DE102013219489A1

DE102013219489A1 - Kühlungsvorrichtung und Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102013219489A1
Application number: DE102013219489.7A
Authority: DE
Inventors: Shogo Mori; Yuri Otobe; Naoki Kato; Shinsuke Nishi; Tomoya Hirano; Seiji Matsushima
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2012-10-02
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2014-05-15
Also published as: CN103715156A; KR20140043683A; JP2014075385A; US20140091453A1; JP6262422B2

Abstract

Eine Kühlungsvorrichtung hat eine Basis und eine Vielzahl von Radiatorrippen. Die Basis hat ein Äußeres, in Inneres, einen Einlass und einen Auslass. Ein Wärmeerzeugungselement ist mit dem Äußeren der Basis verbunden. Die Radiatorrippen sind nahe dem Wärmeerzeugungselement in dem Inneren der Basis gelegen. Die Radiatorrippen sind von dem Einlass zu dem Auslass angeordnet. Jede Radiatorrippe hat einen seitlichen Querschnitt mit einer Abmessung in einer Strömungsrichtung des Kühlmediums und einer Abmessung in einer seitlichen Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kühlmediums. Die Abmessung in der Strömungsrichtung ist länger als die Abmessung in der seitlichen Richtung. Die Radiatorrippen sind mit einen vorbestimmten Abstand in der seitlichen Richtung voneinander getrennt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlungsvorrichtung, die ein Wärmeerzeugungselement, das mit einer Basis der Kühlungsvorrichtung verbunden ist, mit einem Kühlmedium kühlt, das durch die Basis hindurchströmt, und eine Halbleitervorrichtung mit einer Kühlungsvorrichtung, die mit einem Isolationssubstrat verbunden ist, an dem ein Halbleiterelement montiert ist.
Eine Kühlungsvorrichtung, die im Stand der Technik bekannt ist und die Wärmeerzeugungselemente, wie elektronische Komponenten, kühlt, hat eine Basis und einen Strömungsdurchgang, der in der Basis ausgebildet ist. Die Wärmeerzeugungselemente sind an einem Äußeren der Basis montiert. Ein Kühlmedium strömt durch den Strömungsdurchgang hindurch (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-29539 ).
In der Kühlungsvorrichtung, die in der vorstehenden Veröffentlichung offenbart ist, ist eine Vielzahl von stiftförmigen Radiatorrippen in dem Strömungsdurchgang angeordnet. Die Radiatorrippen und eine Wandfläche des Strömungsdurchgangs bilden eine Innenfläche der Basis. Die Radiatorrippen erhöhen die Fläche der Innenfläche der Basis, die mit dem Kühlmedium in Kontakt kommt. Wenn die Wärme, die durch die Wärmeerzeugungselemente erzeugt wird, zu der Basis übertragen wird, erhöhen die Radiatorrippen die Menge einer Wärme, die zwischen der Innenfläche der Basis und dem Kühlmedium in der Basis ausgetauscht wird. Dies verbessert die Effizienz zum Kühlen der Wärmeerzeugungselemente.
In der vorstehenden Kühlungsvorrichtung kann, um die Kühlungseffizienz für die Wärmeerzeugungselemente weiter zu verbessern, der Durchmesser der Radiatorrippen, die einen kreisförmigen Querschnitt haben, erhöht werden, um den Oberflächenbereich von jeder Radiatorrippe zu erhöhen.
Dies würde jedoch die Breite jeder Radiatorrippe erhöhen. Das heißt die Abmessung der Radiatorrippe würde in einer seitlichen Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kühlmediums erhöht werden. Als eine Folge erhöht die Radiatorrippe einen Strömungswiderstand in dem Strömungsdurchgang, was wiederum einen Druckverlust erhöht, wenn das Kühlmedium durch den Strömungsdurchgang hindurchgeht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kühlungsvorrichtung und eine Halbleitervorrichtung vorzusehen, die eine Erhöhung eines Druckverlusts unterdrücken, wenn ein Kühlmedium durch ein Inneres einer Basis hindurchgeht, und die die Effizienz zum Kühlen von Wärmeerzeugungselementen verbessern.
Um die vorstehende Aufgabe zu erreichen, ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Kühlungsvorrichtung mit einer Basis und einer Vielzahl von stiftförmigen Radiatorrippen. Die Basis hat ein Äußeres, ein Inneres, einen Einlass und einen Auslass. Ein Wärmeerzeugungselement ist mit dem Äußeren verbunden. Die Radiatorrippen sind in dem Inneren der Basis an einem Abschnitt nahe dem Wärmeerzeugungselement gelegen. Die Radiatorrippen sind von dem Einlass zu dem Auslass angeordnet. Die Kühlungsvorrichtung kühlt das Wärmeerzeugungselement mit einem Kühlmedium, das in dem Inneren der Basis von dem Einlass zu dem Auslass strömt. Jede der Radiatorrippen hat einen seitlichen Querschnitt mit einer Abmessung in einer Strömungsrichtung des Kühlmediums und einer Abmessung in einer seitlichen Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kühlmediums, und die Abmessung der Strömungsrichtung ist länger als die Abmessung in der seitlichen Richtung. Die Radiatorrippen sind mit einem vorbestimmten Abstand in der seitlichen Richtung voneinander beabstandet bzw. getrennt.
Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden offensichtlich von der folgenden Beschreibung zusammengenommen mit den begleitenden Zeichnungen, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung darstellen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung, zusammen mit Aufgaben und Vorteilen von dieser, kann am besten durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden.
1 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Kühlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Querschnittsansicht der Kühlungsvorrichtung in 1;
3 ist ein schematisches Diagramm, das einen Betrieb der Kühlungsvorrichtung in 1 zeigt;
4A bis 4D sind vergrößerte Querschnittsansichten, die jeweils Hauptteile von Kühlungsvorrichtungen gemäß anderen Ausführungsformen zeigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNSFORMEN
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben.
Mit Bezug auf 1 hat in der vorliegenden Ausführungsform eine Kühlungsvorrichtung 10 eine Basis 20. Die Basis 20 hat ein erstes basisbildendes Bauteil 21 aus Aluminium und ein zweites basisbildendes Bauteil 22 aus Aluminium. Das erste und zweite basisbildende Bauteil 21 und 22 haben die gleiche Form und sind aneinander gekoppelt. Jedes von dem ersten und dem zweiten basisbildenden Bauteil 21 und 22 hat eine Bodenplatte 23, Seitenwände 25a, Seitenwände 25b und ein plattenartiges Verbindungsstück 26. Die Bodenplatte 23 ist aus Sicht von oben rechteckig. Die Seitenwände 25a sind an den kurzen Seiten der Bodenplatte 23 angeordnet. Die Seitenwände 25b sind an den langen Seiten der Bodenplatte 23 angeordnet. Das Verbindungsstück 26 erstreckt sich von jedem distalen Ende der Seitenwände 25a und 25b in einer im Wesentlichen horizontalen Richtung nach außen.
Die Basis 20 hat einen Innenbereich S. Der Innenbereich S dient als ein Strömungsdurchgang, durch den hindurch ein Kühlmedium strömt. In dem ersten basisbildenden Bauteil 21 hat die Bodenplatte 23 eine Innenfläche, die dem Innenbereich S zugewandt ist, und eine Außenfläche, die eine entgegengesetzte Seite der Innenfläche ist. Ein Halbleiterelement 28, das als ein Wärmeerzeugungselement dient, ist mit der Außenfläche durch ein rechteckiges plattenartiges Isolationssubstrat 27 verbunden. Das Isolationssubstrat 27 hat eine untere Fläche, die mit dem ersten basisbildenden Bauteil 21 durch eine Metallplatte (nicht gezeigt) verbunden ist, und die als eine Verbindungslage funktioniert. Die Längsrichtung des Isolationssubstrats 27 stimmt mit der Längsrichtung des ersten basisbildenden Bauteils 21 überein. Das Isolationssubstrat 27 hat eine obere Fläche, an der das Halbleiterelement 28 montiert ist. Eine Metallplatte (nicht gezeigt), die als eine Verdrahtungslage funktioniert, ist zwischen der oberen Fläche und dem Halbleiterelement 28 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Isolationssubstrat 27, an dem das Halbleiterelement 28 montiert ist, mit der Außenfläche der Basis 20 der Kühlungsvorrichtung 10 gekoppelt, um eine Halbleitervorrichtung 30 zu bilden.
Eine Stützplatte 32 ist zwischen dem ersten und dem zweiten basisbildenden Bauteil 21 und 22 angeordnet. Die Stützplatte 32 stützt stiftförmige Kühlrippen 31, die in dem Innenbereich S der Basis 20 aufgenommen sind. Die Stützplatte 32 ist eine rechteckige Platte und hat die gleiche Größe wie das Verbindungsstück 26. Die Stützplatte 32 ist zwischen Verbindungsstücken 26 so gehalten, dass die Stützplatte 32 den Bodenplatten 23 des ersten basisbildenden Bauteils 21 und des zweiten basisbildenden Bauteils 22 zugewandt ist. Das Verbindungsstück 26 des ersten basisbildenden Bauteils 21, das Verbindungsstück 26 des zweiten basisbildenden Bauteils 22 und die Stützplatte 32 sind zusammengelötet und miteinander gekoppelt. Das Löten dichtet hermetisch die Grenzfläche zwischen den Verbindungsstücken 26 und der Stützplatte 32. Die Stützplatte 32 teilt den Innenbereich S in einen ersten Strömungsdurchgang S1 (siehe 2) und einen zweiten Strömungsdurchgang S2.
In dem ersten basisbildenden Bauteil 21 haben die zwei Längsenden des Verbindungsstücks 26 Aussparungen 33a und 34a, wie in 2 gezeigt ist. In gleicher Weise haben in dem zweiten basisbildenden Bauteil 22 die Längsenden des Verbindungsstücks 26 Aussparungen 33b und 34b. Die Verbindungsstücke 26 des ersten basisbildenden Bauteils 21 und des zweiten basisbildenden Bauteils 22 sind mit der Stützplatte 32 verbunden. Als eine Folge bilden die Aussparungen 33a und 34a des ersten basisbildenden Bauteils 21 einen Verbindungsabschnitt, der den ersten Strömungsdurchgang S1 mit der Außenseite der Basis 20 verbindet. In gleicher Weise bilden die Aussparungen 33b und 34b des zweiten basisbildenden Bauteils 22 einen Verbindungsabschnitt, der den zweiten Strömungsdurchgang S2 mit der Außenseite der Basis 20 verbindet.
Die Ränder der Aussparungen 33a und 33b der basisbildenden Bauteile 21 und 22 werden verwendet, um ein zylindrisches Einströmrohr 41 zu koppeln. Das Einströmrohr 41 leitet ein Kühlmedium in den ersten Strömungsdurchgang S1 durch die Aussparung 33a hindurch ein und in den zweiten Strömungsdurchgang S2 durch die Aussparung 33b hindurch ein. In gleicher Weise werden die Ränder der Aussparungen 34a und 34b der basisbildenden Bauteile 21 und 22 verwendet, um ein zylindrisches Ausströmrohr 42 zu koppeln. Das Ausströmrohr 42 gibt das Kühlmedium aus dem ersten Strömungsdurchgang S1 durch die Aussparung 34a hindurch ab und aus dem zweiten Strömungsdurchgang S2 durch die Aussparung 34b hindurch ab. Das Kühlmedium strömt von den Aussparungen 33a und 33b zu den Aussparungen 34a und 34b in der Längsrichtung der basisbildenden Bauteile 21 und 22. Die Aussparungen 33a und 33b dienen als ein Einlass der Basis 20. Die Aussparungen 34a und 34b dienen als ein Auslass der Basis 20.
Mit Bezug auf 2 sind eine Vielzahl von stiftförmigen Radiatorrippen 31 aus Sicht von oben in einer gestaffelten Weise an einer oberen und unteren Fläche der Stützplatte 32 von den Aussparungen 33a und 33b zu den Aussparungen 34a und 34b angeordnet. Im Speziellen sind Radiatorrippen 31, die an der oberen Fläche der Stützplatte 32 angeordnet sind, nahe zu dem Wärmeerzeugungselement in der Basis 20. Radiatorrippen 31, die an der unteren Fläche der Stützplatte 32 angeordnet sind, sind von dem Wärmeerzeugungselement in der Basis 20 entfernt. Die Radiatorrippen 31, die an der oberen Fläche der Stützplatte 32 gestützt sind, und die Radiatorrippen 31, die an der unteren Fläche der Stützplatte 32 gestützt sind, haben die gleiche Gestaltung. Im Speziellen sind sieben Reihen von Radiatorrippen 31 an jeder von der oberen und der unteren Fläche der Stützplatte 32 angeordnet. Die sieben Reihen umfassen vier Reihen von Radiatorrippen 31a und drei Reihen von Radiatorrippen 31b, die abwechselnd in der Längsrichtung der Stützplatte 32 angeordnet sind. Jede Reihe der Radiatorrippen 31a hat vier Radiatorrippen 31a, die in festen Abständen in einer seitlichen Richtung der Stützplatte 32 angeordnet sind. Jede Reihe der Radiatorrippen 31b hat drei Radiatorrippen 31b, die in festen Abständen in der seitlichen Richtung der Stützplatte 32 angeordnet sind. Die Radiatorrippen 31b sind zwischen den benachbarten Radiatorrippen 31a in der seitlichen Richtung angeordnet. In diesem Fall sind die Radiatorrippen 31a und die Radiatorrippen 31b in der Strömungsrichtung des Kühlmediums so angeordnet, dass ein stromabwärtiger Abschnitt von jeder ersten Radiatorrippe 31a mit einem stromaufwärtigen Abschnitt einer zweiten Radiatorrippe 31b in der seitlichen Richtung der Stützplatte 32 überlappt, die senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kühlmediums ist. Das heißt stromabwärtige Abschnitte der ersten Radiatorrippen 31a und stromaufwärtige Abschnitte der zweiten Radiatorrippen 31b sind angeordnet, um einander entlang Linien zu überlappen, die parallel zu der seitlichen Richtung der Stützplatte 32 sind. Die Radiatorrippen 31a sind von den Radiatorrippen 31b um einen Abstand P in der seitlichen Richtung der Stützplatte 32 beabstandet bzw. getrennt.
Jede Radiatorrippe 31 steht von der Stützplatte 32 mit einer konstanten Breite vor und hat einen seitlichen Querschnitt, der gleichförmig über die Radiatorrippe 31 hinweg in der Vorsprungsrichtung ist. Der seitliche Querschnitt ist der Querschnitt der Radiatorrippe 31 in einer Richtung, die die Richtung, in der die Radiatorrippe 31 vorsteht, schneidet, d. h. senkrecht zu dieser ist. Die Radiatorrippe 31 hat einen rhombischen seitlichen Querschnitt in dem Innenbereich S, so dass ihre Abmessung L2 in der Strömungsrichtung des Kühlmediums größer ist als ihre Abmessung L1 in der seitlichen Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kühlmediums. Das heißt der seitliche Querschnitt der Radiatorrippe 31 hat eine relativ lange Diagonale in der Strömungsrichtung des Kühlmediums. Der seitliche Querschnitt der Radiatorrippe 31 hat eine relativ kurze Diagonale in der seitlichen Richtung. Der seitliche Querschnitt der Radiatorrippe 31 ist durch vier lineare Seiten A1, A2, A3 und A4 umrandet bzw. abgegrenzt. Die zwei Seiten A1 und A2 sind von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlmediums gerichtet und erstrecken sich in der seitlichen Richtung voneinander weg. Die Seiten A1 und A2 schneiden sich, um eine Ecke C zu bilden. Die Ecke C ist der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlmediums zugewandt. Der Abstand P zwischen jeder Radiatorrippe 31a und der benachbarten Radiatorrippe 31b ist kürzer als die Abmessung L2 des seitlichen Querschnitts der Radiatorrippe 31 in der Strömungsrichtung des Kühlmediums. Hier ist der Abstand P der Abstand zwischen einer Radiatorrippe 31a und einer benachbarten Radiatorrippe 31b in der seitlichen Richtung. Die zwei Seiten A1 und A2 schneiden sich, um einen spitzen Winkel an der Ecke C der Radiatorrippe 31 zu bilden. Jede Radiatorrippe 31 steht von der Stützplatte 32 um den gleichen Umfang vor. Jede Radiatorrippe 31, die von der oberen Fläche der Stützplatte 32 nach oben vorsteht, hat ein distales Ende, das mit der Bodenplatte 23 des ersten basisbildenden Bauteils 21 gekoppelt ist. Jede Radiatorrippe 31, die von der unteren Fläche der Stützplatte 32 nach unten vorsteht, hat ein distales Ende, das mit der Bodenplatte 23 des zweiten basisbildenden Bauteils 22 gekoppelt ist.
Der Betrieb der vorstehenden Kühlungsvorrichtung 10 wird nun beschrieben.
In der Kühlungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform hat der seitliche Querschnitt der Radiatorrippe 31 die Abmessung L2 in der Strömungsrichtung des Kühlmediums, die länger ist als die Abmessung L1 in der seitlichen Richtung. Im Gegensatz dazu hat eine Radiatorrippe, die im Stand der Technik bekannt ist, einen kreisförmigen seitlichen Querschnitt, der eine Abmessung in der Strömungsrichtung des Kühlmediums hat, die gleich zu einer Abmessung in der seitlichen Richtung ist. Anders als im Stand der Technik vergrößert deshalb der seitliche Querschnitt der Radiatorrippe 31 der vorliegenden Ausführungsform die Abmessung der Radiatorrippe 31 in der Strömungsrichtung des Kühlmediums, ohne die Abmessung in der seitlichen Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kühlmediums zu vergrößern.
In der Radiatorrippe 31 der vorliegenden Ausführungsform erhöht sich, wenn sich die Abmessung der Radiatorrippe 31 in der Strömungsrichtung des Kühlmediums erhöht, die Kontaktfläche zwischen dem Kühlmedium und der Radiatorrippe 31. Als eine Folge tauscht die Radiatorrippe 31 mehr Wärme mit dem Kühlmedium aus. Somit wird die Wärme, die von dem Halbleiterelement 28 zu der Basis 20 übertragen wird, effizient zwischen der Radiatorrippe 31 und dem Kühlmedium ausgetauscht. Deshalb verbessert die Kühlungsvorrichtung 10 die Effizienz zum Kühlen des Halbleiterelements 28.
Des Weiteren ist, anders als im Stand der Technik, die Abmessung der Radiatorrippe 31 in der seitlichen Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kühlmediums in der vorliegenden Ausführungsform unverändert. Das heißt die Radiatorrippe 31 ändert im Vergleich zum Stand der Technik nicht signifikant den Grad, mit dem die Radiatorrippe 31 die Strömung des Kühlmediums blockiert. Deshalb unterdrückt die vorliegende Ausführungsform eine Erhöhung des Druckverlusts, der durch die Radiatorrippe 31 verursacht wird, wenn das Kühlmedium durch den Innenbereich S der Basis 20 strömt.
Insbesondere ist die Ecke C der Radiatorrippe 31 in der vorliegenden Ausführungsform sehr spitz, um den spitzen Winkel C zu bilden, und zu der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlmediums hin gerichtet. Somit führt, wie durch Pfeile in 3 gezeigt ist, die Ecke C der Radiatorrippe 31 die Strömung des Kühlmediums sanft, um es zu entgegengesetzten Seiten in der seitlichen Richtung der Radiatorrippe 31 in dem Innenbereich S der Basis 20 zu verteilen. Dies verhindert des Weiteren, dass die Radiatorrippe 31 einen Druckverlust erhöht, wenn das Kühlmedium durch den Innenbereich S der Basis 20 hindurchströmt.
Gemäß der vorstehenden Ausführungsform hat die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile.

(1) Die Radiatorrippe hat einen seitlichen Querschnitt, dessen Abmessung L2 in der Strömungsrichtung des Kühlmediums größer ist als dessen Abmessung L1 in der seitlichen Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kühlmediums in dem Innenbereich S der Basis. Anders als die Radiatorrippe 31, die einen kreisförmigen seitlichen Querschnitt hat, kann die Abmessung der Radiatorrippe 31 in der Strömungsrichtung des Kühlmediums erhöht werden, ohne die Abmessung in der seitlichen Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kühlmediums zu ändern. Wenn die Abmessung der Radiatorrippe 31 in der Strömungsrichtung des Kühlmediums erhöht ist, wird die Wärme, die von dem Halbleiterelement 28 übertragen wird, effizient zwischen der Radiatorrippe 31 und dem Kühlmedium ausgetauscht. Dies verbessert die Effizienz zum Kühlen des Halbleiterelements 28. Des Weiteren ist die Abmessung der Radiatorrippe 31 in der seitlichen Richtung unverändert. Dies verhindert, dass die Radiatorrippe 31 einen Strömungswiderstand in dem Innenbereich S der Basis 20 erhöht. Deshalb unterdrückt die vorliegende Ausführungsform eine Erhöhung eines Druckverlusts, wenn das Kühlmedium durch den Innenbereich S der Basis 20 hindurchgeht, und verbessert die Kühleffizienz für das Halbleiterelement 28.
(2) Die Radiatorrippe 31 hat den seitlichen Querschnitt, der durch die vier Seiten A1, A2, A3 und A4 umrandet bzw. abgegrenzt ist. Die zwei Seiten A1 und A2 schneiden sich an einer Schnittstelle, die der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlmediums zugewandt ist. Dies kann den Strömungswiderstand durch die Radiatorrippe 31 in dem Innenbereich S der Basis 20 weiter stark verringern und unterdrückt eine Erhöhung eines Druckverlusts, wenn das Kühlmedium durch den Innenbereich S der Basis 20 hindurchgeht.
(3) In der Radiatorrippe 31 ist die Schnittstelle, bei der sich die zwei Seiten A1 und A2 schneiden, die Ecke C. Somit hat der seitliche Querschnitt der Radiatorrippe 31 eine Umrandung bzw. Abgrenzung, bei der eine Schnittstelle, die der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlmediums zugewandt ist, stark zu der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlmediums zeigt. Dies kann einen Strömungswiderstand durch die Radiatorrippe 31 in dem Innenbereich S der Basis 20 weiter stark verringern, und unterdrückt eine Erhöhung eines Druckverlusts, wenn das Kühlmedium durch den Innenbereich S der Basis 20 hindurchgeht.
(4) Die Radiatorrippe 31 hat einen rhombischen seitlichen Querschnitt und ist relativ lang in der Strömungsrichtung des Kühlmediums. Dies gewährleistet eine ausreichende Steifigkeit der Radiatorrippe 31 in der Strömungsrichtung des Kühlmediums. Der seitliche Querschnitt der Radiatorrippe 31 hat die Umrandung bzw. Abgrenzung, die von der Schnittstelle, bei der sich die zwei Seiten A1 und A2 schneiden, in die Strömungsrichtung des Kühlmediums gerichtet ist, um es zu entgegengesetzten Seiten in der seitlichen Richtung in dem Innenbereich S der Basis 20 zu verteilen. Dies kann einen Strömungswiderstand durch die Radiatorrippe 31 in dem Innenbereich S der Basis 20 verringern und eine Erhöhung eines Druckverlusts unterdrücken, wenn das Kühlmedium durch den Innenbereich S der Basis 20 hindurchgeht.
(5) Eine Vielzahl von Radiatorrippen 31 sind in einer gestaffelten Weise in dem Innenbereich S der Basis 20 angeordnet. Das Kühlmedium kann sanft zwischen den Radiatorrippen 31 strömen, die in dem Innenbereich S der Basis 20 angeordnet sind. Dies kann eine Erhöhung eines Druckverlusts weiter unterdrücken, wenn das Kühlmedium durch den Innenbereich S der Basis 20 hindurchgeht.
(6) Die Radiatorrippen 31 sind um den geeigneten Abstand P in der seitlichen Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kühlmediums voneinander getrennt bzw. beabstandet. Dies kann eine Erhöhung eines Druckverlusts unterdrücken, wenn das Kühlmedium durch den Innenbereich S der Basis 20 hindurchgeht, und die Effizienz zum Kühlen des Halbleiterelements 28 verbessern.
(7) Ein stromabwärtiger Abschnitt einer Radiatorrippe 31a überlappt mit einem stromaufwärtigen Abschnitt einer benachbarten Radiatorrippe 31b in der Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kühlmediums. Dies verhindert, dass sich die Querschnittsfläche eines Strömungsdurchgangs des Kühlmediums, der zwischen den Radiatorrippen 31a und 31b ausgebildet ist, ändert. Dies unterdrückt weiter eine Erhöhung eines Druckverlusts, wenn das Kühlmedium durch den Innenbereich S der Basis 20 hindurchgeht.
(8) Das Halbleiterelement 28 ist mit der Basis 20 durch das Isolationssubstrat 27 verbunden. Bei dieser Verbindung unterscheiden sich lineare thermische Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Basis 20 und dem Isolationssubstrat 27. Dies kann die Basis insbesondere in der Strömungsrichtung des Kühlmediums, die eine Längsrichtung des Isolationssubstrats 27 ist, stark wölben. Beispielsweise würde die Basis 20 von dem Isolationssubstrat 27 teilweise getrennt werden. In dieser Hinsicht erhöht die Radiatorrippe 31 der vorliegenden Ausführungsform insbesondere eine Steifigkeit der Basis 20 in der Strömungsrichtung des Kühlmediums. Somit kann die Radiatorrippe 31 bevorzugt verhindern, dass sich die Basis 20 derartig wölbt.

Die Ausführungsformen können modifiziert werden, wie nachstehend beschrieben ist.
In der Ausführungsform sind Radiatorrippen 31 an der oberen und der unteren Fläche der Stützplatte 32 gelegen. Jedoch kann nur eine der Flächen, bevorzugt die obere Fläche, die Radiatorrippen 31 haben.
Mit Bezug auf 4A kann eine Radiatorrippe 31 einen rhombischen seitlichen Querschnitt mit einer gerundeten Ecke C haben.
Mit Bezug auf 4B kann eine Radiatorrippe 31 einen seitlichen Querschnitt haben, der halb rhombisch und halb elliptisch geformt ist. Hier ist ein erster Abschnitt 31A ein Hälftenabschnitt der Radiatorrippe 31, der an der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlmediums gelegen ist (linke Seite in 4B), und ist halb rhombisch. Ein zweiter Abschnitt 31B ist die andere Hälfte der Radiatorrippe 31, die an der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlmediums gelegen ist (rechte Seite in 4B), und ist halb elliptisch. Das heißt die Radiatorrippe 31 kann einen asymmetrischen seitlichen Querschnitt in der Strömungsrichtung des Kühlmediums haben. Gemäß solch einem Aufbau ist die Radiatorrippe 31 relativ lang in der Strömungsrichtung des Kühlmediums. Des Weiteren hat der seitliche Querschnitt der Radiatorrippe 31 eine Umrandung bzw. Abgrenzung, die in die Strömungsrichtung des Kühlmediums gerichtet ist, um es in der seitlichen Richtung der Radiatorrippe 31 in der Basis 20 zu verteilen. Dies kann die gleichen Vorteile wie (4) der vorstehenden Ausführungsform vorsehen.
Mit Bezug auf 4C kann die Radiatorrippe 31 einen hexagonalen seitlichen Querschnitt haben. Darüber hinaus kann die Radiatorrippe 31 einen polygonalen seitlichen Querschnitt mit einer beliebigen Anzahl von Ecken haben, solange sie in der Strömungsrichtung des Kühlmediums größer ist als in der Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kühlmediums. In diesem Fall kann eine Ecke des Polygons entweder spitz bzw. eckig oder gerundet sein.
Mit Bezug auf 4D kann die Radiatorrippe 31 einen elliptischen seitlichen Querschnitt haben, um dünn und lang in der Strömungsrichtung des Kühlmediums zu sein. Das heißt die Radiatorrippe 31 kann einen seitlichen Querschnitt haben, der ohne eine Schnittstelle sanft umrandet bzw. abgegrenzt ist.
In einer Ausführungsform kann der Abstand P so breit wie die Abmessung L2 sein. Hier ist der Abstand P ein Abstand zwischen einer Radiatorrippe 31a und einer benachbarten Radiatorrippe 31b in der Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kühlmediums. Die Abmessung L2 ist eine Länge des seitlichen Querschnitts der Radiatorrippe 31 in der Strömungsrichtung des Kühlmediums.
In einer Ausführungsform kann die Radiatorrippe 31 mit ungleichen Breiten vorstehen. Beispielsweise kann die Radiatorrippe 31 eine Pyramidenform oder eine Form eines elliptischen Konus haben, die sich zu dem distalen Ende in der Vorsprungsrichtung hin verjüngt.
In einer Ausführungsform können Radiatorrippen 31 aus Sicht von oben in einem Gitter angeordnet sein.
In einer Ausführungsform kann eine Anzahl von Radiatorrippen 31, die an der Stützplatte 32 gestützt sind, erhöht oder verringert sein.
In einer Ausführungsform kann die Anzahl von Radiatorrippen 31, die an der oberen Fläche der Stützplatte 32 gestützt sind, und die Anzahl von Radiatorrippen 31, die an der unteren Fläche der Stützplatte 32 gestützt sind, geändert sein.
In einer Ausführungsform sind alle Radiatorrippen 31, die an der Stützplatte 32 gestützt sind, nicht notwendigerweise gleichförmig geformt. Das heißt die Stützplatte 32 kann unterschiedlich geformte Radiatorrippen 31 stützen. Einige der Radiatorrippen 31 können rhombische seitliche Querschnitte haben, die relativ lang in der Strömungsrichtung des Kühlmediums sind. Die anderen können anders geformte seitliche Querschnitte haben, die relativ lang in der Strömungsrichtung des Kühlmediums sind.
In einer Ausführungsform teilt die Stützplatte 32 nicht notwendigerweise den Innenbereich S in eine Oberseite und einen Boden. Der Innenbereich S kann die Stützplatte 32 mit Radiatorrippen 31 an nur einer der Flächen aufnehmen.
Eine Kühlungsvorrichtung hat eine Basis und eine Vielzahl von Radiatorrippen. Die Basis hat ein Äußeres, in Inneres, einen Einlass und einen Auslass. Ein Wärmeerzeugungselement ist mit dem Äußeren der Basis verbunden. Die Radiatorrippen sind nahe dem Wärmeerzeugungselement in dem Inneren der Basis gelegen. Die Radiatorrippen sind von dem Einlass zu dem Auslass angeordnet. Jede Radiatorrippe hat einen seitlichen Querschnitt mit einer Abmessung in einer Strömungsrichtung des Kühlmediums und einer Abmessung in einer seitlichen Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kühlmediums. Die Abmessung in der Strömungsrichtung ist länger als die Abmessung in der seitlichen Richtung. Die Radiatorrippen sind mit einen vorbestimmten Abstand in der seitlichen Richtung voneinander getrennt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012-29539 [0002]

Claims

Kühlungsvorrichtung mit: einer Basis mit einem Äußeren, einem Inneren, einem Einlass und einem Auslass, wobei ein Wärmeerzeugungselement mit dem Äußeren verbunden ist; und einer Vielzahl von stiftförmigen Radiatorrippen, die in dem Inneren der Basis an einem Abschnitt nahe dem Wärmeerzeugungselement gelegen sind, wobei die Radiatorrippen von dem Einlass zu dem Auslass angeordnet sind, wobei die Kühlungsvorrichtung das Wärmeerzeugungselement mit einem Kühlmedium kühlt, das in dem Inneren der Basis von dem Einlass zu dem Auslass strömt, jede der Radiatorrippen einen seitlichen Querschnitt mit einer Abmessung in einer Strömungsrichtung des Kühlmediums und einer Abmessung in einer seitlichen Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des Kühlmediums hat, und die Abmessung in der Strömungsrichtung länger ist als die Abmessung in der seitlichen Richtung, und die Radiatorrippen mit einen vorbestimmten Abstand in der seitlichen Richtung voneinander getrennt sind.
Kühlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der seitliche Querschnitt eine Umrandung hat, die zwei Seiten hat, wobei die zwei Seiten von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlmediums gerichtet sind und sich in der seitlichen Richtung der entsprechenden Radiatorrippe voneinander weg erstrecken, und wobei sich die zwei Seiten an einer Schnittstelle schneiden, die der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlmediums zugewandt ist.
Kühlungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Schnittstelle, bei der sich die zwei Seiten schneiden, eine Ecke ist.
Kühlungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei jede der Radiatorrippen einen rhombischen seitlichen Querschnitt hat.
Kühlungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei jede der Radiatorrippen einen ersten Abschnitt, der an einer stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlmediums gelegen ist und die Schnittstelle umfasst, bei der sich die zwei Seiten schneiden; und einen zweiten Abschnitt hat, der an einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlmediums gelegen ist und die Schnittstelle nicht umfasst, bei der sich die zwei Seiten schneiden.
Kühlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede der Radiatorrippen einen elliptischen seitlichen Querschnitt hat.
Kühlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Radiatorrippen in einer gestaffelten Weise angeordnet sind.
Kühlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der vorbestimmte Abstand kürzer ist als oder gleich ist wie die Abmessung in der Strömungsrichtung von jeder der Radiatorrippen.
Kühlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Radiatorrippen eine erste Radiatorrippe und eine zweite Radiatorrippe umfassen, die in der Strömungsrichtung des Kühlmediums angeordnet sind, und ein stromabwärtiger Abschnitt der ersten Radiatorrippe mit einem stromaufwärtigen Abschnitt der zweiten Radiatorrippe in der seitlichen Richtung überlappt.
Halbleitervorrichtung mit: der Kühlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9; einem Isolationssubstrat; und einem Halbleiterelement, das als das Wärmeerzeugungselement dient und das mit der Basis durch das Isolationssubstrat verbunden ist.