WO2000055887A2 - Gehäuse für elektronische schaltungen - Google Patents

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Definitions

  • the steam line opens on the cooler side at a distribution space and the liquid line on the cooler side at a collection space, a cooling line being arranged between the distribution space and the cooler space, on the inside of which steam condensed from the steam line and flows as a liquid into the collecting space.
  • DE-OS 23 54 260 describes an arrangement for the tight packing of integrated circuits.
  • a closed container is partially filled with a liquid coolant, for example a fluorinated hydrocarbon.
  • Cooling fins are provided in the container and on the outside of the container.
  • the inner cooling fins are arranged on a side wall of the container and protrude from the coolant into an air space above the coolant.
  • the integrated circuits are arranged in the coolant and are achieved by steam condensation on the inner cooling fins in the air space and by heat conduction to the section of the cooling fins which is immersed in the coolant.
  • the cooling fins on the outside of the container are also attached to the side walls and are in turn cooled by air flow.
  • DE-OS 23 54 260 indicates that an outer cooling jacket can be provided instead of the outer cooling fins for better heat dissipation.
  • the arrangement described in DE-OS 23 54 260 cannot cool modern semiconductor switches sufficiently strongly. Also need the side, in the container and on the Outside of the container existing cooling fins a lot of space, so that the arrangement is not compact overall.
  • the problem on which the invention is based is to provide a housing for an electronic circuit which is simple to manufacture and reliable in operation, which has a compact construction and has a high cooling capacity.
  • the invention provides a housing in which a cover arranged on the outside of the surface of the wall, together with the surface of the outside of the wall, delimits the liquid channel.
  • the principle on which the invention is based is based on the fact that the housing is at least partially double-walled due to the fluid-tight wall and the liquid channel, the individual walls, with the formation of cavities, chambers and / or line sections with very thin individual wall thicknesses, having high stability and strength Achieve overall arrangement and at the same time form a flow path for cooling fluid.
  • the inert fluid to be filled in is preferably a fluorine / chlorinated hydrocarbon.
  • the surface-enlarging cooling structure is formed by ribs fastened or arranged on the inside of the wall. These ribs can either be welded or soldered to the wall, or can themselves be part of the wall.
  • the wall can be both essentially flat or undulating, that is to say with elongated depressions and elevations, and the cover, which forms an outer shell at least in sections, can be designed essentially flat or undulating, so that, on the one hand, meandering channels for the external coolant transport are formed, and also double-walled areas which bring about or support the stability of the housing.
  • At least one section of the liquid channel arranged in the region of an edge of the housing is designed such that it is visibly and permanently deformed when the housing falls with this edge from a predetermined height onto a hard surface. This precludes undetected damage to the electronic circuits housed in the housing, since the housing can always be recognized as deformed and a functional test of the electronic circuits can be carried out again before the housing is assembled, for example in a motor vehicle.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the housing according to the invention in a schematic sectional view.
  • Pig. 2 shows a second embodiment of the housing according to the invention in a schematic sectional illustration.
  • the cooling fins 18 protrude into a gas collection space 20 which extends between the inside of the upper surface 16 and the surface of the inert fluid 14.
  • the vaporized inert fluid condenses on the cooling fins 18 and drips back into the liquid phase from them in order to surround and cool the electronic circuit 12.
  • a liquid channel 22 is arranged on the outside of the upper surface 16 of the housing wall 10 in FIG. 1, which can be connected to a liquid supply line 24 and a liquid discharge line 26.
  • the cooling liquid channel 22 is delimited by a cover 28 arranged on the outside of the surface 16 of the housing wall 10 together with the outside of the surface 16 of the housing wall 10. Since the cooling liquid channel 22 (meandering) is arranged to run on the outside of the housing wall 10, on the inside of which the cooling fins 18 are arranged, the heat absorbed by the cooling fins 18 during the condensation of the inert fluid 14 is converted to the heat Cooling liquid channel 22 discharged flowing cooling liquid through the housing wall 10.
  • the surface 16 of the housing wall 10 is long stretched depressions 16a and elevations 16b profiled.
  • the cover 28 is soldered or welded to the housing wall 10 in the region of the elevations 16b (reference numeral 30), so that the cooling liquid channel 22 is formed. Due to this double-walled configuration with the welded ribs, the overall arrangement has a high stability with a very low weight. In the region of the edges of the housing 10, sections of the cooling channel 22 overlap these edges in a bead-like manner. These sections of the cooling channel 22 can thus deform visibly and permanently if the housing falls with this edge from a predetermined height onto a hard surface.

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Abstract

Ein Gehäuse für eine elektronische Schaltung, die zumindest einen Halbleiterschalter (12) umfaßt, das eine druckfeste, fluiddichte Wandung (10) hat und zumindest teilweise mit einem Inertfluid (14) befüllbar ist, um im Betrieb eine Siedebadkühlung des Halbleiterschalters (12) zu bewirken, wobei an einer Innenseite einer Fläche der Wandung (10) eine oberflächenvergrößernde Kühlstruktur (18) angeordnet ist, die in einen Gassammelraum (20) ragt, und an einer mit der oberflächenvergrößernde Kühlstruktur (18) in wärmeleitender Verbindung stehenden Außenseite der Fläche der Wandung (10) wenigstens ein Flüssigkeitskanal (22) angeordnet ist, der mit einer Flüssigkeitszuleitung (24) und einer Flüssigkeitsableitung (26) verbindbar ist.

Description

Gehäuse für elektronische Schaltungen
Beschreibung
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für elektronische Schaltungen die zumindest einen Halbleiterschalter umfaßt, das eine druckfeste, fluiddichte Wandung hat und zumindest teilweise mit einem Inertfluid befüllbar ist, um im Betrieb eine siedebadkuhlung des Halbleiterschalters zu bewirken, wobei an einer Innenseite einer Fläche der Wandung eine oberflächenvergrößernde Kühlstruktur angeordnet ist, die in einen Gas- sammelraum ragt, und an einer mit der oberflächenvergrößernde Kühlstruktur in wärmeleitender Verbindung stehenden Außensei- te der Fläche der Wandung wenigstens ein Flüssigkeitskanal angeordnet ist, der mit einer Flüssigkeitszuleitung und einer Flüssigkeitsableitung verbindbar ist.
Stand der Technik Aus der WO 98/45867 ist es bekannt, einen Halbleiterschalter in einem druckfesten Behälter anzuordnen, der teilweise mit einer Inertflüssigkeit gefüllt ist, um im Betrieb eine Fluid- kühlung des Halbleiterschalters zu bewirken. Das Innere des Behälters ist mit einem Kühlkreislauf gekoppelt, wobei eine Dampfleitung von dem Behälter zu einem Kühler und eine Flüssigkeitsleitung von dem Kühler zu dem Behälter führt, die abschnittsweise im Innern der Dampfleitung angeordnet ist und von einer Anschlußstelle an den Behälter in das Innere des Behälters so weit verlängert ist, daß ihr freies Ende unter- halb des Füssigkeitsspiegels der Kühlflüssigkeit mündet. Damit ist der druckfeste Behälter für die Verbindungen mit dem Kühlkreislauf nur einmal mit einem Durchbruch oder einer Öffnung zu versehen. Die Dampfleitung mündet kühlerseitig an einem Verteilerraum und die Flussigkeitsleitung kühlerseitig an einem Sammelraum, wobei zwischen dem Verteilerraum und dem Kühlerraum eine Kühlleitung angeordnet ist, an deren Innen- wand Dampf aus der Dampfleitung kondensiert und als Flüssigkeit in den Sammelraum fließt.
Aus der WO 98/45867 ist es weiterhin bekannt, einen Halblei- terschalter in einem druckfesten, im wesentlichen zylindrischen Behälter anzuordnen, der teilweise mit einer Inertflüssigkeit gefüllt ist, um im Betrieb eine Fluidkühlung des Halbleiterschalters zu bewirken. Der zylindrische Behälter hat einen seine Wandung schneidenden Flansch, der zur Aufnah- me eines Anschlusses eines Kühlers eingerichtet ist, wobei der Anschluß mit dem Flansch durch Verschraubungen verbunden ist und an den Verschraubungen jeweils Federelemente vorgesehen sind, die den Anschluß federnd gegen den Flansch vorspannen. Der Druck im Innern des Behälters im Betrieb der Anord- nung steigt an, wenn die Verlustwärme der Halbleiterschalter die Inertflüssigkeit zum Sieden bringt.
Die DE-OS 23 54 260 beschreibt eine Anordnung für die dichte Packung von integrierten Schaltungen. Ein geschlossener Be- hälter ist teilweise mit einem flüssigen Kühlmittel, beispielsweise einem fluorierten Kohlenwasserstoff gefüllt. Im Behälter und auf der Außenseite des Behälters sind je Kühlrippen vorgesehen. Die inneren Kühlrippen sind an einer Seitenwand des Behälters angeordnet und ragen aus dem Kühlmittel in einen Luftraum oberhalb des Kühlmittels. Die integrierten Schaltungen sind im Kühlmittel angeordnet und werden durch Dampfkondensation an den inneren Kühlrippen im Luftraum und durch Wärmeleitung zu dem Abschnitt der Kühlrippen erzielt, welcher in das Kühlmittel eintaucht. Die Kühlrippen an der Außenseite des Behälters sind ebenfalls an den Seitenwänden angebracht und werden ihrerseits durch Luftströmung gekühlt. DE-OS 23 54 260 deutet an, daß zur besseren Wärmeabfuhr ein äußerer Kühlmantel statt der äußeren Kühlrippen vorgesehen sein kann. Die in der DE-OS 23 54 260 beschriebene Anordnung kann moderne Halbleiterschalter nicht ausreichend stark kühlen. Ferner benötigen die seitlichen, im Behälter und auf der Außenseite des Behälters vorhandenen Kühlrippen viel Raum, so daß die Anordnung insgesamt nicht kompakt baut.
Die US 42 33 645 D2 und die DE-OS 26 47 758 D3 beschreiben je Kühlstrukturen für elektronische Bauteile, bei denen an einem Gehäuse der Kühlstruktur ein separates Gehäuse angeordnet ist.
Die DE-OS 19 97 708 beschreibt eine dampfgekühlte Elektronik- kapsei zum Kühlen von Elektronik-Bauteilen, die auf ihren Außenwänden, ähnlich wie in der DE-OS 23 54 260 beschrieben, Kühlrippen als Wärmeaustauschflächen aufweist.
Der Erfindung zugrundeliegendes Problem Dementsprechend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein einfach herzustellendes und im Betrieb zuverlässiges Gehäuse für eine elektronische Schaltung bereitzustellen, das kompakt baut und eine hohe Kühlkapazität aufweist.
Erfindungsgemäße Lösung
Zur Lösung der Probleme stellt die Erfindung ein Gehäuse bereit, bei dem eine an der Außenseite der Fläche der Wandung angeordnete Abdeckung zusammen mit der Fläche der Außenseite der Wandung den Flüssigkeitskanal begrenzt.
Das der Erfindung zugrundeliegende Prnzip basiert darauf, daß das Gehäuse durch die fluiddichte Wandung und den Flüssigkeitskanal zumindest stellenweise doppelwandig aufgebaut ist, wobei die einzelnen Wände unter Bildung von Hohlräumen, Kam- mern und/oder Leitungsabschnitten mit sehr dünnen Einzelwanddicken eine hohe Stabilität und Festigkeit der Gesamtanord- nung erreichen und gleichzeitig einen Strömungsweg für Kühl- fluid bilden.
Vorteilhafte Weiterbildungen
Vorzugsweise ist das einzufüllende Inertfluid ein Fluor/Chlorkohlenwasserstoff . Die oberflächenvergrößernde Kühlstruktur ist durch an der Innenseite der Wandung befestigte oder angeordnete Rippen gebildet. Diese Rippen können an der Wandung entweder ange- schweißt oder angelötet sein, oder selbst ein Teil der Wandung sein.
Die Wandung kann sowohl im wesentlichen eben oder wellig, das heißt mit langgestreckt verlaufenden Senken und Erhebungen, als auch die eine zumindest abschnittsweise äußere Hülle bildende Abdeckung im wesentlichen eben oder wellig gestaltet sein, so daß einerseits maanderförmige Kanäle für den äußeren Kühlmitteltransport gebildet, als auch die Stabilität des Gehäuses bewirkende oder unterstützende doppelwandige Bereiche.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuses ist zumindest ein im Bereich einer Kante des Gehäuses angeordneter Abschnitt des Flüssigkeitskanals so gestaltet ist, daß sich dieser sichtbar und bleibend verformt, wenn das Gehäuse mit dieser Kante aus einer vorbestimmten Höhe auf einen harten Untergrund fällt. Damit wird eine unerkannte Beschädigung der in dem Gehäuse untergebrachten elektronischen Schaltkreise ausgeschlossen, da das Gehäuse stets als verformt erkannt werden kann und so vor der Montage des Gehäuses zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug nochmals eine Funti- onsprüfung der elektronischen Schaltkreise erfolgen kann.
Weitere Eigenschaften, Vorteile, Merkmale und Variationsmöglichkeiten oder Alternativen der Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Kurzbeschreibung der Zeichnung Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuses in einer schematischen Schnittdarstellung. Pig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuses in einer schematischen Schnittdarstellung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines etwa quader- förmigen Gehäuses aus Kunststoff, Stahl- oder Aluminiumblech für eine elektronische Schaltung 12 , die im gezeigten Beispiel eine Vielzahl von integrierten Bausteinen 12a und Lei- stungs-Halbleiterschalter 12b umfaßt. Das Gehäuse ist voll- ständig geschlossen und zu etwa drei Viertel mit Fluor/Chlorkohlenwasserstoff als Inertfluid 14 gefüllt, das die elektronische Schaltung 12 vollständig einhüllt. Im Betrieb der elektronischen Schaltung 12 entsteht Verlustwärme, die das Inertfluid 14 zum Sieden und zum Verdampfen bringt. An der Innenseite einer in Fig. 1 oberen Fläche 16 einer Gehäuse-Wandung 10 sind parallel verlaufende Kühlrippen 18 angeschweißt. Die Kühlrippen 18 ragen in einen Gassammeiraum 20, der sich zwischen der Innenseite der oberen Fläche 16 und der Oberfläche des Inertfluides 14 erstreckt. Das verdampfte Inertfluid kondensiert an den Kühlrippen 18 und tropft von diesen wieder zurück in die flüssige Phase um die elektronische Schaltung 12 zu umgeben und zu kühlen.
An der Außenseite der in Fig. 1 oberen Fläche 16 der Gehäuse- Wandung 10 ist ein Flüssigkeitskanal 22 angeordnet, der mit einer Flüssigkeitszuleitung 24 und einer Flüssigkeitsablei- tung 26 verbindbar ist. Der Kühl-Flüssigkeitskanal 22 ist durch eine an der Außenseite der Fläche 16 der Gehäuse-Wandung 10 angeordnete Abdeckung 28 zusammen mit der Außenseite der Fläche 16 der Gehäuse-Wandung 10 begrenzt. Da der Kühl- Flüssigkeitskanal 22 (mäanderförmig) an der Außenseite der Gehäuse-Wandung 10 verlaufend angeordnet ist, an deren Innenseite die Kühlrippen 18 angeordnet sind, wird die von den Kühlrippen 18 bei der Kondensation des Inertfluides 14 aufge- nommene Wärme an die in dem Kühl-Flüssigkeitskanal 22 fließende Kühlflüssigkeit durch die Gehäuse-Wandung 10 abgegeben. Dabei ist die Fläche 16 der Gehäuse-Wandung 10 mit langge- streckten Vertiefungen 16a und Erhebungen 16b profiliert. Die Abdeckung 28 ist jeweils im Bereich der Erhebungen 16b mit der Gehäuse-Wandung 10 verlötet oder rollnaht-geschweißt (Bezugszeichen 30) , so daß sich der Kühl-Flüssigkeitskanal 22 bildet. Durch diese doppelwandige Ausgestaltung mit den verschweißten Rippen hat die Gesamtanordnung eine hohe Stabilität bei sehr geringem Gewicht. Im Bereich der Kanten des Gehäuses 10 übergreifen Abschnitte des Kühlkanals 22 diese Kanten wulstförmig. Damit können sich diese Abschnitte des Kühl- kanals 22 sichtbar und bleibend verformen, wenn das Gehäuse mit dieser Kante aus einer vorbestimmten Höhe auf einen harten Untergrund fällt.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist die Gehäuse-Wandung 10, an der an der Innenseite die Kühlrippen 18 angeordnet sind, eben ausgestaltet. Zur Bildung der Kühlkanäle 22 ist statt dessen die Abdeckung 28 mit entsprechenden Vertiefungen und Erhebungen ausgestaltet. Im übrigen unterscheiden sich die Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 und 2 nicht.

Claims

Ansprüche
1. Ein Gehäuse für eine elektronische Schaltung, die zu in- dest einen Halbleiterschalter (12) umfaßt, das
- eine druckfeste, fluiddichte Wandung (10) hat und
- zumindest teilweise mit einem Inertfluid (14) befüllbar ist, um im Betrieb eine Siedebadkuhlung des Halbleiterschalters (12) zu bewirken, wobei - an einer Innenseite einer Fläche der Wandung (10) eine oberflächenvergrößernde Kühlstruktur (18) angeordnet ist, die in einen Gassammeiraum (20) ragt, und
- an einer mit der oberflächenvergrößernde Kühlstruktur (18) in wärmeleitender Verbindung stehenden Außenseite der Fläche der Wandung (10) wenigstens ein Flussigkeitskanal (22) angeordnet ist, der mit einer Flüssigkeitszuleitung (24) und einer Flüssigkeitsableitung (26) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine an der Außenseite der Fläche der Wandung (10) angeordnete Abdeckung (28) zusammen mit der Fläche der Außenseite der Wandung (10) den Flüssigkeitskanal (22) begrenzt.
2. Gehäuse nach Anspruch 1, bei dem das einzufüllende Inertfluid (14) ein Fluor/Chlorkohlenwasserstoff ist.
3. Gehäuse nach Anspruch 1, bei dem die oberflächenvergrößernde Kühlstruktur (18) durch an der Innenseite der Wandung (10) befestigte oder angeordnete Rippen gebildet ist.
4. Gehäuse nach Anspruch 1, bei dem die Wandung (10) eben oder wellig und die Abdeckung (28) wellig bzw. eben gestaltet sind, so daß ein maanderför iger Flussigkeitskanal (22) gebildet ist.
5. Gehäuse nach Anspruch 1, bei dem zumindest ein im Bereich einer Kante des Gehäuses angeordneter Abschnitt des Flüssigkeitskanals (22) so gestaltet ist, daß sich dieser sichtbar und bleibend verformt, wenn das Gehäuse mit dieser Kante aus einer vorbestimmten Höhe auf einen harten Untergrund fällt.
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