Устройство для охлаждения полупроводниковых приборов

Устройство для охлаждения полупроводниковых приборов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОНИ СОВЕТСКИХ

СОЦ ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

-()9) (И) А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3381849/18-21 .(22) 08.01.82 (46) 15.07.83- Бюл. М 26 .(72) Г.П. Кудриченко и В.Н. Корнух (71) Запорожский проектно-конструкторский и технологический институт (53) 621.396.67 7(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 697062, кл. Н 01 Н 23/36, 27.09.76 °

2. Авторское свидетельство СССР

И 683648, кл. Н 01 L 23/36, 24.09.76 (прототип).

-(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, содержащее контактную пластину с рабочими

3 ся).Н 01 L 23 6 Н 0 К /20 поверхностями и с каналом для охлаж 1дающей жидкости, выполненным в виде двух спиралей, бифилярно соединенных между собой, о т л и ч а ю щ е е с. я тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения путем обеспечения равномерного теплового поля на кон тактной пластине, спирали канала рас" положены в одной плоскости, параллельной рабочим плоскостям контактной ! пластины, причем между смежными витками спиралей канала выполнены сообщающиеся с ними пазы, поперечное сечение которых меньше поперечного се- . чения канала.

1029271

2. Устройство по и. 1, о т л и- тем, что площадь nonepeuHot-o сеч а ю щ е е с я тем, что пазы ориен- чеиия каждого канала паза протированы под углом навстречу потоку порциональна разности длин со.охлаждающей жидкости в канапе. ответствующих смежных витков спи3. Устройство по пп. 1 и 2, ралей. от входа канала до этоо т л и ч а ю щ е е с я го паза.

Изобретение относится к устройст" . вам охлаждения с помощью жидкости полупроводниковых приборов сравнительно больших мощностей и может быть исполь. зовано. в электротехнической и элект" ронной областях промышленности, а также в производстве средств связи, Известны устройства для охлаждения. полупроводниковых приборов, например . тиристоров, выполненные в виде контактной пластины, имеющей канал для охлаждающей жидкости, который может быть выполнен спиральным El ).

Основным недостатком указанной конструкции является неравномерность поля температур в пределах поверхности контакта с полупроводниковым прибором из-за повышения температуры охлаждающей жидкости по мере продвижения ее в канале пластины.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является уст" ройство для охлаждения полупроводниковых приборов, содержащее контактную пластину с рабочими поверхностями и с каналом для охлаждающей жидкости, выполненным в виде двух спиралей, бифилярно соединенных между собой 1 2 1.

Однако для наиболее эффективного отбора тепла в подобных конструкциях должно выполняться по крайней мере два условия. Первое; для получения максимальной теплопередачи на границе стенка пластины - охлаждающая жидкость скорость течения охлаждающей жидкости должна быть строго регла-! ментирована. Второе: для обеспечения максимальной разницы температур между жидкостью в пограничном слое и нагретой поверхностью, а также увеличения теплового потока от пограничного слоя должно обеспечиваться эффектив, ное перемешивание слоев е потоке

I.

2 лаждающей жидкости, т.е. высокая турбулизация потока, что может быть достигнуто в известной конструкции увеличением скорости течения охлаждающей жидкости, а это противоречит первому условию. Известно также, что при больших числах Рейнольдса теплопередача на границе стенка пластиныохлаждающая жидкость уменьшается за счет срывных явлений в пограничном слое, уменьшающих площадь теплового контакта пластины с охлаждающей жидкостью. Кроме того, в результате про35 грена всей массы пластины до температуры более высокой, чем температу ра охлаждающей жидкости, теплообмен между соседними каналами не происхо дит и выравнивание поля температур определяется только чередованием каналов с холодной и уже разогретой охлаждающей жидкостью. Таким обра, зом, снижаются возможности выравнивания поля температур на контактных поверхностях устройства и тем самым

25 ухудшается тепловой режим работы полупроводниковых приборов, что приводит к использованию их при значительно меньших мощностях.

Цель изобретения - повышение эффективности охлаждения путем обеспечения равномерного теплового поля на контактной пластине.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для охлаждения полуЗ5"проводниковых приборов, содержащем контактную пластину с рабочими поверхностями и с каналом для охлаждаю" щей жидкости, выполненным в виде двух спиралей, бифилярно соединенных между собой, спирали канала расположены. в одной плоскости, параллельной рабочим поверхностям;,контактной пластины, причем между смежными винтками спи,ралей канала выполнены сообщающиеся

3 1029-2 . с ними пазы, поперечное сечение которых меньше поперечного сечения канала

Пазы ориентированы под углом навстречу потоку охлаждающей жидкости в канале. 5

Площадь поперечного сечения каждого паза пропорциональна разности длин ссютветствующих смежных витков спиралей от входа канала до этого паза. 10

На фиг. 1 доказано устройство для охлаждения полупроводниковых приборов в сечении в плоскости параллельной рабочим поверхностям контактного элемента устройства; на фиг. 2 - то же, 15 сечение А-А на фиг. 1.

Устройство содержит контактную пластину 1 из тепло- и электропроводного материала, выполненную как одно целое с токоподводом 2 и содержащую канал 3 для охлаждающей жидкости, представляющий собой две плоские спирали, соединенные бифилярно между собой и снабженные входным 4 и выход- . ным 5 отверстиями. Плоскость расгюло- 25 жения канала для охлаждающей жидкос" ти параллельна рабочим поверхностям 6 и 7 контактной пластины 1. Между смежными витками спиралей Б и В выполнены соединяющие их пазы 8, сопряженные зо с этими витками и ориентированные под углом навстречу потоку охлаждающей жидкости, имеющими различные сечения, площадь которых пропорциональна разности путей, которые проходит охлаж5 дающая жидкость в смежных витках спи". ралей канала 3 от входа 4 до соединяющего их паза 8, т.е. площадь поперечного сечения каждого паза пропорциональна разности длин соответствую- 40 щих смежных витков.

На фиг. 1 направление втекающего потока жидкости обозначено стрелкой

Б, а вытекающего потока - стрелкой В.

На фиг. 1 видно, что витки плоских спиралей канала 3 чередуются. Витки спиралей с горячей и холодной охлаждающей жидкостью расположены попеременно близко один к другому. В о.",ном и том же сечении разность температур между входным витком спирали канала 3 и, например,- левым соседним

71 а смежным с ним витком канала 3 меньше, чем между тем же входным витком канала 3 и правым соседним смежным с HHM витком канала 3 и прогюрциональна разности путей,. пройденных охлаждающей жидкостью в каналах Б и В от входа 4 до сечения контактной пластины 1, так как температура охлаждающей жидкости возрастает пропорционально пути, пройденному с постоянной скоростью внутри равномерно нагретого тела гю каналу 3 постоянного сечения.

На фиг. 2 видно, что плоскость расположения охлаждающего канала 3 параллельна рабочим поверхностям 6 и 7 контактной пластины 1, с которыми контактируют охлаждаемые гюлупроводниковые приборы (не показаны).

Выполнением канала 3 для охлаждающей жидкости бифилярным достигается то, что по расположенным рядом спиральным виткам с противоположным на" правлением потока проходит холодная и разогретая охлаждающая жидкость.

Разность температур между смежными витками спиралей канала 3 неодинакова и зависит от длины пути,,пройденного охлаждающей жидкостью в смежных витках канала 3. Через пазы 8 в стенках между смежными витками канала 3 происходит перетекание охлаждающей жидкости и таким образом, перенос тепла из одного витка канала 3 в другой.

Кроме того, поток жидкости иэ соседнего витка канала 3 через паз 8, пересекаясь с ocHQBHblM потоком смежного витка канала 3, способствует его турбулиэации и улучшению конвективного теплообмена в,нем. При этом сохраняются оптимальные для теплопередачи в пограничном слое скорости движения охлаждающей жидкости. Выполнение пазов 8, соединяющих витки канала 3; позволяет свести к минимуму возможные неравности температурного поля рабочих поверхностей 7 и 6 контактных пластин 1.

Изобретение позволяет обеспечить повышение эффективности охлаждения и повысить надежность работы полупроводнйковых приборов. 1029271

Корректор Г. Огар

Редактор О. Колесникова

«««Ю «

Заказ 4990/51

Тираж 703. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Рауаская наб., д. 4/5

«

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель А. Попова .

Техред В.Далекорей;