Устройство для охлаждения полупроводниковых приборов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, работающих в режиме с повторно-кратковременными перегрузками, содержащее полупроводниковый прибор с установленными на нем охладителями, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе и срока службы полупроводникового .прибора, поверхность одного из охладителей выполнена снаружи гладкостенной , а внутри развита за счет ребер, выполненных на основании, причем корпус этого охладителя теплоизолирован от внешней среды, а второй охладитель - испарительный или жидкостный - установлен на другой стороне охлаждаемого прибора.

(!9) (И) СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СНЕЛЛ В

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2! ) 3548962 / l 8-2 1 (22) 08.02.83 (46) 07.10.84. Бюл. 1(- 37 (72) В.С.Лабковский, В.Н.Кондратюк, А.А.Ткаченко, Т.К.Котляревска (, И.И.Фейгельман и В.M.ÁàáàéëoB (71) Производственное объединение

"ХЭИЗ" (53) 621.396.67.7(088.8) (56) 1. Патент США Ф 3766977, кл. 165-47, опублик.15.09.72.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 570131, кл. Н Ol L 23/36, 06.09.76 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, работа3(5!1 H 01 L 23/36 H 05 К 7/20 ющих в режиме с повторно-кратковременными перегрузками, содержащее полупроводниковый прибор с установленными на нем охладителями, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности в работе и срока службы полупроводникового .прибора, поверхность одного из охладителей выполнена снаружи гладкостенной, а внутри развита за счет ребер, выполненных на основании, причем корпус этого охладителя теплоизолирован от внешней среды, а второй охладитель — испарительнмй или жидкостный — установлен на другой стороне охлаждаемого прибора.

l I 17

50

Изобретение относится к устройствам охлаждения силовых полупроводниковых приборов, работающих в продолжительном режиме, с повторнократковременными перегрузками, и может быть использовано, в частности, в тиристорных приводах.

Известно устройство для охлаждения полупроводниковых приборов, содержащее прижатые к обоим основа- щ ниям такого прибора, в частности тиристора таблеточного типа, охладители, представляющие собой радиаторы, расположенные в потоке хладаген() .

Такие устройства для охлаждения удовлетворяют требованиям к ним при работе охлаждаемого полупроводникового прибора в спокойном режиме, т ° е. при неизменной либо медленно меняющейся нагрузке. Однако при работе полупроводниковых приборов в режиме перегрузки эти устройства недостаточно эффективны, так как не обеспечивают необходимой скорости

25 отвода тепла от упомянутых приборов либо обладают. нерациональной избыточностью.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для охлаждения полупроводниковых приборов, содержащее ребристый радиатор, контактирующий своим корпусом непосредственно с охлаждаемым полупроводниковым прибором. Внутренний объ- З5 ем корпуса радиатора заполнен плавящимся веществом. На внутренних стенках корпуса установлены биметаллические плоские пружины, концы которых прижаты к корпусу скобами, а на по- 40 верхности этих пружин расположены перфорированные пластины, скрепленные с ними в центральной части заклепками. Передача тепла от охлажда.емой поверхности к плавящемуся ве- 45 ществу осуществляется через стенки корпуса, биметаллическую пружину и упомянутую пластину f2j .

Однако в результате совмещения двух разнородных охладителей они оказывают отрицательное влияние один на другой. Так, наличие внутри корпуса радиатора плавящегося вещества влечет за собой утончение контактирующей с приборами стенки радиатора для ускорения передачи тепла плавящемуся веществу в режиме повторно-кратковременных перегру735 2 зок. Однако из-за значительно меньшей теплопроводности плавящегося вещества по сравнению с материалом радиатора передача тепла в окружающую среду в продолжительном режиме работы охлаждаемого прибора происходит в основном через тонкую контактирующую с прибором стенку радиатора к теплообменным ребрам последнего, что обусловливает медленный отвод тепла, а следовательно, малоэффективное охлаждение полупроводникового прибора. Расположение радиатора на пути теплового потока к плавящемуся веществу способствует замедлению процесса его плавления в режиме повторно-кратковременных перегрузок, так как часть тепла при этом рассеивается в окружающую среду через ребра радиатора.

Наличие плоской биметаллической пружины и перфорированной пластины с высокой теплопроводностью ускоряет процесс плавления плавящегося вещества только в первый момент возникновения перегрузки в приборе, когда контакт пружины с греющимся от прибора корпусом осуществляется по всей ее поверхности. При нагревании пружины она выгибается внутрь полости с плавящимся веществом, и контакт ее с корпусом осуществляется только через прижатые скобами к поверхности корпуса концы пружины, т.е, тепло через небольшие участки идет вдоль пружины и через небольшую поверхность к пластине, а значит, скорость передачи тепла к пластине незначительна и практически не может воздействовать на ускорение процесса плавления плавящегося вещества.

Кроме того, в устройстве не предусмотрены средства для обеспечения стабилизации температуры полупроводникового прибора, что является существенным недостатком особенно при работе прибора в режиме повторнократковременных перегрузок, так как при этом имеют место резкие перепады температуры, которые отрицательно сказываются на циклостойкости прибора.

Целью изобретения является повышение надежности в работе и срока службы полупроводникового прибора.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем полупроводниковый прибор с установленными на нем охладителями, поверхз I ность одного иэ охладителей выполнена снаружи гладкостенной, а внутри развита за счет ребер, выполненных, на основании, причем. корпус этого охладителя теплоиэолирован от внешней среды, а второй охладитель— испарительный или жидкостный †. установлен на другой стороне охлаждаемого прибора.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид с частичным разрезом.

Устройство для охлаждения полупрбводниковых приборов содержит два разнородных охладителя, прижатых с обеих сторон полупроводникового прибора 1, например таблеточного тиристора, с помощью стяжных шпилек 2.

Один из охладителей содержит корпус

3, заполненный плавящимся веществом

4, например сплавом Вуда. Корпус 3 выполнен из теплопроводящего материала, например иэ меди или алюминия, является гладкостенным, снабжен теплоизолирующим покрытием 5 снаружи, а его внутренняя поверхность развита за счет тецлообменных ребер 6, которые простираются внутрь корпуса

3 от его основания, контактирующего с первым основанием прибора I. Ребра 6 имеются на всей внутренней поверхности основания и расположены параллельно одна другой. Другой охладитель является, например, жидкостным или испарительным. В данном случае использован охладитель в виде комплекта тепловых трубок 7, вставленных своими испарителями в гнезда теплообменной пластины 8, контактирующей с прибором 1 по всей поверхности его второго основания, и расположенных параллельными рядами или концентрично., При работе полупроводникового прибора в продолжительном режиме

его охлаждение производится с помощью тепловых трубок 7. Ряды тепло1I7735 ф вых трубок 7 обеспечйва11т интенсивный и равномерный отнод теи1..1 от всей поверхности основания прибора

l. Первый охладитель в этом режиме работы прибора I поглощает сравнит 11но небольшое количество тепла иэза сравнительно низкой теплопроводности плавящегося вещества 4 и отсутствия внешнего оребрения и наличия покрытия 5 на корпусе 3. При этом поглощаемое первым ох11ад1пелем тепло способствует подготовке «Го к работе в момент перегрузки прибора I

Токовая перегрузка прибора !,сопроВождается ПОВьш!ениеM е Го т«M11eрату ры до значений, превышающих температуру плавления плавящегося вещества

4, и выделяемое при этом прибором тепло интенсивно передается через корпус 3 и ребра 6 плавящемуся веществу 4. Теплоиэолирующее покрытие

5 предотвращает отдачу тепла в а. окружающую среду. Происходит интенсивное плавление плавящегося вещества 4, в результате чего температура прибора 1 не поднимается выше допустимых значений. После прекращения токовой перегрузки плавящее-ся вещество 4 затвердевает, и в про30 цессе его затвердения тепло от него передается через прибор 1 к тепловым трубкам 7 и таким образом температура прибора I стабилизируется.

Расположение разнородных охладителей по обе стороны от полупровод35 никового прибора позволяет исключить взаимное негативное влияние охладителей и в совокупности с гладкостенным, покрытым теплоиэоляционным слоем корпусом охладителя с плавящимся

40 веществом обеспечивает воэможность передачи тепла второму охладителю при эатвердевании плавящегося ве щества через полупроводниковый прибор по окончании его кратковременной

45 перегрузки и тем самым способствует стабилизации температуры прибора.

lll7735

Составитель С.Дудкин

Техред М.Тенер

Редактор И.Николайчук

Корректор А.Тяско

Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Эаказ 7266/38 Тираж 682

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1l3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5