Claims (1)
20 контактного сопротивлени , которое образуетс во врем монтажного креплени полупроводникового прибора к охладителю, т. е. между соприкасающимис плоскост - 3.10 ми прибора и охладител имеетс воздушна прослойка. , Указанна воздушна прослойка образуетс за счет неточности (ошибок) изготовпени соприкасающихс элементов полупроводникового прибора и охладител . Наиболее близким по технической сущ ности к предлагаемому вл етс устройство дл креплени полупроводникового прибора, преимущественно штыревой конструкции к радиатору, содержащее элементы оЛхаждени с монтажными поверхност ми дл установки полупроводниковых приборов, самоустанавпивающуюс шаровую опору, тарельчатые пружины С. Недостатком известного устройства вл етс большое тепловое контактное сопротивление, образуемое во врем креп лени полупроводникового прибора к охладителю . Цель изобретени - повышение эффективности охлаждени за счет снижени теплового контактного сопротивлени . Поставленна цель достигаетс тем. что в устройстве дл креплени полупро-воднчкового прибора преимущественно штыревой конструкции к радиатору, содержащем элементы охлаждени с монтаж ными поверхност ми дл установки полупроводниковых приборов, :самоустанавлива юпдуюс шаровую опору, тарельчатые пружины , шарова опора установлена в полос ти радиатора и содержит центральную упорную втулку выполненную с фланцем и осевой полостью, цилиндр с посадочным местом дл полупроводникового прибора , расположенный в осевой полости втулки и снабженный в верхней части головкой , выполненной в виде полураст ну- той гайки с продольными закрытыми пазами и с упорным кольцевым по ском обратной конусности, взаимодействуклцей с ответной упорной кольцевой поверхностью центральной упорной втулки, наружцую упорную втулку, распорную вчулку с фланцем. вьшолненную за одно целое с шаровой опорой с возможностью осевого перемещени совмес-гао с цилиндром, которые установлены коаксиально на центральной упорной втулке с фланцем, взаимодействующим с внешней торцовой поверхностью наружной упорной втулки,причем распорна втулка шаровой опоры жестко соединена с цилиндром, а между фланцем распорной втулки и внутренней торцовой поверхггостью наружной упорной втулки расположены тарельчатые пружины Кроме того, центральна н наружна упорные втулки и цилиндр выполнены из 03 4 материала с меньшим коэффициентом термического расширени , например меди, а распорна втулка шаровой опоры - из материала с большим коэффициентом термического расширени , например из магниевого сплава. На фиг. 1 показан охладитель, обший , разрез; на фиг, 2 -- разрез А-А на .фиг. 1.. . Охладитель содержит основание 1 с монтажной поверхностью 2 и отверстием 3, В основании 1 охладител выполнена сферическа шарова полость 4, в которой установлены крепежные элементы, выпопненные в виде шаровой опоры 5. Шарова опора 5 установлена (закреплена) в сферической шаровой полости 4 основани 1 гайкой 6, Шарова опора 5 имеет возможность самоустанавливатьс , а ее крепежный элемент может совершать осевое перемещение за счет разницы коэффициентов термического расширени материала крепежного элемента и охладител . Шарова опора 5 состоит на центральной упорной втулки 7, выполненной с фланцем 8 и осевой полостью 9, цилиндра 10, который установлен в осевой полости центральной упорной втулки 7. н выступающей наружной цилиндричес ой поверхности центральной упорной вгул и 7, со стороны ее фланца 8, вьшолневы ЛЫСКИ под гаечный ключ, предназначенные дл удержани от возмож1 ого проворота шаровой опоры 5. и ее элементов B момент монтажа (креп зени ) полупроводникового прибора 11 к охладителю, Лыски под гаечный ключ на чертеже не обозначены. Цилиндр 10 в верхней части имеет головку 12, 1полненную в виде полураст нутой гайки. Головка 12 жестгко прикреплена к цилиндру 1О и выполцена из упругого материала. В головку 12 вворачиваетс резьбова шпилька 13 полупроводникового прибора 11. На головке (гайке) 12 выполнены закрытые пазы 14, не доход щие на 2-5 витков до верхнего среза головки, т.е. до ее сферической торцовой поверхности, упирающейс в сферическую полость 4 охладител . Головка 12 имеет кольцевой упорный по сок 15 с обратной конусной поверхностью 16, взаимодействующей с ответной упорной кольцевой поверхностью, выполненной в полости 9 центральной упорной В1УЛКИ 7, Это дает возможность частично разгрузить от усили см ти верхние, наиболее напр женные на раст жени витки резьбы шпильки 13 полупроводникового прибора 11 и подгрузить ниж510 ние не испытывающие столь достаточные усили раст жени . Шарова опора 5 также состоит из наружной упорной втулки 17 и распорной втулки 18. Распорна втулка 18 выполнена также с фаанцем 19. Наружна упорна втулка 17 и распорна втулка 18 коаксиально установ лены на центральной упорной втулке 7, Распорна втулка 18 жестко соединена с цилиндром 1О штифтом 20. Дл этого в центральной упорной втулке 7 выполнена сквозна полость, через которую с зазором проходит штифт. Ни чертеже сквозна полость не обозначена. Распорна втулка 18 имеет возможность перемещатьс совместно с цилиндром 10 в осевом направлении за счет разницы коэффициента термического расширени материала распорной втулки и материала охладител и его элементов. Центральна упорна втулка 7 установ лена таким образом, что ее фланец 8 упи раетс в одну (нижнюю) из торцовых поверхностей наружной упорной втулки 17. Между фланцем распорной втулки 18 и второй торцовой (верхней поверхностью наружной упорной втулки 17 установлены тарельчатые пружины 21. Распорна втулка 18 выполнена из материала с коэффициентом тер- зо мического расширени , например магниевого сплава, а центральна 7, наружна 17 упорные втулки и цилиндр 10 выполнены из материала с меньшим коэффициентом термического расширени , чем распорна втулка 18, например из меди. Монтаж полупроводникового прибора к охладителю осуществл ют следующим об разом . Полупроводниковый прибор 11 резьбовой шпилькой 13 вворачивают в резьбовую головку 12 цилиндра 10. Дл предот вращени случайного проворота шаровой опоры 5 и ее элементов в горизонтальной плоскости, в момент вворачивани резьбовой шпильки 13 полупроводникового прибора 11 в резьбовую головку 12, ша- ровую опору 5 придерживают гаечным кдю чом, ухватив за лыски, выполненные на наружной поверхности центральной втулки 7. Как только монтажна поверхность полупрюводникового прибора 11 коснетс монтажной поверхности 2 охладител , шарова onojja 5 вместе со своими элементами: центральной 7, наружной 17 упорными втулками, цилиндром 1О, распорной втулкой 18 и тарельчатыми пружинами 21 провернетс и самоустановитс При этом гайка 6 до упора не зат нута 3« дл уменьшени силы трени между вааимодействуюшими поверхност ми шаровой опоры 5 и полости 4, в момент самоустановлени шаровой опоры 5, После само- установлени шаровой опоры 5 гайку 6 зат гивают до упора. При самоустановлении шаровой опоры 5 и ее элементов компенсируетс неточность изготовлени взаимодействующих элементов попупроводникового прибора 11 и охладител . При этом монтажна опорна поверхность полупроводникового прибора 11 л жет (расположитс ) на монтажной поверхности 2 охладител по, всей фактической пло- щади без перекосов, устран этим самым воздушный зазор и внеаентровое приложение нагрузок, действующие на резьбовое соединение, т.е. резьбова шпилька 13 полупроводникового прибора 11 раэгружена от поперечных сил. Устран етс сложное напр жение состо ни в резьбовом соединении и создаютс услови , при которых резьбовое соединение работает только на раст жение. При работе полупроводникового прибора 11 прикрепленного к охладителю, в электронной схеме, структура и корпус прибора разогреваютс , например до 14О19О С, следовательно, до близко у казан ° температуры разогреваетс охладитель с его элементами. При нагревании охладител распорна втулка 18 нагреваетс и удлин етс в осевом направлегми вниз, при этом чатые пружины 21 деформируютс и свое осевое перемещение распорна втулка 18 передает цилиндру 10. Центральна 7, наружна 17 упорные втулки и цилиндр 1О удлин ютс значительно меньше, чем распорра втулка 18, вследствие их малого коэффициента термического расширени . Основание 1 охладител также удлин етс при нагревании меньше, чем распорна втулка 18, из-за относительно малого коэффициента термического расширени . Цилиндр 1О перемеи етс в осевом направлении шиз совместно с головкой 12, ввернутой резьбовой шпилькой 13 полупроводникового прибора 11, В момент перемещени вниз цилиндра 1О с головкой 12 упорный кольцевой по сок 15 своей обратной конической поверхностью упираетс в ответную кольцевую поверхность центральной упорной втулки 7 i и тело головки 12 (раст жной гайки), ограниченное закрытыми пазами 14, упруго деформиру сь, перемещаетс в радиальном направлении, подгружа тем самым нижние витки резьбы шпильки 13, а верхние .витки указанной шпильки, кото рые находались до этого в наиболее напр женном состо нии на раст жение, Час тично разгружаютс . Одновременно монталша опорна Ш1оскоС1ъ полупроводникового прибора 11 прижимаетс к монтажной плоскости 2 охладител с усилием. Радиальное перемещение тела головки 12 (раст жной гайки), ограничено закры тыми пазами 14 потому, что резьбовое соединение вьтолнено с зазором, Величина радиального перемещени те ла головки 12 (раст жной гайки) должна быть такой, чтобы в резьбовом сочленении оставалс зазор, равный (0,0120 ,035) d, а величина осевого перемещеш; распорной втулки 18 должна обеспечивать , посто нное удельное давление опо мой поверхности полупроводникового прибора 11 на монтажную плоскость 2 охладител 1,2-1,4 jcrc/ммЧ 3- наружный диаметр резьбы шпильки полупроводникового прибора). . Таким образом, термическое переме- шеаке распорной втулки 18 совместно с цилиндром 10 уменьшает наравномерное распределение УСИЛИЯ зат жки по виткам резьбы игпильки 13 полупроводникового прибора 11 и обеспечивает плотность СТЫ.КОВ MOHTajKHbix контактирующих поверхностей при температурном режиме ра боты полупроводникового прибора, прикре к охладителю. Уменьшение теплового контактного со противлени в предлагаемом устройстве достигаетс конструктивным выполнением элементов охладител , а именно крепежные элементы выполнены в виде шаровой опоры. Это дает возможность устранить воз- душмые прослойки между контактными теплоотвод шими поверхност ми полупроводникового прибора и охладител , которые имеютс при монтаже полупроводникового прибора к типовому охладителю из-за неточное изготовлени . При самоустановлении шаровой опоры разгружаетс также резьбова шпилька от внецентрового приложени нагрузки, р результате чего устран етс изгиб шпильки и см тие ее витков, т,е. резьбо ва шпилька полупроводникового прибора работает на раст жение. Несуща способность резьбового соеди нени обеспечиваетс за счет равномерно го распределени усили зат жки по в ткам резьбы шпильки прибора. Это достигаетс тем, ЧТ9 в предлагаемом техническом решении крепежный элемент вы-. полнен в виде раст жной гайки, тело которой имеет возможность упруго деформироватьс и перемещатьс в радиальном направлении за счет направленных сил, В результате этого частично разгружаютс верхние витки резьбы и дополнительно догружаютс средние витки резьбы шпильки прибора, которые находились до этого в менее напр женном состо нии на раст жение . Направленные силы, деформирующие тело головки (распорной гайки),возникают при термическом расцгарении элементов охладител , а именно распорной втулки, с которой жестко св зан цилиндр с укрепленным крепежным элементом, имеющим резьбовое отверстие. Кроме того, в предлагаемом техническом решении создаетс и обеспечиваетс непрерывное посто нное усилие давлени опорной монтажной плоскости полупроводникового прибора на монтажную плоскость охладител , равную 1,28-1,35 кгс/мм Г Это Достигаетс посто нным прижатием монтажной плоскости полупроводникового прибора к плоскости охладител за счет перемещени распорной втулки при ее термическом расширении. .Формула изобретени , Устройство дл креплений полупровод кового прибора преимущественно штыревой конструкции к радиатору, содержащее элементы охлаждени с монтажными поверхност ми дл установки полупроводниковых приборов, самоустанавдивающуюс шаровую опору, тарельчатые пружины, отличающеес тем, что, с целью повышени эффективности охлаждени за счет снижени теплового контактного сопротивлени , шарова опора установлена в плоскости радиатора и содержит центральную упорную втулку, выполненную с фланцем и осевой полостью, цилиндр с посадочным местом дл полупроводникового прибора, расположенный в осевой полости втулки и снабженный в верхней части головкой, выполненной в виде полураст нутой гайки с продольными закрытыми пазами и с упорным кольцевым по ском обратной конусности, взанмодейст-твующей с ответной упорной кольцевой поверхностью центральной упорной втулки, наружную упорную втулку, распорную втулку с фланцем, выполненную за одно целое с шаровой опорой с возможностью осевоThe 20 contact resistance that is formed during the mounting of the semiconductor device to the cooler, i.e., there is an air gap between the contacting planes of the 3.10 device and the cooler. This air gap is formed due to inaccuracies (errors) in the manufacture of the contacting elements of the semiconductor device and the cooler. The closest in technical terms to the present invention is a device for attaching a semiconductor device, mainly a pin design to a radiator, containing storage elements with mounting surfaces for installing semiconductor devices, a self-installing ball spring, C. A disadvantage of the known device is a large thermal contact. resistance formed when the semiconductor device is attached to the cooler. The purpose of the invention is to increase the cooling efficiency by reducing the thermal contact resistance. The goal is achieved by those. What is in the device for fastening a semi-conductive device mainly of a pin construction to a radiator containing cooling elements with mounting surfaces for installing semiconductor devices: self-adjusting ball bearing, cup springs, ball bearing installed in radiator strips and containing a central stop sleeve with a flange and an axial cavity, a cylinder with a seat for a semiconductor device, located in the axial cavity of the sleeve and provided with a head in the upper part, made in the form of a half-length right nut with longitudinal closed grooves and with a thrust annular inverse reverse taper, an interaction with a counter thrust annular surface of the central thrust sleeve, an outer thrust sleeve, a spacer with a flange. made integrally with the ball with the possibility of axial movement of the joint with the cylinder, which are mounted coaxially on the central thrust sleeve with a flange that interacts with the outer end surface of the outer thrust sleeve, and the spacer sleeve of the ball support is rigidly connected to the cylinder, and the spacer between the flange sleeves and inner end face of the outer thrust sleeve are cup springs. In addition, the central outer thrust sleeve and the cylinder are made of 03 4 materials with A higher thermal expansion coefficient, e.g. copper, and a spherical bushing for a ball bearing are made of a material with a high thermal expansion coefficient, e.g. magnesium alloy. FIG. 1 shows a cooler, total, section; Fig, 2 - section aa on. one.. . The cooler contains a base 1 with a mounting surface 2 and a hole 3, In the base 1 of the cooler there is a spherical ball cavity 4 in which fasteners are installed that are installed in the form of a ball bearing 5. The ball bearing 5 is installed (fixed) in the spherical ball cavity 4 of the base 1 with a nut 6, the ball bearing 5 is capable of self-installation, and its fastening element can perform axial movement due to the difference in the coefficients of thermal expansion of the material of the fastening element and the cooler. The ball bearing 5 consists of a central thrust hub 7, made with a flange 8 and an axial cavity 9, a cylinder 10, which is installed in the axial cavity of the central thrust hub 7. with a protruding outer cylindrical surface of the central thrust shaft, and 7, from its flange 8, sun bolts for a wrench designed to hold the ball bearing 5 from its possible rotation and its elements. B the moment of installation (fastening) of the semiconductor device 11 to the cooler, the flats under the wrench are not marked in the drawing. The cylinder 10 in the upper part has a head 12, 1 filled in the form of a half-folded nut. The head 12 is rigidly attached to the cylinder 1O and made of elastic material. A threaded rod 13 of the semiconductor device 11 is screwed into the head 12. On the head (nut) 12, closed grooves 14 are made that do not reach 2-5 turns to the top cut of the head, i.e. to its spherical face surface abutting the spherical cavity 4 of the cooler. The head 12 has an annular thrust juice 15 with a reverse conical surface 16 interacting with a counter thrust annular surface made in the cavity 9 of the central thrust V1ULKY 7. This makes it possible to partially relieve the upper threads of the studs that are most stressful on stretching from stress 13 of the semiconductor device 11 and load lowering 510 not experiencing such sufficient tensile forces. The ball bearing 5 also consists of an external thrust sleeve 17 and a spacer sleeve 18. Spacing sleeve 18 is also made with a fan 19. The external stop sleeve 17 and the spacer sleeve 18 are coaxially mounted on the central thrust sleeve 7, Spacing sleeve 18 is rigidly connected to the cylinder 1O with a pin 20. For this purpose, a through cavity is made in the central stop sleeve 7, through which the pin passes with a gap. No drawing through the cavity is not marked. The spreader sleeve 18 is able to move along with the cylinder 10 in the axial direction due to the difference in the thermal expansion coefficient of the material of the spacer sleeve and the material of the cooler and its elements. The central thrust sleeve 7 is installed in such a way that its flange 8 is abutted into one (lower) of the end surfaces of the external thrust sleeve 17. Between the flange of the spacer sleeve 18 and the second end (the upper surface of the external thrust sleeve 17 is fitted with cup springs 21. Spacing sleeve 18 is made of a material with a coefficient of thermal expansion, for example a magnesium alloy, and central 7, an outer 17 thrust bushings and a cylinder 10 are made of a material with a lower coefficient of thermal expansion than the spacer A sleeve 18, for example, of copper. The semiconductor device is mounted to the cooler as follows: The semiconductor device 11 is screwed into a threaded head 12 of cylinder 10 into a threaded rod 13 to prevent the ball bearing 5 and its elements from rotating in a horizontal plane at the time of screwing the threaded rod 13 of the semiconductor device 11 into the threaded head 12, the ball bearing 5 is held with a screw wrench, grasping the flats made on the outer surface of the central sleeve 7. Once the The surface of the semiprivodnik device 11 will be connected to the mounting surface 2 of the cooler, the onojja 5 ball together with its elements: the central 7, the outer 17 thrust bushings, the 1O cylinder, the spacer sleeve 18 and the cup springs 21 will be checked and self-mounted. At the same time, the nut 6 is not tightened 3. In order to reduce the frictional force between the self-acting surfaces of the ball bearing 5 and the cavity 4, at the time of self-mounting of the ball bearing 5, After self-aligning the ball bearing 5, the nut 6 is tightened to the stop. When self-mounting the ball bearing 5 and its elements, the inaccuracy of the manufacturing of the interacting elements of the semi-conductor device 11 and the cooler is compensated. In this case, the mounting support surface of the semiconductor device 11 lays (located) on the mounting surface 2 of the cooler along the entire actual area without distortions, thereby eliminating the air gap and the off-center application of loads acting on the threaded connection, i.e. the threaded rod 13 of the semiconductor device 11 is unloaded from transverse forces. Elimination of complex stresses in the threaded joint and the creation of conditions under which the threaded joint only works in tension. When the semiconductor device 11 attached to the cooler is operated in the electronic circuit, the structure and housing of the device are heated, for example, to 14 ° 19 ° C, therefore, the cooler with its elements is heated to close to the temperature. When the cooler is heated, the spacer sleeve 18 is heated and elongated axially, lightly downwards, while the springs 21 are deformed and their axial movement of the spacer sleeve 18 transmits to the cylinder 10. The central 7, outer 17 thrust sleeves and cylinder 1O elongate significantly less than the spacer sleeve 18 due to their low thermal expansion coefficient. The cooler base 1 also lengthens when heated less than the spacer sleeve 18, due to the relatively low thermal expansion coefficient. The cylinder 1O axially shifts the schiz together with the head 12, the screwed threaded pin 13 of the semiconductor device 11. As the cylinder 1O moves down with the head 12, the thrust annular juice 15 with its reverse conical surface abuts against the reciprocal annular surface of the central thrust sleeve 7 i and the body of the head 12 (tension nut), bounded by the closed grooves 14, elastically deformed, moves in the radial direction, thereby loading the lower turns of the thread of the pin 13, and the upper turns of the specified pin, some of them were previously in the most stressed state for stretching, partially unloading. At the same time, the monolith support Sh1osko1 semiconductor device 11 is pressed against the mounting plane 2 of the cooler with a force. The radial movement of the body of the head 12 (stretch nut) is limited by the closed grooves 14 because the threaded connection is complete with a gap. The radial displacement of the head 12 (stretch nut) must be such that a gap of ( 0,0120, 035) d, and the value of the axial displacement; the spacer 18 should provide a constant specific pressure of the bottom surface of the semiconductor device 11 to the mounting plane 2 (1.2-1.4 jcrc / mmH cooler 3 - outer diameter of the thread of the semiconductor device stud). . Thus, thermal intermixing of spacer sleeve 18 together with cylinder 10 reduces the even distribution of the EFFORT of tightening along the threads of the pin 13 of the semiconductor device 11 and ensures the density of the contacting surfaces at the temperature of the semiconductor device attached to the cooler. The reduction of thermal contact with the resistance in the proposed device is achieved by the structural design of the cooler elements, namely, the fastening elements are made in the form of a ball bearing. This makes it possible to eliminate air gaps between the contact heat-removing surfaces of the semiconductor device and the cooler that occur when the semiconductor device is mounted to a typical cooler due to inaccurate manufacturing. When self-aligning the ball bearing, the threaded rod is also unloaded from the off-center application of a load, which results in the bending of the stud and the removal of its turns, i. E. The threaded rod of the semiconductor device is stretched. The carrying capacity of the threaded connection is ensured by the uniform distribution of the tightening force in the instrument thread threads. This is achieved by the fact that in the proposed technical solution, the fastening element is y. It is filled in the form of a tension nut, the body of which has the ability to elastically deform and move in the radial direction due to directional forces. As a result, the upper thread windings are partially unloaded and the average thread turns of the device stud that were previously in a less stressed state are additionally reloaded. for stretching. Directional forces deforming the body of the head (spacer nut) occur during thermal expansion of the cooler elements, namely the spacer sleeve, to which the cylinder is rigidly connected with a reinforced fastener having a threaded hole. In addition, in the proposed technical solution, a continuous constant pressure of the reference mounting plane of the semiconductor device to the mounting plane of the cooler equal to 1.28-1.35 kgf / mm T is created and provided. This is achieved by constant pressing of the mounting plane of the semiconductor device to the cooling plane the expense of moving the spacer during its thermal expansion. The formula of the Invention Device for fastening a semiconductor device of predominantly a whip structure to a radiator, comprising cooling elements with mounting surfaces for mounting semiconductor devices, a self-mounting ball bearing, and cup springs, characterized in that, in order to increase cooling efficiency by reducing thermal contact resistance ball bearing mounted in the plane of the radiator and contains a central thrust sleeve, made with a flange and an axial cavity, qi Indra with a seat for a semiconductor device, located in the axial cavity of the sleeve and provided in the upper part with a head made in the form of a half-folded nut with longitudinal closed grooves and with a thrust annular reverse taper bore, accented with a reciprocal thrust annular surface of the central thrust sleeve , outer thrust sleeve, spacer sleeve with flange, made in one piece with the ball bearing with the possibility of axial