DE10358641A1

DE10358641A1 - Kühlervorrichtung zum beidseitigen Kühlen einer Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE10358641A1
Application number: DE10358641A
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Kariya Sakai
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-12-16
Also published as: DE10358641B4; CN100511657C; JP4089595B2; JP2004214623A; CN1508867A; US7231960B2; US20050051298A1

Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kühlvorrichtung zum kühlen von beiden Seiten (oberen und unteren Oberflächen) einer Halbleitervorrichtung zu schaffen, wobei die Variation in der Anpreß- bzw. Kompressionskraft auf ebene bzw. flache Kühlungsröhren, die eine Halbleitervorrichtung halten, verringert ist, wodurch die Abführung der Wärme, die durch die Halbleitervorrichtung erzeugt wird, gleichförmig gestaltet wird. Wenn die Halteplatten die flachen Kühlungsröhren und die Halbleitermodule durch Festziehen der Mutter zusammendrücken, werden Abmessungstoleranzen in der Stapelrichtung durch die deformierbaren Abschnitte der Einlaß- und Auslaßköpfe absorbiert bzw. ausgeglichen. Ein Abstandshalter kann innerhalb der flachen Kühlungsröhren benutzt werden, um die Deformation der flachen Kühlungsröhren entlang der Stapelrichtung zu unterdrücken.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen von beiden Seiten (oberen und unteren Oberflächen) einer Halbleitervorrichtung.

In der JP 2001-320005 A ist eine der herkömmlichen Kühlvorrichtungen zum beidseitigen Kühlen einer Halbleitervorrichtung offenbart, welche aufweist: eine Vielzahl von ebenen bzw. flachen Kühlungsröhren, von denen jede wärmeabsorbierende Oberflächen zum Kontaktieren der Oberflächen von Halbleitermodulen und einen oder mehrere Kanäle zum Passierenlassen eines Kühlmittels aufweist, und die abwechselnd an dem Halbleitermodul angeordnet sind; einen Einlaßkopf, welcher mit einem Ende der flachen Kühlungsröhren verbunden ist, und die flache Kühlungsröhre mit dem Kühlmittel versorgt; einen Auslaßkopf, welcher mit den anderen Enden der flachen Kühlungsröhren verbunden ist und das Kühlmittel aus den flachen Kühlungsröhren sammelt; und ein Anpreßmechanismus (z. B. eine Schraube und eine Mutter) zum Anpressen bzw. Zusammendrücken der flachen Kühlungsröhren, welche die Halbleitervorrichtungen von beiden Seiten der Halbleitervorrichtung her halten.

Ferner ist in JP 6-291223 A , 1994, eine herkömmliche Wärmesenke zum Abführen der Wärme von beiden Seiten einer Halbleitervorrichtung offenbart.

Jedoch weist die in JP 2001-320005 A offenbarte Kühlvorrichtung den Nachteil auf, daß die Temperatur des Halbleiters stark variieren kann, auch wenn die durch die Halbleitervorrichtungen erzeugte Wärme gleichmäßig ist.

Der Erfinder hat durch Forschung deutlich machen können, daß die Temperaturvariation durch eine Abweichung bzw. Variation der Anpreßkraft bei der Halbleitervorrichtung und der flachen Kühlungsröhre verursacht ist, da der thermische Widerstand von der Anpreßkraft abhängt.

Die flachen Kühlungsröhren sind in einer Richtung rechtwinklig zu der Halbleiteroberfläche an dem zentralen Abschnitt, bei dem sie von der Schraube und der Mutter gepreßt werden, am stärksten deformiert, während sie an den beiden Enden (Einlaß und Auslaß des Kühlmittels) am wenigsten deformiert sind, da sie an den Köpfen befestigt sind. Folglich variiert die Anpreßkraft abhängig von den Kontaktstellen in der Längsrichtung der flachen Kühlungsröhre. Ferner die variiert die Deformation aufgrund einer Abmessungsvariation, wie etwa einer Variation bei den Befestigungsstellen der flachen Kühlungsröhren mit den Köpfen und einer Variation der Dicke der flachen Kühlungsröhren. Folglich variiert die Anpreßkraft. Genauer gesagt, wird ein Teil der Befestigungskraft der Schraube durch eine elastische Deformation einer der flachen Kühlungsröhren ausgeglichen und der Rest zwischen der Halbleitervorrichtung und der flachen Kühlungsröhre wird bzw. erfährt die (volle) Anpreßkraft. Folglich führt die Variation der Reaktionskraft, die durch die elastische Deformation verursacht ist, zu der zuvor erwähnten Variation in der Anpreßkraft.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kühlvorrichtung zu schaffen, die ein Kühlmittel zum Kühlen beider Seiten (oberer und unterer Oberflächen) einer Halbleitervorrichtung verwendet, wobei die Variation der Anpreßkraft auf die flachen Kühlungsröhren, die eine Halbleitervorrichtung halten, verringert ist, wodurch eine gleichförmige Abführung der Wärme, die durch die Halbleitervorrichtung (d. h., einem Halbleiterchip oder einem Modul) erzeugt wird, abzuführen und überdies die Variation der Wärmeabführungsfähigkeit, die von der Position der Halbleitervorrichtung abhängt, zu verringern. Die zuvor erwähnte gleichmäßige Wärmeabführungsfähigkeit wird durch einen einfachen Aufbau erzielt.

Die vorliegende Erfindung weist neun Merkmale bzw. Aspekte auf, die nachstehend angegeben sind.

Eine Kühlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist gemäß einem Aspekt 1 auf: eine Vielzahl von flachen Kühlungsröhren, welche einen oder mehrere Kühlungskanäle aufweisen, die es einem Kühlmittel ermöglichen hindurchzufließen, obere und untere Oberflächen der Halbleitervorrichtungen kontaktieren und an beiden Seiten der Halbleitervorrichtungen angeordnet sind; ein Einlaßkopf, welcher das Kühlmittel zu den Öffnungsenden der Kühlungsröhren zuführt; einen Auslaßkopf, welcher das Kühlmittel von dem anderen Öffnungsende der Kühlungsröhren sammelt; und ein Anpreßmechanismus zum Anpressen eines Stapels aus den Halbleitervorrichtungen und den Kühlungsröhren. Der Aspekt 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf durch die Anpreßkraft des Anpreßmechanismus deformiert wird, wodurch ein Abmessungstoleranz bzw. -spielraum zwischen der Gesamtlänge des gepreßten bzw. zusammengedrückten Stapels und der Gesamtlänge des Kopfabschnitts in der Stapelrichtung absorbiert bzw. ausgeglichen wird.

Gemäß dem Aspekt 1 ist der Kopf derart ausgebildet, daß er in Stapelrichtung leichter deformiert werden kann, als der flache Kühlungsröhrenabschnitt. Somit weist der Kopf eine Expansions/Kompressions-Funktion auf. Bei der zuvor erwähnten Anpreßkraft wird daher verhindert, daß die Kraft, die von einer Kühlungsröhre auf eine Halbleitervorrichtung ausgeübt wird, so übermäßig groß ist, daß die Halbleitervorrichtung beschädigt wird, und eine Deformation der Köpfe gleicht den Unterschied zwischen der Gesamtdicke des Stapels, insbesondere den Abschnitt, bei dem die Halbleitervorrichtungen die Kühlungsröhren kontaktieren, und der Länge der Köpfe in Stapelrichtung aus, wodurch die Wärme effizient von der Halbleitervorrichtung zu den Kühlungsröhren übertragen wird. Ferner wird die Variation bzw. die Abweichung in der Anpreßkraft aufgrund der Abmessungsvariation jedes Bauteils und die Abweichung der Anpreßkraft auf jeden Abschnitt der flachen Kühlungsröhren verringert, wodurch die durch die Halbleitervorrichtung (Halbleiterchip oder Modul) erzeugte Wärme gleichförmig abgeführt wird und überdies die Variation in der Wärmeabführungsfähigkeit, die von der Position bei einer Halbleitervorrichtung abhängig ist, verringert wird. Die zuvor erwähnte gleichförmige Wärmeabführungsfähigkeit wird durch einen einfachen Aufbau erzielt. Mit anderen Worten kann die Anpreßkraft auf die Halbleitervorrichtung gleichförmig gestaltet werden, da die Toleranz jedes Bauteils durch die Deformation der Köpfe selbst ausgeglichen wird. Da ferner die Abmessungsvariation jedes Bauteils durch eine einfache Deformation des Kopfes in Richtung der Anpreßkraft ausgeglichen wird, kann die Steifigkeit des Abschnitts der flachen Kühlungsröhre, der die Halbleitervorrichtung kontaktiert, sichergestellt werden und die Anpreßkraft auf jedes Teil der Halbleitervorrichtung kann gleichförmig ausgeübt werden.

Bei einem Aspekt 2 kommen unter Anwendung der Anpreßkraft die flachen Kühlungsröhren mit den Halbleitervorrichtungen in engen Kontakt.

Gemäß dem Aspekt 2 sind die Köpfe in der Stapelrichtung leichter deformierbar ausgebildet, als die flachen Kühlungsröhren. Daher kann das flache Kühlungsrohr in engen Kontakt mit der Halbleitervorrichtung auch dann aufrechterhalten, wenn ein Dickenunterschied zwischen dem Kopf und den Mittelabschnitten des Stapels vorhanden ist, wodurch die Wärme effizient von der Halbleitervorrichtung abgeführt werden kann. Bei den Aspekten 1 und 2 wird bevorzugt, daß die Deformation der Köpfe innerhalb der Elastizitätsgrenze bleibt, kann jedoch ebenso eine plastische Deformation enthalten.

Bei einem Aspekt 3 bestehen die Einlaß- und Auslaßköpfe aus Endabschnitten der Kühlungsröhren und Verbindungselementen. Die Endabschnitte der Kühlungsröhren sind mit den Kühlungskanälen der Kühlungsröhre verbunden und weisen zwei Kopflöcher auf beiden Seiten auf, die sich in der Stapelrichtung öffnen. Die Verbindungselemente sind zwischen zwei benachbarten Endabschnitten angeordnet. Hierbei enthält das Verbindungselement einen komprimierbaren Abschnitt, welcher in der Stapelrichtung bei Anwendung der Anpreßkraft komprimiert wird.

Gemäß dem Aspekt 3 wird ein Verbindungselement, das aus einem Teil des Kopfes besteht, zwischen zwei benachbarten flachen Kühlungsröhren in der Stapelrichtung gehalten, während die beiden Endabschnitte der flachen Kühlungsröhren den Rest des Kopfes bilden. Somit wird das Verbindungselement unabhängig von der flachen Kühlungsröhre ausgebildet. Ferner kann das Verbindungselement eine komplexe Form aufweisen, die leicht in der Stapelrichtung deformierbar ist. Demgemäß kann das flexible Verbindungselement durch ein einfaches Verfahren hergestellt werden.

Bei einem Aspekt 4 ist das Verbindungselement als (Falten)balgform ausgebildet. Der Balg weist große zylindrische Abschnitte und kleine zylindrische Abschnitte auf, die in axialer Richtung abwechselnd verbunden sind. Die großen zylindrischen Abschnitte weisen vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, gleichen Durchmesser auf. Die kleinen zylindrischen Abschnitte weisen vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, gleichen Durchmesser auf. Ferner kann der Balg in einer Spiralform ausgebildet sein.

Gemäß dem Aspekt 4 können sowohl die flache Kühlungsröhre als auch das Verbindungsteil mittels einfacher Verfahren hergestellt werden. Somit können komplizierte Herstellungsverfahren vermieden werden und der komprimierbare Abschnitt des Verbindungsteils wird mit einer hervorragenden Flexibilität vorgesehen.

Bei einem Aspekt 5 weisen der Einlaßkopf und der Auslaßkopf auf: einen Offnungsabschnitt in jeder flachen Kühlungsröhre, welcher entlang der Stapelrichtung geöffnet ist und flüssigkeitsdicht mit einer benachbarten flachen Kühlungsröhre verbunden ist; ein Diaphragma, welches um den Öffnungsabschnitt herum ausgebildet ist und unter Anwendung der Anpreßkraft entlang der Stapelrichtung deformierbar ist, wobei ein Ende des Öffnungsabschnitts mit einem anderen Ende eines anderen Öffnungsabschnitts einer benachbarten flachen Kühlungsröhre flüssigkeitsdicht verbunden ist.

Gemäß dem Aspekt 5 kann die Variation zwischen der Gesamtdicke des Kopfes in der Stapelrichtung ausgeglichen werden, ohne daß das zuvor erwähnte Verbindungselement benutzt wird und überdies ohne Ausübung einer übermäßigen Anpreßkraft, da beide Enden der flachen Kühlungsröhre, die Endköpfe aufweisen, in der Stapelrichtung komprimierbare Abschnitte aufweisen. Demgemäß kann eine ausgezeichnete Wärmeabführungsfähigkeit aufgrund des engen Kontakts der flachen Kühlungsröhre mit der Halbleitervorrichtung erzielt werden. Somit kann der Kopf mit den komprimierbaren Abschnitten mit ausgezeichneter Flexibilität, die einen einfachen Aufbau benutzen, durch ein einfaches Verfahren hergestellt werden. Das Diaphragma kann aus einer Vielzahl von koaxialen Ringen bestehen. Jedoch kann jede bekannte Struktur benutzt werden, welche sich entlang der Stapelrichtung verformen kann.

Bei einem Aspekt 6 ist die flache Kühlungsröhre aus zwei preßgeformten Metallplatten ausgebildet, die einen becherförmigen Abschnitt enthalten, die stirnseitig zum Ausbilden einer Röhre hartverlötet sind.

Gemäß dem Aspekt 6 kann die flache Kühlungsröhre durch ein einfaches Verfahren hergestellt werden.

Bei einem Aspekt 7 ist die flache Kühlungsröhre aus zwei preßgeformten Metallplatten der gleichen Form hergestellt, welche stirnseitig zum Ausbilden einer Röhre hartverlötet sind.

Gemäß dem Aspekt 7 kann die flache Kühlungsröhre durch ein einfaches Verfahren hergestellt werden.

Bei einem Aspekt 8 weist die flache Kühlungsröhre ein Abstandselement innerhalb seines Hohlraums zum Unterstützen der Anpreßkraft und zum Unterdrücken der Deformation der flachen Kühlungsröhre entlang der Stapelrichtung auf. Der Abstandshalter kann mit der Innenoberfläche der flachen Kühlungsröhre hartverlötet sein, kann in die flache Kühlungsröhre eingefügt sein oder kann einfach mit der Innenoberfläche der flachen Kühlungsröhre in Kontakt stehen.

Gemäß dem Aspekt 8 kann die Deformation eines Teils der flachen Kühlungsröhre unterdrückt werden, welche die Halbleitervorrichtung kontaktiert. Somit kann die Anpreßkraft zwischen der flachen Kühlungsröhre und der Halbleitervorrichtung durch eine einfache Struktur gleichförmig ausgebildet sein.

Bei einem Aspekt 9 weist der Anpreßmechanismus auf: ein Paar von Halteplatten, die die äußersten Seiten des Stapels kontaktieren; Durchgangsschrauben, welche durch die Halteplatten hindurch passieren; und Muttern, die an den Durchgangsschrauben befestigt sind.

Gemäß dem Aspekt 9 kann die Anpreßkraft zwischen der flachen Kühlungsröhre und der Halbleitervorrichtung durch einen einfachen Aufbau gleichförmig ausgebildet werden.
KURZE ERKLÄRUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Aufrißansicht einer Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Mehrzahl von Halbleitermodulen der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Seitenansicht einer preßgeformten Metallplatte (ebene bzw. flache Kühlungsröhre) zusammen mit einem Halbleitermodul;
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht nahe den Öffnungsabschnitten, die entlang der Stapelrichtung der flachen Kühlungsröhren und der Halbleitermodule geöffnet sind;
4 ist eine Querschnittsansicht eines Abstandshalters in einem Hohlraum zum Führen des Kühlmittels;
5 ist eine Querschnittsansicht einer Variante der flachen Kühlungsröhren um einen Einlaßkopf herum;
6 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Variante der flachen Kühlungsröhre;
7, 8 und 9 zeigen andere Varianten der flachen Kühlungsröhre, die einen Abstandshalter aus einer extrodierten Metallplatte hält;
10, 11, 12 und 13 zeigen eine Kühlungsvorrichtung, die mit einem Balg für die Einlaß- und Auslaßköpfe an rechten und linken Seiten bei einer Ausführungsform 2 vorgesehen sind;
14 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht nahe dem Einlaßkopf einer Kühlungsvorrichtung einer Ausführungsform 3.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Ausführungsform 1
1 ist eine Aufrißansicht einer Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Vielzahl von Halbleitervorrichtungen der vorliegenden Erfindung, welche aufweist: sechs Halbleitermodule 1; sieben ebene bzw. flache Kühlungsröhren 2; einen Einlaßkopf 3; einen Auslaßkopf 4; zwei Halteplatten 5; zwei Durchgangsschrauben 6 und zwei Gegenmuttern 7. Hierbei bilden die Halteplatten 5, die Schrauben 6 und die Muttern 7 einen Anpreßmechanismus.
Die sechs Halbleitermodule 1 bilden die Zweige eines Drei-Phasen-Umrichters. Das Halbleitermodul 1 weist auf: einen Halbleiterchip, d.h. bei dieser Ausführungsform einen Transistor; und ein Paar von Hauptelektrodenplatten, die an jede Oberfläche des Halbleiter-Chips angebracht sind. Der Halbleiter-Chip und die Hauptelektrodenplatten sind aus Harz mit einer flachen Form ausgeformt, wobei Signalanschlüsse und Steuerelektrodenanschlüsse daraus hervorragen. Genauer gesagt ist ein Teil der Hauptelektrodenplatte auf den oberen Oberflächen des Halbleiter-Chips vertieft, um Leitungs-Pads für eine Steuerelektrode ebenso wie für Kommunikationselektroden freizulegen, welche mit einem nicht näher dargestellten Draht verbunden sind, der sich in der Zeichnung nach außen erstreckt. Die Hauptelektrodenplatte sind gewöhnlicherweise aus Kupfer oder Aluminium ausgebildet und sind mit jeder Seite des Halbleiter-Cips durch ein Lötmittel oder eine Erhebung verbunden. Da die Struktur des Halbleitermoduls wohl bekannt ist, wird sie hier nicht im Detail dargestellt. Anstelle des zuvor erwähnten Halbleitermoduls 1, kann ein blanker Halbleiter-Chip in der Weise verwendet werden, daß die Steuerelektrode und die Kommunikationselektroden von den flachen Kühlungsröhren durch beispielsweise eine teilweise Verzahnung der flachen Kühlungsröhren elektrisch isoliert sind.
Die flachen Kühlungsröhren 2 und die Halbleitermodule 1 werden abwechselnd zwischen einander in der Art angeordnet, daß die Hauptelektroden – mit Ausnahme der geerdeten – elektrisch von dem flachen Kühlungsröhren 2 durch beispielsweise Isolationsschichten isoliert werden oder in der Art, daß für einen dreiphasigen Umrichter vom Isolationstyp alle Hauptelektroden von den flachen Kühlungsröhren 2 isoliert werden.
Jede der Kühlungsröhren 2 ist als eine hohle flache Platte geformt, deren Ende mit einer benachbarten Kühlungsröhre verbunden ist, wodurch ein Einlaßkopf 3 ausgebildet wird, während sein anderes Ende mit dem anderen Ende verbunden ist, wodurch ein Auslaßkopf hier ausgebildet wird.
Die flache Kühlungsröhre 2 ist derart hergestellt, daß zwei preßgeformte Metallplatten 10 der gleichen Becherform stirnseitig zum Ausbilden einer Röhre hartverlötet sind. Der hartverlötete Abschnitt wird in 1 durch "x" bezeichnet. Demgemäß strömt das Kühlungsmittel durch den Hohlraum in der flachen Kühlungsröhre 2 in einer zu der Stapelrichtung rechtwinkligen Richtung.
Ferner gibt es einen Verbindungsleitungsabschnitt 11, der aus jeder der Hälften der flachen Kühlungsröhre hervorragt.
Der Verbindungsleitungsabschnitt 11 weist einen Öffnungsabschnitt 111 in seiner Innenseite auf. Die Vorkragungshöhe des Verbindungsleitungsabschnitts 11 für jede der Hälften der flachen Kühlungsröhren ist gleich der Hälfte der Dicke des Halbleitermoduls 1. Es ist wichtig, einen Abstand "d" zwischen beiden Enden des flachen Kühlungsrohrs 2 und dem Verbindungsleitungsabschnitt 11 sowie zwischen dem Verbindungsleitungsabschnitt 11 und einem Halbleitermodul 1 sicherzustellen. Die preßgeformten Metallplatten 10 (die eine flache Kühlungsröhre 2 ausbilden) weisen einen Ringplattenabschnitt 12 (dessen Ringweite größer oder gleich "d" ist) um den Leitungsverbindungsabschnitt 11 herum auf. Die Ringplatte 12 dient als ein Diaphragma, welches sich entlang der Stapelrichtung der flachen Kühlungsröhren 2 und der Halbleitermodule 1 deformiert.
2 ist eine Seitenansicht der preßgeformten Metallplatte 10 zusammen mit dem Halbleitermodul 1, gesehen aus der Stapelrichtung der flachen Kühlungsröhren 2 und der Halbleitermodule 1. Durchgangslöcher 51 in der Halteplatte 5 sind nahe den beiden Enden der Verbindungsröhrenabschnitte 11 angeordnet, um darin die Durchgangsschrauben 6 aufzunehmen. Die Durchgangsöffnungen 51 können nahe dem Halbleitermodul 1 angeordnet sein.
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht nahe dem Verbindungsleitungsabschnitt 11. Wenn die Halteplatten 5 die flachen Kühlungsröhren 2 (Paare von preßgeformten Metallplatten 10) und die Halbleitermodule 1 durch Festziehen der Mutter 7 zusammendrückt, werden Abmessungsspielräume entlang der Stapelrichtung durch die Diaphragmadeformation bei dem Einlaß- und Auslaßköpfen 3 und 4 ausgeglichen. Ein Abstandshalter 14 wird zwischen den flachen Kühlungsröhren 2 zum Unterstützen der Anpreßkraft gegen die Halbleitervorrichtungen 1 entlang der Stapelrichtung gehalten. Die Abstandshalter 14 erstrecken sich in Richtung der Verbindungsröhren 11 mit einen Abstand, der größer oder gleich dem der Halbleitermodule 1 ist.
4 ist eine Querschnittsansicht des Abstandshalters 14, welcher eine gewellte Metallplatte ist, wodurch Strömungspfade für das Kühlmittel ausgebildet sind. Durch Benutzung des Abstandshalters 14 wird eine Deformation der flachen Kühlungsröhre 2 in dem Kontaktbereich mit der Halbleitervorrichtung 1 unterdrückt, wenn die Anpreßkraft durch die Schraube und die Mutter ausgeübt wird. Folglich wird fast die gesamte Anpreßkraft, die durch den Anpreßmechanismus erzeugt wird, auf den Mittelabschnitt der flachen Kühlungsröhre 2, der benachbart zu der Halbleitervorrichtung 1 ist, ausgeübt.
Da andererseits das Diaphragma (Ringplatte 12) der Eingangs- und Auslaßköpfe 3 und 4 entlang der Stapelrichtung leicht zu deformieren ist, kann der Unterschied zwischen der Gesamtlänge der Köpfe 3 und 4 und der des Mittelabschnitts des Stapels ohne Schwierigkeit ausgeglichen werden.
Die Ausführungsform 1 kann durch ein einfaches Preßausbilden und Hartlöten von Metallplatten erzielt werden. Die Anpreßkraft kann gleichförmig für alle Halbleitermodule 1 in dem Stapel ausgebildet werden.
5 ist eine Querschnittsansicht einer Variante der flachen Kühlungsröhre 2 der Ausführungsform 1, um den Einlaßkopf 3 herum. Eine tiefe Wellung ist auf den Metallplatten des Einlaßkopfes 3 preßgeformt, um Diaphragmen auszubilden, wodurch sie leicht in der Stapelrichtung deformierbar sind.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Variante der flachen Kühlungsröhre der Ausführungsform 1, bei der eine Vielzahl von Löchern in einer extrudierten Metallplatte 20 ausgebildet sind und Diaphragmen 21 für die Einlaß- und Auslaßköpfe 3 und 4 an beiden Seiten der Metallplatte 20 hartverlötet sind. Der Abstandshalter 14 ist nicht erforderlich, da die Metallplatte 20 eine große Steifheit aufweist.
7, 8 und 9 zeigen eine weitere Variante der flachen Kühlungsröhre 20 der Ausführungsform 1. 7 ist eine perspektivische Explosionsansicht der flachen Kühlungsröhre 2. 8 ist eine Querschnittsansicht der Strömungskanäle für das Kühlmittel. 9 ist eine Querschnittsansicht des Verbindungsleitungsabschnitts 11. Wie in 7 gezeigt, wird der durch Extrusion ausgebildete Abstandshalter 14 zwischen den preßgeformten Metallplatten 10 gehalten, um eine flache Kühlungsröhre 2 auszubilden. Eine Rippe 109 ist an dem Umfang der Metallplatte 10 zum stirnseitigen Verbinden von zwei Metallplatten 10 ausgebildet. Wie in 8 gezeigt, weist der Abstandshalter 14 auf: einen zentralen Plattenabschnitt 141, und eine Vielzahl von Rippen 142, die in Richtung der Stapelrichtung hervorstehen und die preßgeformten Metallplatten 10 kontaktieren. Ferner gibt es eine koaxiale ringförmige Welle 119, die um den Verbindungsleitungsabschnitt 11 herum ausgebildet ist, wie in 7 und 9 gezeigt, wodurch die Flexibilität des Diaphragmas verbessert wird.
Ausführungsform 2
10 ist eine Aufrißansicht der Kühlvorrichtung der Ausführungsform 3, wohnigegen 11 eine perspektivische Explosionsansicht der flachen Kühlungsröhre 200 und ein Teil der Einlaß- und Auslaßköpfe 3 und 4 der 10 ist. Die flache Kühlungsröhre 200 ist eine extrudierte Metallplatte und Abdeckkappen 23 sind an beiden Enden hartverlötet. Die Bälge bzw. Faltenbälge 300 werden bevorzugt, da sie flexibler entlang der Stapelrichtung sind als das Diaphragma der Ausführungsform 1. Demgemäß werden die Abmessungsspielräume der Bauteile leichter als bei der Ausführungsform 1 ausgeglichen, wodurch ein engerer Kontakt der flachen Kühlungsröhre 200 mit dem Halbleitermodul 1 ermöglicht wird und daher die Ubertragung von Wärme von dem Halbleitermodul 1 zu der flachen Kühlungsröhre 200 auch ohne Ausübung einer übermäßig starken Kraft besser wird.
12 ist eine vergrößerte Ansicht der Bälge 300 und der flachen Kühlungsröhren 200. Das Halbleitermodul 1 und die Durchgangsschraube 6 sind hierbei nicht dargestellt. Die Bälge 300 weisen auf: drei große zylindrische Abschnitte 301 und zwei schmalere zylindrische Abschnitte 302, die abwechselnd zueinander angeordnet sind; und zwei zylindrische Endabschnitte 303, welche aus den größeren zylindrischen Abschnitten 301 hervorragen. Der Durchmesser der zylindrischen Endabschnitte 303 ist der gleiche wie der der Zylinder 302 mit dem kleinen Durchmesser. Die zylindrischen Endabschnitte 303 sind in eine Öffnung 201 der flachen Kühlungsröhre 200 eingefügt, wodurch die Außenoberfläche der größeren zylindrischen Abschnitte 301 die Außenoberfläche der flachen Kühlungoberfläche der flachen Kühlungsröhre 200 gegenkontaktiert. Demgemäß wird der Kontaktbereich zwischen der flachen Kühlungsröhre 200 und den Bälgen 300 ausreichend groß, wodurch die Stärke der Hartlötung sichergestellt wird.
13 zeigt einen Balg 300, der zwei flache Kühlungsröhren 200 verbindet, wobei die zwei flachen Kühlungsröhren 200 eine Halbleitervorrichtung 1 (nicht gezeigt) dazwischen pressen bzw. zusammendrücken.
Ausführungsform 3
Eine andere Ausführungsform dieser Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 14 im folgenden erläutert. 14 zeigt eine Variante der Ausführungsform, die zuvor in 1 gezeigt worden ist, wobei lediglich ein Teil in der Nähe des Kopfes 3 vergrößert dargestellt ist. Hierbei werden Metallplatten 10 der 1 der ersten Ausführungsform in der 14 als preßgeformte Metallplatte 10a und 10b bezeichnet, und vereinfacht als Linien unter Vernachlässigung ihrer Dicken dargestellt.
Das Merkmal dieser Ausführungsform liegt darin, daß die Metallplatten 10a und 10b in zueinander unterschiedlichen Formen ausgebildet sind. Die Metallplatten 10a und 10b sind beispielsweise durch Hartlöten ähnlich wie in der Ausführungsform 1 verbunden.
Die Metallplatten 10a und 10b weisen Öffnungen 111 auf, ähnlich den Metallplatten 10 der Ausführungsform 1. Die Metallplatte 10a weist eine Diaphragmascheibe 12a um den Verbindungsleitungsabschnitt 11 herum auf, während die Metallplatte 10b korrespondierend eine Diaphragmascheibe 12b aufweist.
Bei dieser Ausführungsform besteht jede der Diaphragmascheiben 12a und 12b aus vier koaxial ausgebildeten Ringen. Die Ringe der zwei Diaphragmascheiben sind zueinander konform und durch einen kleinen Abstand voneinander beabstandet, wodurch es möglich ist, daß die Höhe jedes Rings des Diaphragmas ungefähr die gleiche wie die der Halbleitervorrichtung 1 ist, was die Flexibilität der Diaphragmascheiben verbessert und ihre Deformation einfacher macht. Die Diaphragmastruktur dieser Ausführungsform ist ohne weiteres auf die Ausführungsform, die in 6 gezeigt ist, anwendbar.

Claims

Kühlvorrichtung zum beidseitigen Kühlen einer oder mehrerer Halbleitervorrichtungen, welche aufweist: eine Vielzahl von flachen Kühlungsröhren, welche einen oder mehrere Kühlkanäle aufweisen, sowie obere und untere Kontaktoberflächen der Halbleitervorrichtungen, und welche an beiden Seiten der Halbleitervorrichtungen angeordnet sind; ein Einlaßkopf, welcher das Kühlmittel zu den Öffnungsenden der Kühlungsröhren zuführt; einen Auslaßkopf, welcher das Kühlmittel von den anderen Öffnungsenden der flachen Kühlungsröhren sammelt; und ein Anpreßmechanismus zum Anpressen eines Stapels aus den Halbleitervorrichtungen und den flachen Kühlungsröhren. wobei der Kopf durch die Anpreßkraft des Anpreßmechanismus deformiert wird und dadurch eine Abmessungstoleranz in der Stapelrichtung zwischen der Gesamtlänge des zusammengedrückten Stapels und der Gesamtlänge des Kopfabschnittes ausgeglichen wird.
Kühlvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die flachen Kühlungsröhren mit den Halbleitervorrichtungen bei Anwendungen der Anpreßkraft in engen Kontakt stehen.
Kühlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Köpfe bestehen aus: Endabschnitten der Kühlungsröhren, welche mit den Kühlungskanälen verbunden sind und zwei Kopföffnungen an beiden Seiten aufweisen, die sich in der Stapelrichtung öffnen; und Verbindungselemente, die jeweils zwischen zwei benachbarten Endabschnitten angeordnet sind und einen komprimierbaren Abschnitt enthalten, welcher in der Stapelrichtung unter Anwendung der Anpreßkraft komprimiert werden.
Kühlungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Verbindungselemente eine Balgform aufweisen.
Kühlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei jeder der Einlaßköpfe und der Auslaßköpfe aufweist: einen Öffnungsabschnitt in jeder flachen Kühlungsröhre, welcher entlang der Stapelrichtung geöffnet ist und mit einer benachbarten flachen Kühlungsröhre flüssigkeitsdicht verbunden ist; ein Diaphragma, welches um den Öffnungsabschnitt herum ausgebildet ist und unter Anwendung der Anpreßkraft entlang der Stapelrichtung deformierbar ist, wobei ein Ende des Öffnungsabschnitts in einer flüssigkeitsdichten Art und Weise mit einem anderen Ende eines anderen Öffnungsabschnitts einer benachbarten flachen Kühlungsröhre verbunden ist.
Kühlungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die flache Kühlungsröhre aus zwei preßgeformten Metallplatten ausgebildet ist, die einen becherförmigen Abschnitt enthalten und stirnseitig zum Ausbilden einer Röhre hartverlötet sind.
Kühlungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die flache Kühlungsröhre aus zwei preßgeformten Metallplatten der gleichen Form ausgebildet sind, welche stirnseitig zum Ausbilden einer Röhre ausgebildet sind.
Kühlungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die flache Kühlungsröhre ein Abstandshalterelement innerhalb des Kühlungskanals zum Unterstützen der Anpreßkraft und zum Unterdrücken ihrer Deformation entlang der Stapelrichtung aufweist.
Kühlvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Anpreßmechanismus aufweist: ein Paar von Halteplatten, die die äußersten Seiten des Stapels kontaktieren; Durchgangsschrauben, welche durch die Halteplatten hindurchpassieren; und Muttern, die die Durchgangsschrauben befestigen.