DE3937130A1

DE3937130A1 - Dosenkuehlvorrichtung

Info

Publication number: DE3937130A1
Application number: DE19893937130
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl Ing Schmid
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; ABB AB
Priority date: 1989-11-08
Filing date: 1989-11-08
Publication date: 1990-05-31

Description

Technisches Gebiet

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer Dosenkühl vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Stand der Technik

Mit dem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus der DE-A1 15 14 551 bekannt ist. Um von einem scheibenförmigen Leistungshalbleiter Verlustwärme von mehr als 1,5 kW abzuführen, ist dieser dort in ein Verdampfungssystem eingebettet, wobei ein Kühlkörper bzw. eine Kühldose als Verdampfer für ein Kühlmittel, z.B. Difluordichlormethan (CF₂Cl₂), ausgebil det ist. Für mehrere Kühldosen ist ein gemeinsamer Samm ler für die Kühlflüssigkeit vorgesehen. Die Leistungs halbleiter sind von den Kühldosen durch ein gut wärmelei tendes, jedoch elektrisch isolierendes Mate rial, vorzugsweise einem keramischen Körper, insbesondere Berylliumoxid, getrennt.

Eine solche Kühlung ist relativ aufwendig und erfordert eine spezielle Kühlflüssigkeit, die insbesondere unter halb -30°C verdampft.

Zum einschlägigen Stand der Technik wird zusätzlich auf die DE-A1 26 40 000 verwiesen, aus der eine Kühldose für flüssigkeits-, insbesondere ölgekühlte Leistungshalblei terbauelemente bekannt ist, die im Innenraum, im Strö mungsweg der Kühlflüssigkeit, senkrecht zu den Dosenböden orientierte und mit diesen stoffschlüssig verbundene Zap fen mit quadratischem Querschnitt aufweisen. Diese Zapfen stehen mit einer Diagonale quer zur Strömungsrichtung.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, löst die Aufgabe, eine Dosenkühlvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß mit einfa cheren Mitteln eine hohe Kühlleistung bei guter elektri scher Isolierung erreicht werden kann.

Ein Vorteil der Erfindung besteht in einer sehr kosten günstigen Herstellung der Dosenkühlvorrichtung infolge ihres einfachen Aufbaus. Elektrischer Teil und Kühlung sind effizient getrennt, so daß eine einfache Wasserküh lung möglich ist. Das leicht zu beschaffende Wasser braucht nicht entionisiert zu sein. Für kühle Einsatztem peraturen genügt die Zugabe eines üblichen Frostschutz mittels. Es besteht keine Umweltgefährdung durch das Kühlmittel. Die kompakte Blockbauweise ermöglicht einen einfachen und schnellen Austausch insbesondere bei Strom richterblöcken mit herkömmlichen Kühl- und Rückkühlein richtungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei spielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Dosenkühlvorrichtung im Querschnitt mit Fluidein- und -auslaß auf der gleichen Seite,

Fig. 2 einen bezüglich Fig. 1 senkrechten Schnitt der Dosenkühlvorrichtung und

Fig. 3 eine Kühldose mit Fluidein- und -auslaß auf gegenüberliegenden Seiten.

Wege zur Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist mit (1) eine Kühldose aus einem elektrisch gut leitenden Metall, wie z.B. Kupfer oder Aluminium, be zeichnet, die auf derselben Seite einen Fluideinlaß (2) und einen Fluidauslaß (3) für ein Kühlfluid und im Inne ren mehrere durch Kanalwände bzw. Stege (4) begrenzte Kühlkanäle (5) aufweist, durch welche das Kühlfluid vom Fluideinlaß (2) zum Fluidauslaß (3) strömen kann. Als Kühlfluid wird einfaches, nicht entionisiertes Wasser, vorzugsweise mit einem Zusatz eines handelsüblichen Frostschutzmittels verwendet, falls die Kühldose (1), z.B. für einen Einsatz in der Traktion, tiefen Umgebungstemperaturen ausgesetzt sein kann. Die Fluidein und -auslässe sind zum Anschluß von Kühlwasserschläuchen geeignet.

Die Kühldose (1) ist, außer von der Seite des Fluidein und -auslasses (2, 3) her, von einer 1 mm-3 mm dünnen Isolierschicht (6) umgeben, die aus Verguß- und/oder La minierharz aus ungesättigten Polyester- und/oder Epoxid harzen und/oder aus modifiziertem Polystyrol besteht, wie es unter der Warenbezeichnung Stycast im Handel erhält lich ist. Dieses Isoliermaterial weist bei wirksamer elektrischer Trennung eine gute Wärmeleitfähigkeit auf.

Die Isolierschicht (6) ist außen von einer elektrisch gut leitenden Kontaktdose (7), z.B. aus Kupfer, umgeben, die rechteckförmige Außenflächen zur elektrischen Kon taktierung aufweist. Der obere Teil der Kontaktdose (7) ist ein Überschußsammler (10) für Isoliermaterial (6), der längs einer Trennlinie (11) vom unteren Teil der Kon taktdose (7) abnehmbar ist, um die Kühldose (1) einschie ben zu können. Vor dem Einschieben der Kühldose (1) wird erwärmtes und damit fließfähiges Isoliermaterial (6) in die oben offene Kontaktdose (7) eingefüllt. Beim Einset zen der Kühldose (1) hochgedrücktes Isoliermaterial (6) wird in einer randseitigen, oben offenen Rille des Über schußsammlers (10) aufgefangen, so daß die Oberfläche der Isolierschicht (6) im Anschlußbereich an die Kühl dose (1) mit dieser bündig ist. Dadurch wird im Außen bzw. Luftbereich ein hoher Übergangswiderstand gewährlei stet.

Mit (12) ist eine Jochplatte bezeichnet, die vier Löcher (13) aufweist, durch welche Zugstäbe einer nicht darge stellten Spannvorrichtung für mehrere hintereinander an geordnete Halbleiter und Kühlelemente bzw. Dosenkühlvor richtungen gesteckt werden können.

Fig. 2 zeigt die dreiteilige Dosenkühlvorrichtung gemäß Fig. 1 in einem dazu senkrechten Querschnitt, jedoch ohne Kühlkanäle. Mit (8) und (9) sind ebene, einander gegen überliegende Bauelementauflageflächen der Kontaktdose (7) für Halbleiterbauelemente bezeichnet.

Fig. 3 zeigt eine Kühldose (14), die der Kühldose (1) von Fig. 1 entspricht, jedoch den Fluidauslaß (3) auf der be züglich des Fluideinlasses (2) gegenüberliegenden Seite hat. Diese Kühldosenausführung gewährleistet eine gleichmäßigere Kühlung über die gesamte Kühlfläche der Kühldose (14) und somit eine effizientere Kühlung der Halbleiter.

Es versteht sich, daß die Kühlkanäle (5) der Kühldose zu der Kühldose (1, 14) am Austrittsende einen breiteren Querschnitt als am Eintritt haben können. Sie können auch einen spiral- oder doppelspiralförmigen Verlauf aufwei sen. Statt paralleler Stege (4) können auch zapfenförmi gen Verwirbelungsstifte oder dgl. im Innern der Kühldose (1) vorgesehen sein.

Wichtig ist, daß das zwischen zwei Halbleitern beste hende elektrische Potential nicht unerwünscht an einen anderen Punkt verschleppt wird und daß die Verlustwarme der Halbleiter gut an das Kühlfluid übertragen wird. We gen der hohen Wärmekapazität ist Wasser als Kühlfluid be sonders geeignet; es ist chemisch stabil, nicht brennbar, technisch leicht handhabbar und schafft keine Entsor gungsprobleme.

Claims

1. Dosenkühlvorrichtung zur Kühlung von elektrischen Bau elementen, insbesondere von druckkontaktierten Leistungs halbleitern,

a) mit einer scheibenförmigen, gut wärmeleitenden Kühl dose (1, 14),
b) die mindestens einen Fluideinlaß (2) aufweist, der über mindestens einen Kühlkanal (5) oder ein Kühlla byrinth mit mindestens einem Fluidauslaß (3) für ein Kühlfluid in Verbindung steht,

dadurch gekennzeichnet,

c) daß die Kühldose (1, 14) außen von mindestens ei ner elektrisch isolierenden Schicht bzw. Isolier schicht (6) umgeben ist.

2. Dosenkühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Isolierschicht (6) gut wärmeleitend ist.

3. Dosenkühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Isolierschicht (6) Verguß- und/oder Laminierharze aus ungesättigten Polyester- und/oder Epoxidharzen und/oder Polysterol enthält.

4. Dosenkühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (6) von einer elektrisch leitenden Kontaktdose (7, 10) umgeben ist, die einander gegenüberliegende Bauelementauflageflä chen (8, 9) aufweist.

5. Dosenkühlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kontaktdose (7, 10) im Bereich des Fluidein- und -auslasses (2, 3) mindestens einen Über schußsammler (10) für Material der Isolierschicht (6) aufweist, dessen Oberfläche im Anschlußbereich an die Kühldose (1, 14) mit dieser bündig ist.

6. Dosenkühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

a) daß das Kühlfluid Wasser,
b) insbesondere mit Zusatz eines Frostschutzmittels ist.