DE2722142B2 - Metallic housing wall for a housing accommodating electronic components - Google Patents
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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.The invention relates to a metallic housing wall for an electronic component receiving unit Housing that serves as a mounting and cooling surface for thermally highly resilient semiconductor components, the Inner surface and the outer surface of the housing wall directly as contact surfaces for cow body elements serve, each of which occupies only part of each contact surface.
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 amSuch a housing is known from US-PS 32 11 346th In this patent specification, a metallic housing wall for a housing receiving electronic components is described, the inner surface and outer surface of which serve directly as contact surfaces for heat sink elements, each of which occupies only part of each contact surface. The semiconductor components rest on the heat sink elements 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.and are screwed together with these to the housing wall. The disadvantage of this arrangement is that each different heat sink elements are used depending on the power dissipation of the semiconductor component used Need to become. This results in a rather expensive storage and a relatively high price for the non-standardized heat sink elements.
Eine metallische Gehäusewandung für ein elektronische Bauelemente aufnehmendes Gehäuse, die alsA metallic housing wall for an electronic component receiving housing, which as
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 derίο Mounting and cooling surface for thermally high loads Used for semiconductor components is also known from GB-PS 9 62 796. This housing wall is in Cross-section profiled in a U-shape and has a mounting hole. There "> on the inner surface of the 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 eineThe semiconductor component arranged on the housing wall is guided insulated with a screw bolt through the fastening opening and screwed from the outside. The cooling surface of the semiconductor component is by its outer screwing against a 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 GehäusewandungMetal plate pressed against by an insulating layer the housing wall is insulated. The metal plate has a larger area than the cooling surface of the semiconductor component and thus acts as a type of cooling surface. The through the insulating layer on the housing wall 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 istAny heat loss that occurs is dissipated through the housing wall. Such a housing wall is Not suitable for use in connection with high-performance semiconductor components, as they mediated cooling capacity is too low
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-jo Furthermore, housing walls are for electronic Housing is known which accommodates components and which are designed in one piece as ribbed heat sinks. Here it is necessary to have a large number of different such housing walls for the under-
J5 schiedlichen Kühlbedarf von Halbleiterbauelementen verschiedene Leistungsklassen bereitzuhalten.J5 different cooling requirements of semiconductor components to have different performance classes ready.
Aus dem Sonderdruck »Elektronische Bauelemente 1971« der Firma Assmann und Söhne, Lüdenscheid ist es bekannt, Strangpreßprofile für Kühlkörper zu verwenIt is from the special print "Electronic Components 1971" by Assmann und Söhne, Lüdenscheid known to use extruded profiles for heat sinks den. In dieser Literaturstelle ist auch auf diethe. This reference also refers to the
hingewiesen.pointed out.
■»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,■ »5 Housing wall of the type mentioned at the beginning so to be designed so that it can be adapted to the cooling requirements of different semiconductor assemblies at low cost. The object is achieved according to the invention by 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 — jethat the semiconductor components directly on the The housing wall and that both abutment surfaces have at least two parallel assembly grooves each to; Have recording of clamping pieces for fastening the heat sink elements. So can - ever 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-according to the cooling requirement of the semiconductor components accommodated on the housing walls - the inner and / or outer surface are provided with such a number of heat sink elements that the respective semiconductor assembly corresponding cooling
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 derf> o needs are met. It can be used for devices with strong different performance classes one and the same housing wall are used, which then each is merely provided with an appropriate number of heat sink elements. The application of the Kühlkörperelemente erfolgt mit geringem Aufwand, da diese lediglich mit in den Montagenuten eingebrachten Klemmstücken verschraubt werden, so daß eine Zweipunktbefestigung der Kühlkörper zustandeHeat sink elements are made with little effort, since these are only introduced into the assembly grooves Clamping pieces are screwed so that a two-point fastening of the heat sink is achieved
kommt.comes.
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.It is advantageous if sections of an extruded profile are used as heat sink elements. Such a thing The heat sink element is thus only sawn off from the extruded profile available by the meter and can then be screwed onto the housing wall. Such heat sink elements are therefore very inexpensive. Since they also only occupy part of each contact surface, is an optimal one Adaptation to the cooling requirements of the semiconductors and thus the device output is possible. Also the changed cooling requirement in the event of a change in the semiconductor assembly of a housing wall can be covered with little effort by adding or removing heat sink elements.
Aus Kostengründen ist es vorteilhaft, wenn die Gehäusewandung als Strangpreßprofil gefertigt istFor reasons of cost, it is advantageous if the housing wall is made as an extruded profile
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.In a preferred embodiment of the facing surfaces of the heat sink element and housing wall at least one in all to the Mounting grooves, vertical cuts, slightly curved in a convex manner curved surface on a flat or also slightly convexly curved surface so that because of the through the two-point support provided a large-area contact between the housing wall and is secured to the heat sink elements. This extensive contact ensures a good Heat transfer between the housing wall and the attached heat sink elements.
Zur Verbesserung des Wärmeübergangs kann zwischen die einander zugewandten Flächen von Kühlkörperelement und Gehäusewandung eine Wärmeleitpaste eingebracht sein.To improve the heat transfer, between the mutually facing surfaces of the heat sink element and a thermal paste can be introduced into the housing wall.
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.It is advantageous if the housing wall serves as a side wall of a housing when the semiconductor components are placed from the outside on the housing wall with thermal contact and if the Mounting grooves run horizontally and the cooling fins of the heat sink elements run vertically. In this Embodiment, the optimal cooling of the housing wall is achieved with the connections of the semiconductor components are available through the housing wall inside the housing.
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 Kühlkörpcrelemente kann eine Abdeckplatte eingeschoben werden, die die Beriihrungssicherheit und de.i mechanischen Schutz der Halbleiterbauelemente sichert.In a preferred embodiment, the outer cooling ribs of each cooling body element have an outwardly facing longitudinal groove. In the opposite longitudinal grooves of two on both sides of one or more semiconductor components arranged Kühlkörpc r elements can be inserted a cover plate which secures the Beriihrungssicherheit and de.i mechanical protection of the semiconductor devices.
Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Figur dargestellter. Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention is illustrated below with reference to that shown in the figure. Embodiment explained in more detail.
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.The outer surface 3 of the housing wall I of the housing 11, which serves as a side surface, is fitted with two semiconductor components 12, which are arranged one above the other, in a thermally bonded manner. Due to the direct heat cycle between the housing wall 1 and semiconductor components 12, the housing wall acts as a cooling surface. The outer surface 3 has mounting grooves 5 running horizontally above and below the two semiconductor components 12. The assembly grooves 5 are designed so that they can accommodate a clamping piece 7 designed as a square nut. The inner surface 2 of the housing wall 1 is also provided with two horizontally running assembly grooves with a cross section suitable for receiving the same clamping pieces 7.
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 denIn the embodiment, four heat sink elements 4 are provided on the outer surface 3 of the Housing wall 1 are to be applied. The thermal contact The heat sink elements 4 are fastened by screwing. Be for this purpose Fixing screws 8 through holes 9 in the
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 Wärmekontaktschlußίο heat sink elements 4 inserted and with the In the mounting grooves 5 inserted clamping pieces 7 screwed. Each heat sink element 4 has for this purpose two through holes 9, the distance between which is equal to the distance between the mounting grooves 5 to one to ensure particularly intensive contact between the housing wall 1 and the heat sink elements 4, the bearing surfaces of the heat sink elements 4 are slightly convex. The convex curvature of the The support surface of the heat sink elements 4 is greatly exaggerated in the form of FIG dashed line 10 shown. The inner surface 2 and the outer surface 3 of the housing wall 1 is either flat or also has a very slight convex curvature. When screwing on the heat sink elements 4 by means of two spaced apart fastening screws 8, there is thus a thermal contact System of the adjacent partial surfaces of the heat sink elements 4 and the housing wall 1 comes about. This good thermal contact connection
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-jo provides the effective cooling of the likewise thermal contact on the housing wall 1 attached semiconductor components 12 securely. Bringing in a Heat paste between the facing surfaces of the heat sink elements 4 and the housing
J5 wandung 1 verbessert den Wärmeübergang noch weiter.J5 wall 1 improves the heat transfer even further.
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 gewandteIn the event that the four heat sink elements provided in the exemplary embodiment do not yet have any Should fully satisfactory cooling of the semiconductor components 12 occur, the inner surface 2 can also derOehäusewandung 1 with structurally identical heat sink elements 4 are provided. This is indicated by dashed lines in the figure. The inside 2 Located on the heat sink elements 4, like those on the outer surface 3, via Mcntagenuten 5. Clamping body 7 and fastening screws 8 connected to the housing wall. From the figure it can be seen that the outer cooling fins 13 of each heat sink element laterally one facing outwards
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. Vonϊο have longitudinal groove 14. The longitudinal grooves 14 of the two Heat sink elements 14, which adjoin the semiconductor components 22 on the left and right, are used for receiving a cover plate 15, which after insertion de.i contact protection and the protection of the semiconductor components 12 guaranteed against mechanical effects. The heat sink elements 4 and the Housing wall 1 can be made of aluminum or extruded with little manufacturing effort an aluminum alloy. from
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 guterμ Good thermal conductivity is essential the material for the housing wall 1 and for the heat sink elements 4 and low thermal resistance in these elements as well as at the transition surfaces between these elements, being a good one
fn Wärmeübergang zwkrhen den Halbleiterbauelementen 12 und der Gehäusewandung 1 vorausgesetzt ist.For heat transfer between the semiconductor components 12 and the housing wall 1 is required.
Anstelle der horizontalen Montagenuten 5 in der Gehäusewandung 1 können auch vertikale Montaecnu-Instead of the horizontal mounting grooves 5 in the housing wall 1, vertical mounting grooves can also be used.
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.th 5 are provided. Instead of the five cooling fins 13 each having heat sink elements 4, Heat sink elements with a different number or shape of cooling fins can also be used will. All that is essential is an effective cooling effect and good heat transfer between the Housing wall 1 and these heat sink elements while being easy to assemble.
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 GehäuseinnerenEach of the top surfaces of the cuboid housing II can be provided with heat sink elements 4 as such be equipped housing wall 1 executed. In addition, another such housing wall instead of a printed circuit board 6 also inside the housing
zur Aufnahme und Kühlung von weiteren thermisc! hochbelasteten Bauelementen montiert werden. Aue) diese »Gehäusewandung« wird nach Bedarf mit der Kühlkörperelementen 4 bestückt.for receiving and cooling further thermal! highly stressed components are mounted. Floodplain) this “housing wall” is fitted with the heat sink elements 4 as required.
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.In summary it can be stated that through di ( connection according to the invention of a housing wall designed according to the invention with a more cost-effective Heat sinks are simple in terms of production technology, but thermally effective and different for the different Cooling requirement of semiconductor components placed on the housing wall or inside the housing Menten optimally coordinated assembly and cooling system is given.
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPS53142182A (en) | 1978-12-11 |
DE2722142C3 (en) | 1980-02-14 |
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