COOLING MEMBER FOR LIQUID-COOLING OF SEMICONDUCTOR COMPONENTS

Abstract: 1. A cooling body having two main faces and cooling channels (9, 11) and one inlet (4) and one outlet (5) for the liquid cooling of two semiconductor components, of which one is adjacent to one main face of the cooling body and the other to the other main face of the cooling body, characterised in that the cooling body consists of a metallic central portion (1) which has two main faces, and two covers (2, 3) which adjoin the main faces of the central portion (1) ; that the cooling channels (9, 11) are arranged in the covers (2, 3) ; and that the cooling channels (9, 11) of the two covers (2, 3) are traversed in series by the whole of the cooling liquid.

Description: Ki#körper für Flüssigkeitskühlung Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlkörper zur Flus si gke it sktihlung von zwei Halbleiterbauelementen, von denen eines auf der einen und eines auf der anderen Seite des Kühlkörpers anliegt, mit in metallenen Deckeln angebrachten, miteinander in Verbindung stehenden Kanälen, die mit einem Einlass und einem Auslass verbunden sind. Solche Küblkörper werden zum Beispiel in Gleichrichterund Thyristorsäulen eingesetzt. Hierbei muss der zwischen zwei Bauelementen liegende Kühlkörper einen gewissen Anteil der Veriustwärme von zwei Bauelementen abführen. Ein bekannter Kühlkörper für Flüssigkeitskühlung der genannten Art ist so aufgebaut, dass die Kanalsysteme des einen Deckels den Kanalsystemen des anderen Deckels parallelgeschaltet sind. Das heisst, dass jeder Deckel nur von der Hälfte der Flüssigkeit durchströmt wird. Die Kühlwirkung einer solchen Anordnung ist dementsprechend gering. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühiwir- kung eines Kühlkörpers der genannten Art zu verbessern. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal des einen Deckels so mit dem Kanal des anderen Deckels verbunden ist, dass beide Kanäle nacheinander von der gesamten Flüssigkeit durchströmt sind. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird an Hand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Aufsicht auf den Kühlkörper von der Einlass und Auslassseite, Fig. 2 die Innenansicht des linken Deckels des Kühikör- pers nach Fig. 1, Fig. 3 die Innenansicht des rechten Deckels des KühIkör- pers nach Fig. 1 und Fig. 4 die Innenansicht eines Deckels gemäss einem ande ren AusfUhrungsbeispiel. Der Kiihlkorper nach Fig. 1 weist ein metallenes Mittelstück 1 mit zwei Hauptflächen auf. An der linken Hauptfläche sitzt ein Deckel 3, an der rechten Hauptfläche ein Deckel 2. Das Mittelstück 1 und die Deckel 2, 3 bestehen aus gut wärmeleitendem Metall, zum Beispiel aus Kupfer oder Aluminium. Das Mittelstück 1 trägt einen Einlass 4 und einen Auslass 5. Der Einlass 4 ist über eine erste Öffnung 6 mit dem Inneren des ersten Deckels 2 verbunden. Der Auslass 5 ist über eine zweite Öffnung 7 mit dem Inneren des linken Deckels 3 verbunden. Das Mittelstück 1 ist ferner von einer dritten Öffnung 8 durchsetzt, die die Deckel 2 und 3 miteinander verbindet. Auf der Innenseite des Deckels 2 ist ein schneckenförmig gewundener Kanal 9 angeordnet, der durch einen Steg 10 begrenzt wird. Der Steg ist der besseren Ubersicht halber schraffiert dargestellt. Der Anfang des Kanals 9 liegt der Öffnung 6 gegenüber, deren Projektion auf den Deckel 2 in Fig. 3 durch einen gestrichelten Kreis angedeutet ist. Das Ende des Kanals 9 liegt der dritten Öffnung 8 gegenüber, deren Projektion auf den Deckel 2 ebenfalls durch einen gestrichelten Kreis dargestellt ist. Der zweite, in Fig. 2 dargestellte linke Deckel 3 weist ebenfalls einen schneckenförmig gewundenen Kanal 11 auf, der durch einen Steg 12 begrenzt ist (ebenfalls schraffiert). Der Anfang des Kanals liegt der dritten Öffnung 8 gegenüber, sein Ende der zweiten Öffnung 7. Die Projektionen dieser Öffnungen auf das Innere des Deckels 3 sind wiederum durch gestrichelte Kreise angedeutet. Tritt durch den Einlass 4 Kühlflüssigkeit ein, so fliesst sie durch die erste Öffnung 6, durch den Kanal 9 des Deckels 2 entlang der Pfeilrichtung, tritt durch die dritte Öffnung 8 aus und gelangt in den Kanal 11 des Deckels 2. Hier fliesst sie von innen nach aussen durch den Kanal 11, die zweite Öffnung 7 und tritt durch den Auslass 5 aus. Die Kanäle 9 und 11 sind also bezüglich der Strömungsrichtung hintereinandergeschaltet und jedes der zu beiden Seiten des Kühlkörpers 1 anliegenden Bauelemente wird durch die gesamte Wassermenge gekühlt. Hiermit wird, unbeschadet der Tatsache, dass das den Kanal 11 durchfliessende Wasser wärmer ist als das den Kanal 9 durchfliessende, eine gegenüber der bekannten Lösung mit parallelgeschaltetem Kühlmittelfluss verbesserte Kühlwirkung erreicht, da jeder Deckel gegenüber dieser Lösung von der doppelten Wassermenge durchflossen wird. Die Kanäle 11 und 12 in den Deckeln 2, 3 sind vorzugsweise gleich geformt. Sie sind lediglich gegeneinander um 1800 versetzt auf dem Mittelstück 1 befestigt. Zweckmässigerweise liegt dazu die beide Deckel verbindende Öffnung 8 zentrisch zu den Deckeln. Will man zum Beispiel Einlass und Auslass auf zwei benachbarten Aussenflächen des Mittelteils 1 anordnen, so muss der Deckel 2 gegenüber dem Deckel 3 lediglich um 900 verdreht montiert werden. Werden die Deckel rund ausgeführt und zum Beispiel über eine Klemmvorrichtung mit einem runden Mittelstück ver bunden, so lassen sich Einlass und Auslass an beliebigen Stellen am Umfang des Mittelstücks anbringen. Die identische Form der Kanäle hat ausserdem noch den Vorteil, dass zur Herstellung ein und dasselbe Werkzeug verwendet werden kann. Die Deckel 2 und 3 nach den Fig. 2 und 3 weisen jeweils einen einzigen, schneckenförmig gewundenen Kanal auf. Es ist jedoch auch möglich, einen Kanal in mehrere Einzelkanäle aufzuteilen. Ein solcher Deckel ist in Fig. 4 dargestellt. Als Mittelstück kann zum Beispiel das in Fig. 1 dargestellte verwendet werden. Die Kühlflüssig- keit tritt hier nach Durchlaufen des (nicht dargestellten) rechten Deckels durch die dritte Öffnung 8 in das Innere des Deckels 13 ein. Hier verteilt sich der Kühl- mittelfluss auf vier einander parallelgeschaltete TeiSka- näle 14, 15, 16 und 17. Anschliessend verlässt das KUhlmittel den Deckel 13 und tritt durch die Öffnung 7 aus dem Auslass 5. Auch hier wird jeder Deckel von der gesamten Flüssigkeitsmenge durchflbssen und erhält gegenüber der Lösung, bei der die Deckel parallelgeschaltet sind, die doppelte Menge. Vorzugsweise sind die Kanäle des Deckels 13 so geformt, dass sich die Kühlflüssigkeit symmetrisch verteilt. Dazu ist der Deckel 13 symmetrisch zu einer durch die Mittelpunkte der Projektionen der Öffnungen 7 und 8 gehende gedachte Linie ausgebildet. Die Verteilung kann durch eine Prallnase 18 verbessert werden. Diese Prallnase erhöht auch die mechanische Stabilität des Kühlkörpers. Damit ist bei druckkontaktierten Bauelementen eine bessere Druckübertragung gewährleistet. Der andere zum Kühlkörper gehörige Deckel kann wiederum identisch ausgebildet sein. Der Kühlkörper lässt sich vorteilhafterweise für einen Säulenaufbau benützen, bei dem die beiden am Kühlkörper anliegenden Bauelemente auf ihrer dem Kühlkörper zugewandten Seite gleiches Potential haben. Zur Stromzuführung kann das Mittelstück dann Teil einer Stromschiene sein. 4 Figuren 8 Patentansprüche

Claims: Patentan sprüche 1. Kühlkörper zur Flüssigkeitskühlung von zwei Halbleiterbauelementen, von denen eines auf der einen und eines auf der anderen Seite des Kühlkörpers anliegt, mit in metallenen Deckeln angebrachten, miteinander in Verbindung stehenden Kanälen, die mit einem Einlass und einem Auslass verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kanal (9) des einen Deckels (2) so mit dem Kanal (11) des anderen Deckels (3) verbunden ist, dass beide Kanäle nacheinander von der gesamten Flüssigkeit durchflossen sind. 2. Kühlkörper nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch ein den Einlass (4) und den Auslass (5) tragendes, zwei Hauptflächen aufweisendes metallenes Mit teilstück (1); durch eine mit dem Einlass (4) verbundene, in die erste Hauptfläche mündende erste Öffnung (6); durch eine mit dem Auslass (5) verbundene, in die zweite Hauptfläche mündende zweite Öffnung (7); durch eine die erste und zweite Hauptfläche verbindende dritte Öffnung (8); durch eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den Hauptflächen und den zugeordneten Deckeln (2, 3); und durch eine derartige Gestalt der Kanäle, dass der Anfang des Kanals (9) des ersten Deckels (2) der ersten Öffnung (6) und sein Ende der dritten Öffnung (8) gegen überwiegt und dass der Anfang des Kanals (11) des zweiten Deckels (3) der dritten Öffnung (8) und sein Ende der zweiten Öffnung (7) gegenüberliegt. 3. Kühlkörper nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kanäle (9, 11) schneckenförmig gewunden sind. 4. Kühlkörper nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kanäle in eine Anzahl von parallelen Teilkanälen (14, 15, 16, 17) unterteilt sind. 5. Kühlkörper nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kanäle bezüglich einer die Mittelpunkte von erster (6) und dritter Öffnung (8)' beziehungsweise zweiter (7) und dritter Öffnung (8) verbindenden Linie symmetrisch ausgebildet sind. 6. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ka Kanäle (9, 11) beider Deckel (2,. 3) die gleiche Form haben. 7. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Projektion der dritten Öffnung (8) auf die Deckel (2, 3) zentrisch im Deckel liegt. 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 das Mittelstück (1) Teil einer Stromschiene ist.

Inventors: BAHLINGER, WALTER
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: H01L23
IPC codes: H01L23