Устройство для охлаждения полупроводниковых приборов Советский патент 1984 года по МПК H01L23/36 H05K7/20 

СО

:л

1I

Изобретение относится к устройствам охлаждения силовых полупроводниковых приборов, работаюп(их в продолжительном режиме, с повторнократковременными перегрузками, и может быть использовано, в частности, в тиристорных приводах.

Известно устройство для охлаждения полупроводниковых приборов, содержащее прижатые к обоим основаниям такого прибора, в частности тиристора таблеточного типа, охладители, представляющие собой радиаторы, расположенные в потоке хладагента I Такие устройства для охлаждения удовлетворяют требованиям к ним при работе охлаждаемого полупроводникового прибора в спокойном режиме, т.е. при неизменной либо медленно меняющейся нагрузке. Однако при работе полупроводниковых приборов в режиме перегрузки эти устройства недостаточно эффективны., так как не обеспечивают необходимой скорости отвода тепла от упомянутых приборов либо обладают нерациональной избыточностью.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для охлаждения полупроводниковых приборов, содержащее ребристый радиатор, контактирующий своим корпусом непосредственно с охлаждаемым полупроводниковым прибором. Внутренний объем корпуса радиатора заполнен плавящимся веществом. На внутренних стенках корпуса установлены биметаллические плоские пружины, концы которых прижаты к корпусу скобами, а на поверхности этих пружин расположены ерфорированные пластины, скрепленные с ними в центральной части заклепками. Передача тепла от охлаждаемой поверхности к плавящемуся вееству осуществляется через стенки орпуса, биметаллическую пружину и упомянутую пластину 2j.

Однако в результате совмещения вух разнородных охладителей они оказывают отрицательное влияние один на другой. Так, наличие внутри орпуса радиатора плавящегося веества влечет за собой утончение онтактирующей с приборами стенки радиатора для ускорения передачи тепла плавящемуся веществу в режиме овторно-кратковременных перегру17735I

зок. Однако из-за значительно меньшей теплопроводности плавящегося вещества по сравнению с материалом радиатора передача тепла в окружающую 5 среду в продолжительном режиме работы охлаждаемого прибора происходит в основном через тонкую контактируйщую с прибором стенку радиатора к теплообменным ребрам последнего, fO что обусловливает медленный отвод тепла, а следовательно, малоэффективное охлаждение полупроводникового прибора. Расположение радиатора на пути теплового потока к плавяще 5 муся веществу способствует замедлению процесса его плавления в режиме повторно-кратковременных перегрузок, так как часть тепла при этом рассеивается в окружающую среду че0 рез ребра радиатора.

Наличие плоской биметаллической пружины и перфорированной пластины с высокой теплопроводностью ускоряет процесс плавления плавящегося веJ щества только в первый момент возникновения перегрузки в приборе, когда контакт пружины с греющимся от прибора корпусом осуществляется по всей ее поверхности. При нагревании пружины она выгибается внутрь полости с плавящимся.веществом, и контакт ее с корпусом осуществляется только через прижатые скобами к поверхности корпуса концы пружины, т.е. тепло через небольшие участки вдет

5 вдоль пружины и через небольшую поверхность к пластине, а значит, скорость передачи тепла к пластине незначительна и практически не может воздействовать на ускорение процес са плавления плавящегося вещества. Кроме того, в устройстве не предусмотрены средства для обеспечения стабилизации температуры полупроводникового прибора, что является су5 щественным недостатком особенно при работе прибора в режиме повторнократковременных перегрузок, так как при этом имеют место резкие перепады температуры, которые отрицатель0 но сказываются на циклостойкости прибора.

Целью изобретения является повышение надежности в работе и срока службы полупроводникового прибора. 5 Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем полупроводниковый (Прибор с установленными на нем охладителями, поверх3ность одного из охладителей выполне на снаружи гладкостенной, а внутри развита за счет ребер, выполненных , на основании, причем корпус этого охладителя теплоизолирован от внешней среды, а второй охладитель испарительный или жидкостный - уста новлен на другой стороне охлаждаемого прибора. На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид с частич ным разрезом. Устройство для охлаждения полупрЬводниковых приборов содержит два разнородных охладителя, прижатых с обеих сторон полупроводникового при бора 1, например таблеточного тиристора, с помощью стяжных шпилек 2 Один из охладителей содержит корпус 3,заполненный плавящимся веществом 4,например сплавом Вуда. Корпус 3 выполнен из теплопроводящего матери ала, например из меди или алюминия, является гладкостенным, снабжен теп лоизолирующим покрытием 5 снаружи, а его внутренняя поверхность развита за счет теплообменных ребер 6, которые простираются внутрь корпуса 3 от его основания, контактирующего с первым основанием прибора 1. Ребра 6 имеются на всей внутренней поверхности основания и расположены параллельно одна другой. Другой охл дитель является, например, жидкостн или испарительным. В данном случае использован охладитель в виде комплекта тепловых трубок 7, вставленных своими испарителями в гнезда теплообменной пластины 8, контактирующей с прибором 1 по всей поверхности его второго основания, и расположенных параллельными рядами или концентрично. При работе полупроводникового прибора 1 в Продолжительном режиме его охлаждение производится с помощью тепловых трубок 7. Ряды тепло 54 вых трубок 7 обеспечива.ют интенсив- i ный и равномерный отвод теги.л от .всей поверхности основания прибора 1. Первый охладитель в этом режиме работы прибора I поглощает сраннител но небольшое количсчтпо тепла изза сравнительно низкой теплопроводности плавящехося вещества 4 и отсутствия внешнего оребрения и наличия покрытия 5 на корпусе 3. При этом поглощаемое первым охладителем тепло способствует подготонко его к работе в момент перегрузки прибора I Токовая перегрузка прибора 1 .сопровождается повьш1ением его темнсфатуры до значении, Превышающих температуру плавления плавящегося веще,ства 4, и выделяемое при aiOM прибором 1 тепло интенсивно передается через корпус 3 и ребра 6 плавящемуся веществу 4. Теплоизолирующее покрытие 5 предотвращает отдачу тепла в окружающую среду. Происходит интенсивное плавление плавящегося вещества 4, в результате чего температура прибора I не поднимается выше допустимых значений. После прекращения токовой перегрузки плавящее- ся вещество 4 затвердевает, и в процессе его затвердения тепло от него передается через прибор 1 к тепловым трубкам 7 и таким образом температура прибора 1 стабилизируется. Расположение разнородных охладителей по обе стороны от полупроводникового прибора позволяет исключить взаимное негативное влияние охладителей и в совокупности с гладкостенным, покрытым теплоизоляционным слоем корпусом охладителя с плавящимся веществом обеспечивает возможность передачи тепла второму охладителю при затвердевании плавящегося вещества через полупроводниковый прибор по окончании его кратковременной перегрузки и тем самым способствует стабилизации температуры прибора.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, работающих в режиме с повторно-кратковременными перегрузками, содержащее полупроводниковый прибор с установленными на нем охладителями, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе и срока службы полупроводникового .прибора, поверхность одного из охладителей выполнена снаружи гладкостенной, а внутри развита за счет ребер, выполненных на основании, причем корпус этого охладителя теплоизолирован от внешней среды, а второй охладитель - испарительный или жидкостный - установлен на другой стороне охлаждаемого прибора.