DE3601140A1

DE3601140A1 - Device for liquid cooling of an electrical component, especially a semiconductor component

Info

Publication number: DE3601140A1
Application number: DE19863601140
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Duell; Hans Kaiser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-01-16
Filing date: 1986-01-16
Publication date: 1987-07-23
Also published as: JPS62172746A

Abstract

The electrical component (11) is arranged in an electrically and thermally conductive manner on a heat sink (1) which has at least one cooling duct (2) whose wall is connected without any cavities to an electrical insulating layer (6). The ends of the cooling duct (2) have connecting means, which are electrically insulated from the heat sink (1), for coolant lines. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Flüssig keitskühlung eines elektrischen Bauelementes, insbesondere Halbleiter-Bauelementes.The invention relates to a device for a liquid Speed cooling of an electrical component, in particular Semiconductor component.

Bei einem Halbleiter-Gleichrichtergerät mit einer Reihen parallelschaltung von Gleichrichterzellen ist es aus der DE-C-12 08 008 bekannt, je eine Gleichrichterzelle an einem Klemmstück anzubringen und zur Verbindung der Gleichrichterzellen jeder Reihe untereinander die Klemm stücke unter Verwendung von Gegenstücken auf zwei wasser durchflossenen metallenen Kühlrohren unter Zwischenlage dünner Isolierschichten aufzureihen. Bei dieser Ausfüh rung ist ein guter Wärmeübergang vom Klemmstück zur Iso lierschicht und von dort zum Kühlrohr nur bei einer exak ten Anpassung der isolierten zylinderförmigen Ausspa rungen der Klemmstücke an den Außendurchmesser der Kühl rohre gewährleistet.In a single-row semiconductor rectifier device it is from the parallel connection of rectifier cells DE-C-12 08 008 known, each to a rectifier cell to attach a clamp and to connect the Rectifier cells of each row clamp each other pieces using counterparts on two water flowed through metal cooling tubes with intermediate layer to line up thin layers of insulation. With this execution is a good heat transfer from the clamping piece to the insulation layer and from there to the cooling pipe only with an exact one adaptation of the isolated cylindrical recess of the clamping pieces on the outside diameter of the cooling pipes guaranteed.

Aus dem DE-GM 75 39 808 ist eine Kühleinrichtung zur Flüssigkeitskühlung elektrischer Bauteile bekannt, bei der zur Trennung des elektrischen Potentials der Kühl flüssigkeit von den Potentialen der Bauteile als Kühl mittelleitung ein elektrisch isolierendes Rohr verwen det wird und die zu kühlenden elektrischen Bauteile an schellenartig um das Rohr gelegten Kühlkörpern befestigt sind. From DE-GM 75 39 808 a cooling device for Liquid cooling of electrical components known, at to separate the electrical potential of the cooling liquid from the potentials of the components as cooling use an electrically insulating pipe in the center line det and the electrical components to be cooled attached to the heat sink clamped like a pipe are.

Ferner ist aus dem DE-GM 75 39 365 eine Halbleiter-Gleich richteranordnung bekannt, bei der auf einer mit Kühlkanä len versehenen Kontaktplatte thermisch gut leitende Iso lierstoffscheiben angeordnet sind, an der ungekapselte Gleichrichterelemente befestigt sind.Furthermore, from DE-GM 75 39 365 is a semiconductor match judge arrangement known, in the one with a cooling channel len provided contact plate thermally well conductive Iso Lierstoff disks are arranged on the unencapsulated Rectifier elements are attached.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssig keitskühlung eines elektrischen Bauelementes, insbeson dere Halbleiter-Bauelementes, das elektrisch und ther misch leitend an einem Kühlkörper angeordnet ist, unter Verwendung eines elektrisch leitenden Kühlmittels derart auszubilden, daß eine größere Einfachheit im Aufbau bei einem besseren Wärmeübergang erzielt wird.The invention has for its object a liquid Speed cooling of an electrical component, in particular dere semiconductor component, the electrical and ther is arranged mixed on a heat sink, under Use of an electrically conductive coolant in such a way train that at greater simplicity in construction a better heat transfer is achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung für eine Flüssigkeitskühlung eines elektrischen Bauele mentes, insbesondere Halbleiter-Bauelementes gelöst, das elektrisch und thermisch leitend an einem Kühlkörper an geordnet ist, welcher mindestens einen Kühlkanal hat, dessen Wandung mit einer elektrischen Isolierschicht hohlraumfrei verbunden ist, wobei die Enden des Kühlka nals gegenüber dem Kühlkörper elektrisch isolierende An schlußmittel für die Kühlmittelleitungen aufweisen.This object is achieved by a device for liquid cooling of an electrical component mentes, in particular semiconductor device solved that electrically and thermally conductive on a heat sink is ordered, which has at least one cooling channel, its wall with an electrical insulating layer is connected void-free, the ends of the Kühlka nals to the heat sink electrically insulating have closing means for the coolant lines.

Durch die Erfindung wird gegenüber den bekannten Ausfüh rungen, bei denen Wärme zwischen aneinandergepreßten Teilen übertragen wird, der Wärmeübergang wesentlich verbessert, da im Übertragungsweg Luftschichten voll ständig vermieden und der Wärmeübertragungsweg selbst kleingehalten werden kann. Die Vorrichtung bildet ein kompaktes Bauelement, das unempfindlich gegen äußere Einwirkungen bei der Montage, bei der Wartung und im Betrieb ist.The invention is compared to the known Ausfü stances where heat between pressed together Parts are transferred, the heat transfer is essential improved because air layers are full in the transmission path constantly avoided and the heat transfer path itself can be kept small. The device forms one compact component that is insensitive to external Actions during assembly, maintenance and Operation is.

Besonders vorteilhaft ist es, zwei gegenüberliegende Seiten des Kühlkörpers als Kontaktflächen für druckkon taktierte Halbleiter-Bauelemente auszubilden. Dabei kann der Kühlkörper bei Verwendung einer elektrisch leitenden Kühlflüssigkeit als Stromzuführung dienen. Bei Verwendung von Leitungswasser als Kühlflüssigkeit können Entionisie rungsanlagen eingespart werden.It is particularly advantageous to have two opposite Sides of the heat sink as contact surfaces for pressure con to form clocked semiconductor components. It can the heat sink when using an electrically conductive Coolant serve as power supply. Using Tap water as a coolant can deionize systems can be saved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims 2 to 5 specified.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:Embodiments of the invention are in the drawing shown. In it show:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Kühlkörper, Fig. 1 shows a section through a heat sink,

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht aus Fig. 1, Fig. 2 is an enlarged partial view of FIG. 1,

Fig. 3 eine andere Anschlußmöglichkeit eines Kühlkörpers und Fig. 3 shows another way of connecting a heat sink and

Fig. 4 eine Baugruppe aus beidseitig gekühlten, druckkon taktierten Halbleiter-Bauelementen. Fig. 4 shows an assembly of cooled on both sides, Druckkon clocked semiconductor components.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Kühlkörper aus Metall bezeichnet, auf dem die zu kühlenden elektrischen Bauelemente, insbe sondere Halbleiter-Bauelemente unmittelbar, d.h. ohne Zwi schenlage einer Isolierschicht angeordnet werden. In dem Kühlkörper 1 ist ein Kühlkanal 2 angeordnet. Die Wandung des Kühlkanals ist mit einer elektrischen Isolierschicht 3 durch Aufkleben, Aufdampfen, Spritzen, Schweißen, Gießen oder Schmelzen hohlraumfrei verbunden. Die Enden des Kühl kanals 2 weisen gegenüber dem metallischen Kühlkörper 1 elektrisch isolierende Anschlußmittel für Kühlmittellei tungen auf. Als Anschlußmittel dienen an den Enden des Kühlkanals 2 im Kühlkörper 1 vorgesehene Bohrungen 4, 5. Diese Bohrungen sind mit einer eine elektrische Isolier schicht 6 aufweisenden Innengewinde 7 versehen, in die ein Gewindestutzen 8 der Kühlmittelleitung 9 einschraubbar ist (Fig. 2). In Fig. 1, 1 denotes a heat sink made of metal, on which the electrical components to be cooled, in particular special semiconductor components, are arranged directly, ie without the interposition of an insulating layer. A cooling duct 2 is arranged in the cooling body 1 . The wall of the cooling channel is connected to an electrical insulating layer 3 by gluing, vapor deposition, spraying, welding, casting or melting without any cavities. The ends of the cooling channel 2 have compared to the metal heat sink 1 electrically insulating connection means for coolant lines. Bores 4 , 5 provided in the heat sink 1 at the ends of the cooling channel 2 serve as connection means. These holes are provided with an electrical insulating layer 6 internal thread 7 , into which a threaded connector 8 of the coolant line 9 can be screwed ( Fig. 2).

Wie Fig. 3 zeigt, kann als Anschlußmittel auch eine an den Enden des Kühlkanals 2 angebrachte mit einem elektri schen Isolierbelag 6 versehener Anschlußstutzen 10 dienen.As shown in Fig. 3, a connector provided at the ends of the cooling channel 2 with an electrical insulating covering 6 can also serve as connecting means 10 .

Im Bereich der Kühlmittelanschlüsse ist es vorteilhaft, die Isolierschicht 6 dicker zu wählen als die Isolier schicht 3 im Kühlkanal selbst. Die Isolierschicht 6 um schließt dabei auch die nähere Umgebung der Anschlüsse, um eine sichere Isolierung zu gewährleisten.In the area of the coolant connections, it is advantageous to choose the insulating layer 6 thicker than the insulating layer 3 in the cooling channel itself. The insulating layer 6 also encloses the immediate vicinity of the connections in order to ensure reliable insulation.

Die in Fig. 4 gezeigte Baugruppe besteht aus zwischen Kühlkörpern 1 angeordneten zweiseitig gekühlten, druck kontaktierten Halbleiter-Bauelementen 11. Hierbei sind jeweils zwei einander gegenüberliegende Seiten 12 der Kühlkörper 1 als Kontaktflächen für die druckkontaktier ten Halbleiter-Bauelemente 11 ausgebildet. Die Halblei ter-Bauelemente und Kühlkörper werden durch Spannelemen te zusammengehalten, die aus Spannschrauben 13 und Mut tern 14 sowie aus Druckstücken 15 und Spannbügeln 16 be stehen.The assembly shown in FIG. 4 consists of double-cooled, pressure-contacted semiconductor components 11 arranged between heat sinks 1 . Here, two mutually opposite sides 12 of the heat sink 1 are formed as contact surfaces for the pressure-contacting th semiconductor components 11 . The semiconductors and heat sinks are held together by clamping elements, which consist of clamping screws 13 and nuts 14 and pressure pieces 15 and clamps 16 .

Die Kühlkörper 1 dienen zugleich als Stromschienen, die mit Anschlußfahnen 17 versehen sind.The heat sink 1 also serve as busbars, which are provided with connecting lugs 17 .

Claims

1. Device for liquid cooling of an electrical component's, in particular semiconductor component ( 11 ) which is arranged in an electrically and thermally conductive manner on a cooling body ( 1 ) which has at least one cooling channel ( 2 ), the wall of which with an electrical insulating layer ( 6 ) is connected cavity-free, the ends of the cooling channel ( 2 ) with respect to the heat sink ( 1 ) having electrically insulating connecting means for coolant lines.

2. Device according to claim 1, in which the connection means at the ends of the cooling channel ( 2 ) in the heat sink ( 1 ) provided holes ( 4 , 5 ) with an electrical insulating layer ( 6 ) having an internal thread ( 7 ), into which a threaded connector ( 8 ) of the coolant line ( 9 ) is screwable.

3. Apparatus according to claim 1, in which serve as connecting means at the ends of the cooling channel ( 2 ), with an electrical insulating layer ( 6 ) provided connecting piece ( 10 ).

4. The device according to claim 3, wherein the connecting pieces ( 10 ) with an electrical insulating coating ( 6 ) aufwei send external thread are provided.

5. Apparatus according to claim 3 or 4, wherein the insulating layer ( 6 ) on the connection means with respect to the insulating layer in the cooling channel ( 2 ) is reinforced.

6. Device according to one of the preceding claims, wherein the heat sink ( 1 ) is formed in one piece.

7. The device according to claim 6, in which two mutually opposite sides ( 12 ) of the heat sink ( 1 ) are formed as contact surfaces for through-contacted semiconductor components ( 11 ).