Узел охлаждения

 

< ц937965

ОП ИСАНИЕ

И.ЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К А8ТОРСКОМУ СВИДВТИЛЬСТВУ

Союз Советсник

Соцнапнстнчвскни

Рвсттубяни (6) ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) ЗаЯвлено . Оэ. 12. 80 (2) ) 3214790/18-21 (5l)N. Кл. с врнсоеднненнем заявки МF 28 D 15/DO/

H 01 L 23/34

)ввударетеанай кенитет

CCCP.ае диан изебретеиий и етерыти)) (23)ЛрноритетОпубликовано 23.06.82. 6кмметень %23

Дата опубликования описания 23.06.82 (53) УЛК621,382..71{988.8) (72) Авторы изобретения

Ю. А. Пастор и В. H. Яковлев

Физико-энергетический институт AH "Латвийской ССР

1 (71) Заявитель (54) УЗЕЛ ОХЛАЖДЕНИЯ

Изобретение относится к электро= технике и предназначено для улучшения теплового режима полупроводникового кристалла в устройстве охлаждения силового полупроводниковоS

ro прибора, охлаждаемого тепловой трубой °

Известно устройство охлаждения, содержащее вентильный элемент;. выполненный в виде моноблока, что позволяет его замену. При этом для создания хорошего электрического и теплового контакта с кристаллом использовано значительное осевое усилие между катодом и анодом (1).

Однако в данном устройстве не предусмотрена центровка осевого усилия, что требует большого внимания при затяжке. го

Толстая прижимная пластина создает дополнительное тепловое сопротивление между кристаллом и поверхностью испарения.

Наиболее близким к изобретению по технической сушности является узел охлаждения, выполненный в виде полупроводникового прибора, расположенного между охладителями термосифонного типа и чашеобраэными элементами, образующими поверхности испарения жидкостного хладагента 2, Недостаток данного устройства состоит в том, что на поверхности исварения выполнены шипы. Данные шипы увеличивают эквивалентную толщину дна чашеобразного элемента, тем са" мым увеличивая расстояние от поверхности тепловыделяющего элемента — полупроводникового кристалла до поверхности испарения, что повышает термическое сопротивление на этом участке. Развитие поверхности кипения за счет шипов приводит к по« вышению температуры в основании шипов.

Кроме того, присоединение моноблок ка к двум массивным охладителям,93796 термосифонам выполнено беэ компенсационного элемента, В результате любая несоосность присоединительных концов правого и левого охладителя создает механические напряжения в. паяных или сварных соединениях устройства. Особенно это проявляется при использовании устройства в трайспортных средствах,как правило,подверженных различным вибрациям. 1в

Цель изобретения - повышение эффективности теплообмена.

Поставленная цель достигается тем, что узел охлаждения, выполненный в виде полупроводникового прибо. 1$ ра, расположенного между охладителя. ми термосифонного типа с чашеобраз ными элементами, образующими поверх ности испарения жидкостного хдадагеита, снабжен перфорированной пластиной, размещенной с зазором относительно поверхности испарения, причем диаметр отверстий перфорированной пластиныи зазор"между ней и поверхностью испарения не превышает отрыв- 2з ного диаметра парового пузыря жидкостного хладагента.

При этом один из чашеобразных элементов выполнен гофрированным.

На фиг. 1 изображен узел, общий м вид; на фиг. 2 - полупроводниковый элемент, выполненный в виде моно. блока; на фиг. 3 - конструкция присоединения моноблока с наконечникам; на фиг. 4 - схема, поясняющая физику кипения при наличий перфорированной пластины.

Полупроводниковый элемент имеет керамический корпус 1, удлиняющий путь электрического пробоя между электрическими контактами 2 и 3. Правый электрический контакт 2 выполнен в виде сильфона, левый контакт

3 - a виде тонкостенного конуса.

Контакты 2 и 3 соединены, соответ ственно, с наконечниками 4 и 5. Наконечники 4 и 5 имеют силовые фланцы 6 и 7. Через фланцы 6 и 7 можно осуществить токоподвод к прибору, а ,также присоединение электрических контактов 2 и 3 прибора к наконечникам 4 и 5 с использованием групп силовых болтов 8,9 и прижимных колец 10, 11. Наконечники 4 и 5 с по-. мощью шайб 12 и 13 электрически изолированы от корпусов 14 и 15 охладиделей термосифонного типа. Охладители частично заполнены жидким тепло5 4 носителем 16, остальная часть полостей охладителей заполнена насыщенным паром 17 теплоносителя.

К полупроводниковому кристаллу

18 присоединены чашеобраэные элемен-. ты 19 и 20. Чашеобразные элементы 19 и 20 соединены с керамическим корпусом 1 моноблока посредством торцевых поверхностей контактов 2 и 3 ° При этом образуется герметичная кольцевая полость, ограниченная внутренней поверхностью керамического корпуса 1, внешними торцевыми поверхностями контактов 2 и 3, внешними боковыми поверхностями чашеобразных элементов !9, 20 и боковой поверхностью полупроводникового кристалла !8. В данную полость помещен наполнитель 21 с высокими диэлектрическими качествами. На кристалле 18 нанесен кольцевой управляющий слой

22, к которому подведен управляющий электрод 23 через отверстие в керамическом корпусе 1 . Параллельно внешней поверхности чашеобразных элементов 19 и 20 установлены с зазором перфорированные пластины 24 и 25. Зазор обеспечивается кольцевыми дистансо" рами 26 и 27. Пластины 24 и 25 фиксируются в заданном положении фиксаторами 28 и 29, изготовленными иэ упругой проволоки в виде колец.

В силовых фланцах 6 и 7 предусмотрены резьбовые соединения для групп болтов 8 и 9. Фланцы 6 и 7 жестко соединены с наконечниками Ц и 5 Контакты 2 и 3 моноблока помещены между конусными поверхностями наконечников 4,5 и прижимных колец 10 и !1. Группы болтов 8 и 9 затянуты.

Толщина донышек чашеобраэнык элементов 19 и 20 минимальна настолько, чтобы можно было обеспечить равномерный токоподвод по поверхности полупроводникового кристалла 18 и зависит от электропроводности материала чашеобраэного элемента. На практике может составлять от

0,05 мм до 0,25 мм. Соединение чашеобразных элементов 19 и 20 с полупроводниковым кристаллом 18 можно выполнить, например, диффузионной сваркой. Внешние поверхности чашеобразных элементов 19 и 20 являются поверхностями испарения термосифонов, параллельно поверхностям испарения с зазором уста937965 новлены перфорированные пластины

24 и 25. Величина зазора не превышает отрывного диаметра пузыря, равно как и диаметр отверстий перфорации в пластине. В период роста парового пузыря в отверстии накладки образуется полость заполнения паром 17 (фиг. 4), которая с одного торца ограничена поверхностью испарения, с другого- жидкостью о

16,и боковая поверхность полости в основном ограничена поверхностью отверстия перфорации пластины 24. Таким образом, на поверхности испарения образуется граница раздела трех фаэ в форме окружности под каждым отверстием перфорацииi

Вблизи границы раздела 3-х абаз осуществляется отвод больших удель- 2о ных тепловых потоков с относительно малы . перепадом между температурой поверхности (Т ) и температурой насыщенных жидкостей (Т ). Генерирование пара 17 в полость способству- 2S ет росту этой полости и формированию парового пузыря на внешней поверхности перфорированной пластины 24. После отрыва парового пузыря приток жидкости 16, ввиду малости диаметра отверстия перфорации, не способен нарушить границу раздела

3-х фаз и таким образом генерация пара происходит непрерывно. Диаметр границы раздела 3-х фаз меняется в зависимости от величины удельного теплового потока.

Образовавшийся пар 17, в поле сил тяжести проходит по каналу, образованному контактами 2 и 3 наконеч- ® никами 4 и 5, шайбами 13, 12 и конусами 14, 15 в зону конденсации. Конденсат стекает по стенкам охладителя в зону испарения.

Токоподвод к кристаллу 18 осуществляется через фланцы 6 и 7, к которым присоединяются токоподводящие шины.

Внутренняя поверхность прижимных колец 10 и ll, присоединительная поверхность наконечников 4 и 5 и присоединительные части контактов 2 и

3 имеют равную конусность небольшой о величины,например,от 10 до 20. Это позволяет при сборке конструкции

55 одевать кольца 10 и 11 на контакты

2 и 3 при легкой деформации последних, а также обеспечивает хорошую герметичность соединения и хороший электрический контакт.

Изобретение целесообразно использовать в электротехнике с целью охлаждения силовых полупроводниковых элементов в преобразовательных устройствах. Электрические параметры полупроводников сильно зависят от температурного режима. Улучшенный теплоотвод от полупроводникового элемента позволяет повысить его электрическую нагрузку. Применение изобретения в теплотехнике позволит осуществить более благоприятный температурный режим поверхностей испарений, так как посредством перфорированной пластины удаляется перепад между температурой поверхности кипения и температурой насыщения теплоносителя что позволяет использовать тепло1 носители с большей температурой насыщения и с большей теплотой парообразования при неизменной температуре поверхности испарения. формула изобретения

1. Узелохлаждения выполненный в виде полупроводникового прибора,расположенного между охладителями термосифонного типа с чашеобразными элементами, образующими поверхности испарения жидкостного хладагента, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности теплообмена, охладитель снабжен перфорированной пластиной, размещенной с зазором относительно поверхности испарения, причем диаметр отверстий перфорированной пластины и зазор между ней и поверхностью испарения не превышает отрывного диаметра парового пузыря жидкостного хладагента.

2. Узел по г,. 1, отличаюшийся тем, что один из чашеобраэных элементов выполнен гофрированным.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции М 2288396, кл . H 01 L 23/34, 1976.

2. Патент США и 3852805, кл. F 28 D 15/00, 1974.

937965

Составитель Е. Гаврилова

Техред Т. Маточка Корректор И. Муска

Редактор Н, Пушненкова

Заказ 4436/57

Тираж 685 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,. Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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