DE2722142B2

DE2722142B2 - Metallische Gehäusewandung für ein elektronische Bauelemente aufnehmendes Gehäuse

Info

Publication number: DE2722142B2
Application number: DE19772722142
Authority: DE
Inventors: Guenter 8520 Erlangen Wosnitza
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-05-16
Filing date: 1977-05-16
Publication date: 1979-06-13
Also published as: JPS53142182A; DE2722142C3; DE2722142A1

Description

Die Erfindung betrifft eine metallische Gehäusewandung für ein elektronische Bauelemente aufnehmendes Gehäuse, die als Montage- und Kühlfläche für thermisch hochbelastbare Halbleiterbauelemente dient, wobei die Innenfläche und die Außenfläche der Gehäusewandung direkt als Aniageflächen für KUhikörperelemente dienen, von denen jedes nur einen Teil jeder Anlagefläche belegt.

Eine derartige Gehäusewandung ist aus der US-PS 3211346 bekannt. In dieser Patentschrift ist eine metallische Gehäusewandung für ein elektronische Bauelemente aufnehmendes Gehäuse beschrieben deren Innenfläche und Außenfläche direkt als Anlageflächen für Kühlkörperelemente dienen, von denen jedes nur einen Teil jeder Anlagefläche belegt. Die Halbleiterbauelemente liegen an den Kühlkörperelementen am und sind zusammen mit diesen an Gehäusewandung verschraubt. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß je nach Verlustleistung des verwendeten Halbleiterbauelements unterschiedliche Kühlkörperelemente verwendet werden müssen. Daraus ergibt sich eine recht aufwendige Lagerhaltung und ein relativ hoher Preis für die nicht standardisierten Kühlkörperelemente.

Eine metallische Gehäusewandung für ein elektronische Bauelemente aufnehmendes Gehäuse, die als

ίο Montage- und Kühlfläche für thermisch hochbelastete Halbleiterbauelemente dient, ist auch aus der GB-PS 9 62 796 bekannt. Diese Gehäusewandung ist im Querschnitt U-förmig profiliert und weist eine Befestigungsbohrung auf. Da"> auf der Innenfläche der Gehäusewandung angeordnete Halbleiterbauelement ist mit einem Schraubbolzen durch die Befestigungsöffnung isoliert hindurchgeführt und von außen verschraubt. Die Kühlfläche des Halbleiterbauelements ist durch dessen äußere Verschraubung gegen eine Metallplatte gepreßt, die durch eine Isolierschicht gegen die Gehäusewandung isoliert ist Die Metallplatte weist eine größere Räche als die Kühlfläche des Halbleiterbauelements auf und wirkt somit als eine Art Kühlfläche. Die durch die Isolierschicht auf die Gehäusewandung gelangende Verlustwärme wird durch die Gehäusewandung dissipiert Eine derartige Gehäusewandung ist nicht zum Einsatz in. Verbindung mit ieistungsstarken Halbleiterbauelementen geeignet, da die durch sie vermittelte Kühlleistung zu gering ist

jo Ferner sind Gehäusewandungen für elektronische Bauelemente aufnehmende Gehäuse bekannt, die einstückig als verrippte Kühlkörper ausgeführt sind. Hierbei ist es erforderlich, eine Vielzahl von verschiedenen derartigen Gehäusewandungen für den unter-

J5 schiedlichen Kühlbedarf von Halbleiterbauelementen verschiedene Leistungsklassen bereitzuhalten.

Aus dem Sonderdruck »Elektronische Bauelemente 1971« der Firma Assmann und Söhne, Lüdenscheid ist es bekannt, Strangpreßprofile für Kühlkörper zu verwen den. In dieser Literaturstelle ist auch auf die

Verwendung von Wärmeleitpaste zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen Halbleiter und Kühlkörper

hingewiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

■»5 Gehäusewandung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sie mit geringem Kostenaufwand an den Kühlbedarf unterschiedlicher Halbleiterbestückungen anpaßbar ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Halbleiterbauelemente unmittelbar an der Gehäusewandung anliegen und daß beide Aniageflächen mindestens jeweils zwei parallele Montagenuten zu; Aufnahme von Klemmstücken für die Befestigung der Kühlkörperelemente aufweisen. Damit kann — je nach dem Kühlbedarf der auf den Gehäusewandungen untergebrachten Halbleiterbauelemente — die Innen- und/oder Außenfläche mit einer solchen Anzahl von Kuhlkörperelementen versehen werden, daß der der jeweiligen Halbleiterbestückung entsprechende Kühl-

f>o bedarf befriedigt wird. Dabei kann für Geräte mit stark unterschiedlichen Leistungsklassen ein und dieselbe Gehäusewandung eingesetzt werden, die dann jeweils lediglich mit einer angemessenen Anzahl von Kühlkörperelementen versehen wird. Die Aufbringung der Kühlkörperelemente erfolgt mit geringem Aufwand, da diese lediglich mit in den Montagenuten eingebrachten Klemmstücken verschraubt werden, so daß eine Zweipunktbefestigung der Kühlkörper zustande

kommt.

Es ist vorteilhaft, wenn als Kühlkörperelemente Abschnitte eines Strangpreßprofils dienen. Ein derartiges Kühlkörperelement wird somit lediglich von dem aJs Meterware vorliegenden Strangpreßprofil abgesägt und kann anschließend auf die Gehäusewandung aufgeschraubt werden. Derartige Kühlkörperelemente sind somit sehr preisgünstig. Da sie darüber hinaus nur einen Teil jeder Anlagefläche belegen, ist eine optimale Anpassung an den Kühlbedarf der HaJbleiterbestükkung und damit der Geräteleistung möglich. Auch der geänderte Kühlbedarf bei einer etwaigen Änderung der Halbleiterbestückung einer Gehäusewandung kann durch Hinzufügung oder Wegnahme von Kühlkörperelementen mit geringem Aufwand gedeckt werden.

Aus Kostengründen ist es vorteilhaft, wenn die Gehäusewandung als Strangpreßprofil gefertigt ist

In ein^r bevorzugten Ausführungsform ist von den einander zugewandten Flächen von Kühlkörperelement und Gehäusewandung mindestens eine in allen zu den Montagenuten senkrechten Schnitten leicht konvex gekrümmt Damit liegt immer eine leich: konvex gekrümmte Fläche an einer ebenen oder ebenfalls leicht konvex gekrümmten Fläche an so daß wegen der durch die Befestigung vermittelten Zweipunktauflage eine großflächige Berührung zwischen der Gehäusewandung und den Kühlkörperelementen gesichert ist. Diese großflächige Berührung gewährleistet einen guten Wärmeübergang zwischen der Gehäusewandung und den aufgesetzten Kühlkörperelementen.

Zur Verbesserung des Wärmeübergangs kann zwischen die einander zugewandten Flächen von Kühlkörperelement und Gehäusewandung eine Wärmeleitpaste eingebracht sein.

Es ist vorteilhaft, wenn die Gehäusewandung als Seitenwand eines Gehäuses dient wenn die Halbleiterbauelemente von außen auf die Gehäusewandung wärmekontaktschlüssig aufgesetzt sind und wenn die Montagenuten horizontal und die Kühlrippen der Kühlkörpere'?mente vertikal verlaufen. In dieser Ausgestaltung wird die optimale Kühlung der Gehäusewandung erreicht wobei die Anschlüsse der Halbleiterbauelemente durch die Gehäusewandung hindurch im Inneren des Gehäuses zur Verfügung stehen.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die äußeren Kühlrippen jedes Kühlköperelements eine nach außen gewandte Längsnut auf. In die einander gegenüberliegenden Längsnuten von zwei zu beiden Seiten eines oder mehrerer Halbleiterbauelemente angeordneter Kühlkörpc^relemente kann eine Abdeckplatte eingeschoben werden, die die Beriihrungssicherheit und de.i mechanischen Schutz der Halbleiterbauelemente sichert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Figur dargestellter. Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Außenfläche 3 der als Seitenfläche dienenden Gehäusewandung I des Gehäuses 11 ist wärmekontaktschlüssig mit zwei Halbleiterbauelementen 12 bestückt, die übereinander angeordnet sind. Durch den direkten Wärmekentakt zwischen Gehäusewandung 1 und Halbleiterbauelementen 12 wirkt die Gehäusewandung als Kühlfläche. Die Außenfläche 3 weist oberhalb und unterhalb der beiden Halbleiterbauelemente 12 horizontal verlaufende Montagenuten 5 auf. Die Montagenuten 5 sind so gestaltet, daß sie ein als Vierkantmutter ausgeführtes Klemmstück 7 aufnehmen können. Die Innenfläche 2 der Gehäusewandung 1 ist ebenfalls mit zwei horizontal verlaufenden Montagenuten mit einem zur Aufnahme derselben Klemmstücke 7 geeigneten Querschnitt versehen.

Im Ausführungsbeispiel sind vier Kühlkörperelemente 4 vorgesehen, die auf der Außenfläche 3 der Gehäusewand 1 aufzubringen sind. Die wärmekontaktschlüssige Befestigung der Kühlkörperelemente 4 erfolgt durch Verschraubung. Zu diesem Zweck werden Befestigungsschrauben 8 durch Bohrungen 9 in den

ίο Kühlkörperelementen 4 hindurchgesteckt und mit den in den Montagenuten 5 eingelegten Klemmstücken 7 verschraubt Jedes Kühlkörperelement 4 weist dafür zwei durchgehende Bohrungen 9 auf, deren Abstand gleich dem Abstand der Montagenuten 5 ist Um eine besonders intensive Berührung zwischen der Gehäusewandung 1 und den Kühlkörperelementen 4 sicherzustellen, sind die Auflageflächen der Kühlkörperelemente 4 leicht konvex gewölbt Die konvexe Wölbung der Auflagefläche der Kühlkörperelemente 4 ist zur Veranschaulichung stark übertrieben in Form der gestrichelten Linie 10 dargestellt. Die innenfläche 2 und die Außenfläche 3 der Gehäusewandung 1 ist entweder plan oder weist ebenfalls eine ganz leichte konvexe Krümmung auf. Beim Anschrauben der Kühlkörperelemente 4 durch jeweils zwei im Abstand befindliche Befestigungsschrauben 8 kommt somit eine wärmekontaktschlüssige Anlage der aneinanderliegenden Teilflächen der Kühlkörperelemente 4 und der Gehäusewandung 1 zustande. Dieser gute Wärmekontaktschluß

jo stellt die wirksame Kühlung der ebenfalls wärmekontaktschlüssig auf der Gehäusewandung 1 befestigten Halbleiterbauelemente 12 sicher. Das Einbringen einer Wärmepaste zwischen die einander zugewandten Flächen der Kühlkörperelemente 4 und der Gehäuse-

J5 wandung 1 verbessert den Wärmeübergang noch weiter.

Für den Fall, daß durch die vier im Ausführungsbeispiel vorgesehenen Kühlkörperelemente noch keine voll befriedigende Kühlung der Halbleiterbauelemente 12 Zustandekommen sollte, kann auch die Innenfläche 2 derOehäusewandung 1 mit baugleichen Kühlkörperelementen 4 versehen werden. Dies ist in der Figur gestrichelt angedeutet. Die auf der Innenseite 2 befindlichen Kühlkörperelemente 4 werden, ebenso wie die auf der Außenfläche 3 befindlichen, über Mcntagenuten 5. Klemmkörper 7 und Befestigungsschrauben 8 mit der Gehäusewandung verbunden. Aus der Figur geht hervor, daß die äußeren Kühlrippen 13 jedes Kühlkörperelements seitlich eine nach außen gewandte

ϊο Längsnut 14 aufweisen. Die Längsnuten 14 der beiden Kühlkörperelementc 14, die links und rechts an die Halbleiterbauelemente 22 angrenzen, dienen zur Aufnahme einer Abdeckplatte 15, die nach dem Einschieben de.i Berührungsschutz und den Schutz der Halbleiterbauelemente 12 gegen mechanische Einwirkungen gewährleistet. Die Kühlkörperelemente 4 sowie die Gehäusewandung 1 können mit geringem Fertigungsaufwand als Strangpreßprofile aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt werden. Von

μ wesentlicher Bedeutung ist eine gute Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes für die Gehäusewandung 1 und für die Kühlkörperelemente 4 sowie geringe Wärmewiderstände in diesen Elementen sowie an den Übergangsflächen zwischen diesen Elementen, wobei ein guter

fn Wärmeübergang zwkrhen den Halbleiterbauelementen 12 und der Gehäusewandung 1 vorausgesetzt ist.

Anstelle der horizontalen Montagenuten 5 in der Gehäusewandung 1 können auch vertikale Montaecnu-

ten 5 vorgesehen werden. Anstelle der jeweils fünf Kühlrippen 13 aufweisenden Kühlkörperelemente 4, können auch Kühlkörperelemente mit einer abweichenden Zahl oder Gestalt von Kühlrippen eingesetzt werden. Wesentlich ist lediglich eine effektive Kühlwirkung sowie der gute Wärmeübergang zwischen der Gehäusewandung 1 und diesen Kuhlkörperelementen bei gleichzeitiger Montagefreundlichkeit.

Jede der Deckflächen des quaderförmigen Gehäuses Il kann als eine solche mit Kühlkörperelementen 4 bestückbare Gehäusewandung 1 ausgeführt sein. Darüber hinaus kann eine weitere solche Gehäusewandung anstelle einer Leiterplatte 6 auch im Gehäuseinneren

zur Aufnahme und Kühlung von weiteren thermisc! hochbelasteten Bauelementen montiert werden. Aue) diese »Gehäusewandung« wird nach Bedarf mit der Kühlkörperelementen 4 bestückt.

Zusammenfassend IaBt sich feststellen, daß durch di( erfindungsgemäße Verbindung einer erfindungsgemäC gestalteten Gehäusewandung mit kostengünstiger Kühlkörpern ein fertigungstechnisch einfaches, jedocl· thermisch wirksames und für den unterschiedlicher Kühlbedarf von auf der Gehäusewandung oder auch irr Gehäuseinneren untergebrachten Halbleiterbauele menten optimal abstimmbares Montage- und Kühlsy stern vorgegeben ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Metallische Gehäusewandung für ein elektronische Bauelemente aufnehmendes Gehäuse, die als Montage- und Kahlfläche für thermisch hochbelastbare Halbleiterbauelemente dient, wobei die Innenfläche und die Außenfläche der Gehäusewandiing direkt als Aniageflächen für Kühlkörperelemente dienen, von denen jedes nur einen Teil jeder Anlagefläche belegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterbauelemente (12) unmittelbar an der Gehäusewandung (1) anliegen und daß beide Anlageflächen (2, 3) mindestens jeweils zwei parallele Montagenuten (5) zur Aufnahme von Klemmstücken (7) für die Befestigung (8) der Kühlkörperelemente (4) aufweisen.

2. Gehäusewandung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlkörpereiemente (4) Abschnitte eines Strangpreßprofils dienen.

3. Gehäusewandung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie (1) als Strangpreßprofil gefertigt ist

4. Gehäusewandung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von den einander zugewandten Flächen von Kühlkörperelement (4) und Gehäusewandung (1) mindestens eine in allen zu den Montagenuten (5) senkrechten Schnitten leicht konvex (10) gekrümmt ist.

5. Gehäusewandung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die einander zugewandten Flächen von Kühlkörperelement 14) und Gehäuse wandung (1) eine Wärmeleitpaste eingebracht ist

6. Gehäusewandung nich den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß · 'e als Seitenwand eines Gehäuses (11) dient, daß die Halbleiterbauelemente (12) von außen auf die Gehäusewandung (11) wärmekontaktschlüssig aufgesetzt sind und daß die Montagenuten (5) horizontal und die Kühlrippen (13)der Kühlkörperelemente(4) vertikal verlaufen.

7. Gehäusewandung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Kühlrippen (13) jedes Kühlkörperelements (4) eine nai:l« außen gewandte Längsnut (14) aufweisen.

8. Gehäusewandung nach den Ansprüchen I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie auch im Gehäuseinneren als Trag- und Kühlelement für thermisch hochbelastete Bauelemente eingesetzt ist.