DE102011102850A1

DE102011102850A1 - Thermodiffusor und Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Wärmequelle unter dessen Verwendung

Info

Publication number: DE102011102850A1
Application number: DE102011102850A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Sakimichi; Kimio Kohara; Koji Noda
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2012-01-19
Also published as: JP2011258755A; US20110303399A1

Abstract

Ein Thermodiffusor umfasst mehrere wärmeleitende Platten (111), von denen jede eine streifenähnliche Form hat. Die mehreren wärmeleitenden Platten sind in einer Plattendickenrichtung der streifenähnlichen Form aufeinander geschichtet, um einen Schichtkörper zu bilden. Jede der mehreren wärmeleitenden Platten hat Wärmeleitfähigkeiten in einer Längsrichtung und in einer Breitenrichtung der streifenähnlichen Form, die besser als eine Wärmeleitfähigkeit in der Plattendickenrichtung sind. Die wärmeleitenden Platter haben Seiten (111a), von denen sich jede in der Längsrichtung erstreckt. Der Schichtkörper ist derart ausgebildet, dass die Seiten der wärmeleitenden Platten eine Plattenoberfläche (110a) des Schichtkörpers bilden, wobei diese Oberfläche sich in der Plattendickenrichtung erstreckt, die als eine Schichtungsrichtung dient, in der die wärmeleitenden Platten des Schichtkörpers geschichtet sind. Eine Richtung senkrecht zu der Plattenoberfläche entspricht einer Dickenrichtung des Schichtkörpers.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Thermodiffusor, der Wärme einer Wärmequelle, wie etwa einer Halbleitervorrichtung, abführt, und betrifft eine Kühlvorrichtung, die den Thermodiffusor verwendet, um die Wärmequelle zu kühlen.
JP-A-2005-272164 zeigt einen herkömmlichen Thermodiffusor (Element mit hoher Wärmeleitfähigkeit) zum Kühlen einer Wärmequelle. Der herkömmliche Thermodiffusor verwendet zum Beispiel eine Graphitstruktur, um ein Metallmaterial, wie etwa Kupfer und Aluminium, zu ersetzen. Eine einzelne Graphitstruktur (oder Graphen) hat eine a-b-Axialrichtung, die sich in einer Ebenenrichtung des Graphens erstreckt. Die Wärmeleitfähigkeit der Graphitstruktur in der a-b-Axialrichtung übersteigt 1000 W/mK und ist ein Zwei- oder Mehrfaches der Wärmeleitfähigkeit (350 bis 400 W/mK) von Kupfer und ist das Vier- oder Mehrfache der Wärmeleitfähigkeit (200 bis 250 W/mK) von Aluminium. Jedoch hat die einzelne Graphitstruktur eine Wärmeleitfähigkeit in der Schichtrichtung (oder der Dickenrichtung), die kleiner oder gleich 10 W/mK ist. Um die Wärmeleitfähigkeit in der Schichtrichtung zu verbessern, schlägt JP-A-2005-272164 eine gewisse Graphitstruktur vor, deren a-b-Achse in der Richtung (Ebenenrichtung) senkrecht zu einer Plattenoberfläche orientiert ist und die eine Kohlenstoffstruktur darin hat.
Während die hohe Wärmeleitfähigkeit in der Ebenenrichtung der Graphitstruktur, die als ein Mutterkörper dient, aufrecht erhalten wird, ist es folglich aufgrund der Kohlenstoffstruktur, die aus Kohlenstofffaserpolymer besteht und die nach Bedarf mit der Graphitstruktur versehen ist, möglich, die Wärme in der Schichtrichtung effizient zu übertragen. Als ein Ergebnis ist es im Vergleich mit der einzelnen Graphitstruktur möglich, die Wärmeleitfähigkeit in der Schichtrichtung zu verbessern, und es ist auch möglich, die Zugfestigkeit und die Dicke des Wärmeleitungselements zu vergrößern.
Jedoch ist in der Beschreibung (Absätze 0077, 0083, 0086, 0093) in JP-A-2005-272164 die Wärmeleitfähigkeit in der Schichtrichtung, selbst nachdem die Wärmeleitfähigkeit verbessert wurde, etwa 20 bis 100 W/mK. Folglich ist die verbesserte Wärmeleitfähigkeit in der Schichtrichtung immer noch das Mehrfache bis Zehnfache der Wärmeleitfähigkeit (10 W/mK) der einzelnen Graphitstruktur in der Schichtrichtung. Als ein Ergebnis ist die verbesserte Wärmeleitfähigkeit immer noch sehr niedrig im Vergleich zu der Wärmeleitfähigkeit des Metallmaterials, wie etwa Kupfer oder Aluminium.
Die vorliegende Erfindung wird angesichts der vorstehenden Nachteile gemacht, und dabei ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Thermodiffusor bereitzustellen, der eine gute Wärmeleitfähigkeit in einer Ebenenrichtung hat. Auch ist es eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlvorrichtung bereitzustellen, die den Thermodiffusor verwendet, um eine Wärmequelle zu kühlen.
Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, wird ein Thermodiffusor bereitgestellt, der mehrere wärmeleitende Platten umfasst, von denen jede eine streifenähnliche Form hat. Die mehreren wärmeleitenden Platten sind in einer Plattendickenrichtung der streifenähnlichen Form aufeinander geschichtet, um einen Schichtkörper zu bilden. Jede der mehreren wärmeleitenden Platten hat Wärmeleitfähigkeiten in einer Längsrichtung und in einer Breitenrichtung der streifenähnlichen Form, die besser als eine Wärmeleitfähigkeit in der Plattendickenrichtung sind. Die wärmeleitenden Platten haben Seiten, von denen sich jede in der Längsrichtung erstreckt. Der Schichtkörper ist derart ausgebildet, dass die Seiten der wärmeleitenden Platten eine Plattenoberfläche des Schichtkörpers bilden, wobei sich diese Oberfläche in der Plattendickenrichtung erstreckt, die als eine Schichtungsrichtung dient, in der die wärmeleitenden Platten des Schichtkörpers geschichtet sind. Eine Richtung senkrecht zu der Plattenoberfläche entspricht einer Dickenrichtung des Schichtkörpers.
Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, wird auch bereitgestellt: eine Kühlvorrichtung für eine Wärmequelle, wobei die Kühlvorrichtung den Thermodiffusor, eine Wärmequelle, eine Isolierplatte und eine Kühleinheit umfasst. Die Plattenoberfläche des Thermodiffusors ist eine von mehreren Plattenoberflächen. Die Wärmequelle ist an einer der mehreren Plattenoberflächen des Thermodiffusors bereitgestellt. Die Isolierplatte ist an der anderen der mehreren Plattenoberflächen des Thermodiffusors bereitgestellt. Die Kühleinheit ist an einer Oberfläche der Isolierplatte entgegengesetzt zu dem Thermodiffusor bereitgestellt.
Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, wird auch eine Kühlvorrichtung für eine Wärmequelle, wobei die Kühlvorrichtung den Thermodiffusor, eine Wärmequelle und eine Isolierplatte umfasst, bereitgestellt. Der Thermodiffusor umfasst zwei Schichtkörper. Die Plattenoberfläche des Thermodiffusors ist eine von mehreren Plattenoberflächen. Die Wärmequelle ist an einer der mehreren Plattenoberflächen des Thermodiffusors bereitgestellt. Die Isolierplatte ist an der anderen der mehreren Plattenoberflächen des Thermodiffusors bereitgestellt. Die Kühleinheit ist an einer Oberfläche der Isolierplatte entfernt von dem Thermodiffusor bereitgestellt. Einer der zwei Schichtkörper des Thermodiffusors hat eine Dickenabmessung von t1. Der andere der zwei Schichtkörper hat eine Dickenabmessung t2. Ein Abstand, der von einer Mittenposition der Wärmequelle zu einem Ende des Thermodiffusors in einer Längsrichtung der wärmeleitenden Platten eines der Schichtkörper gemessen wird, ist als r1 definiert. Ein Abstand, der von der Mittenposition der Wärmequelle zu einem anderen Ende des Thermodiffusors in der Längsrichtung der wärmeleitenden Platten des anderen der Schichtkörper gemessen wird, ist als r2 definiert Die Abmessungen t1, t2 und die Abstände r1, r2 erfüllen die Gleichung 0,5 ≤ (t1/t2/(r1/r2) ≤ 2.
Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, wird auch ein Herstellungsverfahren für einen Thermodiffusor bereitgestellt, in dem Verfahren wird ein Schichtkörper durch Schichten mehrerer wärmeleitender Platten, von denen jede eine Plattenform hat, in einer Plattendickenrichtung der Plattenform ausgebildet. Jede der mehreren wärmeleitenden Platten hat eine Wärmeleitfähigkeit in einer Ebenenrichtung der Plattenform, die besser als eine Wärmeleitfähigkeit in der Plattendickenrichtung ist. Ein Plattenelement wird durch Schneiden des Schichtkörpers in einer Schichtungsrichtung, in der die wärmeleitenden Platten geschichtet sind, entlang einer Seite der wärmeleitenden Platten ausgebildet, so dass das Plattenelement eine Plattenform hat. Das Plattenelement ist derart ausgebildet, dass die einen Seiten der wärmeleitenden Platte eine Plattenoberfläche bilden, die sich in der Schichtungsrichtung erstreckt. Eine Richtung senkrecht zu der Plattenoberfläche entspricht einer Dickenrichtung des Plattenelements.
Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, wird auch ein Verfahren zur Herstellung eins Thermodiffusors bereitgestellt. In dem Verfahren wird ein Schichtkörper durch Schichten mehrerer wärmeleitender Platten, von denen jede eine Plattenform hat, in einer Plattendickenrichtung der Plattenform ausgebildet. Jede der mehreren wärmeleitenden Platten hat eine Wärmeleitfähigkeit in einer Ebenenrichtung der Plattenform, die besser als eine Wärmeleitfähigkeit in der Plattendickenrichtung ist. Ein primäres Plattenelement wird durch Schneiden des Schichtkörpers in der Schichtungsrichtung entlang einer Seite der wärmeleitenden Platten, so dass das primäre Plattenelement eine Plattenform hat, ausgebildet. Das primäre Plattenelement wird derart ausgebildet, dass die einen Seiten der wärmeleitenden Platten eine Plattenoberfläche bilden, die sich in einer Schichtungsrichtung erstreckt, in der die mehreren wärmeleitenden Platten geschichtet sind. Eine Richtung senkrecht zu der Plattenoberfläche entspricht einer Dickenrichtung des primären Plattenelements. Ein sekundäres Plattenelement wird durch Abschneiden von vier Ecken des primären Plattenelements derart, dass das sekundäre Plattenelement eine rechteckige Form hat, ausgebildet, wobei eine Richtung, in der die einen Seiten der wärmeleitenden Platten sich erstrecken, relativ zu jeder Seite des sekundären Plattenelements gewinkelt ist. Das Ausbilden des sekundären Plattenelements umfasst das Ausbilden mehrerer sekundärer Plattenelemente. Die mehreren sekundären Plattenelemente werden in einer Richtung angeordnet, in der sich die Plattenoberfläche erstreckt. Ein Teil der Plattenoberfläche jedes der mehreren sekundären Plattenelemente ist in einem Verbindungsbereich enthalten, der mit einer Wärmequelle verbunden ist. Jedes der mehreren sekundären Plattenelemente hat einen Außenumfangsschnitt, der einen Außenumfang einer Gesamtheit der mehreren sekundären Plattenelemente bildet. Jeder Punkt innerhalb des Verbindungsabschnitts und jeder Punkt auf dem Außenumfangsschnitt jeder der mehreren sekundären Plattenelemente definieren eine imaginäre Linie dazwischen. Eine Richtung der einen Seiten der wärmeleitenden Platten jedes der mehreren sekundären Plattenelemente ist parallel zu der imaginären Linie.
Die Erfindung wird zusammen mit ihren zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen am besten aus der folgenden Beschreibung, den beigefügten Patentansprüchen und den begleitenden Zeichnungen verstanden, wobei:
1 eine perspektivische Explosionsansicht ist, die eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Wärmequelle gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2A und 2B Perspektivansichten sind, die jeweils einen Thermodiffusor in 1 darstellen;
3A bis 3D Perspektivansichten sind, die ein Verfahren zur Herstellung eines Thermodiffusors gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;
4 eine perspektivische Explosionsansicht ist, die eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Wärmequelle gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
5A und 5B Perspektivansichten sind, die ein Verfahren zur Herstellung eines Thermodiffusors in 4 darstellen;
6 ein Diagramm ist, das die Wärmeleitfähigkeit in der Dickenrichtung des in 4 gezeigten Thermodiffusors darstellt;
7 eine Perspektivansicht ist, die eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Wärmequelle gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
8 eine Perspektivansicht ist, die eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Wärmequelle gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung darstellt;
9 eine Perspektivansicht ist, die eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Wärmequelle gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
10 eine perspektivische Explosionsansicht ist, die eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Wärmequelle gemäß der siebten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
11 eine Perspektivansicht ist, die den in 10 gezeigten Thermodiffusor darstellt;
12A bis 12D Perspektivansichten sind, die ein Verfahren zur Herstellung des in 10 gezeigten Thermodiffusors darstellen.
Mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezug auf begleitende Zeichnungen beschrieben. Komponenten, die in der vorhergehenden Ausführungsform bereits beschrieben wurden, werden durch die gleiche Nummer bezeichnet, die in der vorhergehenden Ausführungsform verwendet wurde, und ihre redundante Beschreibung wird weggelassen. Wenn nur ein Teil des Aufbaus der Ausführungsform beschrieben wird, kann der andere Teil des Aufbaus die Beschreibung der vorhergehenden Ausführungsform verwenden. Jede Kombination von Teilen der Ausführungsformen ist möglich, auch wenn die vorstehende Kombination in den Ausführungsformen nicht explizit beschrieben wird, vorausgesetzt die Kombination bewirkt keinen erheblichen Mangel.
(Erste Ausführungsform)
Eine Kühlvorrichtung 100A zum Kühlen einer Wärmequelle in der ersten Ausführungsform wird nachstehend unter Bezug auf 1 und 2A und 2B beschrieben. 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die die Kühlvorrichtung 100A der Wärmequelle darstellt, und 2A und 2B sind Perspektivansichten, die jeweils einen Thermodiffusor 110 darstellten, der aus wärmeleitenden Platten in 1 gefertigt ist.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Kühlvorrichtung 100A zum Kühlen der Wärmequelle (auf die hier nachstehend einfach als die Kühlvorrichtung 100A Bezug genommen wird) den Thermodiffusor 110, eine Wärmequelle 120, eine Isolierplatte 130 und eine Kühleinheit 140. Die Kühlvorrichtung 100A kühlt die Wärmequelle 120 durch Übertragen von Wärme der Wärmequelle 120 durch den Thermodiffusor 110 an die Kühleinheit 140.
Wie in 2 gezeigt, ist der Thermodiffusor 110 eine Platte, die Wärme der Wärmequelle 120 effizient in Richtung der Kühleinheit 140 überträgt, und der Thermodiffusor 110 umfasst mehrere wärmeleitende Platten 111. Jede der wärmeleitenden Platten 111 ist ein sehr dünnes Plattenelement mit einer streifenähnlichen Form. Die wärmeleitende Platte 111 hat Wärmeleitfähigkeiten in einer Längsrichtung und in einer Breitenrichtung, die besser als eine Wärmeleitfähigkeit in einer Plattendickenrichtung sind. Die wärmeleitende Platte 111 ist zum Beispiel aus einem Graphitmaterial oder alternativ aus einem zusammengesetzten Material, das Graphit und Metall aufweist, gefertigt. Das Metall des vorstehenden zusammengesetzten Materials verwendet zum Beispiel Kupfer und Aluminium. Insbesondere hat das Graphitmaterial wie vorstehend hohe Wärmeleitfähigkeiten in einer Plattendickenrichtung und in einer Breitenrichtung der wärmeleitenden Platte 111. Mit anderen Worten ist das Graphitmaterial ein hoch ausgerichtetes Graphitmaterial mit hohen Wärmeleitfähigkeiten in zwei Richtungen, die sich entlang einer Plattenoberfläche (oder einer oberen Oberfläche) des Graphitmaterials erstrecken.
Die warmeleitenden Platten 111 sind in der Plattendickenrichtung aufeinander geschichtet, um einen plattenförmigen Schichtkörper zu bilden. In der ersten Ausführungsform dient der Schichtkörper als der Thermodiffusor 110. Mit anderen Worten hat die wärmeleitende Platte 111 in dem Schichtkörper eine lange Seite 111a, die sich in einer Längsrichtung erstreckt, und die lange Seite 111a bildet eine Plattenoberfläche 110a mit einer Plattenform, die sich in einer Schichtungsrichtung erstreckt, in der die wärmeleitenden Platten 111 geschichtet sind (siehe 2B). Außerdem entspricht eine Richtung senkrecht zu der Plattenoberfläche 110a einer Dickenrichtung des Schichtkörpers mit der Plattenform. Der Thermodiffusor 110 hat eine Plattenform, die eine Abmessung in der Schichtungsrichtung hat, die größer als eine Abmessung der wärmeleitenden Platte 111 in der Breitenrichtung ist. Die Plattenoberfläche 110a ist mit anderen Worten eine Ebene, die (a) durch die lange Seite 111a und (b) eine Seite, die sich in der Schichtungsrichtung erstreckt, definiert ist. Der Thermodiffusor 110 hat eine Abmessung in der Dickenrichtung, wobei diese Abmessung äquivalent zu einer Abmessung der wärmeleitenden Platte 111 in der Breitenrichtung ist. Als ein Ergebnis hat der Thermodiffusor 110 in zwei Richtungen bessere Wärmeleitfähigkeiten (siehe 1A und 2B in dieser Hinsicht). Insbesondere umfassen die zwei Richtungen die Richtung der langen Seite 111a der Plattenoberfläche 110a und die Dickenrichtung des plattenförmigen Schichtkörpers.
Es wird bemerkt, dass der Thermodiffusor 110 durch Schichten der mehreren wärmeleitenden Platten 111 aufeinander und dann Brennen der wärmeleitenden Platten 111 im Ofen als der Schichtkörper ausgebildet wird. Alternativ kann ein gasförmiges Material, wie etwa ein hoch ausgerichtetes Graphitmaterial, oder ein zusammengesetztes Material mit einem hoch ausgerichteten Graphit und Metall, nacheinander auf eine Ebene gesprüht werden, um den Schichtkörper zu bilden.
Die Wärmequelle 120 ist eine Halbleitervorrichtung, zum Beispiel ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) oder eine FWD (Freilaufdiode), die Wärme erzeugt, wenn sie betrieben wird. Zum Beispiel umfasst der Thermodiffusor 110 zwei Plattenoberflächen 110a (obere und untere Plattenoberflächen 110a). Es gibt mehrere Wärmequellen 120 (in der vorliegenden Ausführungsform zwei Generatoren 120), und die Wärmequellen 120 sind bereitgestellt, um eine der Plattenoberflächen 110a des Thermodiffusors 110 zu kontaktieren.
Die Isolierplatte 130 ist zum Beispiel ein aus einer Keramik gefertigtes Plattenelement, um die Wärmequelle 120 elektrisch zu isolieren. Die Isolierplatte 130 ist bereitgestellt, um die andere der Plattenoberflächen 110a des Thermodiffusors 110 entgegengesetzt zu der einen Plattenoberfläche 110a, an der die Wärmequelle 120 bereitgestellt ist, zu kontaktieren.
Die Kühleinheit 140 ist ein Wärmetauscher, der die Wärmequelle 120 durch Übertragen von Wärme von der Wärmequelle 120 auf ein Kühlmedium kühlt, das durch die Innendurchgänge 142 strömt. Die Kühleinheit 140 ist bereitgestellt, um eine Oberfläche des Thermodiffusors 110 entgegengesetzt zu der Isolierplatte 130 zu kontaktieren. Die Kühleinheit 140 umfasst einen Hauptkörperteil 14 mit einer Plattenform, der darin die Hauptdurchgänge 142 definiert. Die Durchgänge 142 sind ausgebildet, um ein Kühlmedium (zum Beispiel Kühlluft, Kühlmittel) einzulassen, so dass es durch sie hindurch strömt.
In der vorstehenden Kühlvorrichtung 100A breitet sich Wärme der Wärmequelle 120 entlang der Plattenoberfläche 110a des Thermodiffusors 110 aus (oder breitet sich in die Richtung der langen Seite 111a) zu einem Außenumfang aus und wird ebenfalls in der Dickenrichtung des Thermodiffusors 110 übertragen. Außerdem wird die Wärme in einer Plattendickenrichtung der Isolierplatte 130 übertragen, um den Hauptkörperteil 141 in der Kühleinheit 140 zu erreichen. In der Kühleinheit 140 wird die vorstehend übertragene Wärme der Wärmequelle 120 an das Kühlmedium, das durch die Innendurchgänge 142 strömt, weitergegeben, und dadurch wird die Wärmequelle 120 erfolgreich gekühlt.
In der vorliegenden Ausführungsform hat die wärmeleitende Platte 111 des Thermodiffusors 110 in der Längsrichtung und in der Breitenrichtung bessere Wärmeleitfähigkeiten als eine Wärmeleitfähigkeit in der Plattendickenrichtung, Der Thermodiffusor 110 wird gefertigt, indem die wärmeleitenden Platten 111 in der Plattendickenrichtung geschichtet werden. Vorstehend wird die Plattenoberfläche 110a durch die Längsseiten 111a der wärmeleitenden Platten 111 ausgebildet und erstreckt sich in der Schichtungsrichtung. Aufgrund der vorstehend ausgebildeten Plattenoberfläche 110a ist es möglich, eine bessere Wärmeleitfähigkeit in der Längsrichtung der wärmeleitenden Platte .111 bereitzustellen. Auch fällt in dem vorstehenden Aufbau die Dickenrichtung, die senkrecht zu der Plattenoberfläche 110a des Thermodiffusors 110 ist, wie in 2B gezeigt, mit der Breitenrichtung der wärmeleitenden Platte 111 zusammen. Als ein Ergebnis ist es möglich, eine bessere Wärmeleitfähigkeit in der Dickenrichtung des Thermodiffusors 110 bereitzustellen. Dadurch hat der Thermodiffusor 110 in zwei Richtungen (siehe die in 1, 2A und 2B gezeigten hoch wärmeleitenden Richtungen) bessere Wärmeleitfähigkeiten. Insbesondere ist eine der zwei Richtungen, in der die Wärmeleitfähigkeiten besser wirken, eine Richtung parallel zu der Plattenoberfläche 110a des Thermodiffusors 110 und senkrecht zu der Schichtungsrichtung. Die andere der zwei Richtungen ist die Dickenrichtung (oder Schichtrichtung) des Thermodiffusors 110. Als ein Ergebnis ist es möglich, effizient Wärme der Wärmequelle 120 an die Kühleinheit 140 zu übertragen.
(Zweite Ausführungsform)
3A bis 3D zeigen einen Thermodiffusor 110 der zweiten Ausführungsform und zeigen insbesondere ein Herstellungsverfahren für den Thermodiffusor 110. Das Verfahren zur Herstellung des Thermodiffusors 110 in der zweiten Ausführungsform ist unterschiedlich zu dem Herstellungsverfahren in der ersten Ausführungsform (1, 2).
Das Verfahren zur Herstellung des Thermodiffusors 110 wird nachstehend beschrieben. Zuerst werden plattenförmige wärmeleitende Platten 111 mit einer besseren Wärmeleitfähigkeit in der Ebenenrichtung als der Wärmeleitfähigkeit in der Plattendickenrichtung hergestellt (3A). Die wärmeleitenden Platten 111 werden in der Plattendickenrichtung aufeinander geschichtet, um einen Schichtkörper zu bilden (3B).
Als nächstes wird der wie vorstehend ausgebildete Schichtkörper in der Schichtungsrichtung entlang der einen Seite 111b der wärmeleitenden Platte 111 geschnitten, um ein Plattenelement, wie in 3C gezeigt, zu bilden. Dann wird in dem Plattenelement die Plattenoberfläche 110a des Thermodiffusors 110 durch eine Oberfläche definiert, die durch die Schichtung der einen Seiten 111b der wärmeleitenden Platten 111 in der Schichtungsrichtung hergestellt wird. Auch ist die Dickenrichtung des Thermodiffusors 110 als orthogonal zu der Plattenoberfläche 110a definiert (3D).
Als ein Ergebnis wird der Thermodiffusor 110, der äquivalent zu dem in der ersten Ausführungsform beschriebenen Thermodiffusor 110 ist, leicht ausgebildet.
(Dritte Ausführungsform)
4 bis 6 zeigen eine Kühlvorrichtung 100B der dritten Ausführungsform. Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform (1 und 2) ist der Thermodiffusor 110 der dritten Ausführungsform aus mehreren Thermodiffusoren 110A, 110B gefertigt.
Wie in 4, 5A und 5B gezeigt, wird der Thermodiffusor 110 aus zwei Thermodiffusoren (oder zwei Schichtkörpern) gefertigt. Insbesondere umfasst der Thermodiffusor 110 einen ersten Thermodiffusor 110A und einen zweiten Thermodiffusor 110B. Jeder der Thermodiffusoren 110A, 110B ist ähnlich dem in der ersten Ausführungsform beschriebenen Thermodiffusor 110. Der Thermodiffusor 110A ist derart angeordnet, dass die Schichtungsrichtung der wärmeleitenden Platten 111 des Thermodiffusors 110A sich von der Schichtungsrichtung der wärmeleitenden Platten 111 des Thermodiffusors 110E unterscheidet. Folglich sind die jeweiligen Schichtungsrichtungen der wärmeleitenden Platten 111 der benachbarten Thermodiffusoren (Schichtkörper) 110A, 110B voneinander verschieden.
Mit anderen Worten entspricht in dem ersten Thermodiffusor 110A die Schichtungsrichtung, in der die wärmeleitenden Platten 111 geschichtet werden, einer Tiefenrichtung in 5A. Dadurch hat der erste Thermodiffusor 110A bessere Wärmeleitfähigkeiten in einer Links-Rechtsrichtung der Plattenoberfläche 110a in 5A (oder der Längsrichtung der wärmeleitenden Platte 111) und in der Dickenrichtung des ersten Thermodiffusors 110A.
Im Gegensatz dazu entspricht in dem zweiten Thermodiffusor 110B eine Schichtungsrichtung, in der die wärmeleitenden Platten 111 geschichtet sind, der Links-Rechtsrichtung in 5A. Als ein Ergebnis hat der zweite Thermodiffusor 110E bessere Wärmeleitfähigkeiten in der Tiefenrichtung der Plattenoberfläche 110a in 5A (oder in der Längsrichtung der wärmeleitenden Platte 111) und in der Dickenrichtung des zweiten Thermodiffusors 110B.
Der erste Thermodiffusor 110A und der zweite Thermodiffusor 110B sind in der Dickenrichtung geschichtet, und eine anorganische Haftschicht (anorganische Schicht) 112, die zwischen den Thermodiffusoren 110A, 110E eingeschoben ist, verbindet die Thermodiffusoren 110A, 110B miteinander. Die Haftschicht 112 umfasst Titan (Ti) und/oder Nickel (Ni) und/oder Zinn (Sn) und/oder Blei (Pb) und/oder Gold (Au). In der vorliegenden Ausführungsform ist die Haftschicht 112 Lötzinn (Sn). Lot hat eine Wärmeleitfähigkeit von 60 W/mK.
Der wie vorstehend ausgebildete Thermodiffusor 110 umfasst den ersten Thermodiffusor 110A und den zweiten Thermodiffusor 110B, und die Schichtungsrichtung der wärmeleitenden Platten 111 des ersten Thermodiffusors 110A unterscheidet sich von der Schichtungsrichtung der wärmeleitenden Platten 111 des zweiten Thermodiffusors 110B. insbesondere schneiden sich die vorstehenden Schichtungsrichtungen miteinander: Insbesondere schneiden sich die vorstehenden Schichtungsrichtungen senkrecht (oder im Winkel von 90 Grad) miteinander. Der durch die Schichtungsrichtungen definierte Winkel kann in einem Bereich von 85 bis 90 Grad liegen, um die Wärmeleitfähigkeiten der zwei Axialrichtungen entlang der Plattenoberfläche 110a zu verbessern.
In dem Thermodiffusor 110 der vorliegenden Ausführungsform hat die Plattenoberfläche 110a des ersten Thermodiffusors 110A eine erste Richtung, in der die Wärmeleitfähigkeit des ersten Thermodiffusors 110A besser wirkt, und die Plattenoberfläche 110a des zweiten Thermodiffusors 110B hat eine zweite Richtung, in der die Wärmeleitfähigkeit des zweiten Thermodiffusors 110E besser wirkt. In dem Thermodiffusor 110 der vorliegenden Ausführungsform definieren die erste Richtung und die zweite Richtung den Winkel in einem Bereich von 85 bis 90 Grad dazwischen. Wenn der Thermodiffusor 110, der die Thermodiffusoren 110A, 110B in der Dickenrichtung geschichtet hat, in seiner Gesamtheit betrachtet wird, ist es als ein Ergebnis möglich, zu bewirken, dass der Thermodiffusor 110 bessere Wärmeleitfähigkeiten in der Dickenrichtung und auch in den zwei Richtungen, die orthogonal zueinander sind, entlang der Plattenoberfläche 110a hat. Folglich ist es möglich, den Thermodiffusor 110 bereitzustellen, der Wärmeleitfähigkeiten hat, die in drei Axialrichtungen besser wirken, und daher ist es möglich, die Wärmequelle 120 effizient zu kühlen.
6 ist ein Diagramm, das eine Wärmeleitfähigkeit in der Dickenrichtung des Thermodiffusors 110, der aus den mehreren Thermodiffusoren 110A, 110B gefertigt ist, als eine Funktion der Wärmeleitfähigkeit der Haftschicht 112 darstellt. in einem Modell der vorliegenden Ausführungsform hat jeder der Thermodiffusoren 110A, 110B eine Länge von 32 mm, eine Breite von 18 mm und eine Dicke von 1 mm. Die Haftschicht 112 hat eine Dicke von 0,1 mm. In der vorstehenden Abmessung wird die Wärmeleitfähigkeit in der Dickenrichtung des Thermodiffusors 110 untersucht. Wenn die Haftschicht 112 (oder das Lot) die Wärmeleitfähigkeit von 60 W/mK hat, zeigt die Wärmeleitfähigkeit in der Dickenrichtung des Thermodiffusors 110 600 W/mK an. Der vorstehende Wert ist viel höher als die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer oder Aluminium.
In der Ausführungsform umfasst der Thermodiffusor 110 zwei Thermodiffusoren 110A, 110B, Jedoch kann der Thermodiffusor alternativ drei oder mehr Thermodiffusoren umfassen, die geschichtet sind. In dem vorstehenden alternativen Fall können die benachbarten Thermodiffusoren unter den drei oder mehr Thermodiffusoren derart angeordnet werden, dass die Richtung, in der ein Thermodiffusor eine bessere Wärmeleitfähigkeit hat, verschieden zu der Richtung festgelegt ist, in welcher der benachbarte Thermodiffusor eine bessere Wärmeleitfähigkeit hat. insbesondere definieren die vorstehenden Richtungen der benachbarten Thermodiffusoren den Winkel in einem Bereich von 85 bis 90 Grad.
(Vierte Ausführungsform)
7 zeigt eine Kühlvorrichtung 100C gemäß der vierten Ausführungsform. In der vierten Ausführungsform ist eine Metallplatte 150 zu der Struktur der dritten Ausführungsform hinzugefügt (4).
Die Metallplatte 150 ist eine hoch leitfähige Platte, die zum Beispiel aus Kupfer oder Aluminium gefertigt ist und zwischen dem Thermodiffusor 110 und der Isolierplatte 130 bereitgestellt ist.
In der vorliegenden Ausführungsform verhindert die Isolierplatte 130 elektrische Lecks in Richtung der Kühleinheit 140, und die Metallplatte 150 wird als ein elektrischer Leistungsausgang der Wärmequelle (Halbleitervorrichtung) 120 verwendet.
(Fünfte Ausführungsform)
8 zeigt eine Kühlvorrichtung 100D gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der fünften Ausführungsform wird eine Position der Metallplatte 150 von einer Position in der vierten Ausführungsform geändert (7).
In der vierten Ausführungsform (7) ist die Metallplatte 150 zwischen dem Thermodiffusor 110 und der Isolierplatte 130 bereitgestellt. Jedoch ist die Metallplatte 150 in der vorliegenden Ausführungsform (8) alternativ zwischen der Wärmequelle 120 und dem Thermodiffusor 110 bereitgestellt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die Wärmequelle (Halbeleitervorrichtung) 120 in direkten Kontakt mit der Metallplatte 150 zu bringen. Als ein Ergebnis ist es in einem Fall, in dem die Wärmequelle 120 mit einem hohen elektrischen Strom verwendet wird, möglich, den Einfluss des elektrischen Widerstands des Thermodiffusors 110 im Vergleich zu der vierten Ausführungsform (7) wirkungsvoller zu begrenzen. Daher ist es möglich, die Metallplatte 150 effektiv als den elektrischen Leistungsausgangsanschluss der Wärmequelle 120 zu verwenden.
(Sechste Ausführungsform)
9 zeigt eine Kühlvorrichtung 100E gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die sechste Ausführungsform ist eine Modifikation der dritten Ausführungsform (4). In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Abmessung des Thermodiffusors 110 in der Dickenrichtung effektiv unter Berücksichtigung der Position der Wärmequelle 120 relativ zu dem Thermodiffusor 110 definiert.
Der erste Thermodiffusor 110A des Thermodiffusors 110 dient als einer der zwei Schichtkörper, die den Thermodiffusor 110 bilden. In dem ersten Thermodiffusor 110A fällt die Längsrichtung der wärmeleitenden Platte 111 mit einer Links-Rechtsrichtung in 9 zusammen. Mit anderen Worten entspricht eine Richtung (hoch wärmeleitfähige Richtung), in welcher die Wärmeleitfähigkeit der Plattenoberfläche 110a des ersten Thermodiffusors 110A besser wirkt, der Links-Rechts-Richtung in 9. Zusätzlich zu dem Vorstehenden wirkt die Wärmeleitfähigkeit der Plattenoberfläche 110a des ersten Thermodiffusors 110A in der Dickenrichtung des ersten Thermodiffusors 110A besser. Auch dient der zweite Thermodiffusor 110E des Thermodiffusors 110 als der andere der Schichtkörper, die den Thermodiffusor 110 bilden. In dem zweiten Thermodiffusor 110B fällt die Längsrichtung der wärmeleitenden Platte 111 mit der Tiefenrichtung in 9 zusammen. Mit anderen Worten fällt eine Richtung, in der die Wärmeleitfähigkeit der Plattenoberfläche 110a des zweiten Thermodiffusors 110B besser wirkt, mit der Tiefenrichtung in 9 zusammen. Zusätzlich zu dem Vorstehenden wirkt die Wärmeleitfähigkeit der Plattenoberfläche 110a des zweiten Thermodiffusors 110B in der Dickenrichtung des zweiten Thermodiffusors 110B besser. Auch hat der erste Thermodiffusor 110A eine Abmessung t1 in der Dickenrichtung, und der zweite Thermodiffusor 110B hat eine Abmessung t2 in der Dickenrichtung.
Die einzelne Wärmequelle 120 ist an der Plattenoberfläche 110a des Thermodiffusors 110 (oder dem ersten Thermodiffusor 110A) bereitgestellt. Die Wärmequelle 120 hat eine Mittenposition, wenn sie von der Oberseite in 9 betrachtet wird (der in einer Richtung orthogonal zu der Plattenoberfläche 110a betrachtet wird). In der Plattenoberfläche 110a des ersten Thermodiffusors 110A ist eine längerer Abstand, der in der hoch wärmeleitfähigen Richtung (Links-Rechtsrichtung) des ersten Thermodiffusors 110A von der Mittenposition zu einem Endabschnitt des ersten Thermodiffusors 110A gemessen wird, als r1 definiert. Auch in der Plattenoberfläche 110a des ersten Thermodiffusors 110A ist ein längerer Abstand, der in der hoch wärmeleitfähigen Richtung (Tiefenrichtung) des zweiten Thermodiffusors 110B von der Mittenposition zu einem Endabschnitt des ersten Thermodiffusors 110A gemessen wird, als r2 definiert.
In der vorliegenden Ausführungsform erfüllen die Abmessungen t1, t2 in der Dickenrichtung und die Abstände r1, r2 die folgende durch Gleichung 1 gezeigte Beziehung. 0,5 ≤ (t1/t2)/(r1/r2) ≤ 2 (Gleichung 1)
Wenn in der vorliegenden Ausführungsform in dem ersten Thermodiffusor 110A der Abstand r1 größer ist, ist es besser, die Wärme von der Wärmequelle 120 in die Richtung auf das Ende zu, zu dem der Abstand r1 gemessen wird, zu übertragen. Ähnlich ist es in dem zweiten Thermodiffusor 110B, wenn der Abstand r2 größer ist, besser, die Wärme der Wärmequelle 120 in die Richtung auf das Ende zu, zu dem der Abstand r2 gemessen wird, zu übertragen. Dann wird die Abmessung jedes der Thermodiffusoren 110A, 110B in der Dickenrichtung abhängig von der Wärme, die übertragen werden soll, auf größer oder kleiner geändert. Wenn der Abstand r1 (r2) groß ist, ist es mit anderen Worten möglich, die Abmessung t1 (t2) zu vergrößern. Wenn im Gegensatz dazu der Abstand r1 (r2) klein ist, ist es notwendig, die Abmessung t1 (t2) zu verkleinern. Um die gute Wärmeleitfähigkeit des Thermodiffusors 110 zu erreichen, wird theoretisch als ein Ergebnis das Verhältnis von r1 zu r2 dazu gebracht, mit dem Verhältnis von t1 zu t2 zusammenzufallen. Mit anderen Worten wird ein Wert von (r1/r2) äquivalent zu einem Wert von (t1/t2) gemacht, und dadurch wird eine Gleichung von (t1/t2)/(r1/r2) = 1 erfüllt. In der Praxis wird der Wert von (t1/t2)/(r1/r2) in einem Bereich von 0,5 bis 2,0 um den vorstehenden theoretischen Wert von 1 herum festgelegt, und dadurch ist es möglich, die gute Wärmeleitfähigkeit des Thermodiffusors 110 zu erreichen. Als ein Ergebnis ist es möglich, die Wärmequelle 120 effizient zu kühlen.
In der vorliegenden Ausführungsform kann die Metallplatte 150 ähnlich der vierten Ausführungsform (7) oder der fünften Ausführungsform (8) bereitgestellt werden.
(Siebte Ausführungsform)
10 bis 12D zeigen eine Kühlvorrichtung 100E gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der siebten Ausführungsform umfasst der Thermodiffusor 110 im Gegensatz zu den ersten und zweiten Ausführungsformen (1 bis 3D) Thermodiffusoren 110C bis 110F, und der Thermodiffusor 110 ist zwischen der Isolierplatte 130 und der Metallplatte 150 bereitgestellt, die in der vierten Ausführungsform (7) beschrieben ist. Auch ist die einzelne Wärmequelle 120 an der Plattenoberfläche 110a des Thermodiffusors 110 bereitgestellt.
Wie in 10 gezeigt, besteht der Thermodiffusor 110 in der vorliegenden Ausführungsform aus vier Thermodiffusoren 110C bis 110F. Jeder der Thermodiffusoren 110C bis 110F ist ein Schichtkörper, der gefertigt wird, indem die mehreren wärmeleitenden Platten 111 geschichtet werden, und hat die Plattenoberfläche 110a, die eine rechteckige Plattenform bildet. Jeder der Thermodiffusoren 110C bis 110F ist derart bereitgestellt, dass die jeweilige Plattenoberfläche 110a jedes der Thermodiffusoren miteinander bündig ist. Auch haben die Thermodiffusoren gleichzeitig jeweils einen Eckabschnitt, der sich an einer gewissen Position befindet, so dass benachbarte Seiten der Thermodiffusoren 110C bis 110F miteinander in Kontakt sind.
Da ein Teil (Eckabschnitt) jedes der Thermodiffusoren 110C bis 110F sich um eine gewisse Position herum befindet, dient ein Bereich um die gewisse Position als ein Verbindungsbereich, der mit der Wärmequelle 120 verbunden ist. Der Verbindungsbereich ist mit der Wärmequelle 120 verbunden, und die Wärmequelle 120 ist mit dem Teil (Eckabschnitt) jedes der Thermodiffusoren 110C bis 110F verbunden.
11 zeigt den Thermodiffusor 110C als ein typisches Beispiel für die Thermodiffusoren 110C bis 110F. Wie in 11 gezeigt, hat jeder der Thermodiffusoren 110C bis 110F die Längsrichtung der wärmeleitenden Platten 111 (oder die Richtung der einen Seiten 111b), die sich im Gegensatz zu dem Thermodiffusor 110 der ersten und zweiten Ausführungsformen (1 bis 3D) voneinander unterscheidet. Hier nachstehend wird auf „die Längsrichtung der wärmeleitenden Platten 111 oder die Richtung der einen Seiten 111b” als „die Richtung der einen Seite 111b der wärmeleitenden Platte 111”, wie in 12A bis 12D gezeigt, Bezug genommen. Zum Beispiel unterscheidet sich die Richtung der einen Seite 111b der wärmeleitenden Platte 111 des Thermodiffusors 110C von der Richtung der einen Seite 111b der wärmeleitenden Platte 111 des Thermodiffusors 110D.
Zum Beispiel hat jeder der Thermodiffusoren 110C bis 110F vier Seiten L1, L2, L3, L4, die, wie in 11 gezeigt, einen Außenumfang seiner rechteckigen Form definieren. Die Richtung der einen Seite 111b der wärmeleitenden Platte 111 in jedem der Thermodiffusoren 110C bis 110F ist derart konstruiert, dass sie relativ zu jeder der vier Seiten L1, L2, L3, L4 gewinkelt ist. Insbesondere hat in der vorliegenden Ausführungsform jeder der Thermodiffusoren (oder Schichtkörper) 110C bis 110F eine gewisse Seite (oder einen Außenumfangsschnitt), der einen Außenumfang einer Gesamtheit (oder eines integralen Körpers) der vier Thermodiffusoren 110C bis 110F bildet. In dem Beispiel des Thermodiffusors 110C von 11 dienen die Seiten L1, L2 als die gewisse Seite. Jeder Punkt (A) innerhalb des Verbindungsbereichs, der mit der Wärmequelle 120 verbunden ist, und jeder Punkt (B), der sich auf der gewissen Seite (oder dem Außenumfangsschnitt) jedes der Thermodiffusoren 110C bis 110F befindet, definiert eine imaginäre Linie dazwischen. In der vorstehenden Definition ist die Richtung der einen Seite 111b der wärmeleitenden Platte 111 jedes der Thermodiffusoren 110C bis 110F parallel zu der entsprechenden imaginären Linie, die zwischen dem Punkt (A) und dem Punkt (B) definiert ist.
In der vorliegenden Ausführungsform berühren die Eckabschnitte jedes der Thermodiffusoren 110C bis 110F einander an einem beliebigen Punkt (hier nachstehend der Punkt A) in dem Verbindungsbereich. Auch schneiden die Seiten L1, L2 sich an dem Punkt B, der einem Eckabschnitt entspricht, der durch die Seiten L1 und L2 definiert ist. Die Imaginärlinie ist äquivalent zu einer der Diagonallinien, die sich von dem Punkt A in den Thermodiffusoren 110C bis 110F erstrecken. Als ein Ergebnis erstreckt sich die eine Seite 111b der wärmeleitenden Platte 111 in dem Thermodiffusor 110 von dem Punkt A radial nach außen (siehe 10). Aufgrund des vorstehenden Aufbaus sind der Thermodiffusor 110C und der Thermodiffusor 110E, die diagonal zueinander positioniert sind, im Wesentlichen die gleichen. Auch sind der Thermodiffusor 110D und der Thermodiffusor 110F, die diagonal zueinander positioniert sind, im Wesentlichen die gleichen.
Jeder der Thermodiffusoren 110C bis 110F wird zum Beispiel in einem Verfahren hergestellt, wie in 12A bis 12D gezeigt. Mit anderen Worten werden ähnlich der zweiten Ausführungsform (3A bis 3D) in der vorliegenden Ausführungsform die folgenden drei Schritte ausgeführt (12A bis 12C). Die wärmeleitenden Platten 111 werden hergestellt (12A), und anschließend werden die wärmeleitenden Platten 111 in der Plattendickenrichtung aufeinander geschichtet, um den Schichtkörper zu bilden (12B). Dann wird der Schichtkörper in der Schichtungsrichtung entlang der einen Seiten 111b der wärmeleitenden Platten 111 geschnitten, um ein primäres Plattenelement aus dem Schichtkörper zu bilden (12C). Außerdem werden vier Eckabschnitte des primären Plattenelements abgeschnitten, und dadurch wird ein sekundäres Plattenelement ausgebildet, das eine andere rechteckige Form in die Rechteckform des primären Plattenelements eingeschrieben hat (12C und 12D). Als ein Ergebnis ist es möglich, die Thermodiffusoren 110C bis 110F herzustellen, bei denen die einen Seiten 111b der wärmeleitenden Platten 111 relativ zu jeder Seite des sekundären Plattenelements gewinkelt sind.
Alternativ kann der Thermodiffusor 110 der vorliegenden Ausführungsform in der folgenden Weise unter Verwendung der wärmeleitenden Platten 111, die jeweils die streifenähnliche Form haben, hergestellt werden. Zum Beispiel werden die wärmeleitenden Platten 111 in der Plattendickenrichtung in einer steigenden Reihenfolge der Längsabmessung der wärmeleitenden Platten 111 geschichtet. Dann werden die wärmeleitenden Platten 111 weiter in einer abfallenden Reihenfolge der Längsabmessung der wärmeleitenden Platten 111 in der Plattendickenrichtung geschichtet. Wie vorstehend wird die Plattenoberfläche 110a, die durch die Längsseiten der wärmeleitenden Platten 111 ausgebildet wird und die sich in der Schichtungsrichtung erstreckt, zu der rechteckigen Form ausgebildet.
In der vorliegenden Ausführungsform hat jeder der Thermodiffusoren 110C bis 110F die eine Seite 111b der wärmeleitenden Platte 111, wobei diese Seite parallel zu der imaginären Linie gerichtet ist, die sich von dem Punkt A zu dem Punkt B erstreckt. Als ein Ergebnis ist es möglich, die guten Wärmeleitfähigkeiten in der Dickenrichtung und in der Richtung parallel zu der imaginären Linie von dem Punkt A zu dem Punkt B auf der Plattenoberfläche 110a zu bewirken. Außerdem ist es in dem Thermodiffusor 110, der durch die Thermodiffusoren 110C bis 110F ausgebildet wird, möglich, die guten Wärmeleitfähigkeiten in der Dickenrichtung und in den Richtungen, die sich radial auswärts von dem Punkt A des Thermodiffusors 110 erstrecken, zu bewirken.
Als ein Ergebnis wird in dem Thermodiffusor 110 die Wärme der Wärmequelle 120 effektiv in die Richtung übertragen, die sich von der Wärmequelle 120 (Punkt A) radial auswärts in Richtung des Außenumfangs des Thermodiffusors 110 erstreckt, und die Wärme der Wärmequelle 120 wird auch effektiv in die Dickenrichtung des Thermodiffusors 110 übertragen. Dadurch ist es möglich, die Wärmequelle 120 effektiv zu kühlen.
In der vorliegenden Ausführungsform werden in der Bildung des Thermodiffusors 110 die vier Thermodiffusoren 110C bis 110F verwendet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf das Vorstehende beschränkt. Zum Beispiel kann der Thermodiffusor 110 alternativ drei Thermodiffusoren umfassen oder kann fünf oder mehr Thermodiffusoren umfassen.
Auch ist die imaginäre Linie zwischen dem Punkt A und dem Punkt B auf jedem der Thermodiffusoren 110C bis 110F nicht auf die Diagonallinie beschränkt. Jedoch kann der Punkt A sich an jeder Position in dem Verbindungsbereich der Wärmequelle 120 befinden, und der Punkt B kann sich auf jeder Position auf den Seiten L1, L2 befinden. Folglich kann eine imaginäre Linie zwischen dem vorstehenden alternativen Punkt A und dem alternativen Punkt B definiert werden. Mit anderen Worten wird die Richtung der einen Seite 111b der wärmeleitenden Platte 111 derart bestimmt, dass die Richtung der einen Seite 111b sich von einer Position innerhalb des Verbindungsbereichs der Wärmequelle 120 in Richtung des Außenumfangs des Thermodiffusors 110 erstreckt.
Zusätzliche Vorteile und Modifikationen werden Fachleuten der Technik ohne weiteres einfallen. Die Erfindung ist in ihrem weiteren Sinn daher nicht auf die spezifischen Details, die repräsentative Vorrichtung und erläuternde Beispiele, die gezeigt und beschrieben sind, beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005-272164 A [0002, 0002, 0004]

Claims

Thermodiffusor, der umfasst: mehrere wärmeleitende Platten (111), von denen jede eine streifenähnliche Form hat, wobei: die mehreren wärmeleitenden Platten (111) in einer Plattendickenrichtung der streifenähnlichen Form aufeinander geschichtet sind, um einen Schichtkörper zu bilden; und jede der mehreren wärmeleitenden Platten (111) Wärmeleitfähigkeiten in einer Längsrichtung und in einer Breitenrichtung der streifenähnlichen Form hat, die besser als eine Wärmeleitfähigkeit in der Plattendickenrichtung sind; die wärmeleitenden Platten (111) Seiten (111a) haben, von denen sich jede in der Längsrichtung erstreckt; der Schichtkörper derart ausgebildet ist, dass die Seiten (111a) der wärmeleitenden Platten (111) eine Plattenoberfläche (110a) des Schichtkörpers bilden, wobei sich diese Oberfläche in der Plattendickenrichtung erstreckt, die als eine Schichtungsrichtung dient, in der die wärmeleitenden Platten (111) des Schichtkörpers geschichtet sind; und eine Richtung senkrecht zu der Plattenoberfläche (110a) einer Dickenrichtung des Schichtkörpers entspricht.
Thermodiffusor gemäß Anspruch 1, wobei: der Schichtkörper einer von mehreren Schichtkörpern (110A, 110B) ist; und die mehreren Schichtkörper (110A, 110B) in der Dickenrichtung laminiert sind, wobei der Thermodiffusor ferner umfasst: eine anorganische Schicht (112), die zwischen den mehreren Schichtkörpern (110A, 11b) bereitgestellt ist, um die mehreren Schichtkörper (110A, 110B) miteinander zu verbinden; und wobei jeweilige Schichtungsrichtungen der mehreren wärmeleitenden Platten (111) der mehreren benachbarten Schichtkörper (110A, 110B) jeweils verschiedene Schichtungsrichtungen haben.
Thermodiffusor gemäß Anspruch 2, wobei: die Schichtungsrichtungen der mehreren wärmeleitenden Platten (111) einen Winkel in einem Bereich von 85 bis 90 Grad dazwischen definieren.
Thermodiffusor gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei: die anorganische Schicht (112) Titan (Ti) und/oder Nickel (Ni) und/oder Zinn (Sn) und/oder Blei (Pb) und/oder Gold (Au) umfasst.
Thermodiffusor gemäß Anspruch 1, der Schichtkörper einer von mehreren Schichtkörpern (110C bis 110F) ist, die in einer Richtung angeordnet sind, in der sich die Plattenoberfläche (110a) erstreckt; ein Teil der Plattenoberfläche (110a) jedes der mehreren Schichtkörper (110C bis 110F) in einem Verbindungsbereich enthalten ist, der mit einer Wärmequelle (120) verbunden ist; jeder der mehreren Schichtkörper (110C bis 110F) einen Außenumfangsschnitt hat, der einen Außenumfang einer Gesamtheit der mehreren Schichtkörper (110C bis 110F) bildet; jeder Punkt (A) innerhalb des Verbindungsbereichs und jedem Punkt (B) auf dem Außenumfangsabschnitt jedes der mehreren Schichtkörper (110C bis 110F) eine imaginäre Linie dazwischen definiert; und die jeweilige Längsrichtung der wärmeleitenden Platten (111) jedes der mehreren Schichtkörper (110C bis 110F) parallel zu der imaginären Linie ist.
Thermodiffusor gemäß Anspruch 5, wobei: die mehreren Schichtkörper vier Schichtkörper (110C bis 110F) umfassen, deren Plattenoberfläche (110a) eine rechteckige Form hat; und die rechteckige Form jedes der Schichtkörper (110C bis 110F) einen Eckabschnitt hat, der in dem Verbindungsbereich enthalten ist
Thermodiffusor gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: der Schichtkörper eine Wärmeleitfähigkeit in der Dickenrichtung hat, die gleich oder größer als 600 W/mK ist.
Thermodiffusor gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: die wärmeleitende Platte (111) aus einem Graphitmaterial oder einem zusammengesetzten Material, das Graphit und Metall aufweist, gefertigt ist.
Kühlvorrichtung für eine Wärmequelle, die umfasst: den Thermodiffusor (110) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Plattenoberfläche (110a) des Thermodiffusors (110) eine von mehreren Plattenoberflächen (110a) ist; eine Wärmequelle (120), die an einer der mehreren Plattenoberflächen (110a) des Thermodiffusors (110) bereitgestellt ist; eine Isolierplatte (130), die an der anderen der mehreren Plattenoberflächen (110a) des Thermodiffusors (110) bereitgestellt ist; und eine Kühleinheit (140), die an einer Oberfläche der Isolierplatte (130) entgegengesetzt zu dem Thermodiffusor (110) bereitgestellt ist.
Kühlvorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei: die Wärmequelle (120) eine Halbleitervorrichtung (120) ist, wobei die Kühlvorrichtung ferner umfasst: eine Metallplatte (150), die zwischen dem Thermodiffusor (110) und der Isolierplatte (130) bereitgestellt ist.
Kühlvorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei: die Wärmequelle (120) eine Halbleitervorrichtung (120) ist, wobei die Kühlvorrichtung ferner umfasst: eine Metallplatte (150), die zwischen der Wärmequelle (120) und dem Thermodiffusor (110) bereitgestellt ist.
Kühlvorrichtung für eine Wärmequelle, die umfasst: den Thermodiffusor (110) gemäß Anspruch 3, wobei der Thermodiffusor (110) zwei Schichtkörper (110A, 110B) umfasst, wobei die Plattenoberfläche (110a) des Thermodiffusors (110) eine von mehreren Plattenoberflächen (110a) ist; die Wärmequelle (120) an einer der mehreren Plattenoberflächen (110a) des Thermodiffusors (110) bereitgestellt ist; eine Isolierplatte (130) an der anderen der mehreren Plattenoberflächen (110a) des Thermodiffusors (110) bereitgestellt ist; und eine Kühleinheit (140) an einer Oberfläche der Isolierplatte (130) entfernt von dem Thermodiffusor (110) bereitgestellt ist, wobei: einer (110A) der zwei Schichtkörper (110A, 110B) des Thermodiffusors (110) eine Dickenabmessung von t1 hat; der andere (110B) der zwei Schichtkörper (110A, 110B) eine Dickenabmessung t2 hat; ein Abstand, der von einer Mittenposition der Wärmequelle (120) zu einem Ende des Thermodiffusors (110) in einer Längsrichtung der wärmeleitenden Platten (111) des einen (110A) der Schichtkörper gemessen wird, als r1 definiert ist; ein Abstand, der von der Mittenposition der Wärmequelle (120) zu einem anderen Ende des Thermodiffusors (110) in der Längsrichtung der wärmeleitenden Platten (111) des anderen (110B) der Schichtkörper gemessen wird, als r2 definiert ist; und die Abmessungen t1, t2 und die Abstände r1, r2 die folgende Gleichung: 0,5 ≤ (t1/t2/(r1/r2) ≤ 2 erfüllen.
Verfahren zur Herstellung eines Thermodiffusors, das durch Schichten mehrerer wärmeleitender Platten (111), von denen jede eine Plattenform hat, in einer Plattendickenrichtung der Plattenform einen Schichtkörper ausbildet, wobei jede der mehreren wärmeleitenden Platten (111) eine Wärmeleitfähigkeit in einer Ebenenrichtung der Plattenform hat, die besser als eine Wärmeleitfähigkeit in der Plattendickenrichtung ist; und das durch Schneiden des Schichtkörpers in einer Schichtungsrichtung, in der die wärmeleitenden Platten (111) geschichtet sind, entlang den einen Seiten (111b) der wärmeleitenden Platten (111) ein Plattenelement ausbildet, so dass das Plattenelement eine Plattenform hat, wobei: das Plattenelement derart ausgebildet wird, dass die einen Seiten (111b) der wärmeleitenden Platte (111) eine Plattenoberfläche (110a) bilden, die sich in der Schichtungsrichtung erstreckt; und eine Richtung senkrecht zu der Plattenoberfläche (110a) einer Dickenrichtung des Plattenelements entspricht.
Verfahren zur Herstellung eines Thermodiffusors, das umfasst: Ausbilden eines Schichtkörpers durch Schichten mehrerer wärmeleitenden Platten (111), von denen jede eine Plattenform hat, in einer Plattendickenrichtung der Plattenform. wobei jede der mehreren wärmeleitenden Platten (111) eine Wärmeleitfähigkeit in einer Ebenenrichtung der Plattenform hat, die besser als eine Wärmeleitfähigkeit in der Plattendickenrichtung ist; Ausbilden eines primären Plattenelements durch Schneiden des Schichtkörpers in der Schichtungsrichtung entlang der einen Seiten (111b) der wärmeleitenden Platten (111), so dass das primäre Plattenelement eine Plattenform hat, wobei: das primäre Plattenelement derart ausgebildet wird, dass die einen Seiten (111b) der wärmeleitenden Platten (111) eine Plattenoberfläche (110a) bilden, die sich in einer Schichtungsrichtung erstreckt, in der die mehreren wärmeleitenden Platten (111) geschichtet sind; und eine Richtung senkrecht zu der Plattenoberfläche (110a) einer Dickenrichtung des primären Plattenelements entspricht; Ausbilden eines sekundären Plattenelements durch Abschneiden von vier Ecken des primären Plattenelements derart, dass das sekundäre Plattenelement eine rechteckige Form hat, wobei eine Richtung, in der die einen Seiten (111b) der wärmeleitenden Platten (111) sich erstrecken, relativ zu jeder Seite des sekundären Plattenelements gewinkelt ist; das Ausbilden des sekundären Plattenelements das Ausbilden mehrerer sekundärer Plattenelemente umfasst; Anordnen der mehreren sekundären Plattenelemente in einer Richtung, in der sich die Plattenoberfläche (110b) erstreckt, wobei ein Teil der Plattenoberfläche (110a) jedes der mehreren sekundären Plattenelemente in einem Verbindungsbereich enthalten ist, der mit einer Wärmequelle (120) verbunden ist; jedes der mehreren sekundären Plattenelemente einen Außenumfangsschnitt hat, der einen Außenumfang einer Gesamtheit der mehreren sekundären Plattenelemente bildet; jeder Punkt (A) innerhalb des Verbindungsabschnitts und jeder Punkt (B) auf dem Außenumfangsschnitt jeder der mehreren sekundären Plattenelemente eine imaginäre Linie dazwischen definieren; und eine Richtung der einen Seiten (111b) der wärmeleitenden Platten jedes der mehreren sekundären Plattenelemente parallel zu der imaginären Linie ist.