DE102006009504A1

DE102006009504A1 - Baugruppe mit Kühlrippen und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102006009504A1
Application number: DE102006009504A
Authority: DE
Original assignee: Mitac Technology Corp
Current assignee: Getac Technology Corp
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2006-09-07
Also published as: JP2006245560A; TW200632628A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe mit Kühlrippen und Verfahren zu deren Herstellung, die aus einem Verbinder (22) und einer Vielzahl von Kühlrippen (21) bestehen, die aus einem wärmeleitenden Material hergestellt sind, das ein Metall und einen kristallinen Kohlenstoff enthält, wobei der kristalline Kohlenstoff einen hohen Wärmeleitungskoeffizienten aufweist, so daß das wärmeleitende Material eine höhere Kühlwirkung hat. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren kann ein CVD-Verfahren, ein PVD-Verfahren, ein Galvanisieren oder dergleichen sein. Der kristalline Kohlenstoff wird auf der Oberfläche des Metalls beschichtet oder das Metall wird mit dem kristallinen Kohlenstoff dotiert.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe mit Kühlrippen und Verfahren zu deren Herstellung, die aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist, das ein Metall und einen kristallinen Kohlenstoff enthält.

Die Abwärme der elektronischen Bauelemente muß abgeführt werden, um eine Beschädigung durch die Abwärme zu vermeiden. Mit der Entwicklung der elektronischen Technologie, werden die elektronischen Bauelemente immer kompakter und leitungsfähiger. Daher muß die Kühlwirkung der Kühlvorrich tung für die elektronischen Bauelemente entsprechend erhöht werden.

Die Kühlvorrichtung ist üblicherweise aus wärmeleitendem Material, wie Kupfer und Aluminiumlegierung, hergestellt, wobei das Kupfer eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Aluminium aufweist. Bei einer Kombination mit einer Luftkühlung ist die Kühlwirkung des wärmeleitendem Materials aus Kupfer oder Aluminiumlegierung jedoch nicht ausreichend, wenn die Betriebswärme des Chips 50W/cm2 beträgt. Daher ist ein wärmeleitendes Material mit höherer Wärmeleitfähigkeit erforderlich.

1 zeigt eine herkömmliche Kühlvorrichtung für die elektronischen Bauelemente, die aus einer Vielzahl von Kühlrippen 11, einem Kühlkörper 12 und einem Lüfter 13 besteht. Die Kühlrippen 11 sind üblicherweise aus Kupfer oder Aluminium hergestellt und stehen mit den Unterseiten 111 auf dem Kühlkörper 12. Der Kühlkörper 12 ist üblicherweise aus Aluminium hergestellt und wird mit der Oberfläche 141 des Chips 14 zusammengeklebt. Auf den Oberseiten 112 der Kühlrippen 11 ist der Lüfter 13 angeordnet, der ein Kühlventilator ist und einen Luftstrom erzeugen kann, der in die Kühlrippen 11 strömt und die Wärme der Kühlrippen 11 abführt.

Der Diamant ist durch eine hohe Härte, eine hohe Wärmeleitfähigkeit, eine große Brechung und eine Korrosionsbeständigkeit gekennzeichnet und findet somit in der Industrie eine breite Anwendung. Der Wärmeleitungskoeffizent des Diamantes ist das Fünffache des Wärmeleitungskoeffizentes des Kupfers, insbesondere bei höherer Temperatur. Daher kann durch die Kühlwirkung die Echtheit des Diamantes beurteilt werden. zur Erzeugung einer Diamantschicht aus Gasen von der Kohlenwasserstoffreihe sind mehrere Verfahren bekannt, wie MPCVD (mikrowellenplasma-unterstützte chemische Gasphasenabscheidung) und HFCVD (Hot-Filament-CVD). Dadurch kann eine polykristalline Diamantschicht erhalten werden, deren Eigenschaften mit denen des natürlichen einkristallinen Diamantes identisch sind.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Baugruppe mit Kühlrippen und Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen, die aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist, das eine höhere Kühlwirkung aufweist.

Das wärmeleitende Material enthält ein Metall und einen kristallinen Kohlenstoff, wobei das Metall Kupfer, Aluminium oder andere Metalle mit hohem Wärmeleitungskoeffizient und der kristalline Kohlenstoff Diamant sein kann. Der Kohlenstoff wird auf der Oberfläche des Metalls beschichtet oder das Metall wird mit dem Kohlenstoff dotiert oder deren Kombination. Das wärmeleitende Material kann z.B. durch CVD-Verfahren, PVD-Verfahren, Galvanisieren oder Zusammenschmelzen hergestellt werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 eine Darstellung der herkömmlichen Lösung,
2 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Baugruppe mit Kühlrippen,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baugruppe mit Kühlrippen,
4 eine Darstellung des Spritzgießens der erfindungsgemäßen Baugruppe mit Kühlrippen,
5 eine Darstellung des Spritzgießens des weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Baugruppe mit Kühlrippen,
6 eine Darstellung des MPCVD-Verfahrens der Erfindung,
7 eine Darstellung des Sputterns der Erfindung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baugruppe mit Kühlrippen, das aus einer Vielzahl von Kühlrippen 21 und einem Verbinder 22 besteht, die aus einem wärmeleitenden Material hergestellt sind, das ein Metall und einen kristallinen Kohlenstoff enthält. Der Verbinder 22 weist eine obere Oberfläche 221 und eine untere Oberfläche 222 auf. Die Kühlrippen 21 weisen jeweils eine Unterseite 212 auf, die mit der oberen Oberfläche 221 des Verbinders 22 verbunden ist. Die Kühlrippen 21 sind nebeneinander angeordnet und verlaufen vertikal zu der oberen Oberfläche 221 des Verbinders 22. Die untere Oberfläche 222 des Verbinders 22 liegt auf der oberen Oberfläche 141 des Chips 14 in 1 auf. Die Kühlrippen 21 weisen ferner jeweils eine Oberseite 211 auf. Die Kühlrippen 21, die obere Oberfläche 221 des Verbinders 22 und die Oberseiten 211 der Kühlrippen 21 bilden einen gestrichelten Luftkanal mit einer Lufteintrittsseite 213 und zwei Luftaustrittsseiten 214. Auf der Oberseiten 211 der Kühlrippen 21 ist ein Lüfter 13 angeordnet. Beim Einsatz absorbiert die untere Oberfläche 222 des Verbinders 22 die Wärme des Chips 14 und leitet die Wärme auf den Verbinder 22 und die Kühlrippen 21, die aus einem Metall und einem kristallinen Kohlenstoff hergestellt sind. Der kristalline Kohlenstoff kann Diamant und das Metall kann Aluminiumlegierung, Kupfer oder andere Metalle mit hohem Wärmeleitungskoeffizient oder deren Legierung sein. Der Lüfter 13 erzeugt einen Luftstrom, der durch die Lufteintrittsseite 213 in die Kühlrippen 21 eintritt, die Wärme der Kühlrippen 21 abführt und durch die Luftaustrittsseiten 214 aus den Kühlrippen 21 austritt.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baugruppe mit Kühlrippen, das aus einer Vielzahl von Kühlrippen 31 und einem Verbinder 32 besteht, die aus einem wärmeleitenden Material hergestellt sind, das ein Metall und einen kristallinen Kohlenstoff enthält. Der Verbinder 32 ist durch einen Hohlzylinder gebildet und weist am einen Ende eine gestrichelte runde Stirnfläche auf, die die wärmeaufnahmefläche 321 bildet und vertikal zu der Mantelfläche 323 des Verbinders 32 verläuft. Die Wärmeaufnahmefläche 321 liegt auf der oberen Oberfläche 141 des Chips 14 in 1 auf. Der Verbinder weist am anderen Ende eine runde Stirnfläche 322 auf. Auf der Stirnfläche 322 des Verbinders 32 und der Oberseiten 311 der Kühlrippen 31 ist ein Lüfter 13 angeordnet. Die Kühlrippen 31 sind jeweils an der linken oder rechten Seite 312 mit der Mantelfläche 323 des Verbinders 32 verbunden und erstrecken sich in der Radialrichtung. Beim Einsatz absorbiert die wärmeaufnahmefläche 321 des Verbinders 32 die Wärme des Chips 14 und leitet die Wärme auf den Verbinder 32 und die Kühlrippen 31, die aus einem Metall und einem kristallinen Kohlenstoff hergestellt sind. Der kristalline Kohlenstoff kann Diamant und das Metall kann Aluminiumlegierung, Kupfer oder andere Metalle mit hohem Wärmeleitungskoeffizient oder deren Legierung sein. Der Lüfter 13 erzeugt einen Luftstrom, der in die Kühlrippen 31 und den Verbinder 32 der in die Kühlrippen 31 und den Verbinder 32 eintritt und die Wärme abführt.
4 zeigt ein Herstellungsverfahren der Baugruppe mit Kühlrippen in 2, das einen Formmassebehälter 41, ein Spritzgerät 42 und ein Formwerkzeug 43 verwendet. Die Formmasse wird von dem Spritzgerät 42 in die Formhöhle 44 des Formwerkzeuges 43 gespritzt, die der Form der Kühlrippen 21 und des Verbinders 22 der Baugruppe in 2 entspricht. Dadurch wird die Baugruppe mit Kühlrippen in 2 erhalten, die aus einer Vielzahl von Kühlrippen 21 und einem Verbinder 22 besteht, wobei der Verbinder 22 eine obere Oberfläche 221 und eine untere Oberfläche 222 aufweist und die Kühlrippen 21 mit der oberen Oberfläche 221 des Verbinder 22 verbunden sind. Die Formmasse ist die Schmelze eines Metalls und eines kristallinen Kohlenstoffs. Das Metall kann Kupfer, Aluminium, Silber oder andere Metalle mit hohem wärmeleitungskoeffizient oder deren Legierung sein. Der Schmelzpunkt des Kohlenstoffs ist höher als der des Metalls.
5 zeigt ein Herstellungsverfahren der Baugruppe mit Kühlrippen in 3, das einen Formrnassebehälter 41, ein Spritzgerät 42 und ein Formwerkzeug 51 verwendet. Die Formmasse wird von dem Spritzgerät 42 in die Formhöhle 52 des Formwerkzeuges 51 gespritzt, die der Form der Kühlrippen 31 und des Verbinders 32 der Baugruppe in 3 entspricht. Dadurch wird die Baugruppe mit Kühlrippen in 3 erhalten, die aus einer Vielzahl von Kühlrippen 31 und einem Verbinder 32 besteht, wobei der Verbinder 32 durch einen Hohlzylinder gebildet ist und an einem Ende eine runde Stirnfläche aufweist, die die Wärmeaufnahmefläche 321 bildet und vertikal zu der Mantelfläche 323 des Verbinders 32 verläuft. Die Kühlrippen 31 sind jeweils an der linken oder rechten Seite 312 mit der Mantelfläche 323 des Verbinders 32 verbunden und erstrecken sich in der Radialrichtung. Die Formmasse ist die Schmelze eines Metalls und eines kristallinen Kohlenstoffs. Das Metall kann Kupfer, Aluminium, Silber oder andere Metalle mit hohem Wärmeleitungskoeffizient oder deren Legierung sein. Der Schmelzpunkt des Kohlenstoffs ist höher als der des Metalls.
Der kristalline Kohlenstoff kann auch durch das CVD (chemische Gasphasenabscheidung) oder PVD (physikalische Gasphasenabscheidung)-verfahren auf der Oberfläche des Metalls abgeschieden werden. 6 zeigt ein MACVD (mikrowellenplasma-unterstützte chemische Gasphasenabscheidung) – Verfahren. Dabei wird ein Gemisch aus den Reaktionsgasen durch eine Einlaßöffnung 61 in die Reaktionskammer 66 geleitet. Ein Mikrowellenerzeuger 62 erzeugt Mikrowellen, durch die die aktiven Reaktionsionen der Reaktionsgase angeregt und auf der Oberfläche des Metalls 65 auf einem Träger 64 abgeschieden werden, wodurch eine Diamantschicht erhalten wird. Das Metall 65 kann Kupfer, Aluminium, Silber oder anderen Metalle mit hohem Wärmeleitungskoeffizient oder deren Legierung sein. Die restlichen Reaktionsgase werden durch eine Auslaßöffnung 63 abgeführt. Dadurch wird das Metall mit einer Diamantschicht beschichtet, mit dem die Baugruppen in den 2 und 3 hergestellt werden können.
7 zeigt das Ionenstrahlsputtern, das ein PVD-Verfahren ist. Dabei wird ein Target 72 aus krsitallinem Kohlenstoff verwendet, der mit der Richtung des Ionenstrahls aus dem ersten Ionenstrahler 71 einen Winkel von 45° einschließt. Die durch den Beschuß von dem Innenstrahl aus dem ersten Ionenstrahler 71 abgedampte Kohlenstoffionen verteilen sich und werden durch die kinetische Energie der Ionen aus dem zweiten Ionenstrahler 73 homogen auf der Oberfläche des Metalls 74 abgelagert, wodurch eine Diamantschicht erhalten wird. Die restlichen Kohlenstoffatome werden durch die Auslaßöffnung 75 abgeführt. Dadurch wird das Metall mit einer Diamantschicht beschichtet, mit dem die Baugruppen in den 2 und 3 hergestellt werden können.
Das wärmeleitende Material, das ein Metall und einen kristallinen Kohlenstoff enthält, kann neben dem obengenannten CVD- und PVD-Verfahren, auch mit anderen Verfahren, wie Galvanisieren und Zusammenschmelzen, hergestellt werden.

Claims

Baugruppe mit Kühlrippen, bestehen aus einem Verbinder (22), und einer Vielzahl von Kühlrippen (21), die mindestens an einer Verbindungsseite mit dem Verbinder (22) verbunden sind, wobei die Kühlrippen (21) aus einem wärmeleitenden Material hergestellt sind, das ein Metall und einen kristallinen Kohlenstoff enthält.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbinder (22) planar ausgebildet ist und die Ver bindungsseiten der Kühlrippen (21) mit einer Oberfläche des Verbinders (22) verbunden sind.
Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsseiten die Unterseiten (212) der Kühlrippen (21) sind.
Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (21) vertikal nebeneinander gereiht sind.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Kupfer ist.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Aluminium ist.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall ein Metall mit hohem Wärmeleitungskoeffizent ist.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kristalline Kohlenstoff Diamant ist.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbinder (32) durch einen Hohlzylinder gebildet ist und die Verbindungsseiten der Kühlrippen (31) mit der Mantelfläche (323) des Verbinders (32) verbunden sind.
Baugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsseiten die linken oder rechten Seiten der Kühlrippen (21) sind.
Baugruppe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kühlrippen (31) in der Radialrichtung erstrecken.
Verfahren zur Herstellung der Baugruppe mit Kühlrippen, das folgende Schritte enthält: ein wärmeleitendes Material, das ein Metall und einen kristallinen Kohlenstoff enthält, herstellen, den Verbinder formen, und die Kühlrippen formen, die mindestens an einer Verbindungsseite mit dem Verbinder verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Kupfer ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Aluminium ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall ein Metall mit hohem Wärmeleitungskoeffizent ist.
verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der kristalline Kohlenstoff Diamant ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeleitende Material durch CVD-Verfahren hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeleitende Material durch PVD-Verfahren hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeleitende Material durch Galvanisieren hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeleitende Material durch Zusammenschmelzen hergestellt ist.