DE19831282A1 - Semiconductor cooler system for rectifiers of electric rail cars - Google Patents
Semiconductor cooler system for rectifiers of electric rail carsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterkühlkörper-System gemäß dem Oberbe griff des Anspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zur Herstellung gemäß dem Oberbe griff des Anspruchs 6. Die Erfindung kann beispielsweise bei Stromrichtern für elek trische Schienenfahrzeuge verwendet werden.The invention relates to a semiconductor heat sink system according to the Oberbe handle of claim 1 and a method for manufacturing according to the Oberbe handle of claim 6. The invention can, for example, in converters for elec tric rail vehicles are used.
Aus der DE 44 21 025 A1 ist ein flacher Halbleiterkühlkörper mit einer Vielzahl paral lel nebeneinander liegender, an zwei gegenüberliegenden Stirnseiten offener Kühl kanäle bekannt, wobei die beiden Stirnseiten des Halbleiterkühlkörper mittels angelö teter Deckel kühlmitteldicht verschlossen sind und an jeder Stirnseite ein Sammelka nal quer zu den Kühlkanälen ausgebildet ist, der eine Kühlmittelströmung von einem Zufuhrstutzen zu den Kühlkanälen an der einen Stirnseite bzw. von den Kühlkanälen zu einem Abfuhrstutzen an der anderen Stirnseite ermöglicht.DE 44 21 025 A1 describes a flat semiconductor heat sink with a large number Cooler lying next to each other, open on two opposite ends channels known, the two end faces of the semiconductor heat sink by means of the lid are sealed in a coolant-tight manner and there is a collector on each end nal is formed transversely to the cooling channels, the coolant flow of one Inlet to the cooling channels on one end face or from the cooling channels to a discharge nozzle on the other end.
Aus der DE 44 07 397 A1 ist ein Kühlflüssigkeitsverteilsystem für einen Spannver band mit Leistungshalbleitern und Kühldosen bekannt, bei dem eine hydraulische Gruppenschaltung von Kühldosen vorgesehen ist. Zwischen einer Einspeisung und einem Rückfluß sind zwei parallele Gruppen von mehreren in Reihe liegenden Kühl dosen vorgesehen. Durch in die Hauptkanäle des Kühlflüssigkeitsverteilsystems für die Einspeisung und den Rückfluß einschiebbare Hauptkanaleinschubprofile kann ein- und dieselbe Kühlflüssigkeitsverteilleitung sowohl für Reihen- als auch für Paral lelschaltung der einzelnen Kühldosen verwendet werden.From DE 44 07 397 A1 is a coolant distribution system for a Spannver tied with power semiconductors and cooling boxes, in which a hydraulic Group connection of cooling boxes is provided. Between an infeed and a reflux are two parallel groups of several cooling in series cans provided. Through in the main channels of the coolant distribution system for the feed and the return flow insertable main channel insert profiles one and the same coolant distribution line for both series and parallel Switching of the individual cooling boxes can be used.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterkühlkörper-System der ein gangs genannten Art anzugeben, bei dem in einfecher und preisgünstiger Art eine kombinierte Reihen-/Parallelschaltung der einzelnen Kühlkanäle realisierbar ist. Des weiteren soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterkühlkörper- Systems angegeben werden.The invention has for its object a semiconductor heat sink system Specify the type mentioned, in which a simple and inexpensive type Combined series / parallel connection of the individual cooling channels is feasible. Of a method for producing such a semiconductor heat sink Systems can be specified.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Halbleiterkühlkörper-Systems in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is related to the semiconductor heat sink system the features of the preamble according to the invention by the in the characteristics of Features specified claim 1 solved.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens zur Herstellung in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des An spruchs 6 angegebenen Merkmale gelöst.This task is related to the manufacturing process in connection with the Features of the preamble according to the invention by the in the characteristics of the An solved 6 specified characteristics.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß alle für die gewünschte kombinierte Reihen-/Parallelschaltung der Kühlkanäle erforderlichen Funktionen durch ein einziges Bauteil - die an der einen Stirnseite oder an der Hauptoberfläche montierte Anschluß-und-Verteil-Armatur - realisiert werden. Durch die stirnseitig montierbare Umlenkarmatur oder die verkürzten Trennwände zwischen den Kühlkanälen in Verbindung mit einem stirnseitigen Verschluß wird sichergestellt, daß das Kühlmittel unmittelbar benachbarte Kühlkanäle mit jeweils unterschiedlicher Richtung durchströmt. Dieses Gegenstromprinzip trägt in Verbindung mit der kombi nierten Reihen-/Parallelschaltung der Kühlkanäle dazu bei, den Wärmetransport von den Halbleitern zum Kühlmittel zu vergleichmäßigen, d. h. es wird auch bei relativ großflächigen Halbleiterkühlkörpern vermieden, daß sich Zonen mit unterschiedli chen Temperaturen längs des Halbleiterkühlkörpers einstellen und die thermische Ausnutzung des Halbleiterkühlkörpers wird insgesamt optimiert. Sowohl die An schluß-und-Verteil-Armatur als auch die Umlenkarmatur sind sehr kompakt ausge bildet, so daß sich beim Halbleiterkühlkörper-System ein günstiges Verhältnis zwi schen dem erforderlichen Flächen- und Raumbedarf und der nutzbaren Kühlfläche ergibt.The advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that all for the desired combined series / parallel connection of the cooling channels required Functions through a single component - on one end or on the Main surface mounted connection and distribution valve - can be realized. By the front-mounted deflection valve or the shortened partitions between the cooling channels in connection with an end closure is ensured that the coolant immediately adjacent cooling channels, each with different Direction. This countercurrent principle works in conjunction with the kombi ned series / parallel connection of the cooling channels help to prevent the heat transfer from equalize the semiconductors to the coolant, d. H. it also becomes relative large-area semiconductor heat sinks avoided that zones with differing Chen set temperatures along the semiconductor heat sink and the thermal Utilization of the semiconductor heat sink is optimized overall. Both the An closing and distributing armature as well as the deflecting armature are very compact forms, so that there is a favorable ratio between the semiconductor heat sink system the required space and space requirements and the usable cooling surface results.
Aus den vorstehend erläuterten Merkmalen resultieren insgesamt sehr niedrige thermische Widerstände und ein optimaler thermischer Wirkungsgrad. Overall, very low results from the features explained above thermal resistances and optimal thermal efficiency.
Sowohl der Halbleiterkühlkörper selbst als auch die Anschluß-und-Verteil-Armatur und die Umlenkarmatur sind mit Hilfe kostengünstiger Herstellverfahren fertigbar.Both the semiconductor heat sink itself and the connection and distribution fitting and the deflection valve can be manufactured using inexpensive manufacturing processes.
Eine im Unteranspruch gekennzeichnete Ausbildung, nach der die Anschluß-und- Verteil-Armatur mit einem zwischen Kühlmittelverteilkanal und Kühlmittelsammelka nal angeordneten Überströmventil versehen ist, hat den Vorteil, daß die Kühlung von mindestens zwei hydraulisch in Reihe liegenden Wärmeerzeugern mit sehr unter schiedlicher Wärmeenergieproduktion (beispielsweise kühlmitteltechnische Reihen schaltung von Elektro- oder Verbrennungsmotoren mit Stromrichtern bei Schienen fahrzeugen) mit optimaler Kühlmittelgeschwindigkeit und niedrigem hydraulischem Widerstand möglich ist. Die hydraulische Reihenschaltung von Wärmeerzeugern hat gegenüber der Parallelschaltung ganz allgemein den Vorteil eines reduzierten Rohr leitungsbedarfs.A training characterized in the subclaim, according to which the connection-and- Distribution valve with a between coolant distribution channel and coolant collector nal arranged overflow valve is provided, has the advantage that the cooling of at least two hydraulically connected heat generators with very low different heat energy production (for example, coolant series Switching of electric or internal combustion engines with converters for rails vehicles) with optimal coolant speed and low hydraulic Resistance is possible. The hydraulic series connection of heat generators has compared to the parallel connection in general the advantage of a reduced pipe line requirements.
Das Verfahren zur Herstellung des Halbleiterkühlkörper-Systems zeichnet sich ins besondere dadurch aus, daß es sehr preiswert realisierbar ist und zu einem sehr hochwertigen Produkt führt.The process for producing the semiconductor heat sink system is particularly noteworthy special from the fact that it is very inexpensive to implement and a very high quality product leads.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiele erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to the embodiment shown in the drawing Examples explained. Show it:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau des Halbleiterkühlkörper-Systems, Fig. 1 shows the basic structure of the semiconductor body cooling system,
Fig. 2 ein Überströmventil, Fig. 2, an overflow valve,
Fig. 3 ein alternatives Halbleiterkühlkörper-System.3 shows an alternative semiconductor heat sink system.
In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau des Halbleiterkühlkörper-Systems dargestellt. Das Halbleiterkühlkörper-System dient vorzugsweise zur Ableitung der Wärmeenergie, die von den Halbleitern eines für den drehzahlgeregelten Betrieb eines Antriebsmo tors dienenden Stromrichters produziert wird und besteht aus einem Halbleiterkühl körper 1, einer an der ersten Stirnseite des Halbleiterkühlkörper montierten An schluß-und-Verteil-Armatur 2 für das Kühlmittel und einer an der zweiten Stirnseite des Halbleiterkühlkörper montierten Umlenkarmatur 3 für das Kühlmittel. Der vor zugsweise in Aluminium-Druckgußtechnik gefertigte einteilige Halbleiterkühlkörper 1 ist als flache Platte ausgebildet und weist eine Vielzahl paralleler Kühlkanäle 4 auf, welche an den beiden vorstehend erwähnten gegenüberliegenden Stirnseiten offen sind. Die Kühlkanäle 4 weisen vorzugsweise Innenrippen auf, welche die für den Wärmeübergang zur Verfügung stehende Oberfläche vergrößern und einen tempe raturausgleichenden Wärmequerfluß zwischen den einzelnen Kühlkanälen ermögli chen.In Fig. 1, the basic structure of the semiconductor heatsink system is shown. The semiconductor heat sink system is preferably used to dissipate the thermal energy that is produced by the semiconductors of a converter used for speed-controlled operation of a drive motor and consists of a semiconductor heat sink 1 , a connection and distribution mounted on the first end face of the semiconductor heat sink. Armature 2 for the coolant and a deflection armature 3 for the coolant mounted on the second end face of the semiconductor heat sink. The one-piece semiconductor heat sink 1, which is preferably manufactured using aluminum die-casting technology, is designed as a flat plate and has a multiplicity of parallel cooling channels 4 , which are open on the two opposite end faces mentioned above. The cooling channels 4 preferably have inner fins, which enlarge the surface available for heat transfer and provide a temperature-compensating heat cross flow between the individual cooling channels.
Die Anschluß-und-Verteil-Armatur 2 weist sowohl einen Kühlmittelzulauf 5 als auch einen Kühlmittelablauf 6 auf. Der Kühlmittelzulauf 5 mündet in einen Kühlmittelver teilkanal 7, von welchem sich mehrere - im Ausführungsbeispiel drei - Zulaufstutzen 10 abzweigen. In ähnlicher Art und Weise mündet der Kühlmittelablauf 6 in einen Kühlmittelsammelkanal 8, von dem sich mehrere - im Ausführungsbeispiel drei - Ab laufstutzen 11 abzweigen. Die Anzahl der Zulaufstutzen 10 entspricht dabei stets der Anzahl der Ablaufstutzen 11.The connection and distribution fitting 2 has both a coolant inlet 5 and a coolant outlet 6 . The coolant inlet 5 opens into a Kühlmittelver subchannel 7 , from which several - in the exemplary embodiment three - branch off inlet connector 10 . In a similar manner, the coolant outlet 6 opens into a coolant collecting channel 8 , from which several - in the exemplary embodiment three - branch off from run-off nozzle 11 . The number of inlet connections 10 always corresponds to the number of outlet connections 11 .
Das Halbleiterkühlkörper-System weist einen sehr niedrigen hydraulischen Wider stand auf. Dies gilt sowohl für die Kühlkanäle 4, als auch für die einzelnen Kanäle der Anschluß-und-Verteil-Armatur 2 und der Umlenkarmatur 3. Dies hat den Vorteil, daß nur eine relativ geringe Energie aufzuwenden ist, um die Strömung des Kühlmit teis mit der vorgegebenen Fließgeschwindigkeit aufrecht zu erhalten. Dies reduziert die Anforderungen an die einzusetzenden Kühlmittelpumpe und den Energiever brauch dieser Pumpe.The semiconductor heat sink system has a very low hydraulic resistance. This applies both to the cooling ducts 4 and to the individual ducts of the connection and distribution fitting 2 and the deflection fitting 3 . This has the advantage that only a relatively small amount of energy is required to maintain the flow of the cooling medium at the predetermined flow rate. This reduces the requirements for the coolant pump to be used and the energy consumption of this pump.
Zwischen Kühlmittelverteilkanal 7 und Kühlmittelsammelkanal 8 befindet sich ein druckgesteuertes Überströmventil 9, dessen Wirkungsweise und Vorteile nachste hend noch im einzelnen erläutert werden.Between the coolant distribution channel 7 and the coolant collection channel 8 there is a pressure-controlled overflow valve 9 , the mode of operation and advantages of which will be explained in detail below.
Die Anschluß-und-Verteil-Armatur 2 kann in unterschiedlichen Varianten ausgebildet sein. Bei einer ersten, nicht dargestellten Variante führen zu den nebeneinander an geordneten Kühlkanälen 4 abwechselnd Zulaufstutzen 10 und Ablaufstutzen 11. Bei einer zweiten, in Fig. 1 gezeigten Variante ist jedem vierten Kühlkanal 4 ein Zulauf stutzen 10 und jedem vierten Kühlkanal 4 ein Ablaufstutzen 11 zugeordnet. Die je weils zwischen einem Zulaufstutzen 10 und einem Ablaufstutzen 11 angeordneten beiden Kühlkanäle 4 sind über einen Umlenkkanal 12 der Anschluß-und-Verteil- Armatur 2 miteinander verbunden. Bei einer dritten, nicht dargestellten Variante ist jedem sechsten Kühlkanal 4 ein Zulaufstutzen 10 und jedem sechsten Kühlkanal 4 ein Ablaufstutzen 11 zugeordnet. Die zwischen einem Zulaufstutzen 10 und einem Ablaufstutzen 11 angeordneten vier Kühlkanäle 4 sind über zwei benachbarte Um lenkkanäle der Anschluß-und-Verteil-Armatur 2 miteinander verbunden. In der glei chen Art und Weise sind weitere Varianten realisierbar.The connection and distribution fitting 2 can be designed in different variants. In a first variant, not shown, the inlet connection 10 and the outlet connection 11 lead alternately to the cooling ducts 4 arranged next to one another. In a second variant shown in FIG. 1, every fourth cooling channel 4 has an inlet nozzle 10 and every fourth cooling channel 4 is assigned an outlet nozzle 11 . The two cooling channels 4 , each arranged between an inlet connector 10 and an outlet connector 11 , are connected to one another via a deflection channel 12 of the connection and distribution fitting 2 . In a third variant, not shown every sixth cooling channel 4 is assigned a discharge nozzle 11, a feed nozzle 10 and each sixth cooling channel. 4 The arranged between an inlet nozzle 10 and an outlet nozzle 11 four cooling channels 4 are connected to each other via two adjacent order to the steering channels of the connection and distribution fitting 2 . Further variants can be implemented in the same way.
Die Umlenkarmatur 3 weist eine Vielzahl nebeneinander angeordneter Umlenkkanä le 13 auf, welche jeweils zwei benachbarte Kühlkanäle 4 des Halbleiterkühlkörpers 1 miteinander verbinden. Zwei benachbarte Kühlkanäle werden hierdurch jeweils im Gegenstrom vom Kühlmittel durchströmt. Es ist selbstverständlich, daß die An schlüsse zwischen den Umlenkkanälen 12, 13 und den Kühlkanälen 4, die An schlüsse zwischen den Zulaufstutzen 10 und den Kühlkanälen 4 sowie die An schlüsse zwischen den Ablaufstutzen 11 und den Kühlkanälen 4 in geeigneter Weise gegen das Austreten von Kühlmittel abgedichtet sind, beispielsweise über elastische Dichtringe, die in Ringnuten eingelegt sind.The deflection fitting 3 has a plurality of deflection ducts 13 arranged next to one another, each of which connects two adjacent cooling ducts 4 of the semiconductor heat sink 1 to one another. As a result, the coolant flows through two adjacent cooling channels in countercurrent. It goes without saying that the connections between the deflection channels 12 , 13 and the cooling channels 4 , the connections between the inlet connector 10 and the cooling channels 4 and the connections between the outlet connector 11 and the cooling channels 4 in a suitable manner against the leakage of coolant are sealed, for example via elastic sealing rings, which are inserted in ring grooves.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Variante ergibt sich eine hydraulische Reihenschaltung von jeweils vier benachbarten Kühlkanälen sowie kombiniert hiermit eine hydrauli sche Parallelschaltung der drei derart gebildeten hydraulischen Reihenschaltungen. Bei der vorstehend erwähnten ersten Variante liegt eine hydraulische Reihenschal tung von jeweils zwei benachbarten Kühlkanälen sowie kombiniert hiermit eine hy draulische Parallelschaltung der derart gebildeten hydraulischen Reihenschaltungen vor. Dementsprechend handelt es sich bei der vorstehend erwähnten dritten Variante um die hydraulische Reihenschaltung von jeweils sechs benachbarten Kühlkanälen sowie kombiniert hiermit um eine hydraulische Parallelschaltung der derart gebilde ten hydraulischen Reihenschaltungen.In the variant shown in Fig. 1, there is a hydraulic series connection of four adjacent cooling channels and combined with this a hydraulic cal parallel connection of the three hydraulic series connections formed in this way. In the above-mentioned first variant, there is a hydraulic series connection of two adjacent cooling channels in each case, and combined with this a hydraulic parallel connection of the hydraulic series connections formed in this way. Accordingly, the third variant mentioned above is the hydraulic series connection of six adjacent cooling channels in each case, and also combines with this a hydraulic parallel connection of the hydraulic series connections formed in this way.
Die externe hydraulische Beschaltung des Halbleiterkühlkörper-Systems 1/2/3 ist wie folgt: Der Kühlmittelzulauf 5 ist mit einer Kühlmittelpumpe 15 verbunden, welche das in einem Rückkühler 14 abgekühlte Kühlmittel in den Halbleiterkühlkörper 1 fördert. Das durch den Kühlmittelablauf 6 der Anschluß-und-Verteil-Armatur 2 strömende Kühlmittel wird dem Kühler eines Antriebsmotors 16 eines Schienenfahrzeuges zu geleitet und tritt danach in den Rückkühler 14 ein. The external hydraulic circuit of the semiconductor heat sink system 1/2/3 is as follows: The fluid inlet 5 is connected to a coolant pump 15 which conveys the cooled in a reflux condenser 14 coolant into the semiconductor heatsink. 1 The coolant flowing through the coolant outlet 6 of the connection and distribution fitting 2 is passed to the cooler of a drive motor 16 of a rail vehicle and then enters the recooler 14 .
Die vom Antriebsmotor 16 (oder von mehreren Antriebmotoren) während des Betrie bes produzierte Wärmeenergie ist üblicherweise ein Vielfaches der durch die Halblei ter des Stromrichters erzeugten Wärmeenergie. Deshalb ist es bei Systemen ohne erfindungsgemäßes Überströmventil erforderlich, mehrere derartiger Stromrichter mit jeweils eigenen Halbleiterkühlkörper-Systemen hydraulisch parallel zu schalten, um ein und denselben Kühlmittelstrom zunächst durch die hydraulische Stromrichter- Parallelschaltung und anschließend durch den Antriebsmotor oder die Antriebsmoto ren leiten zu können. Dies erfordert jedoch ein relativ aufwendiges und damit teures hydraulisches Verbindungssystem zur Führung des Kühlmittels. Beim erfindungsge mäßen Halbleiterkühlkörper-System mit Überströmventil ist es möglich, die Halblei terkühlkörper der einzelnen Stromrichter sowie den Antriebsmotor oder die An triebsmotoren in Reihe zu schalten, was das erforderliche hydraulische Verbin dungssystem zur Führung des Kühlmittels vereinfacht und damit verbilligt. Jedem der in Reihe legenden Halbleiterkühlkörper wird lediglich eine Teilmenge des gesamten Kühlmittelstromes zugeführt, während der restliche Kühlmittelstrom vom Kühlmittel verteilkanal 7 über das Überströmventil 9 direkt in den Kühlmittelsammelkanal 8 und damit zu den weiteren Komponenten der hydraulischen Reihenschaltung gelangt.The heat energy produced by the drive motor 16 (or by several drive motors) during operation is usually a multiple of the heat energy generated by the semiconductor of the converter. Therefore, in systems without an overflow valve according to the invention, it is necessary to hydraulically connect several such converters, each with its own semiconductor heat sink system, in order to be able to conduct one and the same coolant flow first through the hydraulic converter parallel connection and then through the drive motor or the drive motors. However, this requires a relatively complex and therefore expensive hydraulic connection system for guiding the coolant. In fiction, contemporary semiconductor heat sink system with overflow valve, it is possible to connect the semiconductor heat sink of the individual converters and the drive motor or the drive motors in series, which simplifies the hydraulic connection system required for guiding the coolant and thus makes it cheaper. Each of the semiconductor heat sinks in series is supplied with only a subset of the total coolant flow, while the remaining coolant flow from the coolant distribution channel 7 passes via the overflow valve 9 directly into the coolant collection channel 8 and thus to the other components of the hydraulic series connection.
In Fig. 2 ist der Aufbau eines derartigen Überströmventils 9 beispielhaft dargestellt. Das Überströmventil 9 weist einen Ventilkörper 17 auf, welcher eine in den Kühlmit telverteilkanal 7 mündende Zuströmöffnung 18 und eine im Kühlmittelsammelkanal 8 mündende Ablaufseite 19 aufweist. Bis zu einem vorgebbaren, durch eine nachste hend mit Ziffer 22 bezeichnete Feder bestimmten hydraulischen Druck im Kühlmittel ergibt sich keine für das Kühlmittel offene Verbindung zwischen Zuströmöffnung 18 und Abtaufseite 19, da ein innerhalb des Ventilkörpers 17 befindlicher Ventilkegel 20 gegen einen Dichtsitz 23 des Ventilkörpers preßt. Der Ventilkegel 20 stützt sich über eine Führung/Lagerung 21 gegen den Ventilkörper ab und wird mittels der Feder 22 gegen den Dichtsitz 23 gedrückt.The structure of such an overflow valve 9 is shown by way of example in FIG. 2. The overflow valve 9 has a valve body 17 which has an inflow opening 18 opening into the coolant distribution channel 7 and an outlet side 19 opening into the coolant collection channel 8 . Up to a predeterminable hydraulic pressure in the coolant determined by a next designated spring 22 , there is no open connection for the coolant between the inflow opening 18 and the outlet side 19 , since a valve cone 20 located within the valve body 17 presses against a sealing seat 23 of the valve body . The valve cone 20 is supported against the valve body via a guide / bearing 21 and is pressed against the sealing seat 23 by means of the spring 22 .
Der Ventilkegel 20 wird vom Dichtsitz 23 abgehoben, sobald der hydraulische Druck im Kühlmittel den durch die Feder 22 erzeugten Gegendruck überschreitet, so daß sich eine für das Kühlmittel offene Verbindung zwischen Kühlmittelverteilkanal 7 und Kühlmittelsammelkanal 8 ergibt. Diese offene Verbindung wird durch einen sich zwi schen Außenmantelfläche des Ventilkegels 20 und Innenmantelfläche des Ventilkör pers 17 befindlichen Ringspalt 24 auf einen vorgegebenen maximalen Querschnitt begrenzt. Dies hat den Vorteil, daß selbst bei einem Bruch der Feder 22 und damit permanenter Öffnung zwischen Zuströmöffnung 18 und Ablaufseite 19 lediglich die ser vorgegebene maximale Querschnitt für das überströmende Kühlmittel zur Verfü gung steht und gewährleistet ist, daß auf jeden Fall eine vorgegebene Mindest- Teilmenge des Kühlmittels durch den Halbleiterkühlkörper 1 selbst geführt wird und diesen ausreichend kühlt.The valve cone 20 is lifted off the sealing seat 23 as soon as the hydraulic pressure in the coolant exceeds the back pressure generated by the spring 22 , so that there is an open connection for the coolant between the coolant distribution channel 7 and the coolant collection channel 8 . This open connection is limited by an inter mediate outer surface of the valve cone 20 and inner surface of the Ventilkör pers 17 annular gap 24 to a predetermined maximum cross section. This has the advantage that even if the spring 22 breaks and thus the permanent opening between the inflow opening 18 and the outlet side 19, only the predetermined maximum cross-section for the overflowing coolant is available and it is ensured that in any case a predetermined minimum quantity of the coolant is passed through the semiconductor heat sink 1 itself and cools it sufficiently.
In Fig. 3 ist ein alternatives Halbleiterkühlkörper-System dargestellt. Bei diesem Halbleiterkühlkörper-System sind die Trennwände zwischen den Kühlkanälen 4' an beiden Stirnseiten des Halbleiterkühlkörpers 1' zum Teil verkürzt, um hierdurch Um lenkkanäle 12', 13' zu bilden. Eine eigene Umlenkarmatur entfällt vorteilhaft, die Stirnseiten des Halbleiterkühlkörpers 1' werden lediglich mittels Stopfen 25 ver schlossen. Da eine Anschluß- und Verteilarmatur 2' nicht an einer Stirnseite, son dern im Randbereich einer Hauptoberfläche des Halbleiterkühlkörpers 1' vorgesehen ist, gilt dies für beide Stirnseiten des Halbleiterkühlkörpers.In Fig. 3, an alternative semiconductor heatsink system is shown. In this semiconductor heat sink system, the partitions between the cooling channels 4 'on both ends of the semiconductor heat sink 1 ' are partially shortened in order to thereby form steering channels 12 ', 13 '. A separate deflection valve is advantageously omitted, the end faces of the semiconductor heat sink 1 'are only closed by means of plugs 25 ver. Since a connection and distribution fitting 2 'is not provided on one end face, but in the edge region of a main surface of the semiconductor heat sink 1 ', this applies to both end faces of the semiconductor heat sink.
Die Anschluß- und Verteilarmatur 2' weist für den Anschluß an einen externen Kühl kreislauf mit Kühlmittelpumpe und Rückkühler einen äußeren Kühlmittelzulauf 5' sowie einen äußeren Kühlmittelablauf 6' auf. Der Kühlmittelzulauf 5' mündet in einen Kühlmittelverteilkanal 7', der über einzelne Zulaufstutzen 10' die Verbindung zu den Kühlkanälen 4' herstellt. Der Rücklauf des Kühlmittels aus den Kühlkanälen 4' er folgt über einzelne Ablaufstutzen 11' in einen Kühlmittelsammelkanal 8' und von dort in den Kühlmittelablauf 6'.The connection and distribution valve 2 'has an external coolant inlet 5 ' and an external coolant outlet 6 'for connection to an external cooling circuit with coolant pump and recooler. The coolant inlet 5 'opens into a coolant distribution channel 7 ', which establishes the connection to the cooling channels 4 'via individual inlet connectors 10 '. The return of the coolant from the cooling channels 4 'it follows via individual outlet connections 11 ' into a coolant collecting channel 8 'and from there into the coolant outlet 6 '.
Die Herstellung des alternativen Halbleiterkühlkörper-Systems erfolgt in folgender Art und Weise: In einem ersten Schritt werden die Randbereiche der Trennwände zwi schen den Kühlkanälen 4' an beiden Stirnseiten des Halbleiterkühlkörpers 1' abge fräst, um hierdurch Umlenkkanäle 12', 13' zu bilden. Im gleichen Schritt werden auch Fügestellen in die Stirnseiten des Halbleiterkühlkörpers 1' eingefräst, um das in einem zweiten Schritt durchgeführte Einschweißen der Stopfen 25 zu ermöglichen. In einem dritten Schritt werden die Zulaufstutzen 10' und Ablaufstutzen 11' durch die Wandung des Halbleiterkühlkörpers 1' bis zu den Kühlkanälen 4' gefräst. Im glei chen Schritt werden auch Vertiefungen in die Wandung des Halbleiterkühlkörpers 1' gefräst, um das in einem vierten Schritt durchgeführte Einschweißen der Anschluß- und Verteilarmatur 2' zu ermöglichen. The alternative semiconductor heat sink system is produced in the following manner: In a first step, the edge regions of the partition walls between the cooling channels 4 'are milled off on both end faces of the semiconductor heat sink 1 ', in order to thereby form deflection channels 12 ', 13 '. In the same step, joints are also milled into the end faces of the semiconductor heat sink 1 'in order to enable the plugs 25 to be welded in in a second step. In a third step, the inlet connector 10 'and outlet connector 11 ' are milled through the wall of the semiconductor heat sink 1 'to the cooling channels 4 '. In the moving step, wells are chen 'milled to the process performed in a fourth step, welding of the connection and Verteilarmatur 2' in the wall of the semiconductor body 1 to allow cooling.
Die vorstehend erwähnten Schweißprozesse erfolgen vorzugsweise in Reibschweiß technik, es können jedoch auch Laserschweißen, Elektroschweißen oder Autogen schweißen eingesetzt werden.The welding processes mentioned above are preferably carried out in friction welding technology, but it can also be laser welding, electric welding or autogenous welding can be used.
Der Vorteil dieses alternativen Halbleiterkühlkörper-Systems besteht insbesondere darin, daß es vollkommen ohne Dichtungen gestaltet ist und hierdurch Probleme bei der Alterung von Dichtungsmaterialien vermieden werden.The advantage of this alternative semiconductor heat sink system is in particular in that it is designed completely without seals and thereby problems with aging of sealing materials can be avoided.
Claims (7)
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