Устройство для охлаждения полупроводниковых приборов Советский патент 1991 года по МПК H05K7/20 H01L23/36 

/

/

Изобретение относится к электротехнике, устройствам охлаждения силовых полупроводниковых приборов, работающих в 4 7 5 / / повторно-кратковременных режимах нагрузки. Цель изобретения - повышение эффективности охлаждения и расширения эксплуатационных возможностей. Для достижения цели в устройстве обеспечивается отвод тепла от приборов 2 при их перегрузке, когда температура нагрева охладителей 1меньше температуры фазового изменения теплоаккумулирующего вещества 7. отвод тепла обеспечивает часть охладителей 1. оребрение 5 которых расположено в потоке хладагента. При увеличении нагрузки выделяемое приборами 2 тепло идет на фазовое изменение теплоаккумулирующего вещества 7 в части охладителей 1, снабженных оболочкой 6, а отвод тепла от приборов 2 при их недогрузке осуществляется отдачей тепла обратно прибору 2 в процессе обратного фазового изменения. В результате приборы 2работают при небольших изменениях темЈ

2 2

Фиг.1

пературы, что повышает их циклостойкость. Использованием дистанционеров можно удвоить нагрузочную способность столба, если набирать столб поочередной установкой в него первого охладителя 1 прибора 2, второго охладителя 1, дистанционера и т.д. При использовании совмещенного охладителя 1 появляется возможность компоновать столб с помощью только одного типа охладителя. Изобретение обеспечивает увеИзобретение относится к электронике, устройствам охлаждения силовых полупроводниковых приборов, работающих в повторно-кратковременных режимах нагрузки.

Цель изобретения - повышение эффективности охлаждения и расширение эксплуатационных возможностей.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид с вырывом; на фиг.2 и 3 - то же, варианты компоновки; на фиг.4 - устройство с охладителями с совмещенными основаниями, общий вид с вырывом.

Устройство для охлаждения полупроводниковых приборов состоит из охладителей 1, прижатых к полупроводниковым приборам 2 таблеточного типа (устройство прижима не показано). Охладитель 1 состоит из основания 3, тепловых труб 4, оребрения 5. Часть охладителей 1 предназначена для отвода тепла от полупроводниковых приборов 2 за счет размещения оребрения 5 в потоке хладагента, а другая часть охладителей 1 (теплоаккумуляторы) предназначена для термостабилизации полупроводниковых приборов 2 при циклических нагрузках. Эта часть охладителей 1 содержит герметичную электро- и теплоизоляционную оболочку 6, удерживающую теплоаккумулирующее вещество 7 между ребрами 5.

Устройство для охлаждения (фиг.2 и 3) может иметь дистанционеры 8.

Устройство для охлаждения полупроводниковых приборов работает следующим образом,

При нагрузках приборов 2, когда температура нагрева охладителей 1 меньше температуры фазового изменения теплоаккумулирующего вещества 7, отвод тепла обеспечивает часть охладителей 1, ореб- рение 5 которых расположено в потоке хладагента. При увеличении нагрузки выделяемое приборами 2 тепло идет на фазовое изменение теплоаккумулирующего вещества 7 в части охладителей 1, снабженных оболочкой 6.

личение объема теплоаккумулирующего вещества, во-первых, за счет вывода тепла из ограниченного объема в зоне контактирования в свободную область практически без потерь температуры, во-вторых, за счет доставки тепла в каждой частице тепло- аккумулирующего вещества по всему увеличенному объему с минимальными потерями. 5 з.п.ф-лы, 4 ил.

Температура в процессе фазового изменения постоянна и зависит лишь от теп- лофизических свойств примененного теплоаккумулирующего вещества 7. Поэтому перегрузка сопровождается лишь некоторым изменением температуры на корпусе прибора 2, зависящим от падения температуры на тепловых сопротивлениях конструкции при изменении потерь мощностей

полупроводникового прибора.

При недогрузке тепло отдается обратно прибору 2 в процессе обратного фазового изменения. В результате приборы 2 работают при небольших изменениях температуры, что повышает их циклостойкость.

Для сравнительно небольших колебаний нагрузки используется один теплоаккумуля- тор на два полупроводниковых прибора (фиг.2), а для больших колебаний нагрузки

на каждый полупроводниковый прибор используется теплоаккумулятор (фиг.З).

Дистанционер 8 электропроводен или электроизоляционен в зависимости от схемы, реализуемой столбом, и

обеспечивает равномерную установку охладителей 1 в столб. Применением дистанционеров 8 можно удвоить нагрузочную способность столба по сравнению с фиг.1, если набирать столб поочередной установкой в него первого охладителя, полупроводникового прибора, второго охладителя, дистанционера и т.д.

Возможен охладитель (фиг.4), у которого в одной конструкции совмещены охладитель 1 для интенсивного охлаждения (часть оребрения 5 выше основания 3) и теплоаккумулятор. Оба охладителя 1 могут быть реализованы и по одну сторону от основания 3. При использовании совмещенного охладителя 1 появляется возможность компоновать столб с помощью только одного типа (конструкции)охладителя 1.

Изобретение обеспечивает увеличение объема теплоаккумулирующего вещества за

счет вывода тепла из ограниченного объема в зоне контактирования в свободную область практически без потерь температуры, а также за счет доставки тепла к каждой частице теплоаккумулирующего вещества по всему увеличенному объему с минимальными потерями.

Кроме того, эффект от применения тепловых труб заключается в возможности выполнить второй охладитель с однотипными по отношению к первому ребрами и основанием.

Таким образом, достигаются цели повышения теплоаккумулирующей способности, унификации с точки зрения производства и обеспечения возможности собирать известные столбы из полупроводниковых приборов и охладителей.

Изобретение позволяет обеспечить варьирование теплоаккумулирующей способности, что достигается путем сдваивания в столбовой сборке первых, вторых, первых и вторых охладителей установкой между ними дистанционеров с высокой теплопроводностью или совмещением оснований охладителей.

Если на одинаковое количество полупроводниковых приборов в столбе приходится равное количество обычных (первых) охладителей и теплоаккумуляторов (вторых), то имеется и различная перегрузочная способность, что позволяет обменивать показатели перегрузки на показатели стоимости (теплоаккумулятор дороже обычного охладителя).

Для сдваивания однотипных охладителей при равномерной их установке в столбе на место пропущенного полупроводникового прибора должен быть установлен с высокой теплопроводностью дистанционер, обеспечивающий зазор между сребренными частями охладителей. Страивание и счет- верение охладителей неэффективно за счет отдаления части охладителей от полупроводниковых приборов, являющихся источниками тепла.

При совмещении оснований реализуется свойство повышения теплоотводящей способности при одновременном выигрыше в стабилизации температуры при переменной нагрузке и в снижении установленной мощности вентиляторов, т.е. имеется не одно свойство, а ряд свойств.

Формула изобретения

размещены в соответствующих теплоотво- дящихоснованиях,отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения и расширения эксплуатационных 5 возможностей в условиях повторно-кратковременного режима работы полупроводниковых приборов, одни из охладителей снабжены корпусами, выполненными в виде электроизоляционных и теплоизоляци10 онных оболочек, которые установлены на внешних оребрениях конденсаторных частей наборов тепловых труб соот- - ветствующих охладителей и заполнены теплоаккумулирующим веществом, причем

5 одни охладители с корпусами и другие охладители расположены в столбе охладителей по группам, объединяющим охладители одного типа и расположенным с чередованием между собой.

0 2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что, конденсаторные части наборов тепловых труб охладителей всех групп расположены в один ряд и направлены в одну сторону.

5 3. Устройство по пп. 1и 2, отличающее с я тем, что группы с охладителями одного типа образованы сдвоенными охладителями данного типа, причем сдвоенные охладители одного типа указанных выше

0 групп объединены своими теплоотводящи- ми основаниями.

5 основаниями снабжены размещенными между указанными выше теплоотводящими основаниями с обеспечением теплового контакта с ними теплопроводными дистан- ционерами.

0 5. Устройство по п.З, отличающее- с я тем, что объединенные теплоотводящие основания охладителей одного типа каждой группы охладителей данного типа выполнены в виде единой общей для указанных сх5 ладителей детали.

Q единых общих деталей, а конденсаторные части наборов их тепловых труб направлены в противоположные стороны относительно их совмещенных теплоотводящих оснований, причем с одной стороны со5 вмещенных теплоотводящих оснований охладителей разного типа размещены в ряд конденсаторные части тепловых труб охладителей одного типа, а с другой стороны - в ряд конденсаторные части наборов тепловых труб охладителей другого типа.

2 8 г г в Фиг. 2