CH659735A5

CH659735A5 - Kuehlkoerper zur fluessigkeitskuehlung von leistungshalbleiterelementen.

Info

Publication number: CH659735A5
Application number: CH2975/82A
Authority: CH
Inventors: Xaver Vogel
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1982-05-13
Filing date: 1982-05-13
Publication date: 1987-02-13
Also published as: DE3221423A1; DE3221423C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kühlkörper zur Flüssigkeitskühlung von Leistungshalbleiterelementen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik von Kühlkörpern Bezug, wie er in der DE-OS 2 402 606 beschrieben ist. In der DE-OS 2 640 000 ist eine Kühldose für flüssigkeitsge-kühlte Leistungshalbleiterbauelemente und ein Verfahren zur Herstellung derselben beschrieben. Die Kühldose gemäss dieser DE-OS hat in ihrem Innenraum senkrecht zu den Dosenböden orientierte und mit diesen Dosenböden stoffschlüssig verbundene Zapfen. Diese Zapfen und die Profile dieser Zapfen beeinflussen die Strömung der Kühlflüssigkeit in der Kühldose und erhöhen somit den Wirkungsgrad der Kühlung der angeschlossenen druckkontaktierten Leistungshalbleiterbauelemente. Als Kühlmedium wird vor allem Öl verwendet. Die Kühldose hat eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung für die Kühlflüssigkeit, sonst ist sie geschlossen. Die Auflagekontaktflächen dieser Kühldose sind also aus vollem Material ausgebildet und die Kühlflüssigkeit berührt die zu kühlenden Flächen der Halbleiterelemente nicht.

Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist,

löst die Aufgabe einen Kühlkörper so auszubilden, dass der Kühleffekt der Kühlflüssigkeit wesentlich verbessert wird, wobei die konstruktive Ausgestaltung möglichst einfach sein soll.

Ein Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass die Kühlflüssigkeit, z.B. Silikonöl oder Freon, welche die zu kühlenden Flächen der Halbleiterelemente direkt berührt, Verlustwärme besser übernehmen kann. Gemäss einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sind die Kühlschlitze mit einem von der rechteckigen Form abweichenden Profil ausgebildet, z.B. dreieckig, mit halbrundem Boden oder trapezförmig.

Das Profil der Kühlschlitze kann also praktisch beliebig den jeweiligen Anforderungen angepasst werden.

Die Kühlschlitze können geradlinig sein, sie können jedoch auch andere Formen aufweisen, z.B. eine Serpentine- oder Evolventenform.

Die Serpentine- oder Evolventenform ist insbesondere dann zweckmässig, wenn die Kühlschlitze von der parallelen gegenseitigen Lage abweichen, z.B. radial angeordnet sind. Die radiale Anordnung der Kühlschlitze ist für eine zylindrische Form des Kühlkörpers geeignet, wobei selbstverständlich der Durchmesser des zylindrischen Kühlkörpers dem Durchmesser der zu kühlenden Fläche angepasst ist.

Für normale Funktionsweise reicht ein konstantes Profil der Kühlschlitze aus. Es ist in einigen Fällen zweckmässig, die Kühlschlitze mit einem sich erweiternden Profil auszubilden. Durch die Veränderung der Profilgrösse verändert man auch die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit.

Die Erfindung wird anhand einiger schematisch dargestellter Beispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine zum Stand der Technik zählende Ausführungsform eines Kühlkörpers, wobei in diesem Beispiel parallele Kühlschlitze in einem rechteckig ausgebildeten Kühlkörpers hergestellt sind,

Fig. 2 den Schnitt II-II aus Fig. 1,

Fig. 3 den Schnitt III-III aus Fig. 1,

Fig. 4 einen Teilschnitt durch einen Kühlkörper gemäss der Erfindung, wobei die Kühlschlitze mit verschiedenen Profilen gezeigt werden und

Fig. 5 einen erfindungsgemässen zylindrischen Kühlkörper, bei dem in vier Segmenten vier verschiedene Ausbildungsvarianten der Kühlschlitze gezeigt sind.

Gemäss den Figuren 1 bis 3 ist ein Kühlkörper 1 mit zwei Halbleiterauflageflächen 2 versehen. In jeder dieser Halbleiterauflageflächen 2 sind mehrere geradlinige parallele Kühlschlitze 3 ausgeführt, die in diesem Beispiel ein rechteckiges Profil aufweisen; das Profil der Kühlschlitze 3 ist gut in der Fig. 3 sichtbar. Zwischen und seitlich der Kühlschlitze 3 bleibt die freie Halbleiterauflagefläche 2, die selbstverständlich eben ausgebildet ist. Die Kühlschlitze 3 sind mittels zweier Verbindungsschlitze 4 mit einem Anschlusskanal 7 verbunden. Mit der Bezugsziffer 5 ist ein Zentrierloch bezeichnet, eine Bohrung 6 dient für elektrischen Anschluss des Kühlkörpers. In Fig. 2 ist der Verlauf des Anschlusskanals 7 sichtbar, dessen Ende mit einem Gewinde 8 versehen ist. In dieser Fig. 2 ist auch der Anschluss der Verbindungsschlitze 4 an den Anschlusskanal 7 gut sichtbar. Dass die Verbindungsschlitze 4 mit den Kühlschlitzen 3 verbunden sind, ist sowohl aus der Fig. 1 als auch aus der Fig. 3 ersichtlich.

Fig. 4 zeigt beispielsweise Ausführungsmöglichkeiten der Profile der Kühlschlitze 3. Ein Kühlschlitz 3.1 weist ein rechteckiges Profil, ein Kühlschlitz 3.2 ein dreieckiges Profil und ein Kühlschlitz 3.3 ist mit einem halbrundem Boden ausgebildet. Ein Kühlschlitz 3.4 weist ein trapezförmiges Profil auf. Die Ausgestaltung gemäss der Fig. 4 entspricht jedoch im wesentlichen derjenigen gemäss Fig. 3.

Ein zylindrischer Kühlkörper 1 gemäss Fig. 5 ist schematisch in vier Quadrante aufgeteilt. Die Kühlschlitze 3 sind in zwei Fällen radial und in weiteren zwei Fällen im wesentlichen radial geführt. Sie sind mit dem, in dieser Fig. 5 nicht dargestellten Anschlusskanal 7 mittels Verbindungsbohrungen 9 verbunden. Wie ersichtlich, wird die Flüssigkeit in das Zentrum des Kühlkörpers 1 geführt, wovon sie dann zu dem äusseren Rand des Kühlkörpers 1 fliesst. Ein Kühlschlitz 3.5 ist geradlinig ausgebildet, ein weiterer Kühlschlitz 3.6 weist einen sich nach aussen erweiternden Querschnitt auf, ein Kühlschlitz 3.7 ist serpentineartig ausgeführt und ein Kühlschlitz 3.8 weist eine Evolventenform auf. Die zwei letztgenannten Kühlschlitze 3.7, 3.8 werden selbstverständlich mit weiteren ähnlich ausgebildeten Kühlschlitzen kombiniert, die regelmässig über die Halbleiterauflagefläche 2 verteilt sind.

Es sind selbstverständlich, dass der Erfindungsgegen-

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stand auf das in den Zeichnungen Dargestellte nicht beschränkt ist.

Es können andere Profile und Formen der Kühlschlitze 3 verwendet werden. Der Kühlkörper 1 kann auch nur einseitig mit den Kühlschlitzen 3 versehen sein, wenn es sich um einen s

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Kühlkörper 1 handelt, der nur ein Halbleiterelement kühlen soll. Der Kühlkörper 1 kann auch andere Formen aufweisen, als dargestellt. Als Material für den Kühlkörper 1 kann man z.B. Aluminium, Kupfer oder deren Legierungen verwenden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Kühlkörper (1) zur Flüssigkeitskühlung von Leistungshalbleiterelementen, wobei der Kühlkörper (1) wenigstens einen Anschlusskanal (7) aufweist und mit wenigstens einer ebenen Halbleiterauflagefläche (2) versehen ist, wobei in der wenigstens einen Halbleiterauflagefläche (2) Kühlschlitze (3) ausgebildet sind, die mit dem wenigstens einen Anschlusskanal (7) für die Kühlflüssigkeit verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlschlitze (3) von der parallelen gegenseitigen Lage abweichen.

2. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlschlitze (3) mit einem von der rechteckigen Form (3.1) abweichenden Profil ausgebildet sind, z.B. dreieckig (3.2), mit halbrundem Boden (3.3) oder trapezförmig (3.4).

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PATENTANSPRÜCHE

3. Kühlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlschlitze (3) eine von der Geraden abweichende Form aufweisen, z.B. eine Serpentine- (3.7) oder Evolventenform (3.8).

4. Kühlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlschlitze (3) radial (3.5 bis 3.8) angeordnet sind.

5. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlschlitze (3) ein sich erweiterndes Profil (3.6) aufweisen.