DE2053664A1 - - Google Patents

Description

Vorrichtung zur Wärmeableitung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmeableitung, die aus zwei Teilen aus verschiedenen wärmeleitenden Materialien zusammengesetzt ist.

Solche Wärmeableitungsvorrichtungen können auf den verschiedensten Gebieten Anwendung finden.

Beispielsweise wurde mit der fortschreitenden Entwicklung von gesteuerten Siliziumgleichrichtern mit größerer Betriebsleistung das Problem der Kühlung und Wärmeabfuhr besonders kritisch. Daher 1st die Konstruktion von "Wärmesenken" zur Verwendung mit diesen Halbleitervorrichtungen äußerst wichtig geworden, wenn man nicht mit zusätzlicher Antriebsleistung betriebene Kühlvorrichtungen verwenden will. Solche Kühlvorrichtungen erhöhen jedoch drastisch die Kosten für Geräte mit Festkörpern höherer Leistung.

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Die übliche Wärmesenke für einen gesteuerten Siliziumgleichrichter umfaßt eine Halterung aus einem wärmeleitenden Metall. Diese enthält vorstehende Kühlflächen, über welche die Wärme durch normale Luftkonvektion abgeführt wird. Es werden üblicherweise Halterungen aus Kupfer verwendet. Obwohl jedoch Kupfer ein verformbares und duktiles Metall ist, das üblicherweise gegossen, geschmiedet, gewalzt, gezogen oder spanabhebend bearbeitet wird, da seine Schmelz- und Extrudertemperaturen sehr hoch sind, ist es bekannt, daß die Bearbeitung dieses Metalles seine Härte erhöht. In der Praxis wurde daher gefunden, daß bei der Herstellung von Wärmesenkenstrukturen mit strahlenförmig herausragenden AbIeltungsfahnen (fins) durch Extruderverfahren das Verhältnis der Tiefe dieser Fahnen zu dem Zwischenraum zwischen den Fahnen etwa 1 beträgt. Daher ist es äußerst schwierig, wenn nicht praktisch unmöglich, eine solche Struktur aus Kupfer durch Extrusion herzustellen, welche einen hohen Grad von Wärmeableitung zeigt.

Andererseits ist Aluminium ein weiteres gut wärmeableitendes, duktiles Metall und kann durch Walzen, Ziehen, Drücken (spinning), Extrudieren und Schmieden bearbeitet werden. Dabei beträgt das Verhältnis der Foraientiefe zu dem Abstand zwischen den Fahnen In einer Wärmesenkenstruktur mindestens 5:1, wie sich bei der tatsächlichen Herstellung solcher Gegenstände herausgestellt hat. Eine Schwierigkeit bei Aluminium besteht jedoch In seiner geringeren Wärmeableitungsgeschwindigkeit. Wenn daher die ganze Wärmesenke, einschließlich sowohl der Halterung des gesteuerten Sllizlumglelchrichters (SCR) als auch der extrudlerten, abstehenden Fahnen aus Aluminium hergestellt wird, kann die Temperatur der Halterung auf einen Wert ansteigen, der sich schädlich auf die Halbleitervorrichtung auswirkt.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird daher zur Überwindung dieser Schwierigkeiten vorgeschlagen, eine Halterung für den wärmeerzeugenden Gegenstand, beispiels-

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weise einen gesteuerten Gleichrichter aus Kupfer herzustellen und daran Fahnen aus Aluminium zur Wärmeabstrahlung zu befestigen. Der Kupferteil ist dann in der Lage, die Wärme an die Fahnen weiterzuleiten und auf sie zu verteilen, ohne übermäßige Temperaturen anzunehmen.

Die vorliegende Erfindung ist daher geeignet als zusammengesetzte Wärmesenke für verbesserte Wärme:..;leitung der durch eine Festkörpervorrichtung mit höherer Leistung erzeugten Wärme. Die Wärmesenke besteht aus aneinander grenzenden Metallen, die mechanisch miteinander verbunden sind. Die Metalle werden dabei nach ihren bestimmten Eigenschaften ausgewählt, d.h. für den ersten Teil wird ein wärmeleitendes Metall ausgewählt und für den zweiten Teil wird ein wärmeleitendes Metall ausgewählt , das eine bessere Fähigkeit zur Formgebung durch Extrusion besitzt wie das erste Metall. Die Wärmeleitfähigkeit des ersten Teils ist dabei größer als die Wärmeleitfähigkeit des zweiten Teils, und man erhält daher eine bessere Wärmeabführung.

Flg. 1 zeigt perspektivisch den Aufbau einer zusammengesetzten Wärmesenke.

Fig. 2 zeigt die Verwendung eines gesteuerten Siliziumgleichrichters des Kompressionstyps (compression type SCR), der zwischen ein Paar zusammengesetzter Wärmesenken eingespannt ist.

Fig. 1 zeigt eine Wärmesenkenanordnung 11, in der ein gesteuerter Siliziumgleichrichter 13 (SCR) in der Mitte auf der Oberfläche eines ersten Teils 15 befestigt ist, der aus einem rechteckförmigen Kupferblock besteht. Ein zweites Teil 17 besteht aus einer Aluminiumstruktur mit extrudlerten Fahnen 19. Es ist am Unterteil des Teils 15 durch Schrauben 21 mit Federringen 23 befestigt. Die Schrauben 21 sind dabei durch nicht gezeigte Bohrungen geführt, die senkrecht zu den Oberflächen

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an gegenüberliegenden Enden des Teils 15 verlaufen und sie greifen in passende, nicht gezeigte Gewindelöcher im Teil ein. Um den Übergang der Wärme und den kontinuierlichen Kontakt zu verbessern, ist auf die gemeinsame Fläche der Teile 17 und 15 eine wärmeleitende Flüssigkeit (fluid) aufgebracht.

Beim Betrieb erhält der erste Teil 15 die von dem gesteuerten Siliziumgleichrichter 13 erzeugte Wärme und leitet sie weiter durch die wärmeleitende Flüssigkeit an das zweite Teil 17· Dieses leitet mittels Konvektion die Wärme an die Umgebungsluft ab. Die herausragenden Fahnen 19 des Teils 17 ergeben dabei eine erhöhte Oberfläche zur Beschleunigung der Wärmeabfuhr mittels Konvektion.

Fig. 2 zeigt einen gesteuerten Siliziumgleichrichter 25, der zwischen ein Paar von WärmeSenkenanordnungen 27 eingespannt ist, die im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Anordnung 11 der Fig. 1 besitzen. Jede dieser Anordnungen 27 hat ein erstes Teil 15, ein zweites Teil 17, Schraubenbolzen 21 und Federringe 23 (lockwashers). Die Anordnungen 27 -sind st» angeordnet, daß die gegeneinander liegenden Oberflä£ft«1n^;<Jer Teile 15 nur durch den Gleichrichter 25 getrennt sind, welcher durch eine Vertiefung 29 gehalten wird, injdtö ein Ansatz 31 von der Oberfläche des Teils 15 aus hineinragt. Die Anordnungen 27 sind durch Schrauben 33 zusammengehalten. Diese erstrecken sich durch Bohrungen 39, die senkrecht zu den Oberflächen der Teile 15 und 17 verlaufen. Muttern 35 und Feder ringe 37 dienen zur Befestigung der Schrauben 33. Die Schrauben 33 sind von den Anordnungen 27 durch nicht-leitende Hülsen 41 und Unterlagsscheiben ^3 isoliert.

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Claims (7)

1. Ansprüche

   Wärmeableitungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß sie einen ersten Teil (15) aus einem wärmeleitenden Material zur Halterung einer Wärmequelle (13) und einen zweiten Teil (17) aus einem anderen wärmeleitenden Material besitzt, der mechanisch mit dem ersten Teil verbunden ist, wobei der zweite Teil mit wärmeableitenden vorstehenden Flächen (19) ausgebildet ist und das Material des ersten Teils (15) eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Material des zweiten Teils (17) besitzt.
2. 2. Wärmeableitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die vorstehenden Flächen (19) durch Extrusion angeformte Flächen sind.
3. 3. Wärmeableitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Material des zweiten Teils (17) bessere Extrusionseigenschaften aufweist als das Material des ersten Teils (15).
4. 4. WärmeabIeitungavorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindungsstelle des ersten .Teils (15) und des zweiten Teils (17) ein wärmeleitfähiges, fließfähiges Material enthält.
5. 5. Wärmeableitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das wärmeleitfähige Material des ersten Teils (15) Kupfer ist und das wärmeleitfähige Material des zweiten Teils (17) Aluminium ist.
6. 6. Wärmeableitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es eine Vielzahl von zweiten Teilen enthält, die mechanisch mit dem ersten Teil verbunden sind.

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7. 7. Verwendung einer Anordnung nach Anspruch 1 für die Herstellung einer Wärmeableitungsvorrichtung zur Ableitung der Wärme aus einer gemeinsamen Quelle, welche ein Paar von Anordnungen nach Anspruch 1 umfaßt, die an gegenüberliegenden Seiten der Quelle befestigt sind.

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