COOLING DEVICE FOR ELECTRICAL COMPONENTS

Abstract: 1. A cooling element for electrical components, comprising a metal body which is provided with at least one hole therein, at least one coolant channel which is arranged within the body, and at least one inlet and outlet connected to the coolant channel, characterised by a metal core (2) which is inserted into the recess (6) and connected to the metal body (1) by shrink fitting, and which has at least one opening therein (3, 4) which is connected to the inlet and the outlet (7, 8) and, together with at least one wall (5) of the hole (6) in the metal body (1), forms the coolant channel.

Description: Kühlkörper für elektrische Bauelemente Die Erfindung bezieht sich auf Kühlkörper für elektrische Bauelemente, mit einem mit mindestens einer verschlossenen Öffnung versehenen Metallkorper, der mindestens einen im Inneren angeordneten Kuhimittelkanal und mindestens einen mit dem KUhimittelkanal in Verbindung stehenden Zufluss und Abfluss aufweist. Ein solcher bekannter Kühlkorper besteht beispielsweise aus einem Metallblock, der mit einer Ringnut versehen ist. Diese ist mit einem Zufluss und einem Abfluss verbunden. Die Ringnut bildet einen KUhimittelkanal, über den ein grosser Teil der durch das elektrische Bauelement erzeugten Verlustwärme abgefUhrt wird. Der Kiel- mittelkanal wird mittels einer Metallplatte verschlossen, die mit dem Metallblock verlötet wird. Beim Verldten kann Lot in den Kühlkanal gelangen, was zur Korrosion fUhren kann. Besteht der Metallkörper zum Beispiel aus Kupfer, so kann dieser ausserdem durch die beim Löten angewandte Temperatur weich werden una sich verformen. Besteht der Metallkörper aus Aluminium, so ist ein Abdichten der Öffnung durch Verlöten überhaupt nicht möglich. Bei einem weiteren bekannten Kühl körper besteht der Netallkörper aus zwei Teilen. Diese weisen Jeweils Aussparungen auf, die so ausgebildet sind, dass sich beim Zusammenfügen. der Teile ein mäanderförmiger Kühl- mittelkanal ergibt. Die beiden Teile werden miteinander verschraubt. Eine Verschraubung erlaubt Jedoch nur eine begrenzte Anzahl von konstruktiven Lösungen. Ausserdem sind im allgemeinen elastische Dichtungen erforderlich. Der Wärmeübergang und der elektrische Kontakt ist da trüber hinaus bei verschraubten Teilen nicht optimal. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühl- körper der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei dem weder eine Verschraubung noch eine stoffschlüssige Verbindung zum Beispiel durch Verlöten erforderlich ist. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen die Öffnung verschliessenden, mit dem Metallkörper durch einen Schrumpfsitz verbundenen metallenen Kern, der mindestens eine mit dem Zu- und Abfluss in Verbindung stehende Aussparung aufweist, die zusammen mit mindestens einer an die Öffnung grenzenden Wand des Metallkörpers den Külmittelkanal bildet. Weiterbildungen dieses Kisalkörpers sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird an Hand dreier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Fig. 1 bis 7 näher erlsrtert. Es zeigen: Fig. 1, 2 ein erstes Ausführungsbeispiel im Schnitt und in der Aufsicht, Fig. 3, 4 ein zweites Ausfuhrungsbeispiel im Schnitt und in der Aufsicht, Fig. 5, 6 und 7 ein drittes Ausfuhrungsbeispiel im Querschnitt, in der Aufsicht und im Lnngs- schnitt. In den Fig. 1 und 2 ist der Metallkörper des hlkdr- pers mit 1 bezeichnet. Er hat die Form eines Rings und kann zum Beispiel aus Stahl bestehen. Der Ring hat eine Öffnung 6, in der ein metallener Kern 2 sitzt. Dieser kann beispielsweise aus Kupfer bestehen. Der Kern 2 hat zwei den Kern in Umfangsrichtung umgebende Nuten 3, 4. Diese Nuten bilden zusammen mit einer Wand 5 des Netallkörpers 1 einen KUhimittelkanal. Dieser Kümlmittelkanal steht mit einem Zufluss 7 und einem Abfluss 8 in Verbindung. Der Kern 2 ist mit dem Metall körper 1 durch einen Schrumpfsitz verbunden. Dieser Schrumpfsitz, der an sich bekannt ist, wird durch Erhitzen des Metallkörpers 1 und/oder Abkühlen des Kerns 2 auf eine Temperatur erreicht, die ein leichtes Zu sammenstecken beider Teile ermöglicht. Nach Abkühlen des Metallkörpers 1 und/oder Erwärmen des Kerns 2 kommt eine dichte Verbindung zwischen den genannten Teilen zustande. Die Öffnung 6 des Metallkdrpers 1 wird damit gegen einen Austritt des Kühlmediums abgedichtet. Der Kern 2 kann an einer oder beiden Stirnseiten mit Sitzflächen 9, 10 versehen sein, die zur Kontaktierung zum Beispiel eines Halbleiterbauelementes mit schei benförmigem Gehäuse geeignet ist. Zur Lagesicherung dieser Ealbleiterbauelemente kann der Kern Bohrungen aufweisen, in die mit dem Gehäuse des Halbleiterbauelements verbundene Stifte eingreifen. Der Kühlkörper nach den Fig. 3, 4 unterscheidet sich von dem in Fig. 1, 2 gezeigten im wesentlichen dadurch, dass der Netallkörper 11 Rechteckform hat. Er kann beispielsweise aus stranggepresstem Aluminium bestehen. In Fig. 4 ist der Metallkörper nur mit einem Kern 2 dargestellt. Es ist Jedoch möglich, in einem Metallkörper 11 mehrere, zum Beispiel drei hintereinanderliegende Kerne vorzusehen. Diese Kerne sind durch Bohrungen 12, 13, die als Zu- und Abflüsse dienen, miteinander verbunden und werden nacheinander vom Kühlmitteistrom umspült. Die Bohrungen 12, 13 können beim Strangpressen des Metallkörpers 11 mit hergestellt werden. Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 4 wird die Kühlung durch tflnspülen des Kerns erreicht. Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5, 6 und 7 wird von dem Prinzip der Aufpralikuhlung Gebrauch gemacht. Dieses Ausftlhrungsbeispiel unterscheidet sich von den bisher beschriebenen im wesentlichen dadurch, dass der Fnhlmittelstroms der in einen Zufluss 17 in den Metallkörper 15 hineinfliesst, in einem Kern 16 um 900 umgelenkt wird und gegen eine Wand 25 des Netallkörpers 15 prallt. Dies geschieht durch in radialer Richtung im Kern 16 angeordnete Ausnehmungen 19, 20, die über axiale Ausnehmungen 21, 22 und eine in der Wand 25 angeordnete Ringnut 23 miteinander verbunden sind. Die Wand 25 ist als Sitzfläche 24 zum Beispiel für ein Leistungs-Halbleiterbauelement ausgebildet. Der Kern 16 ist wiederum in den Metallkörper 15 eingeschrumpft. Auch hier kann der Metallkörper 15 ein Strangpressprofil aus Aluminium sein und der Kern 16 aus Kupfer bestehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel durchdringt im Gegensatz zu dem Ausftibrungsbeispiel nach Fig. 1 bis 4 die vom Kern 16 verschlossene Öffnung den Metallkörper 15 nicht vollständig. Der Vorteil der besseren Kilhlung muss hier mit dem Nachteil einer etwas aufwendigeren Fertigung erkauft werden. Bei Metallkörpern aus minium und Kupferkernen lässt sich ein einwandfreier Schrumpfsitz und damit eine ein wandfreie Abdichtung zum Beispiel wie folgt erzielen: Die Bohrung im Netallkörper betrage zum Beispiel 48 mm mit einer Toleranz von + 25 m. Der Kern weist gegen Uber der Bohrung ein Übermass von +156 #um bis + 175 /um auf. Wird der Metallkorper auf 260 C erwärmt, so lässt sich der Kupferkern leicht in die Öffnung einführen und. sitzt nach dem Erkalten des Metallkörpers einwandfrei fest. Der thermische und elektrische Kontakt zwischen Kern und Metallkörper ist optimal. 7 Figuren 10 Patentansprüche

Claims: Patentansorüche 1. KUhikörper für elektrische Bauelemente, mit einem mit mindestens einer verschlossenen Öffnung versehenen Metallkörper, der mindestens einen im Inneren angeordneten Kühimittelkanal und mindestens einen mit dem Kühlmittelkanal in Verbindung stehenden Zufluss und Abfluss aufweist, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen die Öffnung (6) verschliessenden, mit dem Metallkdrper (1) durch einen Schrumpfsitz verbundenen metallenen Kern (2), der mindestens eine mit dem Zu- und Abfluss (7, 8) in Verbindung stehende Aussparung (3, 4) aufweist, die zusammen mit mindestens einer an die Öffnung (6) grenzenden Wand (5) des Metallkörpers (1) den KUhimittelkanal bildet. 2. Kühlko..rper nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Öffnung (6) und der Kern (2) zylindrisch ausgebildet sind und dass die Aussparung des Kerns eine den Kern in Umfangrichtung umgebenden Nut (2, 3) ist. 3. rrh1kÖrper nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Öffnung (6) den Metallkörper (1, 11) vollständig durchdringt und dass der Netallkörper beidseitig mit dem Kern (2) verschlossen ist. 4. Kühlkörper nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Öffnung den Metallkörper (15) teilweise durchdringt und dass der Metallkörper einseitig mit dem Kern (16) verschlossen ist. 5. Kühlkörper nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Öffnung und der Kern (16) zylindrisch ausgebildet sind, dass die Öffnung den Metallkörper (15) nur teilweise durchdringt, dass der Kern mit radialen Aussparungen (19, 20) versehen ist, die jweils mit einer axial liegenden Aussparung (21, 22) verbunden sind, und dass die der Öffnung gegen überliegende Wand des Metallkörpers (15) mindestens eine Nut aufweist, die mit den axialen Aussparungen verbunden ist. 6. Kuhikörper nach einem der Ansprüche 1 bis, 5, d a d u r c g e k e n n z e i c h n e t, dass der Metallkörper (11, 15) mehrere hintereinanderliegende Öffnungen aufweist, die untereinander durch Zu- und Abflüsse (17, 18) verbunden sind. 7. Killakörper nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Metallkörper Cii, 15) aus einem Strangpressprofil besteht. 8. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Me tallkörper (11, 15) aus Aluminium und der Kern (2, 16) aus Kupfer besteht. 9. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kern mindestens eine Sitzfläche (9, 10) für ein Halbleiterbauelement aufweist. 10. Ktililkörper nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die der Öffnung gegenüberliegende Wand (25) eine Sitzfläche (24) für ein Haibleiterbauelement aufweist.

Inventors: BAHLINGER, WALTER
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1979
Main classification: H01L23
IPC codes: H01L23