DE19924960A1 - Device for cooling semiconductor components - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung eines ein vorgegebenes Außenprofil aufweisenden Halbleiterbauelementes. Sie weist einen Kühlkörper auf, der eine dem zu kühlenden Halbleiterbauelement zugewandte Innenseite und eine vom zu kühlenden Halbleiterbauelement abgewandte Außenseite hat. Die Innenseite des Kühlkörpers ist formschlüssig an das Außenprofil des Halbleiterbauelementes angepaßt und umschließt dieses an mehreren Seiten.The invention relates to a device for cooling a semiconductor component having a predetermined external profile. It has a heat sink which has an inside facing the semiconductor component to be cooled and an outside facing away from the semiconductor component to be cooled. The inside of the heat sink is positively adapted to the outer profile of the semiconductor component and surrounds it on several sides.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung eines Halbleiterbauelementes.The invention relates to a device for cooling a Semiconductor component.
Es sind bereits Vorrichtungen zur Kühlung von Halbleiterbau elementen bekannt, die einen Kühlkörper aufweisen. Bei diesem zur Wärmeableitung vorgesehenen Kühlkörper kann es sich um ein einfaches Kühlblech, einen Kühlkörper in Form eines Kühl sternes oder um ein Kühlprofil handeln. Kühlsterne weisen sternförmig nach außen abstehende Kühlrippen auf. Bei den be kannten Kühlprofilen handelt es sich um gebogene Kühlbleche. Durch die Verwendung von Kühlsternen oder Kühlprofilen wird die wirksame Kühlfläche erhöht und dadurch eine verbesserte Wärmeableitung der im Halbleiterbauelement erzeugten Wärme an die Umgebung erreicht. Zur Verbesserung des thermischen Kon taktes zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Kühlkörper kann Wärmeleitpaste eingesetzt werden. Viele der bekannten Kühlkörper weisen vom zu kühlenden Halbleiterbauelement abge wandte Kühlrippen auf, um die Kontaktfläche des Kühlkörpers mit der Umgebung zu vergrößern.There are already devices for cooling semiconductor devices elements known that have a heat sink. With this heat sink provided for heat dissipation can be a simple heat sink, a heat sink in the form of a cooling star or a cooling profile. Show cooling stars cooling fins protruding outwards in a star shape. With the be Known cooling profiles are curved cooling plates. By using cooling stars or cooling profiles the effective cooling surface increases and thereby an improved Heat dissipation of the heat generated in the semiconductor component reached the environment. To improve the thermal con clock between the semiconductor device and the heat sink thermal paste can be used. Many of the well-known Heat sinks point away from the semiconductor component to be cooled applied cooling fins to the contact area of the heat sink enlarge with the surroundings.
Ein Beispiel eines bekannten Kühlkörpers ist in der Fig. 1 gezeigt. Dort ist zur Ableitung der in einem Siliziumelement 5 entstehenden Wärme ein Kühlkörper 1 vorgesehen. Das Sili ziumelement 5 ist mittels einer wärmeleitenden Löt- oder Kle beschicht 3 mit einem Substrat 4 verbunden. Der Kühlkörper 1 ist unter Verwendung einer wärmeleitenden Löt- oder Klebe schicht 2 am Substrat 4 befestigt. Der Kühlkörper 1 weist eine eben ausgebildete Kontakt- bzw. Innenfläche 6, die dem zu kühlenden Siliziumelement 5 zugewandt ist, und eine vom zu kühlenden Siliziumelement abgewandte Außenseite 7 auf. Letz tere ist mit senkrecht nach außen abstehenden Kühlrippen ver sehen, um die Kontaktfläche des Kühlkörpers mit der Umgebung zu vergrößern und dadurch eine verbesserte Wärmeableitung zu erreichen.An example of a known heat sink is shown in FIG. 1. A heat sink 1 is provided there for dissipating the heat generated in a silicon element 5 . The silicon element 5 is connected to a substrate 4 by means of a thermally conductive solder or adhesive coating 3 . The heat sink 1 is attached to the substrate 4 using a heat-conductive solder or adhesive layer 2 . The heat sink 1 has a flat contact or inner surface 6 , which faces the silicon element 5 to be cooled, and an outer side 7 facing away from the silicon element to be cooled. The latter is seen with cooling fins protruding vertically outwards in order to enlarge the contact area of the heat sink with the surroundings and thereby achieve improved heat dissipation.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kühlung eines Halbleiterbauelementes anzugeben, mittels derer eine weiter verbesserte Wärmeableitung erreicht wird.The invention is based on this prior art the task of a device for cooling a Specify semiconductor device, by means of which a further improved heat dissipation is achieved.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen An sprüchen angegeben.This object is achieved by a device with the in the claim 1 specified features solved. Advantageous configurations and developments of the invention are in the dependent An sayings.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß durch die mehrseitige thermische Kontaktierung zwischen dem zu kühlen den Halbleiterbauelement und dem Kühlkörper und der daraus resultierenden Oberflächenvergrößerung eine verbesserte Ent wärmung erzielt wird. Dies ist auf die verbesserte Übertra gung der Wärme vom Halbleiterbauelement auf den Kühlkörper, der seinerseits die vom Halbleiterbauelement abgeleitete Wärme an die Umgebung abgibt, zurückzuführen.The advantages of the invention are that Multi-sided thermal contact between the cool the semiconductor device and the heat sink and the one from it resulting surface enlargement an improved Ent heating is achieved. This is due to the improved transfer heat transfer from the semiconductor component to the heat sink, which in turn is derived from the semiconductor device Emits heat to the environment.
Mittels der in den Ansprüchen 2 bis 7 angegebenen Merkmale wird die Ableitung der im Halbleiterbauelement entstehenden Wärme weiter verbessert.By means of the features specified in claims 2 to 7 the derivation of those arising in the semiconductor component Heat further improved.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der Erläuterung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.Further advantageous properties of the invention result from the explanation of exemplary embodiments using the Characters.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 eine bekannte Vorrichtung zur Kühlung eines Halb leiterbauelementes, Fig. 1 shows a known device for cooling a semi-conductor device,
Fig. 2 eine Vorrichtung zur Kühlung eins Halbleiterbau elementes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel für die Erfindung und Fig. 2 shows a device for cooling a semiconductor device according to a first embodiment of the invention and
Fig. 3 eine Vorrichtung zur Kühlung eines Halbleiterbau elementes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel für die Erfindung. Fig. 3 shows a device for cooling a semiconductor device according to a second embodiment of the invention.
Die Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Kühlung eines Halblei terbauelementes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel für die Erfindung. Das zu kühlende Halbleiterbauelement weist ein Siliziumelement 5 auf, welches über eine wärmeleitende Löt- oder Klebeschicht 3 mit einem Substrat 4 verbunden ist. Be dingt durch diese Bestandteile hat das Halbleiterbauelement ein vorgegebenes Außenprofil. FIG. 2 shows an apparatus for cooling a semiconducting terbauelementes according to a first embodiment of the invention. The semiconductor component to be cooled has a silicon element 5 , which is connected to a substrate 4 via a heat-conducting solder or adhesive layer 3 . Be due to these components, the semiconductor device has a predetermined outer profile.
Die in diesem Halbleiterbauelement, bei welchem es sich ins besondere um einen Leistungshalbleiter handelt, entstehende Wärme wird über einen Kühlkörper 1 an die Umgebung abgelei tet. Dieser Kühlkörper 1 weist eine dem zu kühlenden Halblei terbauelement zugewandte Innenseite 6 auf, die formschlüssig an das Außenprofil des Halbleiterbauelementes angepaßt ist und dieses an drei Seiten umschließt. Zur. Verbesserung des thermischen Kontaktes zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Kühlkörper ist zwischen dem Kühlkörper 1 und dem Halblei terbauelement eine wärmeleitende Löt- oder Klebeschicht 2 vorgesehen. Diese umschließt das zu kühlende Halbleiterbau element ebenfalls von drei Seiten.The heat generated in this semiconductor component, which is in particular a power semiconductor, is dissipated to the environment via a heat sink 1 . This heat sink 1 has a to be cooled semiconductor component facing inside 6 , which is positively adapted to the outer profile of the semiconductor device and encloses this on three sides. For. Improvement of the thermal contact between the semiconductor component and the heat sink, a thermally conductive solder or adhesive layer 2 is provided between the heat sink 1 and the semiconductor component. This also encloses the semiconductor component to be cooled on three sides.
Die Außenseite 7 des Kühlkörpers 1 ist mit nach außen abste henden Kühlrippen versehen, die sich folglich nach drei Sei ten hin erstrecken. Dies bedeutet eine Vergrößerung der Kon taktfläche zwischen dem Kühlkörper 1 und der Umgebung, was zu einer im Vergleich zum Stand der Technik weiter verbesserten Wärmeableitung dient.The outside 7 of the heat sink 1 is provided with outwardly extending cooling fins, which consequently extend to three sides. This means an increase in the contact area between the heat sink 1 and the environment, which serves to further improve heat dissipation compared to the prior art.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird folglich durch die ver besserte Wärmeübertragung vom Halbleiterbauelement an den Kühlkörper und die verbesserte Abgabe der Wärme vom Kühlkör per an die Umgebung eine verbesserte Wärmeableitung vom Halb leiterbauelement an die Umgebung erzielt. According to this embodiment, the ver improved heat transfer from the semiconductor component to the Heat sink and the improved heat dissipation from the heat sink per to the environment an improved heat dissipation from half conductor component achieved to the environment.
Die Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Kühlung eines Halblei terbauelementes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel für die Erfindung. Däs zu kühlende Halbleiterbauelement weist ein Siliziumelement 5 auf, welches über eine wärmeleitende Löt- oder Klebeschicht 3 mit einem Substrat 4 verbunden ist. Be dingt durch diese Bestandteile hat das Halbleiterbauelement ein vorgegebenes Außenprofil. Fig. 3 shows a device for cooling a semiconductor component according to a second embodiment of the invention. The semiconductor component to be cooled has a silicon element 5 , which is connected to a substrate 4 via a heat-conducting solder or adhesive layer 3 . Be due to these components, the semiconductor device has a predetermined outer profile.
Die in diesem Halbleiterbauelement, bei welchem es sich ins besondere um einen Leistungshalbleiter handelt, entstehende Wärme wird über einen Kühlkörper 1 an die Umgebung abgelei tet. Dieser Kühlkörper 1 weist eine dem zu kühlenden Halblei terbauelement zugewandte Innenseite 6 auf, die formschlüssig an das Außenprofil des Halbleiterbauelementes angepaßt ist und dieses an vier Seiten umschließt. Der Kühlkörper 1 weist dadurch, wie aus der Figur hervorgeht, eine geschlossene Querschnittsfläche auf. Die Innenseite 6 des Kühlkörpers 1 ist mit Abstufungen 8 und 9 versehen, um die genannte form schlüssige Anpassung an das Außenprofil des zu kühlenden Halbleiterbauelementes zu erreichen.The heat generated in this semiconductor component, which is in particular a power semiconductor, is dissipated to the environment via a heat sink 1 . This heat sink 1 has a to be cooled semiconductor component facing inside 6 , which is positively adapted to the outer profile of the semiconductor device and encloses this on four sides. As is apparent from the figure, the heat sink 1 thus has a closed cross-sectional area. The inside 6 of the heat sink 1 is provided with gradations 8 and 9 in order to achieve the above-mentioned positive adaptation to the outer profile of the semiconductor component to be cooled.
Zur Verbesserung des thermischen Kontaktes zwischen dem Halb leiterbauelement und dem Kühlkörper 1 ist zwischen dem Kühl körper und dem Halbleiterbauelement eine wärmeleitende Löt- oder Klebeschicht 2 vorgesehen. Diese umschließt das zu küh lende Halbleiterbauelement ebenfalls von vier Seiten.To improve the thermal contact between the semiconductor component and the heat sink 1 , a heat-conductive solder or adhesive layer 2 is provided between the heat sink and the semiconductor component. This also surrounds the semiconductor component to be cooled from four sides.
Die Außenseite 7 des das Halbleiterbauelement an vier Seiten umschließenden Kühlkörpers 1 ist mit nach außen abstehenden Kühlrippen versehen, die sich folglich nach vier Seiten hin erstrecken. Dies bedeutet im Vergleich zum Stand der Technik und zu dem in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eine weitere Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen dem Kühlkör per 1 und der Umgebung, was zu einer weiter verbesserten Wär meableitung führt. The outside 7 of the heat sink 1 , which surrounds the semiconductor component on four sides, is provided with cooling fins protruding outwards, which consequently extend on four sides. This means in comparison to the prior art and to the embodiment shown in FIG. 1, a further increase in the contact area between the Kühlkör by 1 and the environment, which leads to a further improved heat dissipation.
Gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird folglich durch eine nochmals verbesserte Wärmeübertragung vom Halbleiterbau element an den Kühlkörper und eine nochmals verbesserte Ab gabe der Wärme vom Kühlkörper an die Umgebung eine weiter verbesserte Wärmeableitung vom Halbleiterbauelement an die Umgebung erzielt.Accordingly, according to this second embodiment, by a further improved heat transfer from semiconductor construction element to the heat sink and a further improved Ab passed on the heat from the heat sink to the environment improved heat dissipation from the semiconductor device to the Environment achieved.
Bei dem zu kühlenden Halbleiterbauelement kann es sich neben einem Siliziumchip auch um einen Siliziumkarbidchip handeln.In the semiconductor component to be cooled, it can coexist a silicon chip is also a silicon carbide chip.
Claims (9)
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