Устройство для охлаждения полупроводниковых приборов Советский патент 1983 года по МПК H01L23/36 H05K7/20 

2.Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, мто пазы ориентированы под углом навстречу потоку

.охлаждающей жидкости в канале.

3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся

тем, что площадь поперечного сечения каждого канала паза пропорциональна разности длин соответствующих смежных витков спивхода канала до эторалей . от го паза.

Изобретение относится к устройствам охлаждения с помощью жидкости полупроводниковых приборов сравнительно больших мощностей и может быть использовано в электротехнической и электронной областях промышленности, а также в производстве средств связи.

Известны устройства для охлаждения полупроводниковых приборов, например тиристоров, выполненные в виде контактной пластины, имеющей канал для охлаждающей жидкости, который может быть выполнен спиральным Cl .

Основным недостатком указанной конструкции является неравномерность поля температур в пределах поверхности контакта с полупроводниковым прибором из-за повышения температуры охлаждающей жидкости по мере продвижения ее в канале пластины.

Наиболее близким техническим решениём к предложенному является устройство для охлаждения полупроводниковых приборов, содержащее контактную пластину с рабочими поверхностями и с каналом для охлаждающей жидкости, выполненным в виде двух , спиралей, бифилярно соединенных между собой С2 .

Однако для наиболее эффективного отбора тепла в подобных конструкциях должно выполняться по крайней мере два условия. Первое; для получения максимальной теп.лопередачи на границе стенка пластины - охлаждающая жидкость скорость течения охлаждающей жи/ кости должна быть строго регламентирована. Второе: для обеспечения максимальной разницы температур между жидкостью в пограничном слое и нагретой поверхностью, а также увеличе ния теплового потока от пограничного слоя должно обеспечиваться эффективное перемешивание слоев в потоке j

лаждающеи жидкости, т.е. высокая турбулизация потока, что может быть достигнуто в известной конструкции увеличением скорости течения охлаждающей жидкости, а это противоречит первому условию. Известно также, что при больших числах Рейнольдса теплопередача на границе стенка пластины охлаждающая жидкость уменьшается за счет срывных явлений в пограничном слое, уменьшающих площадь теплового контакта пластины с охлаждающей жидкостью. Кроме того, в результате прогрева всёймассы пластины до температуры более высокой, чем температура охлаждающей жидкости, теплообмен между соседними каналами не происходит и выравнивание поля температур определяется только чередованием каналов с холодной и уже разогретой охлаждающей жидкостью. Таким образом, снижаются возможности выравнивания поля температур на контактных поверхностях устройства и тем самым ухудшается тепловой режим работы полупроводниковых приборов, что приво-о дит к использованию их при значительно мен ьших мощностях.

Цель изобретения - повышение эффективности охлаждения путем обеспечения равномерного теплового поля на контактной пластине.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для охлаждения полупроводниковых приборов, содержащем контактную пластину с рабочими поверхностями и с каналом для охлаждающей жидкости, выполненным в виде двух спиралей, бифилярно соединенных между собой, спирали расположены в одной плоскости, параллельной рабочим поверхностямг, контактной пластины, причем между смежными винтками спиралей канала выполнены сообщающиеся с ними пазы, поперечное сечение которых меньше поперечного сечения канала Пазы ориентированы под углом навстречу потоку охлаждающей жидкости в канале. Площадь поперечного сечения каждого паза пропорциональна разности длин соответствующих смежных витков спиралей от входа канала до этого паза. На фиг. 1 показано устройство для охлаждения полупроводниковых приборов в сечении в плоскости параллельной рабочим поверхностям контактного элемента устройства; на фиг. 2 - то же, сечение А-А на фиг. Т. Устройство содержит контактную пластину 1 из тепло-и электропровод ного материала, выполненную как одно целое с токоподврдом 2 и содержащую канал 3 для охлаждающей жидкости, представляющий собой две плоские спирали, соединенные бифилярно между собой и снабженные входным и выход ным 5 отверстиями. Плоскость располо жения канала для охлаждающей жидкости параллельна рабочим поверхностям и 7 контактной пластины 1. Между смеж ными витками спиралей Б и В выполнены соединяющие их пазы 8, сопряженны с этими витками и ориентированные под углом навстречу потоку охлаждающей жидкости, имеющими различные сечения площадь которых пропорциональна разности путей, которые проходит охлаждающая жидкость в смежных витках спи ралей канала 3 от входа k до соединяющего их паза 8, т.е. площадь попе речного сечения каждого паза пропор циональна разности длин соответствую щих смежных витков. На (. 1 направление втекающего потока жидкости обозначено стрелкой Б, а вытекающего потока - стрелкой В На фиг. 1 видно, что витки плоских спиралей канала 3 чередуются. Витки спиралей с горячей и холодной охлаждающей жидкостью расположены попеременно близко один к другому. В олном и том же сечении разность температур между входным витком спирали канала 3 и, например,- левым соседним смежным с ним витком канала 3 меньше, чем между тем же входным витком канала 3 и правым соседним смежным с ним витком канала 3 и пропорциональна разности путей,, пройденных охлаждающей жидкостью в каналах Б и В от входа k до сечения контактной пластины 1, так как температура охлаждающей жидкости возрастает пропорционально пути, пройденному с постоянной скоростью внутри равномерно нагретого тела по каналу 3 постоянного сечения. На фиг. 2 видно, что плоскость расположения охлаждающего .канала 3 параллельна рабочим поверхностям 6 и 7 контактной пластины 1, с которыми контактируют охлаждаемые полупроводниковые приборы (не показаны). Выполнением канала 3 для охлаждающей жидкости бифилярным достигается то, что по расположенным рядом спиральным виткам с противоположным направлением потока проходит холодная и разогретая охлаждающая жидкость. Разность температур между смежными витками спиралей канала 3 неодинакова и зависит от длины пути, .пройденного охлаждающей жидкостью в смежных витках канала 3. Через пазы 8 в стенках между смежными витками канала 3 происходит перетекание охлаждающей жидкости и таким образом, перенос из одного витка канала 3 в другой. Кроме того, поток жидкости из соседнего витка канала 3 через паз В, пересекаясь с основным потоком смежного витка канала 3, способствует его турбулизации и улучшению конвективного теплообмена в.нем. При этом сохраняются оптимальные для теплопередачи в пограничном слое скорости движения охлаждающей жидкости. Выполнение пазов 8, соединяющих витки канала Зг позволяет свести к минимуму возможные неравности температурного поля рабочих поверхностей 7 и 6 контактных пластин 1. Изобретение позволяет обеспечить повышение эффективности охлаждения и повысить надежность работы оолупроводнйковых приборов.

±:±.

аг.г