter kopplingsplattan 22 att röra sig något i sitt eget plan och axiellt vid inskjutningen av kontaktdonet 52 i sin öppning 50, då kontaktstiften 54 centreras in i sina samhörande kontaktelement 24, utan att detta påverkar positionen hos det fixerade krafthalvledarele- mentet 20. Vidare kan termiska materialrörelser hos de olika ingående elektronikkomponenterna upptas genom denna flexibla montering av kopplingsplattan. Kontaktstiften 56 sträcker sig härvid fritt genom genomföringshål i kopplingsplattan 22 till kontakt med motsvarande kontaktelement 28 på styrelektronik- enheten 26.

Monteringen av en elektronikenhet 18 i ett samtidigt som hölje tjänande kylelement 10 sker på följande sätt: En i förväg provad och samansatt elektronikenhet 18, be- stående av det på ett substrat monterade krafthalvledarele- mentet 20, kopplingsplattan 22 och styrelektronikenheten 26, inskjutes i hålrummet 12 genom dess ena ändmynning till avsedd plats, där substratet anligger mot en av hålrummets väggar 32. Därefter insättes kontaktdonet 52 i sin öppning 50, varvid enheten 20, 22, 26 korrekt positioneras i hål- rummet 12 med hjälp av kontaktstiften 54, 56. De båda änd- locken 34 med sina klämelement 38 kan därefter inskjutas i hålrummet 12 vid vardera änden av detta för att medelst tätningen 36 tillsluta hâlrummet 12 och samtidigt stadigt klämfixera substratet med dess krafthalvledarelement 20 mot hålrumsväggen 32 med hjälp av grippartiet 42. I det fall hålrummet 12 skall fyllas med en kylvätska, som även skyddar halvledarbrickorna mot förekommande aggressiva ämnen, lyftes kontaktdonet 52 bort, varefter hålrummet 12 fylles med nämnda vätska genom öppningen 50. Slutligen återmonteras kontakt- donet 52. För att kunna uppta volymändringar hos kylmediet i beroende av temperaturförändringar, kan mellan ändlockens 34 10 15 20 saa 281 6 klämelement 38 vara anordnade tryckutjämnande, elastiska element 68.

Genom uppfinningen erhålles en kylanordning och ett för denna speciellt lämpat, skivformigt kraftelektronikelement, vari- genom uppnås bl.a. följande fördelar: a) Förbättrad kylning och förbättrat skydd av halvledar- brickor genom att de monteras invändigt i stadig ytkontakt mot en hålrumsvägg i en som slutet hölje utformad kylare, som kan framställas diffusionstät för att möjliggöra användning av en kylvätska. Genom att kylaren omsluter halvledarbrick- orna erhålles en stor kylyta. b) Förenklat monteringsförfarande genom att inga skruv- eller limförband krävs för fixeringen av halvledarna mot kylarytan. c) Förbättrat skydd mot elektrostatiska urladdningar och förbättrad elektromagnetisk kompatibilitet genom att kyl- anordningen omsluter elektroniken.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 7 sas 281 Patentkrav

1. l. Anordning för kylning av skivformiga kraftelektronikele- ment, såsom krafthalvledare eller på substrat monterade krafthalvledare, innefattande en med kylflänsar (14) försedd kropp (10) av ett material med god värmeledningsförmåga och på vilken kraftelektronikelementen (20) är avsedda att monte- ras på ett värmeöverförande sätt, k ä n n e t e c k n a d av att själva kylkroppen (10) är utformad att begränsa ett slutet hålrum (12), vilket har åtminstone en väggsida (32) på vilken minst ett skivformigt kraftelektronikelement (20) är avsett att fästas, varvid kylkroppen (10) har minst en öpp- ning genom vilken kraftelektronikelementet (20) kan införas i hålrumet (12) och vilken är tillslutbar medelst ett lock (34).

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att kylkroppen (10) är formad av en strängpressad kylflänsförsedd hålprofil vars båda ändsidor är tillslutbara av ett respek- tive lock (34).

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att varje lock (34) har ett tätningsorgan (36) för herme- tisk tillslutning av hålrummet (12).

4. Anordning enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k - n a d av att locket eller locken (34) är försedda med organ (38, 42) för fastklämning av det skivformiga kraftelektronik- elementet (20) mot den invändiga väggsidan (32) av hålprofi- len.

5. Anordning enligt något av kraven 1-4, n a d av att i kylkroppen (10) är upptaget ett med hålrummet k ä n n e t e c k - kommunicerande genomföringshål (50), i vilket ett kontaktdon (52) är anordnat att infästas, vilket kontaktdon (52) har kontaktelement (54) för kraftanslutning med motsvarande kontaktelement (24) hos ett med det skivformiga kraft- elektronikelementet (20) samhörande kopplingselement (22). 10 sas 281 8

6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att en avsats (48) för kopplingselementet (22) är utformad i hålrummet (12) för att begränsa kopplingselementets (22) rörelse inåt i detta då kontaktdonets (52) kontaktelement (54) bringas till ingrepp med kopplingselementets kontakt- element (24).

7. Anordning enligt krav 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a d av att med kontaktdonet (52) är samordnad en tätning (58) för hermetisk tillslutning av genomföringshålet (50).