DE1002471B - Elektronische Vorrichtung mit einem Halbleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für Halbleiter, die auf dem Peltiereffekt beruht.

Bekanntlich wird beim Stromdurehgang in einer bestimmten Richtung durch eine Berührungsfläche zwischen zwei Leitern eine gewisse Wärmemenge absorbiert, die proportional zum Peltierkoefflzienten des betrachteten Leiterp aares ist.

Bei der vorliegenden Anordnung soll diese Wärmeabsor.btion infolge des Peltiereffektes zam Bau einer besonders einfachen und wirtschaftlichen Kühlvorrichtung ausgenutzt werden, die insbesondere für Transistoren oder Germ-aniumdioden bestimmt ist.

Es wird bei einer elektronisehen Vorrichtung mit einem Halbleiter, z. B. Transistor oder Germaniumdiode, der an der Innenwand des den Halbleiter einschließenden Gehäuses untergebracht ist, erfindungsgemäß das Gehäuse und der Halbleiter dadurch gekühlt, daß ein oder mehrere einen Peltiereffekt hervorrufende Leiterpaare in thermischen Kontakt mit der betreffenden Wand stehen.

Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung an Hand der Zeichnung. Hierin zeigt

Fig. 1 eine Leistungsgermaniumdiode, die mit einer Kühlvorrichtung unter Verwendung der Zusammenstellung von Kupfer mit einer Antimon-Indium-Legierung verseihen ist, und

Fig. 2 einen Leistungstransistor, der mit einer Kühlvorrichtung unter Verwendung des Paares Wismut—Antimon versehen ist, wobei die Leiter aus Wismut und Antimon durch Kupferteile verbunden sind.

Die in Fig. 1 dargestellte Diode besteht aus einem Germaniumplättehen 1 vom η-Typ und einer Schicht 2 vom p-Typ, die an eine Elektrode 3 angeschlossen ist. Diese tritt aus dem Gehäuse durch eine Isolierperle 4 aus. Das Plättchen 1 ist mittels einer Unterlagsscheibe aus einer Legierung aus Eisen, Nickel und Kobalt an ein zylindrisches Gehäuse 5, das z. B. aus Kupfer bestehen kann, angelötet. Eine Evakuierung desselben ist nicht nötig. Mehrere Stäbchen 6 aus einer Antimon-Indium-Legierung im vorliegenden Beispiel sind an der Oberseite des Gehäuses 5 angeordnet. Beispielsweise verwendet man 13 Stäbchen von 1 mm Höhe (parallel· zum Anschluß 3 gemessen) und 4 mm Dicke (senkrecht zur Zeichenebene gemessen). Kupferleiter 7 sind an diese Stäbchen derart angelötet, daß dieselben, elektrisch gesehen, in Reihe angeordnet eindi, wobei sie einerseits an das Gehäuse 5 und andererseits an den Anschluß 8 elektrisch angeschlossen sind. Die Stäbchen 6 sind voneinander durch Glimmerplättchen 9 isoliert, während die ganze Anordnung vom Gehäuse 5 durch die Glimmerfolie 10 getrennt ist.

Die Anordnung nach Fig. 1 arbeitet folgender-Elektronische Vorrichtung mit einem
Halbleiter

•Anmelder:

Compagnie Generale de Telegraphie
sans FiI, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
Gräfelfmg bei München, Aribostr. 14

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 3. Juli 1954

Pierre Aigrain, Paris,
ist als Erfinder genannt worden

maßen: Der Strom I durchläuft die Diode in Pfeil· richtung und gelangt über den oberen Teil des Gehäuses. 5 und den ersten Leiter 7 in das erste Stäbchen 6. Er durchläuft nacheinander die Stäbchen 6, die, wie erwähnt, elektrisch in Reihe geschaltet sind, und tritt duirch den Leiter 8 aus. Zwischen den beiden Leitern, die an die gegenüberliegenden Seiten jedes Stäbchens 6 angelötet sind, entsteht infolge des Peltiereffektes ein Temperaturunterschied, der im vorliegenden Beispiel etwa 14° C beträgt, wobei die Richtung dieses Temperaturunterschiedes derart ist, daß die im Nachbarschaft des Gehäuses 5 befindliche Lötstelle A stets, kälter als die gegenüberliegende, an die Atmosphäre angrenzende Lötstelle B bleibt. Im vorliegenden Fall bewegt sich die vom Gehäuse der Diode infolge des Peiltiereffektes in den 13 Stäbchen 6, die vom thermischen Standpunkt sozusagen parallel geschaltet sind, abgeführte Wärme in der Größenordnung von 5 Watt für eine Diode, die einen Strom von 5 A gleichrichtet.

Da die Joulesche Wärme, die am Oberteil des Gehäuses und der Stäbchen entwickelt wird, etwa 8 Watt beträgt, haben diese Stäbchen ungefähr 13 Watt durch ihre Oberfläche in die umgebende Atmosphäre abzuführen.

Der Leistungstransistor nach Fig. 2 besteht im wesentlichen aus einer Basis 10 aus n-Germanium, einem Kollektor 11 und einem Emitter 12 aus p-Germanium. Die Basis 10 ist auf einer Nickelscheibe 13 befestigt, an die ein Basisanschluß 14 angelötet ist.

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Am Kollektor Il ist ein Anschluß 15 befestigt. Der Emitter 12 ist an die Oberseite eines zylindrischen Gehäuses 16 angelötet. Die Anschlüsse 14 und 15 treten mittels Isolierperlen 17 bzw. 18 durch das Gehäuse 16 hindurch. Die Kühlvorrichtung, die von der Oberseite des Gehäuses durch eine Glirnmerfolie 19 isoliert ist, besteht aus den · folgenden leitenden Elementen, die vom elektrischen Standpunkt in Reihe geschaltet sind: ein. Antimonstäbchen 20, das in Kontakt mit der Oberseite des Gehäuses steht; eine Kupferschiene 22; ein Wismutstäbchen 24; eine Schiene 23; ein Antimonstäbchen 20 usw., derart., daß eine, gewisse Anzahl von Antimonstäbchen, Kupferschienen undWismütstäbdhen sich in der angegebenen Reihenfolge abwechseln,-bis zur letzten Kupferschiene ig 27, die die Kühlvorrichtung abschließt. An dieser ist ein Anschluß 26 befestigt.

Diese Kühlanordnung arbeitet ebenso· wie diejenige nach Fig. 1. Hierbei bilden die oberen Kupf erschienen

22 die warmen Lötstellen D und die unteren Schienen

23 die kalten Lötstellen C. Bekanntlich ändert nämlich die Anwesenheit eines Zwischenmetalls, im vor- " liegenden Fall Kupfer, den Peltiereffekt an der Trennflädhe zwischen zwei Leiterelementen (im vorliegenden Fall Antimon und Wismut) nicht. Der vom Transistor übertragene Strom bewirkt im vorliegenden Beispiel den Peltiereffekt in den Kühilelementen, die elektrisch in Reihe, thermisch aber parallel geschaltet sind.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektronische Vorrichtung mit einem Halbleiter, z. B. Transistor oder Germaniumdiode, der an der Innenwand des den Halbleiter einschließenden Gehäuses untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere einen Peltiereffekt hervorrufende Leiterpaare zwecks Kühlung des Gehäuses und des Halbleiters in thermischem Kontakt mit der betreffenden Wand stehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere elektrisch in Reihe geschaltete Leiterpaare derart angeordnet sind, daß die kühlenden Flächen dieser Paare jeweils in thermischem Kontakt, mit einem anderen Teil der erwähnten Gehäusewand sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Leiterpaare aus Kupfer und einer Legierung von Indium und Antimon bestehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Leiterpaare aus Antimon und Wismut bestehen und daß die beiden Leiter jedes Paares jeweils durch Kupferschienen verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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