DE102005057524A1 - Cooling device for e.g. optoelectronic semiconductor chip, has two structured layers each with groove, where grooves are placed over one another to form outlet duct, and cooling device is integrated in housing of component to be cooled - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung eines Halbleiterbauelementes, insbesondere eines optischen Halbleiterbauelementes, unter Verwendung von flüssigen und gasförmigen Medien zum Wärmetransport.The The invention relates to a device for cooling a semiconductor component, in particular, an optical semiconductor device, using of liquid and gaseous Media for heat transport.
Im Rahmen der fortschreitenden Leistungssteigerung generell aller Arten von Halbleiterbauelementen ist die damit einhergehende Erhöhung der Abwärme eines der Hauptprobleme. Eine Überhitzung von Halbleiterbauelementen muß verhindert werden, da sie primär die Funktion beeinträchtigt und bei gravierender Überhitzung das Bauelement auch zerstören kann.in the Framework of progressive performance increase of all kinds of semiconductor devices is the concomitant increase in the waste heat of a the main problems. Overheating of semiconductor devices must be prevented because they are primary the function is impaired and with serious overheating also destroy the component can.
Es
ist bereits die Anwendung verschiedener Kühlungstechniken für elektrische
Halbleiterbauelemente bekannt. Aus Druckschrift
In der Druckschrift US 2003/0151896 A1 ist die Verwendung eines Thermosiphons zur Abgabe der überschüssigen Wärmeenergie eines speziell hergerichteten Halbleiterbauelements an die Umgebungsluft genannt. Dabei wird eine Kühlvorrichtung mit verschiedenen Teilen wie Wärmeleitern und Kondensationsbereichen zusätzlich eingebaut.In US 2003/0151896 A1 discloses the use of a thermosyphon to release the excess heat energy a specially prepared semiconductor device to the ambient air called. This is a cooling device with different parts such as heat conductors and condensation areas in addition built-in.
Die Anwendung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen wie Leuchtdioden (LEDs), Laser oder LED- bzw. Laser-Feldanordnungen mit größerer Leistung gewinnt im alltäglichen Gebrauch immer mehr an Bedeutung. Sie werden als Ersatz für herkömmliche Leuchtkörper bei der Raumbeleuchtung, im Automobilbau, in der Unterhaltungselektronik oder als effiziente Quellen von Laserlicht verwendet. Bisher werden optoelektronische Halbleiterbauelemente auf Metallgitter, Flex on Aluminium oder Metallkernplatten montiert, um die durch Verlustleistung entstehende Wärme besser ableiten zu können. Aus Kostengründen werden in der Regel keine aktiven Kühlsysteme verwendet.The Application of optoelectronic semiconductor components such as light-emitting diodes (LEDs), laser or LED or laser field arrangements with greater power always wins in everyday use more important. They are used as a replacement for conventional lighting fixtures the room lighting, in the automotive industry, in consumer electronics or used as efficient sources of laser light. So far Optoelectronic semiconductor devices on metal mesh, Flex on Aluminum or metal core plates mounted to the resulting from power loss Heat better to derive. For cost reasons As a rule, no active cooling systems are used.
Mit den Leistungen steigen die Anforderungen an den Lichtfluss und die Leuchtdichte der Bauelemente in einem Maße, dass die herkömmliche Kühlung durch Wärmesenken nicht mehr ausreichend ist.With the performance increases the demands on the light flux and the Luminance of the components to a degree that conventional cooling through heat sinks is no longer sufficient.
Eine Realisierung von herkömmlichen separaten Kühleinrichtungen mit Wärmeleitungen (Heatpipe, Thermosiphon) und Kondensatoren beeinträchtigt durch deren Platzbedarf allerdings die Einsatzmöglichkeiten von optoelektronischen Halbleiterbauelementen. Die zusätzlichen Teile der Kühlungseinrichtung verbrauchen Platz, bewirken ein zusätzliches Gewicht, beschränken die Freiheit der Gestaltung und sind mit hohen Kosten verbunden. Diese Tatsachen stellen limitierende Faktoren für eine breitere kommerzielle Anwendung der optoelektronischen Halbleiterbauelemente dar.A Realization of conventional separate cooling facilities with heat pipes (Heat pipe, thermosiphon) and capacitors affected by their space requirements, however, the possible uses of optoelectronic Semiconductor devices. The additional Parts of the cooling device consume space, cause an extra weight, restrict the Freedom of design and are associated with high costs. These facts are limiting factors for a broader commercial application of the optoelectronic semiconductor devices represents.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine vereinfacht variabel einsetzbare oder vielfältig integrierbare Kühlvorrichtung anzugeben. Insbesondere sollen Bestandteile eines Kühlsystems mit einem Halbleiterbauelement, insbesondere einem optoelektronischen Halbleiterbauelement, funktionell integriert werden. Hierbei können vorzugsweise Bestandteile eines Kühlsystems, die zusätzlich eine andere Funktion erfüllen können, mit einem Halbleiterbauelement integriert werden.A The object of the invention is to simplify a variably usable or varied integrated cooling device specify. In particular, components of a cooling system with a semiconductor component, in particular an optoelectronic component Semiconductor device to be functionally integrated. In this case, preferably Components of a cooling system, the additional to fulfill another function can, be integrated with a semiconductor device.
Diese Aufgabe wird durch eine Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.These Task is by a cooling device solved with the features of claim 1. Advantageous developments The invention is the subject of the dependent claims.
Eine derartige Kühlvorrichtung ist zur Kühlung eines Halbleiterbauelements, insbesondere eines optoelektronischen Halbleiterbauelements ausgebildet und weist zumindest in einem oder einer Mehrzahl von Teilbereichen eine erste Schicht und eine zweite Schicht und eine Einrichtung zur Wärmeableitung auf, bei der die erste Schicht und die zweite Schicht flächig aufeinander angeordnet sind und wenigstens in einem oder einer Mehrzahl von Teilbereichen eine der Schichten mit einer Struktur versehen ist, die zur Aufnahme der Einrichtung zur Wärmeableitung ausgebildet ist.A such a cooling device is for cooling a semiconductor device, in particular an optoelectronic Semiconductor device formed and has at least one or a plurality of subregions a first layer and a second one Layer and a device for heat dissipation, in which the first layer and the second layer arranged flat on each other and at least in one or a plurality of subareas one of the layers is provided with a structure for recording the device for heat dissipation is trained.
Die Verwendung doppelwandiger Schichtsysteme mit integrierten Ableitungskanälen ist dabei von besonderem Vorteil. Schichtsysteme können aus strukturierten und unstrukturierten Schichten zusammengesetzt sein. Sie können als Wärmeleiter (Heatpipe) oder als Thermosiphon oder in Verbindung mit einem integrierten porösen Feststoff als Thermal-Base oder als Kondensationsbereich verwendet werden. Gleichzeitig können die einzelnen Schichten alleine oder im Verbund noch weitere Funktionen ausfüllen, z.B. als Fahrzeugkarosserieteil, als Lampenschirm, als Standfuß, als Ständer, als Gerätegehäuse, als Reflektor, als optisches Bauelement oder auch als tragendes Teil.The Use of double-walled layer systems with integrated drainage channels is thereby of particular advantage. Layered systems can be structured and be composed of unstructured layers. You can as heat conductor (Heat pipe) or as thermosyphon or in conjunction with an integrated porous Solid used as a thermal base or as a condensation region become. At the same time the individual layers alone or together with other functions fill out, e.g. as a vehicle body part, as a lampshade, as a stand, as a stand, as Device housing, as Reflector, as an optical component or as a supporting part.
Dieses funktionelle duale Konzept hat mehrere Vorteile: Die Verwendung zusätzlicher Teile kann reduziert oder verhindert werden, da die Kühlungseinrichtung in ein oder einer Mehrzahl von Teilen einer zu kühlenden, ein Halbleiterbauelement aufweisenden Halbleitervorrichtung, wie einem oder einer Mehrzahl von Reflektoren oder einem Gehäuse integriert werden kann, wobei die Teile bei der der Halbleitervorrichtung bevorzugt ohnehin vorgesehen sind. Zusätzliches Gewicht kann dadurch verringert oder vermieden werden. Die Einsatzmöglichkeiten von Kühleinrichtungen und optoelektronischen Halbleiterbauelementen vergrößern sich, da größerer Leistungsdurchsatz auf kleinerem Raum vereinfacht realisierbar wird.This functional dual concept has several advantages: The use of additional parts can be reduced or prevented, since the cooling device in one or a plurality of parts to be cooled, a semiconductor device having a semiconductor device, such as one or Can be integrated in a plurality of reflectors or a housing, wherein the parts are preferably provided in the semiconductor device anyway. Additional weight can be reduced or avoided. The possible applications of cooling devices and optoelectronic semiconductor components are increasing, since greater power throughput can be realized in a simplified manner in a smaller space.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung bietet die Integration eines Thermosiphons zur Kühlung. Bei einem Thermosiphon wird das Kondensat der Kühlflüssigkeit durch die Schwerkraft von einem Kondensationsbereich zurück zu einer Verdampfungseinheit befördert. Deshalb muss die Wärmequelle oder zumindest die Verdampfungseinheit unterhalb des Kondensationsbereichs liegen, damit im Betriebszustand der Flüssigkeitsspiegel bezüglich des Erdmittelpunkts oberhalb des zu kühlenden Objektes liegt. Bei unterschiedlichen erfindungsgemäßen Ausführungsformen können der Kondensationsbereich, die Verdampfungseinheit, die verbindenden Ableitungskanäle oder auch nur Teile dieser Einrichtungen in ein oder eine Mehrzahl der doppelwandigen Schichtsysteme integriert sein. In einem speziellen Fall kann auch der gesamte Thermosiphon in einem doppelwandigen Schichtsystem enthalten sein.A advantageous embodiment The invention provides the integration of a thermosyphon for cooling. at a thermosyphon becomes the condensate of the cooling liquid by gravity from a condensation zone back to an evaporation unit promoted. Therefore, the heat source must be or at least the evaporation unit below the condensation area lie, so that in the operating state of the liquid level with respect Erdmittelpunkts is above the object to be cooled. at different embodiments of the invention can the condensation zone, the evaporation unit, the connecting drainage channels or even only parts of these facilities in one or a plurality of be integrated with double-walled layer systems. In a special Case can also be the entire thermosyphon in a double-walled Layer system be included.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist durch die Integration einer Heatpipe gekennzeichnet. In einem derartigen Wärmeleiter werden flüssige oder gasförmige Medien zum Wärmetransport verwendet. Die Effizienz der Wärmeleitung von Thermosiphons und Heatpipes liegt wegen der Phasenumwandlung mit einem Wärmeleitwert von 4000 bis 7000 W/m·K signifikant über dem der besten Festkörperwärmeleiter. Zum Vergleich: Der Wärmeleitwert von Diamant liegt bei lediglich 1000 bis 2000 W/m·K.A further advantageous embodiment of the Invention is characterized by the integration of a heat pipe. In such a heat conductor liquid or gaseous Media for heat transport used. The efficiency of heat conduction of thermosyphons and heatpipes lies because of the phase transformation with a thermal conductivity of 4000 to 7000 W / m · K significantly over the best solid-state heat conductor. For comparison: the thermal conductivity of diamond is only 1000 to 2000 W / m · K.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung entsteht, wenn die Einrichtung eine Heatpipe enthält, die dazu dient, die Abwärme des optoelektronischen Halbleiterbauelementes effizient an einen Ort mit gutem Thermopotential abzuführen. Vorrichtungen, die bei Aufnahme von Wärmeenergie ihre Eigentemperatur nur langsam bzw. geringfügig ändern, sind gute Thermopotentiale.A further advantageous embodiment of the Invention arises when the device includes a heat pipe, the this serves the waste heat of the optoelectronic semiconductor device efficiently to a Place with good thermal potential dissipate. Devices included in Absorption of heat energy their Change the temperature only slowly or slightly, are good thermal potentials.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung entsteht, wenn die Einrichtung ein Thermosiphon enthält, der dazu dient, die Abwärme des optoelektronischen Halbleiterbauelementes effizient an einen Ort mit gutem Thermopotential abzuführen.A further advantageous embodiment of the Invention arises when the device contains a thermosyphon, the this serves to reduce the waste heat of the Optoelectronic semiconductor device efficiently to a place dissipate with good thermal potential.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung entsteht, wenn die Einrichtung eine Thermal-Base enthält. Eine Thermal-Base ist eine Kühleinrichtung, deren Funktionsweise analog der eines Thermosiphons ist. Die Thermal-Base enthält allerdings zusätzlich einen porösen Füllstoff, dessen Kapillarwirkung einen von der Schwerkraft unabhängigen Flüssigkeitstransport ermöglicht.A further advantageous embodiment of the Invention arises when the device contains a thermal base. A Thermal Base is a cooling device, whose mode of operation is analogous to that of a thermosyphon. The thermal base contains however, in addition a porous one Filler, its capillary action is a gravity-independent liquid transport allows.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung entsteht, wenn die Einrichtung einen Kondensationsbereich enthält. Im Kondensationsbereich kann verdampfte Kühlflüssigkeit kondensieren und somit ein Großteil der zuvor aufgenommenen Wärmeenergie an ein z.B. externes Wärmereservoir abgegeben werden.A further advantageous embodiment of the Invention arises when the device has a condensation region contains. In the condensation zone, evaporated coolant can condense and thus a big part the previously recorded heat energy to an e.g. delivered external heat reservoir become.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung entsteht, wenn die Einrichtung teilweise oder vollständig in ein das optoelektronische Halbleiterbauelement enthaltende Gehäuse oder Gehäusebauteil integriert ist.A further advantageous embodiment of the Invention arises when the device partially or completely in a housing containing the optoelectronic semiconductor component or housing component is integrated.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung entsteht, wenn Teilbereiche der Schichten als Montageplatten ausgestaltet sind, da bei einer direkten Montage des optoelektronischen Halbleiterbauelements auf Schichten der Einrichtung eine effizientere Wärmeableitung gewährleistet ist. Zusätzlich können Teilbereiche der Schichten auch als Montageplatten für weitere Bestandteile der das optoelektronische Halbleiterbauelement enthaltenden Vorrichtung dienen.A further advantageous embodiment of the Invention arises when portions of the layers as mounting plates are configured, since in a direct mounting of the optoelectronic semiconductor device on layers of the device more efficient heat dissipation guaranteed is. additionally can Subareas of the layers also as mounting plates for others Components of the optoelectronic semiconductor device containing Serve device.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung entsteht, wenn ein oder eine Mehrzahl von Ableitungskanälen der Kühlflüssigkeit einseitig oder doppelseitig in die Schichten integriert sind. Insbesondere bei einseitiger Integration kann eine Seite der ebenen, nicht mit Kanälen versehenen Schicht als Montagefläche, z.B. für das Halbleiterbauelement, vorgesehen werden. Bei doppelseitiger Integration lassen sich auf einfache Weise symmetrische und/oder größere Querschnitte, insbesondere eine größere Querschnittsfläche, des oder der Ableitungskanäle erreichen.A further advantageous embodiment of the Invention arises when one or a plurality of drainage channels of the coolant one-sided or double-sided are integrated into the layers. Especially with one-sided integration, one side of the plane, not with channels provided layer as a mounting surface, e.g. For the semiconductor device may be provided. For double-sided Integration can be easily symmetric and / or larger cross sections, in particular a larger cross-sectional area, the or the drainage channels to reach.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung entsteht, wenn die Kühleinrichtung einen Kondensationsbereich enthält und dieser Kondensationsbereich mindestens in einem oder einer Mehrzahl von Teilbereichen eines Querschnitts eine mäanderförmige Struktur aufweist. Unabhängig davon kann auch ein an den Kondensationsbereich angrenzender Teilbereich des Gehäuses eine solche Struktur aufweisen, um damit insbesondere als gutes Thermopotential zu fungieren.A further advantageous embodiment of the Invention arises when the cooling device contains a condensation region and this condensation region in at least one or a plurality of subregions of a cross section has a meandering structure. Independently of may also be a part adjacent to the condensation area of the housing have such a structure in order, in particular, as a good thermal potential to act.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung entsteht, wenn das zu kühlende optoelektronische Halbleiterbauelement der Kühlvorrichtung ein LED-Array ist oder mehrere Optohalbleiterchips enthält. Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann aber auch Halbleiterlaser oder einzelne konventionelle oder organische LEDs enthalten.A further advantageous embodiment of the invention arises when the optoelectronic semiconductor component of the cooling device to be cooled is an LED array or contains a plurality of opto-semiconductor chips. The optoelectronic semiconductor construction However, cement can also contain semiconductor lasers or individual conventional or organic LEDs.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung entsteht, wenn ein oder eine Mehrzahl der Ableitungskanäle durch eine oder eine Mehrzahl von tiefgezogenen Rillen in einer oder beiden Schichten realisiert sind. Die Herstellung von tiefgezogenen Rillen bietet, insbesondere in einer oder einer Mehrzahl von metallischen Schichten ein einfaches und kostengünstiges Herstellungsverfahren.A further advantageous embodiment of the Invention arises when one or a plurality of the discharge channels through one or a plurality of deep-drawn grooves in one or both Layers are realized. The production of deep-drawn grooves offers, in particular in one or a plurality of metallic Layers a simple and inexpensive manufacturing process.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung entsteht, wenn ein poröses Festkörpermaterial in einen oder eine Mehrzahl von Ableitungskanälen der Einrichtung eingebracht ist. Dadurch läßt sich der Aufbau einer Thermal-Base realisieren.A further advantageous embodiment of the Invention arises when a porous Solid material introduced into one or a plurality of discharge channels of the device is. This can be done the construction of a thermal base realize.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung entsteht, wenn als Kühlflüssigkeit in der Einrichtung ein Element oder eine Kombination von einem oder einer Mehrzahl von, insbesondere verschiedenen, Elementen der Gruppe bestehend aus Wasser, organisches Lösungsmittel, Ethanol, Triethylenglykol, fluorierter und/oder chlorierter Kohlenwasserstoff, insbesondere ein Fluorkohlenwasserstoff, ein Chlorkohlenwasserstoff oder ein Fluorchlorkohlenwasserstoff, z.B. Freon, verwendet wird.A Another advantageous embodiment of the Invention arises when as a coolant in the device an element or a combination of one or a plurality of, in particular different, elements of the group consisting of water, organic solvent, ethanol, triethylene glycol, fluorinated and / or chlorinated hydrocarbon, in particular a fluorohydrocarbon, a chlorohydrocarbon or a Chlorofluorocarbon, e.g. Freon, is used.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung entsteht, wenn die Einrichtung zur Wärmeableitung mehrere Rillen, die Ableitungskanäle bilden können, enthält. Diese Rillen können in beispielhafter Weise parallel oder in einem Fischgräten ähnlichen Muster angeordnet sein. Allerdings können weitere Ausführungsformen auch andere geeignete geometrische Muster aufweisen.A further advantageous embodiment of the Invention arises when the device for heat dissipation several grooves, the drainage channels can form contains. These grooves can in an exemplary manner parallel or in a herringbone similar Be arranged pattern. However, other embodiments may also have other suitable geometric patterns.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält eine oder eine Mehrzahl der Schichten oder enthalten die Schichten ein Metall oder Metalle, eine Metalllegierung oder Metalllegierungen, einen Kunststoff oder Kunststoffe oder eine Keramik oder Keramiken. Gegebenenfalls können zwei Schichten verschiedene Materialien enthalten.at an advantageous embodiment of the invention one or a plurality of the layers or contain the layers a metal or metals, a metal alloy or metal alloys, a plastic or plastics or a ceramic or ceramics. If necessary, two Layers of different materials included.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung entsteht, wenn der Flüssigkeitsspiegel der Kühleinrichtung im Betriebszustand, vom Erdmittelpunkt aus gesehen, oberhalb der Anordnung des optoelektronischen Halbleiterbauelementes, insbesondere oberhalb des Halbleiterbauelements, liegt. Dadurch kann Kondensat gravitationsgetrieben zu dem zu kühlenden Halbleiterbauelement zurückströmen und somit wieder zur Wärmeableitung genutzt werden. Ein Thermosiphon ist damit realisiert.A further advantageous embodiment of the Invention arises when the liquid level of the cooling device in operating condition, seen from the center of the earth, above the Arrangement of the optoelectronic semiconductor component, in particular above the semiconductor device, is located. This can cause condensation gravitationally driven to the semiconductor device to be cooled to flow back and thus again for heat dissipation be used. A thermosyphon is realized.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung entsteht, wenn eines oder mehrere Teile der Kühleinrichtung in ein Bestandteil der das optoelektronische Halbleiterbauelement enthaltenden Vorrichtung integriert sind. Aufgrund der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten von optoelektronischen Halbleiterbauelementen seien beispielhaft das Gehäuse eines Projektors, das Gehäuse einer Lampe, eines Scheinwerfers oder ein Kfz-Karosserieteil wie eines Kotflügels, einer Motorhaube, einer Türe oder eines Dachelementes genannt. Möglich ist auch die Integration der Kühlvorrichtung in ein optisches Element des Halbleiterbauelementes wie eines Reflektor, eines Filters, oder eines Leuchtmittels. Auch in ein tragendes Element einer Leuchtvorrichtung wie einen Ständer oder einen Standfuß kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung integriert werden. Grundsätzlich kann die Kühlvorrichtung in alle ebenen und/oder gekrümmten Flächen der Bauteile von Optohalbleiter enthaltenden Vorrichtungen integriert werden.A further advantageous embodiment of the Invention arises when one or more parts of the cooling device into a component of the optoelectronic semiconductor component containing device are integrated. Due to the diverse applications of optoelectronic semiconductor devices are exemplary the housing a projector, the housing a lamp, a headlamp or a car body part like one fender, a hood, a door or a roof element called. The integration is also possible the cooling device in an optical element of the semiconductor device such as a reflector, a filter, or a light source. Also in a supporting element a lighting device such as a stand or a stand can be a inventive device to get integrated. in principle can the cooler in all levels and / or curved surfaces the components of opto-semiconductor devices are integrated.
Ein Reflektor weist bevorzugt zumindest eine gekrümmte Fläche auf, die zur Reflexion von im Halbleiterbauelement erzeugter Strahlung geeignet und/oder ausgebildet ist. Mittels des Reflektors kann im Halbleiterbauelement erzeugte Strahlung reflektiert und, insbesondere in eine vorgegebene Richtung, umgelenkt werden. Bevorzugt ist die Kühlvorrichtung zumindest zum Teil in eine ebene (Teil)Fläche des Reflektors oder einer den Reflektor umfassenden Vorrichtung integriert. Eine ebene Fläche ist zur Montage des Halbleiterbauelements und eine gekrümmte Fläche ist zur Strahlungsumlenkung besonders geeignet. Besonders bevorzugt ist die Kühlvorrichtung in den Reflektor eines Scheinwerfers integriert.One Reflector preferably has at least one curved surface, which is for reflection of radiation generated in the semiconductor device suitable and / or is trained. By means of the reflector can in the semiconductor device reflected radiation generated and, in particular in a predetermined Direction, to be diverted. Preferably, the cooling device is at least for Part in a flat (part) surface the reflector or a device comprising the reflector integrated. A flat surface is for mounting the semiconductor device and a curved surface is particularly suitable for radiation deflection. Especially preferred is the cooling device integrated into the reflector of a headlamp.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung entsteht, wenn die verwendete Kühlflüssigkeit einen Siedepunkt aufweist, der im Bereich der Temperatur des Arbeitspunktes des optoelektronischen Halbleiterbauelementes liegt. Dadurch kann bei geeigneter Dimensionierung der Kühlvorrichtung, eine nahezu konstante Temperatur am Arbeitspunkt gehalten werden.A further advantageous embodiment of the Invention arises when the used cooling liquid has a boiling point, in the range of the temperature of the operating point of the optoelectronic Semiconductor device is located. As a result, with suitable dimensioning the cooler, one be kept almost constant temperature at the operating point.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung entsteht, wenn eine oder mehrere der Schichten durch Tiefziehen, Fräsen, Spritzgießen, Biegen, Formen, Stempeln, Ätzen, oder andere plastische Verformungsmethoden strukturiert werden. Die, insbesondere bereichsweise, Anwendung hoher Drücke auf verbundene Schichten kann Rillen bzw. Ableitungskanäle innerhalb der doppelwandigen Konstruktion erzeugen. Beispielhafterweise sei hierzu die Herstellung von Kanälen innerhalb doppelwandiger Konstruktionen mittels des Rollbond- oder Z-Bondverfahrens genannt.A further advantageous embodiment of the Invention arises when one or more of the layers is thermoformed, milling, Injection molding, bending, Forming, stamping, etching, or other plastic deformation methods are structured. The, especially in certain areas, applying high pressures to bonded layers can be grooves or drainage channels within the double-walled construction. Illustratively, For this purpose, the production of channels within double-walled Constructions by means of the Rollbond or Z-Bond method called.
Die Querschnitte, insbesondere die Querschnittsflächen, eines oder einer Mehrzahl von Kanälen können sowohl an die Art des Wärmetransportmediums und/oder dessen Menge, als auch an die gewünschte Wärmetransportleistung angepaßt sein.The cross-sections, in particular the cross-sectional areas, of one or a plurality of channels can be adapted both to the type of heat transport medium and / or its amount, as well as adapted to the desired heat transfer performance.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung entsteht, wenn eine oder mehrere Schichten der Kühleinrichtung ganz oder teilweise mit weiteren Materialien beschichtet sind. Da die Kühleinrichtung teilweise oder ganz in verschiedene Bestandteile einer Leuchtvorrichtung integriert sein kann, ist in vielen Fällen eine zusätzliche Beschichtung vorteilhaft. Beispielsweise kann die Kühleinrichtung in einen Reflektor integriert und die Oberfläche des Reflektors mit einer zusätzlichen Reflexionsschicht versehen sein, die ein geeigneteres Reflexionsvermögen besitzt und bevorzugt reflexionssteigernd wirkt. Bei Leuchtvorrichtungen, die eine integrierte Kühleinrichtung in einer Außenfläche aufweisen, kann aus ästhetischen Gründen vorteilhaft eine Bemalungs- oder Lackschicht angebracht sein.A further advantageous embodiment of the Invention arises when one or more layers of the cooling device completely or partially coated with other materials. There the cooling device partly or wholly into different components of a lighting device can be integrated is in many cases an additional Coating advantageous. For example, the cooling device integrated into a reflector and the surface of the reflector with a additional Reflective layer may be provided, which has a suitable reflectivity and preferably enhances reflection. For lighting devices, the one integrated cooling device in an outer surface, can be aesthetic establish advantageously a painting or lacquer layer be attached.
Entsprechend der Funktion eines Bestandteils der Kühlvorrichtung können Klebebeschichtungen, Leuchtmittelbeschichtungen, reflexive schmutzabweisende, selbstreinigende, elektrisch- und/oder thermisch leitfähige Beschichtungen vorteilhaft sein.Corresponding the function of a component of the cooling device can be adhesive coatings, Illuminant coatings, reflective dirt-repellent, self-cleaning, electrically and / or thermally conductive coatings advantageous be.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung entsteht, wenn die Schichten der Kühlvorrichtung zumindest in einem oder einer Mehrzahl von Teilbereichen verbunden sind. In diesen Teilbereichen kann dann eine Einrichtung zur Kühlung des Bauelements integriert sein. Nicht verbundene Teilbereiche der Schichten hingegen können konstruktionsbedingt ebenfalls vorteilhaft sein. Deshalb müssen die Schichten auch nicht in allen Bereichen flächig aufeinander angeordnet sein. Eine Ausbildung eines oder einer Mehrzahl von im wesentlichen dichten Ableitungskanälen soll jedoch hierdurch bevorzugt nicht erschwert werden. Als Techniken zur Verbindung kommen alle gängigen Verbindungstechniken in Frage, beispielhaft seien Klebe-, Schweiß-, Schnapp-, Rast-, Löt- oder Heißverstemm-Verbindungen genannt. Eine Schweissverbindung kann als Diffusionsschweissverbindung ausgeführt sein.A further advantageous embodiment of the Invention arises when the layers of the cooling device at least in One or a plurality of sub-areas are connected. In these Subareas can then integrated a device for cooling the device be. Unconnected portions of the layers, however, may be design-related also be advantageous. That's why the layers do not have to flat in all areas be arranged on top of each other. An education of one or a plurality however, it is preferred by substantially dense drainage channels not be complicated. As connection techniques come all common Bonding techniques in question, adhesive, welding, snap, Latching, soldering or hot-caulking compounds. A welded connection can be designed as a diffusion-welded connection.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung entsteht, wenn die verbundenen Schichten die Kühlflüssigkeiten und deren Gas zumindest in einem oder einer Mehrzahl von Teilbereichen dicht umschließen. Dadurch kann der Kühlprozess vereinfacht als Kreislauf gestaltet werden.A further advantageous embodiment of the Invention arises when the bonded layers, the cooling liquids and their gas in at least one or a plurality of subregions close tightly. This can help the cooling process simplified designed as a cycle.
Vorteilhafterweise kann eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung zumindest teilweise in eine Informationswiedergabevorrichtung integriert sein. Besonders vorteilhaft ist dies, wenn die Informationswiedergabevorrichtung eine Anzeigevorrichtung, etwa eine Einrichtung zur Bildwiedergabe, aufweist, weil dort im Falle einer Beleuchtung, große Abwärmemengen anfallen können.advantageously, may be a cooling device according to the invention at least partially integrated into an information reproduction device be. This is particularly advantageous when the information reproducing apparatus a display device, such as a device for image reproduction, has, because there in the case of lighting, large amounts of waste heat may be incurred.
Auch ein Projektionsgerät, insbesondere ein Rückprojektions(fernseh)gerät, kann vorteilhafterweise mit einer oder einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Kühlvorrichtungen ausgestattet sein. Dort eignen sich insbesondere Rahmen, Montageplattformen, Umlenkspiegel und Spiegelhalterungen, um darin eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung zumindest teilweise zu integrieren.Also a projection device, in particular, a rear projection (television) device, can advantageously with one or a plurality of cooling devices according to the invention be equipped. In particular frames, mounting platforms, Deflection mirror and mirror mounts to a cooling device according to the invention therein at least partially integrate.
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen
unter Bezug auf die
Es zeigen:It demonstrate:
Weitere
Ausführungen
sind aber auch mit anderen Querschnittsgeometrien möglich, beispielhaft
seien hier dreiecksförmige
oder rechteckige Formen genannt. Aufgrund der vereinfachten Darstellung
des Prinzips ist in
Vorteilhafte Ausführungen können aber mehrere solche Ableitungskanäle enthalten. Diese Ableitungskanäle können, je nach Anwendung in verschiedenen geometrischen Mustern eingebracht sein. Denkbar sind Fischgrätmuster, parallele, periodische Anordnungen der Kanäle, aber auch unregelmäßige Anordnungen die z.B. die Stabilität der Vorrichtung unterstützen.Advantageous versions but meh Other such derivative channels are included. Depending on the application, these discharge channels can be introduced in different geometric patterns. Conceivable are herringbone patterns, parallel, periodic arrangements of the channels, but also irregular arrangements which support eg the stability of the device.
Beim
Einbringen der Rillen oder Vertiefungen ist darauf zu achten, dass
diese spiegelsymmetrisch zueinander passend ausgestaltet sind, so
dass bei der Montage der einzelnen Schichten
Um eine Verbindung herzustellen kommen alle üblichen Verbindungstechniken in Frage, beispielshalber seien folgende Verbindungstechniken genannt: Klebe-, Schweiß-, Schnapp-, Rast-, Löt- oder heißverstemmte Verbindungen.Around To connect all the usual connection techniques come in question, for example, the following joining techniques are mentioned: Adhesive, welding, Snap, snap, solder or heißverstemmte Links.
In
einer hier nicht dargestellten Ausführungsform kann zur Abdichtung
der Ableitungskanäle
oder zur Verbindung der Schichten auch eine zusätzliche Schicht zwischen den
Schichten
In
Das
mäanderförmige Gehäuseteil
Gehäuse, wie
sie in den
Die
Ausführung
des Montagebereiches unterhalb des Opto-Halbleiters
Der
Opto-Halbleiter
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2004 063 558.7, vom 30. Dezember 2004, deren gesamter Offenbarungsgehalt hiermit explizit durch Rückbezug in die vorliegende Patentanmeldung aufgenommen wird.These Patent application claims the priority of the German patent application DE 10 2004 063 558.7, of 30 December 2004, the entire disclosure content hereby explicitly by reference to the present patent application is incorporated.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The The invention is not by the description based on the embodiments limited. Much more For example, the invention includes every novel feature as well as every combination of features, in particular any combination of features in the claims includes, even if this feature or this combination itself not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments is.
Claims (23)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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---|---|---|---|
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DE102004063558 | 2004-12-30 | ||
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ID=36599544
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-
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- 2005-12-01 DE DE102005057524A patent/DE102005057524A1/en not_active Withdrawn
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