DE1188208B

DE1188208B - Kuehlvorrichtung fuer Halbleiteranordnungen

Info

Publication number: DE1188208B
Application number: DEP26574A
Authority: DE
Inventors: Lake Dunn Brown Jun
Original assignee: Pacific Semiconductors Inc
Current assignee: Pacific Semiconductors Inc
Priority date: 1960-03-07
Filing date: 1961-02-13
Publication date: 1965-03-04
Also published as: NL260951A; US3033537A; FR1280273A; GB921251A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02

P 26574 VIII c/21g
13. Februar 1961
4. März 1965

Die Erfindung bezieht sich auf Kühlvorrichtungen für Halbleiteranordnungen mit einem Kühlkörper, an dessen Umfang Wärmeabstrahlflächen vorgesehen sind.

Die geringen Abmessungen von Halbleiteranordnungen, z. B. von Transistoren, ermöglichen eine beträchtliche Verringerung der Größe und des Gewichtes vieler elektronischer Anordnungen, in welchen die Halbleiteranordnungen benutzt werden, und macht diese besonders für die Miniaturbauweise geeignet. Jedoch erfordert wegen der geringen Größe der Halbleiteranordnungen ihr Betrieb bei höheren Leistungen die Anwendung von zusätzlichen Kühlvorrichtungen zur Abführung der Wärme vom Halbleiterkörper, wodurch die Größe und die Kosten der elektronischen Anordnung vergrößert werden. Die gegenwärtig im Gebrauch befindlichen Kühlvorrichtungen sind bei solchen Anwendungen in erster Linie wärmestrahlende Vorrichtungen, die an oder um die Halbleiteranordnung befestigt sind, und sie sind gewohnlich entweder besonders groß oder kostspielig oder aber zu klein, um ausreichend wirksam zu sein. Ferner können die Halbleiteranordnungen nicht rasch und leicht von den unhandlichen Wärmestrahlungsvorrichtungen entfernt werden.

Die Verwendung von Wärmestrahlungskörpern mit Kühlfahnen ist an sich seit langem bekannt; durch die konstruktiven Maßnahmen, welche die Erfindung vorschlägt, wird eine Kühlvorrichtung für Halbleiteranordnungen geschaffen, die eine kornpakte und wirksame Wärmestrahlungsanordnung bildet, außerdem ein geringes Gewicht aufweist und billig ist.

Es ist außerdem bei der Kühlvorrichtung nach der Erfindung möglich, die Halbleiteranordnung leicht von dem Kühlkörper zu lösen.

Um dies zu erreichen, ist bei einer Kühlvorrichtung für Halbleiteranordnungen mit einem Kühlkörper, an dessen Umfang Wärmeabstrahlflächen vorgesehen sind, nach der Erfindung die Halbleiteranordnung lösbar in einer axialen Bohrung des Kühlkörpers derart angeordnet, daß sie in festem Kontakt mit der Bodenfläche der Bohrung steht und die elektrischen Leiter sich durch Öffnungen im Boden des Kühlkörpers erstrecken, und es ist ein Befestigungsorgan aus wärmeleitendem Material in genauer Anpassung an den Kühlkörper und an das Gehäuse der Halbleiteranordnung in die Bohrung derart einschraubbar, daß es einen festen Sitz der Halbleiteranordnung in dem Kühlkörper erzwingt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung und die mit ihr erzielbaren Vorteile ergeben sich aus der nachKühlvorrichtung für Halbleiteranordnungen

Anmelder:

Pacific Semiconductors, Inc., Culver City, Calif.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Schaefer, Patentanwalt,

Hamburg-Wandsbek, Ziesenißstr. 6

Als Erfinder benannt:

Lake Dunn Brown jun., Phoenix, Ariz.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 7. März 1960 (13 075) - -

folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele.

F i g. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung die bevorzugte Ausführungsform einer Kühlvorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 ist ein Querschnitt der Kühlvorrichtung nach F i g. 1 die auf einer metallischen Fläche montiert ist, und

F i g. 3 ist eine Darstellung in auseinandergezogener Anordnung der in F i g. 1 dargestellten Kühlvorrichtung.

In der Zeichnung ist die Kühlvorrichtung allgemein durch 10 bezeichnet und im Zusammenhang mit einem Transistor dargestellt, der sich in einer metallischen Hülle 11 befindet. Das Transistorgehäuse besteht im allgemeinen aus einem zylindrischen Körper 21 mit einer oberen Fläche 22 und einer Bodenfläche 29. Ein ringförmiger peripherer Flansch 23 erstreckt sich von der Bodenfläche nach außen, und elektrische Leiter 24 ragen von der Bodenfläche 29 nach unten.

Der Hauptteil der Kühlvorrichtung nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht aus einem zylindrischen Kühlkörper 12 aus Metall oder einem anderen geeigneten thermisch leitenden Material, welcher obere und untere Endflächen 31 bzw. 32 und eine periphere Fläche 33 aufweist, in welche eine Vielzahl von umlaufenden, im allgemeinen horizontalen Schlitzen 34 geschnitten ist, welche eine solche Tiefe und einen solchen Abstand haben, daß sie wirksame Kühlfahnen 45 bilden. Der

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Kühlkörper 12 hat eine im allgemeinen vertikale zentrale Bohrung 40, die sich von der oberen Fläche 31 bis auf einen kurzen Abstand von der Bodenfläche 29 erstreckt und die Bodenwandung 30 bestimmt. Die die Aussparung 40 begrenzende Wand 35 ist mit Innengewinde zur Aufnahme eines anderen Teiles der Anordnung versehen, wie nachstehend beschrieben wird. Der Durchmesser der Bohrung 40 im Kühlkörper 12 ist geringfügig größer als der Durchmesser des kreisförmigen Flansches 23 der Transistorhülle 11, um dessen Einsetzen zu ermöglichen.

Drei zylindrische, im wesentlichen vertikale Durchtrittsöffnungen 36 sind im Bodenteil 30 vorgesehen und in Richtung der elektrischen Leiter 24 angeordnet, welche aus der Bodenfläche des Transistorgehäuses 11 austreten. Der Durchmesser der Durchläßöffnungen 36 ist wesentlich größer als der Durchmesser der elektrischen Leiter 24, um die Anordnung rohrförmiger Isolierelemente 37 zu gestatten, wodurch ein elektrischer Kontakt zwischen den Leitern 24 und dem leitenden Körper 12 verhindert wird. Die Hülle 11 ist in die Bohrung 40 des Kühlkörpers 12 eingesetzt, wobei ihr Flansch 23 sich in Kontakt mit <äer oberen Fläche der Bodenwandung 30 der Bohrung40 befindet. So treten die elektrischen Leiter durch die Durchlaßöffnungen 36 und sind durch die isolierenden Rohrteile 37 dagegen isoliert. Der Transistor 11 wird fest in der Bohrung gehalten durch 'ein zylindrisches, rohrförmiges Befestigungsorgan 13, beispielsweise durch eine Hülse aus gleichfalls wärmeleitendem Material.

Das Organ 13 ist in die Bohrung 40 geschraubt, um den peripheren Flansch 23 des Transistorgehäuses 11 gegen die Basis der Aussparung im wärmeleitenden Körper 12 zu pressen. Der Innendurchmesser des rohrförmigen Befestigungsorgans ist nur .geringfügig größer als der Außendurchmesser des Transistorgehäuses 11, um eine wirksame Wärmeübertragung vom Transistorgehäuse 11 zum Kühlkörper 12 zu ermöglichen. Diametral gegenüberliegende Schlitze 14 sind in die obere Randfläche des Befestigungsorgans 13 geschnitten, um die Anwendung einer Drehkraft zum Schrauben des Organs 13 in die Bohrung 40 hinein und aus dieser heraus zu ermöglichen. Die Länge des Organs 13 soll ausreichend größer als die Tiefe der Bohrung sein, in weiche es geschraubt wird, um sicherzustellen, daß die Schlitze über die obere Endfläche 31 des Kühlkörpers 12 hinausragen, so daß das Befestigungsorgan in einfacher Weise durch Benutzung eines Schraubenziehers oder einer Münze entfernt werden kann.

Der ganze Aufbau 10 ist an einem Chassis 25 durch Schrauben 26 befestigt, die durch das Chassis 25 hindurchtreten und in Gewindelöcher 27 in der unteren Endfläche -des wärmeleitenden Körpers 12 geschraubt sind, wobei die elektrischen Leiter 24 durch eine geeignete öffnung 28 hindurchtreten, die im Chassis 25 vorgesehen ist. An die Stelle des Chassis kann auch eine beliebige andere Wärmesenke oder ein sonstiger geeigneter Träger treten.

Die während eines Betriebes bei hoher Leistung des Transistors 11 erzeugte Wärme wird auf den Kühlkörper 12 übertragen, von dem er hauptsächlich durch Strahlung über die Kühlflächen 45 verlorengeht. Eine größere Wärmemenge kann durch zwangläufige Luftkühlung des Kühlkörpers 12 abgeführt werden und durch Leitung von der unteren Endfläche 32 des Körpers 12 in eine Wärmesenke. Die erzeugte Wärme wird wirksam auf den Kühlkörper 12 übertragen, da der Körper 12 in Kontakt !Bit (fern größeren Teil der Bodenfläche der Haibleiteranerdonang 11 steht, und da der KIKTköiper 12 in Verbindung mit dem Befestigungsorgan 13 das Gehäuse der Halbleiteranordnung 11 dicht umschließt.

ίο Beispielsweise Abmessungen des Gegenstandes nach der Erfindung bei Benutzung eines geeigneten Transistorgehäuses sind die folgenden: Die Länge der Leiter vom Boden der Hülle ist minimal 12,5 mm, die Gesamthöhe der Hülle ausschließlich der Leiter ist 5,1 bis 6,6 mm, und der Außendurchmesser der Hülle liegt zwischen 7,3 und 9,4 mm.

Im Rahmen der Erfindung ist eine Reihe von Abwandlungen möglich; so können z.B. Gehäuse ohne Flansche befestigt werden durch eine Gewindekappe,

ao welche Kräfte auf die obere Fläche des Gehäuses ausübt. Es kann ferner eine weitere öffnung für den Durchtritt der elektrischen Leiter der Halbleiteranordnung durch den Kühlkörper vorgesehen sein, ohne die Notwendigkeit des Einsatzes von Isoliermaterial.

Claims

Patentansprüche:

1. Kühlvorrichtung für Halbleiteranordnungen mit einem Kühlkörper, an dessen Umfang Wärmeabstrahlflächen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiteranordnung lösbar in einer axialen Bohrung des Kühlkörpers derart angeordnet ist, daß sie in festem Kontakt mit der Bodenfläche der Bohrung steht und die elektrischen Leiter sich durch Öffnungen im Boden des Kühlkörpers erstrecken und daß ein Befestigungsorgan aus wärmeleitendem Material in genauer Anpassung an den Kühlkörper und an das Gehäuse der Halbleiteranordnung in die Bohrung derart einschraubbar ist, daß es einen festen Sitz der Halbleiteranordnung in dem Kühlkörper erzwingt.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenfläche des Gehäuses der Halbleiteranordnung einen verlängerten peripheren Flansch aufweist und das Befestigungsorgan den Flansch und die Bodenfläche des Gehäuses in Berührung mit der Bodenfläche des Kühlkörpers bringt.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsorgan einen Außendurchmesser hat, welcher im wesentlichen dem Innendurchmesser der Bohrung des Kühlkörpers entspricht und mit einem Außengewinde versehen ist, das zum entsprechenden Innengewinde des Kühlkörpers paßt.

4. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Kühlkörpers geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Flansches.

5. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsorgan an seiner Oberfläche mit einem längs eines Durchmessers verlaufenden

Schlitz versehen ist, in den ein zur Drehung des Organs im Kühlkörper bestimmtes Werkzeug einsetzbar ist.

6. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper mehrere sich längs erstreckende, zur Aufnahme elektrischer Leiter bestimmte Öffnungen aufweist, die sich zwischen dem Boden der Bohrung und der unteren Endfläche des Kühlkörpers erstrecken und mit den elektrischen, von der Bodenfläche der Halbleiteranordnung ausgehenden Leitern in gleicher Richtung liegen, so daß diese Platz finden, wenn die Halbleiteranordnung in die Aussparung eingesetzt ist, und daß die untere Endfläche des Kühlkörpers zur Montage auf einem Träger geeignet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 050 450;
USA.-Patentschriften Nr. 2 889 498, 2 917 286.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen