DD292114A5

DD292114A5 - COOLING BOLT WITH CLAMPING DEVICE FOR DOUBLE ASSEMBLIES

Info

Publication number: DD292114A5
Application number: DD33767390A
Authority: DD
Inventors: Karl-Heinz Thormann; Klaus-Peter Gollnest; Klaus Lorenz
Original assignee: Komb. Eaw Berlin-Treptow Zentrum F. Forschung U. Technologie,De
Priority date: 1990-02-08
Filing date: 1990-02-08
Publication date: 1991-07-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kuehlkoerper mit Spannvorrichtung fuer Doppelbaugruppen, bei denen zwei scheibenfoermige Leistungshalbleiter zwischen zwei Kuehlkoerperhaelften eingespannt sind und fuer den Ausgleich der ueblichen Hoehentoleranzen Adapterstuecke verwendet werden. Die Anwendung erfolgt im wesentlichen bei Umkehrstromrichtern und Baugruppen mit zwei Leistungshalbleitern in Gegenparallelschaltung. Erfindungsgemaesz sind die Adapterstuecke als die Kontaktflaeche der Leistungshalbleiter bedeckende Zylindersegmente ausgebildet, in die Spannflaeche der einen Kuehlkoerperhaelfte zwei parallel zueinander verlaufende Ausnehmungen eingearbeitet, die einen der Woelbung der Zylindersegmente angepaszten Radius aufweisen und deren Mittenabstand dem Positionierungsabstand der Leistungshalbleiter ist und oberhalb der Ausnehmungen Materialverjuengungen vorgesehen. Figur{Kuehlkoerper; Spannvorrichtung; Doppelbaugruppen; Leistungshalbleiter; Kuehlkoerperhaelften; Adapterstuecke; Umkehrstromrichter; Gegenparallelschaltung; Kontaktflaeche; Zylindersegmente; Spannflaeche; Ausnehmungen; Materialverjuengung}The invention relates to a Kuehlkoerper with clamping device for dual modules, in which two scheibenfoermige power semiconductors are clamped between two Kuehlkoerperhaelften and are used for the compensation of the usual height tolerances Adapterstuecke. The application is essentially in reversing converters and assemblies with two power semiconductors in Gegenparallelschaltung. Erfindungsgemaesz the adapter pieces are formed as the contact surface of the power semiconductor covering cylinder segments, incorporated into the Spannflaeche of a Kuehlkoerperhaelfte two mutually parallel recesses, the one adapted to the Welelung of the cylinder segments radius and the center distance is the positioning distance of the power semiconductors and provided above the recesses Materialverjuengungen. FIG {Kuehlkoerper; Chuck; Double assemblies; Power semiconductors; Kuehlkoerperhaelften; Adapterstuecke; Way converter; Against parallel circuit; Kontaktflaeche; Cylinder segments; Spannflaeche; recesses; Materialverjuengung}

Description

-2- 292114 Darlegung des Wesen· der Erfindung-2- 292114 Explanation of the essence of the invention

Dor Erfindung liegt dio Aufgabe zugrunde, Kühlkörper mit Spannvorrichtung und Adapterstücken für Doppelbaugruppen so auszubilden, daß auf jeden Lelstungshalbleltor eines Bauelemontopaores (Ho gleiche Spannkraft wirkt und ein optimaler Flächenkontakt zwlschon den Bauelementen und den Adapterstückon sowie von diesen zur entsprechenden Kühlkörperhälfte garantiert wird.Dor invention is the object of the invention, heat sink with clamping device and adapter pieces for dual modules in such a way that each Lelstungshalbleltor a Bauelemontopaores (Ho same clamping force acts and optimal surface contact zwlschon the components and the Adapterstückon and is guaranteed by these to the corresponding heat sink half.

Erfindungsgomäß wird die Aufgabe dadurch golöst, daß die AdapterstUcko als Zylindorsogmente ausgebildet sind, die die Kontaktflächo der Leistungshalbleiter bedecken, daß in die Spannfläche der einen Kühlkörperhälfte zwei parallel zueinander verlierende Ausnehmungen eingearbeitet sind, die olnen der Wölbung der Zylindorsogmente angepaßten Radius aufweisen, wobei zwischen Zylindersegment und Ausnehmung die Toleranz einer Spiolpassung vorgesehen ist, daß der Mittenabstand der beiden Ausnehmungen dem Positonlorungsabstand der Leistungshalbleiter entspricht, daß oberhalb der Ausnehmungen elastlzitätsfördorndo Matorialvorjüngungen vorgesehen sind, zwischen donen und dom äußeren Rand dieser Kühlkörporhälfto das Federelement der Spannvorrichtung beim Spannen einzuwirken beginnt, Infolgedessen eine optimale Flächenberührungen zwischen dem Radius der jeweiligen Ausnehmung und der Wölbung des eingelagerton Zylindersegments durch die elastische Verformung eintritt. In weiterer Ausbildung der Erfindung ist nur ein Spannbolzen vorgesehen, der sowohl die beiden Kühlkörperhälften als auch das Federolement konzentrisch und isoliert durchragt.Erfindungsgomäß the object is achieved by the fact that the AdapterstUcko are designed as Zylindorsogmente that cover the Kontaktflächeo the power semiconductors, that in the clamping surface of a heat sink half two mutually parallel recesses are incorporated, the olnen the curvature of the Zylindorsogmente adapted radius, wherein between cylinder segment and recess the tolerance of a Spiolpassung is provided that the center distance of the two recesses corresponds to the Positonlorungsabstand the power semiconductors that above the recesses elastlzitätsfördorndo Matorialvorjüngungen are provided between donen and dom outer edge of Kühlkörporhälfto the spring element of the clamping device begins to act during clamping, consequently an optimal Surface contact between the radius of the respective recess and the curvature of the embedded cylindrical segment occurs by the elastic deformation. In a further embodiment of the invention, only one clamping bolt is provided which extends through both the heat sink halves and the Federolement concentric and isolated.

Ausführungsbeispielembodiment

In einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Darstellung zeigt die erfindungsgemäßen Kühlkörper für Leistungshalbleiter 1 mit einer Spannvorrichtung, die sich in entspanntem Zustand befindet. Die Leistungshalbleiter 1 sind symmetrisch zur Mittellinie der Anordnung zwischen die beiden Kühlkörperhälften 2 und 3 mittels Spannvorrichtung, bestehend aus einem Spannbolzen 4, Spannmutter 5, Feder 6 und Druckstück 7, gespannt. Dio Leistungshalbleiter 1 sind mit ihrer einen Kontakt- bzw. Druckfläche plan aufliegend auf der ebenen Kontakt- bzw. Druckfläche der Kühlkörperhälfte 3 angeordnet. Die gegenüberliegende Kontakt- bzw. Druckfläche der Leistungshalbleiter 1 wird über das Adapterstück 8, das als Zylindersegment ausgebildet ist und oino ebene Grundfläche aufweist, die die Kontaktfläche des Leistungshalbleiters überdeckt, kontaktiert. Der Wölbung des Adapterstückes 8 entsprechend sind in die Spannfläche der Kühlkörperhälfte 2 Ausnehmungen 9 eingearbeitet, die im Positionierungsabstand der Leistungshalbleiter parallel zueinander verlaufen. Dabei ist der Radius der Wölbung dieser Ausnehmungen 9 in der Kühlkörperhälfte 2 so toleriert, daß eine ungehinderte Drehbewegung der Adapterstücke 9 innerhalb dieser Wölbung möglich ist. Die die Ausnehmungen 9 aufnehmenden Teile der Kühlkörperhälfto 2 sind elastisch ausgebildet, was durch entsprechende Werkstoffwahl und durch die spezielle Ausbildung mittels Verjüngung der Dicke des Material oberhalb der Ausnehmungen 9 innerhalb der Kühlkörperhälfte 2 erreicht wird. Durch diese bereichsgebundene Elastizität wird erreicht, daß der zwischen Adapterstück 8 und Wölbung der Ausnehmungen 9 vorhandene Spalt bei Ausübung eines Druckes über die Druckstücke 7 auf die elastischen Teile der Kühlkörperhälfte 2 so weit verringern läßt, daß er völlig verschwindet und so eine großflächige Berührung zwischen der Kühlkörperhälfte 2 und dem Adapterstück 8 gewährleistet ist. Die so erreichte großflächige Berührung begrenzt die vorher weit größere Elastizität, wodurch die Übertragung des Spanndruckes auf die Leistungshalbleiter 1 gewährleistet wird. Durch diese großflächige Berührung von Kühlkörper und Adapterstück 8 ist eine optimale Strom- und Wärmeübertragung zwischen diesen Teilen dann erreicht, wenn die Adapterstücke 8 sich in den Ausnehmungen 9 der Kühlkörperhälfte 2 gemäß der unterschiedlichen Höhen der scheibenförmigen Leistungshalbleiter positioniert haben und der vorgeschriebene Spanndruck eingestellt ist.In one embodiment, the invention will be explained in more detail. The illustration shows the heat sink according to the invention for power semiconductors 1 with a clamping device which is in a relaxed state. The power semiconductors 1 are symmetrical to the center line of the arrangement between the two heat sink halves 2 and 3 by means of clamping device consisting of a clamping bolt 4, clamping nut 5, spring 6 and pressure piece 7, stretched. Dio power semiconductors 1 are arranged with their one contact or pressure surface lying flat on the flat contact or pressure surface of the heat sink half 3. The opposite contact or pressure surface of the power semiconductors 1 is contacted via the adapter piece 8, which is designed as a cylinder segment and has a flat bottom surface which covers the contact surface of the power semiconductor. The curvature of the adapter piece 8 corresponding recesses 9 are incorporated in the clamping surface of the heat sink half, which extend parallel to each other in the positioning distance of the power semiconductor. The radius of curvature of these recesses 9 in the heat sink half 2 is tolerated so that an unobstructed rotational movement of the adapter pieces 9 within this curvature is possible. The recesses 9 receiving parts of the Kühlkörperhälfto 2 are elastically formed, which is achieved by appropriate choice of material and by the special design by means of tapering the thickness of the material above the recesses 9 within the heat sink half 2. By this area-bound elasticity is achieved that the existing between adapter piece 8 and curvature of the recesses 9 gap when exercising a pressure on the plungers 7 on the elastic parts of the heat sink half 2 so far reduce that it completely disappears and so a large-area contact between the Heat sink half 2 and the adapter piece 8 is guaranteed. The large-area contact thus achieved limits the previously much greater elasticity, which ensures the transfer of the clamping pressure to the power semiconductors 1. Through this large-area contact of the heat sink and adapter piece 8 optimal power and heat transfer between these parts is achieved when the adapter pieces 8 have positioned in the recesses 9 of the heat sink half 2 according to the different heights of the disc-shaped power semiconductors and the prescribed clamping pressure is set.

Claims

1. heatsink with clamping device for dual modules, boi which two disc-shaped power semiconductors are clamped between two heat sink halves and used to compensate for the usual height tolerances of the semiconductor device pair adapters, characterized in that the adapter pieces (8) as the contact surface of the power semiconductors (1) covering cylinder segments are formed, that in the Spannflächo of a heat sink half (3) two mutually parallel recesses (9) are incorporated, which have a curvature of the cylinder segments adapted radius and between both a tolerance of a clearance is present, that the center distance of the recesses (9 ) corresponds to the positioning distance of the power semiconductor (1) and that above the recesses (9) elastizitötsfördernde material tapers are provided, between which and the outer edge of the heat sink half, the spring element The clamping device begins to act during clamping, as a result, an optimal surface contact between the radius of the respective recess (9) and the curvature of the embedded cylinder segment by the desired elastic deformation occurs.

2. Heatsink according to claim 1, characterized in that the clamping device has only one clamping bolt (4), which is arranged concentrically isolated in two heat sink halves (2, 3), and also receives the spring element concentrically.

For this 1 page drawing

Field of application of the invention

DIo invention relates to heat sink with clamping device for Doppolbaugruppon, boi which two disc-shaped power semiconductors are clamped between two heat sink halves and for the balance of the usual height tolerances of Halbleitorbauelementepaires adapter pieces are vorwendet.

The application of the invention is expedient where two disk-shaped power semiconductors are clamped in a common heat sink by means of clamping device, such as in reverse current converters and assemblies with two Lelstungshalbleitorn in Gegenparallelschaltung.

Characteristic of the known state of the art

Power electronic assemblies consist essentially of the power semiconductor devices and heat sinks, which are pressed with clamping devices on the device. In addition to the dissipation of heat loss from the device, the heatsink still take on the task of Stromzu- and -ableitung. This requires both a good electrical and thermal contact between the component and heat sink. In certain power converter circuits, e.g. in reversing converters and assemblies with 2 components in Gegenparallelschaltung, it is expensively advantageous to stretch two components between two heat sink halves. Such assemblies have generally been referred to as dual assemblies. The height tolerances of the components can have the consequence that the two heat sink halves do not rest plane-parallel on the contact surfaces of the components, which leads to different contact pressures within the components and their mechanical, electrical or thermal destruction can result. To solve these problems, various technical designs are known. In DE-OS 2711921 an arrangement is described, the clamping yokes can rest on the two juxtaposed heat sinks on kugolkalottenförmigen pressure pipe, but here no common heat sink halves are used, so that a significant overhead arises. In all previously known spherical cap-shaped pressure pieces only one punktförnvge pressure point is reached, which is not sufficient for the heat and current transition. The proposed solution according to DE-AS 2813529 describes an arrangement for cooling more than one semiconductor device ... by two cooling bars. To compensate for the thickness deviation has at least one of the cooling rails enclosed compensation body. This solution has the great disadvantage that each component must be measured accurately before use and a corresponding spacer must be assigned, which must be reassigned when replacing the device. In addition, the measurement of the components can take place only in the unpressurized state, so that due to the different elasticity of the components when clamping but again canting can occur. In DE-OS 1917 285 FRG is of several rectifiers (lines) gejprochen.die clamped between a pair of rails. A flat contact is created by the fact that the rails are deformed during clamping. This solution can only be used on flat rails of low stiffness and separates for air cooling bodies where relatively large cross sections are required.

Object of the invention

The aim of the invention is to reduce the cost of clamping and fastening elements for the construction of dual modules and to make the clamping process more effective.