SU913481A1 - Cooling device - Google Patents
Cooling device Download PDFInfo
- Publication number
- SU913481A1 SU913481A1 SU752142159A SU2142159A SU913481A1 SU 913481 A1 SU913481 A1 SU 913481A1 SU 752142159 A SU752142159 A SU 752142159A SU 2142159 A SU2142159 A SU 2142159A SU 913481 A1 SU913481 A1 SU 913481A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- fins
- copper
- cooling
- distribution
- angle
- Prior art date
Links
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
Изобретение относится к полупроводниковый приборам, в частности к устройствам для охлаждения мощных полупроводниковых элементов, например диодов, транзисторов, тиристоров и т.д.The invention relates to semiconductor devices, in particular to devices for cooling high-power semiconductor elements, such as diodes, transistors, thyristors, etc.
Известно, что мощные полупроводниковые элементы выделяют во время работы значительное количество тепла, которое должно быть рассеяно,учитывая сравнительно низкую допустимую максимальную температуру р-п перехода. Полупроводниковые элементы, как правило, устанавливают между двумя радиаторами/ имеющими ребра, и прижимают с помощью соответствующей конструкции к плоским верхним поверхностям радиаторов. Тепло отводится от обоих торцовых сторон полупроводникового элемента, оно происходит через стенки радиаторов и затем рассеивается в атмосфере!1].It is known that powerful semiconductor elements emit during operation a significant amount of heat, which must be dissipated, given the relatively low permissible maximum temperature of the pn junction. The semiconductor elements are usually installed between two radiators / having fins, and are pressed to the flat upper surfaces of the radiators with an appropriate design. Heat is removed from both ends of the semiconductor element, it occurs through the walls of radiators and then dissipates in the atmosphere! 1].
Радиаторы для мощных полупроводниковых элементов обычно выполняютсяRadiators for high-power semiconductor elements are usually performed.
22
из алюминия, что однако для определенных случаев непригодно' из-за недостаточно высокой теплопроводности алюминия.from aluminum, which, however, is unsuitable for certain cases because of the insufficiently high thermal conductivity of aluminum.
Радиаторы могут быть выполнены 9 из меди, так как она обладает вRadiators can be made 9 of copper, as it possesses in
два раза большей теплопроводностью, чем алюминий, но радиаторы из меди являются более дорогими и их изготовление более сложйо, так как медьtwo times more thermal conductivity than aluminum, but copper radiators are more expensive and more complicated to make, since copper
’* необходимо разливать в соответствующие формы, в то время как алюминиевые радиаторы изготовляют способом продарливания под прессом. Учитывая большое число используемых полупроводниковых элементов, становится ясным, что радиаторы из меди являются слишком дорогими для обычного использования.’* Must be poured into appropriate forms, while aluminum radiators are manufactured by cooking through a press. Given the large number of semiconductor elements used, it becomes clear that copper radiators are too expensive for normal use.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для охлаждения, преимущественно, силовых полупроводниковыхThe closest technical solution to the proposed device is for cooling, mainly, power semiconductor
элементов, содержащее, по крайнейelements containing at least
33
мере, две детали, между которыми установлен, по крайней мере, один полупроводниковый элемент, при этом каждая из деталей представляет собой тело с двумя распределительными ребрами, по периферии которых веерообразно расположены охлаждающие рёбра [ 2].at least two parts, between which there is at least one semiconductor element, each of which is a body with two distribution ribs, on the periphery of which fan-shaped cooling edges are located [2].
Недостатками такого устройства являются значительное тепловое сопротивление и большие габариты.The disadvantages of this device are significant thermal resistance and large size.
Цель изобретения - уменьшение теп· лового сопротивления при одновременном уменьшении габаритных размеров.The purpose of the invention is to reduce the thermal resistance while reducing the overall dimensions.
Цель достигается тем, что в устройстве для охлаждения, преимущественно силовых полупроводниковых элементов, содержащем, по крайней мере, две детали, между которыми установлен, по крайней мере, один полупроводниковый элемент, при этом каждая из деталей представляет собой тело с двумя распределительными ребрами, по периферии которых веерообразно расположены охлаждающие ребра, распределительные ребра выполнены клиновидными с углом при вершине αί , равным 14-20°, и расположен по отношению друг к другу под углом (¾ , равным 135“145°, а охлаждающие ребра выполнены клиновидными с углом при вершине γ , равным 0,25.-4°.The goal is achieved by the fact that in a device for cooling, mainly power semiconductor elements, containing at least two parts, between which at least one semiconductor element is installed, each of the parts being a body with two distribution fins, the periphery of which are fan-shaped cooling fins, the distribution fins are made wedge-shaped with a vertex angle αί equal to 14-20 °, and are located relative to each other at an angle (equal to 135 "145 °, and Yebra formed wedge with an apex angle γ, 0,25. equal to 4 °.
На фиг.1 приведен йариант выполнения детали с ребрами, частичный разрез, на фиг.2 - вариант детали с тепловой трубкой, разрез,* на фиг.З вариант детали устройства с двумя тепловыми трубками, разрез.Figure 1 shows an embodiment of a part with ribs, a partial section, figure 2 shows a variant of a part with a heat pipe, a section, * in FIG. 3 a variant of a part of a device with two heat pipes, a section.
Устройство содержит две детали 1 (показана одна), выполненные иэ алюминиевых сплавов. Деталь 1 представляет собой тело с двумя массивными распределительными основными ребрами 2 с углом при вершине оС, имеющим величину 14-20°, и которые между собой образуют угол , имеющий величину 135“ 145°.The device contains two parts 1 (one is shown), made of aluminum alloys. Part 1 is a body with two massive distribution main ribs 2 with an angle at the apex of ° C, having a value of 14-20 °, and which between them form an angle having a value of 135 "145 °.
Распределительные ребра 2 снабжены на своей периферии веерообразными охлаждающими ребрами 3 с вершинным углом γ, равным 0,25“4 . Изготовленная с помощью прессования деталь 1 снабжена вкладываемой медной цапфой 4, через которую выделяемое полупроводниковым элементом 5 тепло отводится в деталь 1 и, кроме того, этаDistribution ribs 2 are equipped on their periphery with fan-shaped cooling ribs 3 with a vertex angle γ equal to 0.25 “4. The part 1 produced by pressing is supplied with a copper pin 4 inserted through which heat released by the semiconductor element 5 is transferred to the part 1 and, moreover, this
913481 4913481 4
деталь на стороне, противоположной полупроводниковому элементу 5, снабжена парой усиленных и-образных охлаждающих ребер 6. Между усиленной па 5 рой охлаждающих ребер 6 детали 1 установлены прижимные устройства 7, которые могут состоять из нескольких пластинчатых пружин, и зажимные устройства 8, например болты. Помимо ,0 прижимного устройства 7 и зажимного устройства 8 имеется также индикатор прижима 9. Эти устройства обеспечивают прижим полупроводникового элемента 5 к деталям 1. Между цапфой и 4 и охлаждаемым полупроводниковым элементом 5 находится прокладка 10 из изолирующего теплопроводного материала, например из окиси бериллия или нитрида бора. Эти материалы об20 ладают высокой степенью плотности, хорошим сопротивлением изоляции, хорошей, теплопроводностью и прочностью при сжатии. Деталь 1 Также снабжена, по крайней мере, одним крепежным 2$ ребром 11, которое может быть усилено и служит электрическим выводом.the part on the side opposite to the semiconductor element 5 is provided with a pair of reinforced i-shaped cooling fins 6. Clamping devices 7, which can consist of several leaf springs, and clamping devices 8, for example, bolts, are installed between the reinforced I-shaped cooling fins 6 of the part 1. In addition, the clamping device 7 and the clamping device 8 also have a clamping indicator 9. These devices clamp the semiconductor element 5 to the parts 1. Between the pin and 4 and the cooled semiconductor element 5 there is a gasket 10 made of insulating heat-conducting material boron. These materials have a high degree of density, good insulation resistance, good thermal conductivity and compressive strength. Item 1 is also equipped with at least one $ 2 fastener edge 11, which can be strengthened and serves as an electrical output.
В случае наличия прокладки 10 электрическое подсоединение образует или деталь самого полупроводникового эле30 мента 5 или оно расположено между торцовой стороной этого полупроводникового элемента 5 и прокладкой 10.In the case of a gasket 10, the electrical connection forms either a part of the semiconductor element 5 itself or it is located between the end side of this semiconductor element 5 and the gasket 10.
За счет наличия прокладок или их отсутствия предлагаемое устройство 35 позволяет реализовать различные схемы включения полупроводниковых элементов, например схемы одно-и многофазных мостов, соединения в звезду и другие схемы.Due to the presence of gaskets or their absence, the proposed device 35 allows for the implementation of various schemes for the incorporation of semiconductor elements, for example, single and multiphase bridge circuits, star connections and other circuits.
40 На фиг.2 показан другой пример выполнения устройства. Деталь 1 в этом случае также представляет собой тело, содержащее два массивных распределительных ребра 2, снабженных40 Figure 2 shows another exemplary embodiment of the device. Part 1 in this case is also a body containing two massive distribution ribs 2, equipped with
45 на своей периферий веерообразно расположенными охлаждающими ребрами 3· Также имеется в этом варианте и-образные охлаждающие ребра 6, между которыми установлено зажимное устрой50 ство 8 с индикатором прижима 9 и прижимное устройство 7, а также усиленные крепежные ребра 11. Вдоль продольной оси детали 1 установлена тепловая трубка 12, в данном слу55 чае прямоугольного поперечного сечения, причем медные цапфы 4 являют-, ся составной частью испарителя.45 on its periphery fan-shaped cooling fins 3 · Also available in this variant are i-shaped cooling fins 6, between which a clamping device 8 is installed with a clamp indicator 9 and a clamping device 7, as well as reinforced fastening ribs 11. Along the longitudinal axis of the part 1 A heat pipe 12 is installed, in this case a rectangular cross section, with the copper pins 4 being an integral part of the evaporator.
Вдоль продольной оси детали 1 мог'утAlong the longitudinal axis of the part 1 can
5 913481 65 913481 6
быть расположены также две тепловые трубки 12, например, в виде выемки или отверстия (фиг.З). Тепловая трубка является устройством, предназначенным для передачи тепла. Она 5 представляет собой закрытый сосуд подходящей формы, внутренние стенки которого полностью или частично имеют капиллярную или осмотическую структуру. Внутреннее пространство »0 сосуда заполнено подходящей, находящейся под требуемым давлением, рабочей средой, например, дистиллированной водой, метиловым спиртом, аммиаком и т.д. Рабочая среда от- 15 бирает выделяемое полупроводниковыми элементами во время работы тепло и изменяет свою фазу, например, путем испарения. Возникающий пар течет под действием разности давле- 20 ний, возникающей между испарителем · и конденсатором тепловой трубы, в конденсатор, где он конденсируется, и освобождается энергия, накопленная а его теплоте испарения. Капил- 25 лярная или осмотическая структураtwo heat pipes 12 may also be located, for example, in the form of a notch or hole (FIG. 3). A heat pipe is a device designed to transfer heat. She 5 is a closed vessel of a suitable shape, the inner walls of which are fully or partially have a capillary or osmotic structure. The inner space "0 of the vessel is filled with a suitable working medium under the required pressure, for example, distilled water, methyl alcohol, ammonia, etc. The working medium selects the heat released by the semiconductor elements during operation and changes its phase, for example, by evaporation. The resulting vapor flows under the action of a pressure difference of 20 between the evaporator and the heat pipe condenser to the condenser, where it condenses, and the energy stored in its heat of evaporation is released. Capillary or osmotic structure
иногда также под влиянием гравитационных сил/ подает затем конденсат <снова к испарителю, и этот цикл автоматически повторяется. зоsometimes also under the influence of gravitational forces / then the condensate <again to the evaporator, and this cycle is automatically repeated. zo
За счет расположения тепловой трубки 12 вдоль продольной оси детали 1 устройства. достигается значительное улучшение распределения тепла в продольном направлении детали 35 1, равномерное распределение температуры вдоль детали 1 и таким образом повышение коэффициента действия ох‘лаждающих ребер 3 в продольном и поперечном направлениях детали 1. доDue to the location of the heat pipe 12 along the longitudinal axis of the part 1 of the device. A significant improvement in the heat distribution in the longitudinal direction of the part 35 1, a uniform temperature distribution along the part 1 and thus an increase in the coefficient of action of the cooling fins 3 in the longitudinal and transverse directions of the part 1 is achieved.
Деталь 1 устройства может быть изготовлена из алюминия или из сплавов с высоким содержанием алюминия.Part 1 of the device can be made of aluminum or of alloys with a high aluminum content.
“Из этих сплавов наиболее подходят“Of these alloys, the most suitable
(.сплавы алюминия, пригодные для обра- 45 (ботки прессованием, а также сплавы(. alloys of aluminum, suitable for processing; 45 (pressing and also alloys
алюминия, из которых изготавливают (детали методом литья. Кроме того, могут использоваться такие материалы как магниевые сплавы, цинковые 50 сплавы для литья под давлением и литейные сплавы из магния. Лучшим . материалом для цапф 4 является медь и сплавы с высоким содержанием меди, например бронза, латунь. Другими 55 словами, материал, из которого изготавливают цапфу 4, должен, по крайней мере, обладать в два раза большей теплопроводностью по сравнению е металлом детали 1 устройства.aluminum, which is made from (parts by casting. In addition, materials such as magnesium alloys, zinc 50 die-casting alloys and casting alloys from magnesium can be used. The best material for trunnions 4 is copper and alloys with high copper content, for example bronze, brass. In other words, 55 , the material from which pin 4 is made must have at least twice as high thermal conductivity as compared to the metal of part 1 of the device.
Цапфу 4 устанавливают в детали путем запрессовки или впаивания.Pin 4 is installed in the parts by pressing in or soldering.
За счет расположения охлаждающих ребер веерообразно и комбинации вершинных углов распределительных ребер и охлаждающих ребер и угла, который образуют эти распределительные ребра, тепловое сопротивление в устройстве, Я=0,04-0,045йс/м , в то время как в известном устройстве Я=0,08-0,05Рс/М, экспериментально доказано, что независимо* от размеров устройства любое отклонение от указанных геометрических размеров углов приводит к значительному увеличению теплового сопротивления. Помимо уменьшения теплового сопротивления предлагаемое устройство для охлаждения обладает меньшими габаритами и весом.By arranging the cooling fins and a fan-shaped distribution angles vertex combination ribs and cooling ribs and the angle which they form a distribution ribs, the thermal resistance of the device, I th = 0,04-0,045 s / m, whereas in the known device I = 0.08-0.05 Рс / M, it has been experimentally proved that regardless of the size of the device, any deviation from the specified geometrical dimensions of the angles leads to a significant increase in thermal resistance. In addition to reducing the thermal resistance of the proposed device for cooling has a smaller size and weight.
Кроме того, предлагаемое устройство представляет собой значительную экономию дорогой меди при сохранении очень хороших термических свойств, свойственных меди. Это достигается ' вследствие подходящей комбинации медных цапф с распределительными ребрами, снабженными на своей периферии веерообразно расположенными охлаждающими ребрами, в особенности за счет их геометрии. ) In addition, the proposed device represents a significant saving of expensive copper while maintaining the very good thermal properties characteristic of copper. This is achieved due to a suitable combination of copper trunnions with distribution ribs fitted on their periphery with fan-shaped cooling fins, especially due to their geometry. )
Устройство для охлаждения, выполненное из меди с такими же термическими свойствами и одинаковыми условиями охлаждения имеют, по крайней мере, в два раза больший вес, при этом расход меди на них увеличивается более чем в десять раз.A cooling device made of copper with the same thermal properties and the same cooling conditions has at least twice the weight, while the copper consumption for them increases by more than ten times.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CS395874A CS171519B1 (en) | 1974-06-04 | 1974-06-04 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU913481A1 true SU913481A1 (en) | 1982-03-15 |
Family
ID=5381153
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU752142159A SU913481A1 (en) | 1974-06-04 | 1975-06-03 | Cooling device |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
CS (1) | CS171519B1 (en) |
DD (1) | DD117944A1 (en) |
SU (1) | SU913481A1 (en) |
-
1974
- 1974-06-04 CS CS395874A patent/CS171519B1/cs unknown
-
1975
- 1975-05-21 DD DD186159A patent/DD117944A1/xx unknown
- 1975-06-03 SU SU752142159A patent/SU913481A1/en active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CS171519B1 (en) | 1976-10-29 |
DD117944A1 (en) | 1976-02-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3852806A (en) | Nonwicked heat-pipe cooled power semiconductor device assembly having enhanced evaporated surface heat pipes | |
US20190373761A1 (en) | Heatsink and method of manufacturing a heatsink | |
SU913481A1 (en) | Cooling device | |
JPH02224396A (en) | Self-tightening heatsink | |
US1935332A (en) | Heat transfer device | |
US3521705A (en) | Heat exchange structure and electron tube including such heat exchange structure | |
CN107218831A (en) | The air-cooled heat-pipe radiator of offset strip fin formula | |
CN111818756B (en) | Heat exchanger with integrated two-phase radiator | |
RU2373472C1 (en) | Gravity-assisted heat pipe | |
JPH0498093A (en) | Electric insulation type heat pipe | |
KR930005489B1 (en) | Electrically insulated heat pipe type semiconductor cooling device | |
CN114364209A (en) | High-strength ceramic contact type high-voltage heat pipe cooling system | |
CN217694124U (en) | Liquid cooling circulation loop cooling system | |
JPH048947B2 (en) | ||
EP0401743A1 (en) | Electrically insulated heat pipe type cooling apparatus for semiconductor | |
JPS5864488A (en) | Heat exchanger | |
CN216313729U (en) | Radiator section bar | |
RU2621320C1 (en) | Intensified cooling system of a single powerful led | |
CN216745630U (en) | Connecting structure of metal vacuum heat pipe | |
CN211378600U (en) | Liquid cooling self-loopa radiator | |
RU77953U1 (en) | GRAVITATIONAL HEAT PIPE | |
CN215333094U (en) | High-performance automobile radiator main body | |
JPS62131121A (en) | panel radiator | |
JPH02206151A (en) | Semiconductor cooler of heat-pipe system | |
CN217877262U (en) | Heat pipe with high heat transfer efficiency |