Устройство для охлаждения полупроводниковых элементов Советский патент 1979 года по МПК H01L23/36 

;охлаждающей пластиной распределиельную пластину, снабженную входной выходной камерами для охлаждающей идкости, имеющими большее поперечное ечение, чем поперечное сечение каала в охлаждающей пластине, причем о крайней мере во входной камере омещен электрод, выполненный из материала, обладающего хорошей проводимостью и химически инертного к охла кдающей жидкостиt Охлаждающая пластлна может быть выполнена из меди, а электрод - из титана, распределительная пластина может быть выполнена :яз пластмассы, а электрод электрически соединен с охлаждающей пластиной. Кроме того, канал в охлахсдающей пластине может быть выполнен спиральным, предпочтительно в форме квадрата, охлаждающая пластина может быть разъемно соединена с распределительной пластиной, а уплотнение между ними выполнено посредством уплотнительного кольца, размещенного в пазу охлаждающей пластины, В месте входа и выхода охлаждающей жидкости могут быть расположены соединительные металлические муфты, в которые ввернуты ниппели, распределительная пластина может быть выполнена из металла, причем расстояние от электрода до ниппеля меньше, Чем расстояние от ниппеля до соединительной муфты,

На фиг, 1 изображено устройство для охлаждения, (радиатор в разобранном виде); на фиг. 2 расположение электрода во входной камере; на фиг. 3 - устройство для охлаждения для двух последовательно соединенных приборов.

Устройство состоит из распределительной 1 и охлаждающей 2 пластин Охлаждающая пластина 2 на стороне, обращенной к распределительной пластине 1, имеет спиральный канал 3

8форме квадрата. Охлаждающая пластина 2 соедин яется с распределительной пластиной 1 .винтами 4, Для уплотнения прилегающих друг к другу плоскостей охлаждающая пластина 2 снабжена пазом 5, в который вкладывается 0-образное кольцо 6,

ГГа распределительной пластине. 1 предусмотрены соединительные муфты 7, 8, в {соторые ввинчивазотся ниппели

9шлангов для охлс1зкда ощей жидкости. У места ;входа и выхода охла кдающей жидкости , .т.е. у соединительных муфт 7, 8, распределительная пластина 1 имеет камеры 10, 11, по кра.йней мере в одну из которых входит электрод 12,

Расположение электрода 12 для работы охлаждазощего устройства представляет важное значение, так как при проходе тока через воду в распределительной пластине 1 возникают

химические реакции, следствием которых является то, что поддержание нормальногО охлаждения не может быть гарантировано. Если в камере 10 электрод располагается 7аким образом, что вода, поступающая в распределительную камеру, вначале соприкасается с электродом, то химические реакции и прежде всего коррозионные реакции происходят у электрода. В качестве материала для электрода могут применяться многие вещества, в частности пригодны все благородные металлы. Титан в качестве материала для электрода является наиболее приемлемым .

При выполнении распределительной пластины из металла, в частности из меди, необходимо, чтобы вода, подаваемая в распределительную пластину, вначале соприкасалась с титановым электродом, поэтому расстояние L 2 от ниппеля 9 до электрода 12 должно быть меньше расстояния L. от внутреннего диаметра ниппеля 9 до ближайшей металлической поверхности, т.е. до соединительной муфты. Если распределительная пластина 1 изготовлена из пластмассы, то для выравнивания потенциала титановый электрод должен быть электрически соединен с охлаждающей пластиной, изготовленной из меди.

Ниппель 9 внутри быть покрыт пластмассой, точно так же как 11Шанги 13 для охлаждающей среды, так как в противном случае на этих местах может развив.аться коррозия. Ниппель 9 должен быть изготовлен таким образом, чтобы он только чуть выступал в камеру 1 О о

На фиг, 3 устройство показано на примере двух последовательно соединенных тиристоров 14 и 15, причем каждьай тиристор охлаждается с обеих сторон. Для этого они расположены между двумя радиаторами, причем радиатор, расположенный между тиристорами, снабжен двумя охлаждающими пластинами 16, 17 и только одной распределительной пластиной 18.

Устройство работает следующим образом.

Вода поступает у соединения 19 в распределительную пластину 20, соприкасается с THTaHOBbiivi электродом 12, проходит охлаждающую пластину 21 и выходит снова через соединение 22 из распределительной пластины.20. Посредством шлангового соединения вода

Q подается к распределительной пластине тиристора, имеющего одинаковый потенциал, проходит там охлаждающую пластину и до того, как используемая в качестве охлаждающей среды вода

5 выйдет и вернется з сборник, она еще раз соприкоснется с титановым электродом. Подаваемая в распределительную пластину 18 у соединения 23 вода со прикасается точно так же с титановым электродом 12 и затем протекает по охлаждающей пластине 16. Распредели тельная пластина 18 сконструирована таким образом, что выходящая из охлаждающей пластины 16 вода проходит через нее и попадает в охлаждающую пластину 17, После прохода охлаждаю щей пластины 17 вода снова соприкасается с расположенным в распредели тельной пластине 18 титановым электр дом, а затем стекает в сборник. Охлаждение второй стороны тиристора 15 производится аналогично охлаждению тиристора 14 на той стороне где расположена охлаждающая пластин 21. Другое преимущество этого располо ,жения заключается также в том, что охлаждающие пластины 16 и 24 могут соразмеряться с размерами тиристоров или размерами распределительной плас тины, так что сопротивления могут размещаться непосредственно на охл.аж дающей пластине. Омываемые водой охлаждаемые пластины заменяют другие радиаторы, необходимые для сопротивлений, включенных в схему тиристоров Посредством общей конструкции и эффективного расположения сопротивле ний на охлаждаемом корпусе обеспечивается компактное расположение, что является большим преимуществом для установок с малой площадью. В конструкции изобретения электро лиз не возникает, поскольку еще до соприкосновения с медью, из которой предпочтительно изготовляется охлаждающая пластина, вода,являющаяся проводящей жидкостью, встречается с расположенным во входной камере электродом. Электрод обеспечивает выравнивание потенциала воды до потенциала охлаждающего элемента, благодаря чему не образуется ток между охлаждающей водой и медью радиатора. По этой причине в охлаждающих канала не происходит осаждение ионов металла что гарантирует нормальное охлаждение. В другом варианте изобретения поч ти перед тем, как охлаждающая жидкость выходит из радиатора, в распределительной пластине крепится другой электрод, который в случае не обходимости изготовляется из того же металла/ из которого изготовлен электрод, находящийся во входной камере, Эта конструкция оказывается необходимой во всех схемах соединений ти ристоров, которые находятся под различными потенциалами, так как за сче этого выравниваются разности потенци алов, возникающие вследствие соединения охлаждающих трубопроводов. Важным преимуществом изобретения является то, что радиатор выполнен из меди, а электроды - из титана, который является химически устойчивым по отношению к воде и к тому же хорошим проводником, так что коррозия возникает преимущественно за счет титана. Распределительная пластина может быть изготовлена из пластмассы, а охлаждающая пластина - из меди. Изготовленная из пластмассы распределительная пластина проста в производстве и может вырабатываться посредством литья под давлением. Канал в радиаторе имеет форму спирали, предпочтительно форму квадрата. Благодаря этому в уголках квадрата образуются завихрения охлаждающей жидкости, что гарантирует хорошее охлаждение. В другом варианте изобретения охлаждающая и распределительная пластины сделаны разъемными, а уплотнение производится посредством уплотнительного кольца, размещенного в пазу охлаждающей пластины. Возможность разборки радиатора предпочтительна потому, что конструкции часто используются в установках, где существует опасность загрязнения, например в литейном производстве. По этой причиневозникает необходимость очистки радиатора. При разборном выполнении устройства это можно сделать быстро и просто. Выполнение ниппелей и шлангов из пластмассы обусловлено тем, что этот материал хорошо зарекомендовал себя в решении проблемы электролиза, кроме того, он обладает высокой прочностью. Необходимо, чтобы при выполнении распределительной пластины из металла, расстояние от электрода до ниппеля было меньше, чем от ниппеля до металла распределительной пластины. Благодаря этому гарантируется то, что подаваемая в распределительную пластину охлаждающая -среда вначале соприкасается с электродом. Образующиеся при коррозии частицы осаждаются при прохождении тока на электроде, который предусмотрен как быстроизнашивающаяся деталь. У самой охлаждающей пластины не происходят какиелибо химические реакции. Если распределительная пластина изготовлена из пластмассы, то электрод должен быть электрически соединен для выравнивания потенциала с охлаждающей пластиной, изготовленной из меди. Формула изобретения 1. Устройство для охлаждения полупроводниковых элементов, например тиристоров, состоящее по крайней мере из одного радиатора, находящегося в тепловом контакте с полупроводниковым ajieMenTOM и содержащего охлаждающую .пластину с каналом для непрерывного протекания охлаждающей жидкости о ::ли ч ающе е с я тем,- что, с цзлью обеспечения возможно-сти использования водяного охлаждения путе устранения электролиза, радиатор дополнительно содержит соединенную с охлаждающей пластиной распределитель ную пластину, снабженную входной и выходной камерами для охлаждающей яи кости, имеющими большее поперечное сечение, чем поперечное сечение кана ла в охлаждающей пластине, причем по крайней мере во входной камере помещен электрод, выполненный из материа ла, обладающего хорошей проводимость и- химически инертного к охлаждающей жидкости. {. 2,Устройство по п,1, отличающееся тем, что охлаждающая пластина выполнена из меди, а электрод - из титана, 3,Устройство по пп. 1-2, о т л и чающеес я тем, что распределительная пластина выполнена из плас массы, а электрод электрически соеди нен с охлаждающей пластиной. 4.Устройство по пп. 1-3, от л ичающееся тем, что канал в охлаждающей пластине вьлполнен спиральным, предпочтительно в форме квадрата. 5.Устоойство по пп. 1-4. отличающееся тем, что охлаждающая пластина раэъемно соединена с распределительной пластиной, а уплотнение между ними выполнено посредством уплотнительного кольца, размещенного в пазу охлаждающей пластины, 6.Устройство, отличаю щ ее с я тем,что в месте входа и выхода охлаждающей жидкости расположены соединительные металлические муфты, в которые ввернуты ниппели. 7.Устройство по ппЛ-2,0 т л ичающееся тем, что распределительная пластина выполнена из металла, причем расстояние от электрода до ниппеля меньше, чем расстояние от ниппеля до соединительной муфты. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Патент США № 3947868, кл. 317-234, опублик. 1975. 2,Патент Франции № 1498377, кл. Н 01 G , опублик. 1967. 3,Патент Японии № 48-24669, кл. 99151 С 4, опублик. 1969 (прототип) .

гг fff

(pa г. г