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"Dispositif de refroidissement de cellules semiconductrices."
Des éléments semiconducteurs à densité élevée de la puissance demandent une bonne évacuation de chaleur et leur répartition uniforme sur toute la surface disponible à cet effet car une répartition irré- gulière du courant thermique peut conduire à des sur- chauffes locales dangereuses de l'élément semiconducteur.
Des surchauffes locales dans cet élément pouvant, entre autres, être provoquées par des conditions défavorables d'écoulement dans le refroidisseur à fluide, en particu- lier lorsque le refroidisseur est réalisé avec une paroi particulièrement mince en vue d'une structure la plus plate possible, Ces défauts peuvent être éliminés grâce à l'invention.
La présente invention concerne, par consé- quant, un dispositif de refroidissement de cellules
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semiconductrices à l'aide d'un écoulement de fluide.
L'invention est caractérisée par le fait qu'un refroidis.. seur cylindrique plat en un matériau bon conducteur ther- mique comporte plusieurs canaux séparés par des parois annulaires concentriques par rapport à la surface de base du cylindre et situées dans un même plan. Le réfrigérant passa dans ces canaux à travers des parois radiales de fermeture et orifices dans les parois annulaires, de ma- niera à s'écouler toujours en sens opposé dans les ca- naux annulaires voisins.
Dans la refroidisseur cylindri- que plat conforme à l'invention, qui se prête particuliè- rement bien aux surfaces circulaires de refroidissement qui sont à peu près celles des semiconducteurs de structure plate, le réfrigérant passe dans les canaux, de sorte que les parois frontales du refroidisseur sont balayées uniquement de l'intérieur, ce qui assure une représentés évacuation optimale de la chaleur.
Les refroidisseurs sur les figures 1 et 2 de la demande de bravât allemand n 50 259 déposée par la Demanderesse,la 18 février 1966 peuvent être par exemple remplacés par le refroidisseur conforme à l'invention. Les éléments centraux en forme de plaque du dispositif semiconducteur de le demande de brevet allemand n 47 654, déposée par la Dimanderesse le
28 janvier 1966 peuvent également être réal@sés suivant la présente invention.
Pour mieux faire comprend l'@@jet de l'in- vention, on va en décrire à titre d'illustr@@tion et sans aucun caractère limitatif, un mode de réalisation pris pour exemple et représenté schématiquement sur le dessin annexé.
Sur ce dessin : - La figure 1 représente la @@upe vertica-
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le du refroidisseur de l'invention.
- La figure 2 représente la coupe hori- t zontale du même dispositif.
Un refroidisseur plat en un matériau bon , conducteur thermique, par exemple, en cuivre, comporte des canaux annulaires 2 à 4 d'une section sensible- ment rectangulaire. Les faces frontales de ces canaux sont formées par des parois 12 et 13 d'un canal 19 qui est disposé radialement vers l'extérieur à partir du canal annulaire le plus interne. Grâce aux parois radia- les 12 et 13 de fermeture et aux orifides 10 et 11 dans les parois annulaires, le réfrigérant est guidé de manière à toujours s'écouler dans deux sens opposés dans des canaux annulaires voisins. Des conduites d'ali- mentation et d'évacuation du dit réfrigérant peuvent être reliées à des raccords 14 et 15.
Le refroidisseur peut également. être réalisé d'une manière simple d'une seule pièce et se compose, à part les raccords 14 et 15, de deux éléments (dont l'un inférieur 9, obtenu par col- lage, tournage ou fraisage, comporte des gorges) et d'un couvercle 8 assemblé par soudage. Etant donné que la chaleur dissipée de l'élément semiconducteur est trans- mise partiellement à travers les parois annulaires 5, 6 et 7 au réfrigérant et que les soudures élèvent la résistance thermique, la cellule semiconductrice est re- liée de préférence à la face frontale de l'élément infé- rieur.
Ces faces peuvent être aplanies par rodage et, compte tenu du fait que le refroidisseur peut absorber une pression axiale élevée en raison de sa construction, malgré les parois minces, l'assemblage avec la cellule se- miconductrice de structure plate peut être obtenu par pression de contact qui produit, comme on le sait, un
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échange de chaleur excellent. Les parois frontales coin- ces permettent, en outre, une structure plate du refroi- disseur, de manière à pouvoir garder l'avantagé de la structure compacte du dispositif semiconducteur.
Le refroidisseur décrit ci-dessus se prête de préférence au refroidissement des cellules semicon- ductrices, mais il peut être utilisé partout où une puissance calorifique importante doit être évacuée à travers une surface relativement faible.
Les caractéristiques, les procédés et les moyens décrits ci-dessus constituent des améliorations avantageuses quand ils sont utilisés comme moyens iso- lés ou combinés nouveaux par rapport à la technique an- térieure.
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"Semiconductor cell cooling device."
Semiconductor elements with a high power density require good heat dissipation and their uniform distribution over the entire surface available for this purpose, as an uneven distribution of the thermal current can lead to dangerous local overheating of the semiconductor element. .
Local overheating in this element can, among other things, be caused by unfavorable flow conditions in the fluid cooler, in particular when the cooler is made with a particularly thin wall in view of a structure that is as flat as possible. These defects can be eliminated thanks to the invention.
The present invention therefore relates to a device for cooling cells.
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semiconductors using fluid flow.
The invention is characterized by the fact that a flat cylindrical cooler made of a material which is a good heat conductor comprises several channels separated by annular walls concentric with respect to the base surface of the cylinder and situated in the same plane. The refrigerant passed in these channels through radial closing walls and orifices in the annular walls, so as to always flow in the opposite direction in the neighboring annular channels.
In the flat cylindrical cooler according to the invention, which lends itself particularly well to circular cooling surfaces which are roughly those of semiconductors of flat structure, the coolant passes through the channels, so that the front walls of the cooler are only swept from the inside, which ensures optimal heat dissipation.
The coolers in Figures 1 and 2 of German Bravât Application No. 50 259 filed by the Applicant on February 18, 1966 can for example be replaced by the cooler according to the invention. The central plate-shaped elements of the semiconductor device of German patent application No. 47,654, filed by Dimanderesse on
January 28, 1966 can also be made according to the present invention.
To better understand the jet of the invention, will be described by way of illustration and without any limiting nature, an embodiment taken as an example and shown schematically in the accompanying drawing.
In this drawing: - Figure 1 represents the @@ upe vertica-
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the cooler of the invention.
- Figure 2 shows the horizontal section of the same device.
A flat cooler made of a good thermal conductive material, for example copper, has annular channels 2 to 4 of substantially rectangular cross section. The front faces of these channels are formed by walls 12 and 13 of a channel 19 which is disposed radially outward from the innermost annular channel. Thanks to the radial closing walls 12 and 13 and to the openings 10 and 11 in the annular walls, the coolant is guided in such a way that it always flows in two opposite directions in neighboring annular channels. Supply and discharge pipes for said refrigerant can be connected to connectors 14 and 15.
The cooler can also. be made in a simple way in one piece and is made up, apart from the fittings 14 and 15, of two elements (the lower one 9, obtained by gluing, turning or milling, has grooves) and a cover 8 assembled by welding. Since the heat dissipated from the semiconductor element is partially transmitted through the annular walls 5, 6 and 7 to the coolant and the welds increase the thermal resistance, the semiconductor cell is preferably connected to the front face. of the lower element.
These faces can be flattened by lapping and, taking into account that the cooler can absorb a high axial pressure due to its construction, despite the thin walls, the assembly with the semiconductor cell of flat structure can be obtained by pressure. contact which produces, as we know, a
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excellent heat exchange. The wedged front walls furthermore allow a flat structure of the cooler, so as to be able to keep the advantage of the compact structure of the semiconductor device.
The cooler described above is preferably suitable for cooling semiconductor cells, but it can be used wherever a large heat output has to be discharged through a relatively small area.
The features, methods and means described above constitute advantageous improvements when used as new isolated or combined means over the prior art.