Охладитель для мощных полупроводниковых приборов Советский патент 1993 года по МПК H05K7/20 H01L23/34 H01L23/36 

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к устройствам для охлаждения мощных полупроводниковых приборов с принудительной системой охлаждения.

Известен охладитель для силовых полупроводниковых приборов, содержащий корпус с установочной площадкой и клиновидными ребрами, при этом в смежных ребрах выполнены полукруглые выемки для фиксированной установки металлических трубок с обеспечением достаточной площади теплового контакта.

Такая конструкция обуславливает поток хладагента с низкой турбулентностью, что ограничивает эффективность охлаждения силовых полупроводниковых приборов и тем самым мощность преобразовательных устройств. Кроме того, такие охладители не технологичны из-за необходимости точной механической обработки ребер под установку трубок. К недостаткам следует отнести и непригодность указанной конструкции для соосной сборки большого количества полупроводниковых приборов в столбик.

Наиболее близким заявляемому решению по технической сущности и достигаемому результату является охладитель, содержащий корпус с установочной площадкой и ребрами, к торцам которых прикреплена винтами пластина с клиновидными гофрированными турбулизи- рующими вставками.

Такая конструкция обеспечивает направление и турбулизацию потока, но имеет следующие недостатки: отсутствие эффективного теплосъема с поверхности турбули- зирующих вставок ввиду значительного удаления их от источника тепла и наличие на пути теплового потока к ним контактных сопротивлений в местах крепления вставок к пластине и пластины к торцам ребер, сложность конструкции и трудоемкость ее изготовления (необходимость сварки, сверления, нарезки резьбы). Недостатком также является предназначение такого охладителя преимущественно для односторонней установки полупроводникового прибора.

Цель изобретения - повышение эффективности охлаждения за счет увеличения поверхности охлаждения и улучшения условий теплопередачи.

Цель Достигается за счет того, что в охладителе для силового полупроводникового прибора, содержащем установочную площадку и плоские ребра с зафиксированными между ни м.и турбулизирующими вставками, турбулизирующие вставки вы- . полнены в виде П-образных пружинящих

насадок, установленных на ребрах с упором боковых стенок смежных насадок друг в друга, при этом продольные кромки насадок выполнены с просечками клиновидной формы.

Предлагаемая конструкция обеспечивает повышение эффективности охлаждения за счет того, что турбулизирующие вставки, выполненные из теплопроводящегр матери0 ала, имеют хороший тепловой контакт с торцами и поверхностью ребер, сами работают как ребра, осуществляя эффективный тепло- отвод.. .

Установка П-образных турбулизирую5 щих насадок на ребрах с последующим прижатием их к торцам ребер и взаимным упором боковых стенок смежных вставок друг в друга обеспечивает надежный тепловой контакт вставок между собой и с нагре0 той поверхностью ребер охладителя, обеспечивая улучшение условий передачи и распределения тепла в объеме всего охладителя. . . : -. ,;. . : . . На фиг. 1, 3 показаны варианты конст5 ру кции охладителя; на фиг. 2 - вариант конструкций насадки; на фиг. 4 - вариант охладителя с насадкой, выполненный с интенсивно развитой турбулизирующей поверхностью. ... ; . :, .

0 Охладитель (фиг. 1) содержит установоч-. ную площадку 1 под полупроводниковый прибор 2, радиально расположенные плоские ребра 3 и установленные на ребрах турбулизирующие насадки 4, прижатые к

5 торцам ребер с помощью прижимного элемента 5. Насадки 4 (см.фиг. 2) выполнены П-образной формы из теплопроводящего материала с клиновидными просечками по всей длине продольных торцовых кромок,

0 образуя лепестки 6. При этом максимальный зазор тмакс между стенками продольных торцовых кромок каждой насадки не должен превышать толщины ребер, а наружный размер h между боковыми стенками

5 турбулизирующих насадок 4 должен быть не менее шага расположения ребер. Выполненные таким образом насадки 4 при установке на ребра 3 своими лепестками б плотно охватывают боковую, поверхность

0 ребер 3. Прижатие лепестков 6 к поверхности ребер 3 еще более усиливается взаимным упором боковых стенок смежных насадок 4, давящих друг на друга, и прижатием их прижимным элементом 5, выпол5 ненным из теплопроводящего материала, к торцам ребер 3. Собранный таким образом охладитель обеспечивает хороший тепловой контакт ребер 3 с насадками 4 и прижимным элементом 5, а также общую тепловую связь между всеми ребрами 3 через плотно соприкасающиеся стенки насадок 4 и поверхностью прижимного элемента 5. Выполнение клиновидных просечек на продольных торцовых кромках насадок 4 обеспечивает надежный тепловой контакт всех лепестков 6 с поверхностью ребер 3 независимо от искривления этой поверхности по длине ребра, а также обеспечивает условия интенсивной турбулизации|Охлаж- дающего потока особенно в зоне наибольшего теплового напора, т.е. в зоне основания ребра 3.

Конструкция охладителя обеспечивает как одностороннюю, так и двустороннюю установку полупроводниковых приборов, а также соосную сборку охлаждаемых полупроводниковых приборов в столбик.На фиг. 3 показан охладитель, состоящий из двух охладителей, установленных друг на друга ребрами 3, где прижатие тур- булизирующих насадок к торцам ребер осуществляется с помощью взаимной стяжки обычным крепежом 7.

На фиг. 4 показан вариант охладителя с турбулизирующими насадками 4, снабженными дополнительными упругими выступами 8, обеспечивающими дополнительный тепловой контакт насадок 4 с поверхностью ребра 3.

Устройство работает следующим обра- зом: .. . . :

Тепло, выделяющееся в силовом полупроводниковом приборе 2, передается через площадку 1 к ребрам 3, а также через контактные площадки на торцах ребер и в местах соприкосновения лепестков 6 с боковой поверхностью ребер 3 ктурбулизиру- ющим насадкам 4 и прижимному элементу 5, поверхности которых интенсивно обдуваются потоком воздуха, продуваемым в направлении, параллельном плоскости ребра 3. При этом благодаря наличию клиновидных вырезов между лепестками 6 охлаждающий поток интенсивно турбулизируется, особенно в наиболее горячей зоне у основания ребер 3, интенсивно отнимая тепло как от стенок ребер 3, так и от стенок турбулизирующих насадок 4 и прижимного элемента 5, площадь поверхности которых в сумме в 3,5-4 раза превышает теплоотдающую поверхность ребер 3 охладителя, что вместе с 5 интенсивной турбулизацией потока обеспечивает высокую эффективность работы охладителя.

Повышение эффективности работы охладителя способствует также и прижатие

0 охлаждающего потока к наиболее нагретым частям ребер-их основаниям за счёт уменьшения сечения и увеличения аэродинамического сопротивления межреберных каналов со стороны торцов ребер.

5 Заявляемое решение в сравнении с прототипом при тех же массо-габаритных пока- затепях повышает эффективность охлаждения на 35-40%, снижая при этом на 10-15% трудоемкость его изготовления.

0,

Формула изобретения 1. Охладитель для мощных полупроводниковых приборов, содержащий корпус с установочной площадкой для размещения

5 полупроводниковых приборов, плоские ребра охлаждения, размещенные, на корпусе, вокруг его указанной установленной площадки, и турбулизирующие теплопроводные вставки, размещенные между плоскими

0 ребрами охлаждения, и зафиксированные относительно них , отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения путем увеличения поверхности теплообмена и улучшения условий теплопе5 редачи, каждая турбулизирующая вставка выполнена в виде П-образной пружинной насадки с продольными просечками на торцах ее боковых стенок, причем указанные выше П-образные пружинные насадки уста0 новлены на вершинах плоских ребер охлаждения симметрично относительно них с возможностью контактирования боковых стенок соседних насадок между собой с обеспечением упора.

5 2, Охладитель по п. 1, от л и чающий- с я тем, что просечки выполнены клиновидной формы.

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к устройствам для охлаждения полупроводниковых приборов с принудительной системой охлаждения. Сущность изобретения заключается в повышении эффективности охлаждения за счет увеличения поверхности теплообмена и улучшения условий теплопередачи за счет того, что охладитель для полупроводникового прибора содержитустановочную площадку 1 и плоские ребра 3 охлаждения с зафиксированными между ними турбулизи- рующими вставками, которые выполнены в виде П-образных пружинных насадок 4, при этом торцовые кромки боковых стенок насадок выполнены с просечками клинообразной формы. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.