DE202007012971U1 - Device for heat removal of a chip - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Wärmeabfuhr eines elektronischen Bauteils, die aus einem keramischen Material besteht und die auf ihrer Oberseite (212) eine durch Luftkanäle gebildete Strukturierung (22) aufweist und auf ihrer Unterseite (211) mit dem elektronischen Bauteil in Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturierung aus eine Vielzahl von in parallelen Reihen hintereinander bestandet angeordneten Erhebungen (22) besteht, und daß in der unterhalb der Strukturierung (22) liegenden Grundplatte (21) eine Anzahl von Kühlrohren (23) für eine Kühlflüssigkeit eingebettet sind.contraption for heat dissipation an electronic component made of a ceramic material and which on its upper side (212) is formed by air ducts Structuring (22) and on its underside (211) with the electronic component is in contact, characterized that the Structuring of a plurality of in parallel rows one behind the other exists arranged elevations (22), and that in the below the structuring (22) lying base plate (21) a Number of cooling pipes (23) for a cooling liquid are embedded.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

[Technisches Gebiet][Technical area]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmeabfuhr eines Chips nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a device for heat removal of a chip the preamble of claim 1.

[Stand der Technik][State of the art]

Zur Abführung der Wärme von einem Chip, die während seines Betriebs erzeugt wird, setzt man eine Wärmeabfuhr-Vorrichtung 1 ein, die typisch wie in 1 gezeigt eine Grundplatte und eine Vielzahl von darauf vertikal aufstehenden, zueinander parallel angeordneten Kühlrippen 11 aus einem thermisch gut leitenden Werkstoff, z.B. Aluminium aufweist, wobei zwischen zwei benachbarten Kühlrippen 11 ein Luftkanal gebildet ist. Zur Zwangskühlung ist auf den Kühlrippen 11 ein Ventilator (nicht gezeigt) vorgesehen.To remove the heat from a chip that is generated during its operation, set a heat removal device 1 one that is typical as in 1 show a base plate and a plurality of vertically upstanding, mutually parallel cooling fins 11 made of a thermally highly conductive material, such as aluminum, wherein between two adjacent cooling fins 11 an air duct is formed. For forced cooling is on the cooling fins 11 a fan (not shown) is provided.

Nachteilig ist bein der bekannten Vorrichtung, daß die Luft in den durch die Kühlrippen 11 begrenzten Luftkanälen nur mit den beiden Seiten jeder Kühlrippe in Kontakt kommt und die Luftkanäle nicht miteinander kommunizieren. Darüber hinaus erfolgt der Wärmeabfuhr von der Grundplatte ausschlißlich durch den Luftfluß in den Luftkanäle. Infolgedessen ist die Wirksamkeit der Wärmeabführung sehr begrenzt und für die immer zunehmende Behandlungsgeschwindigkeit und damit die entsprechend immer höhere Wärmeentwicklung der heutigen Chips nicht mehr ausreichend.A disadvantage is leg of the known device that the air in through the cooling fins 11 limited air ducts come into contact only with the two sides of each fin and the air ducts do not communicate with each other. In addition, the heat dissipation from the base plate ausschlißlich carried by the air flow in the air channels. As a result, the effectiveness of the heat dissipation is very limited and no longer sufficient for the ever increasing treatment speed and thus the correspondingly higher heat development of today's chips.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aiufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Wärmeabfuhr eines Chips bereitzustellen, mit der die vorbeschriebenen Nachteile vermieden werden.Here The invention aims to remedy this. The invention is the Aiufgabe underlying, a device for heat dissipation of a chip with which the above-described disadvantages be avoided.

Damit die Strukturierung über eine größere Oberfläche mit der Kühlluft kontaktieren kann und die dadurch gebildeten Luftkanäle miteinander komunizieren können, ist die Strukturierung durch Erhebungen gebildet, die in parallelen Reihen beabstandet hintereinander angeordnet sind, wodurch zwischen den Erhebungen kreuzenden Längs- und Querluftkanäle gebildet sind. Darüber hinaus sind in der Grundplatte Flüssigkeitskanäle für eine Kühlflussigkeit eingebohrt, über die eine Kühlflüssigkeit geleitet wird. Auf diese Weise erhält ein Chip eine zweifache Kühlung, sowohl durch Luft als auch durch eine Kühlflüssigkeit. Infolgedessen wird die Wirksamkeit der Kühlung erheblich erhöht.In order to the structuring over a larger surface with the cooling air can contact and communicate with each other the air ducts formed thereby can, the structuring is formed by surveys that are parallel Rows spaced apart are arranged one behind the other, whereby between the Elevations crossing longitudinal and transverse air channels are formed. About that In addition, in the base plate, liquid channels for a cooling liquid drilled, over the one cooling liquid is directed. In this way, a chip gets a double Cooling, both by air and by a coolant. As a result, will the effectiveness of cooling significantly increased.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will now be described with reference to the drawing Embodiments explained in more detail. It demonstrate:

[Zeichnung][Drawing]

1 eine perspektivische Ansicht einer bekannten Vorrichtung zum Wärmeabfuhr eines Chips, 1 a perspective view of a known device for heat dissipation of a chip,

2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Wärmeabfuhr eines Chips, 2 a perspective view of a device according to the invention for heat dissipation of a chip,

3 eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Wärmeabfuhr eines Chips in 2, 3 a plan view of the device according to the invention for heat dissipation of a chip in 2 .

4 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Wärmeabfuhr eines Chips in 2, 4 a longitudinal section of the device according to the invention for heat dissipation of a chip in 2 .

5 in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt der Vorrichtung in 4, 5 on an enlarged scale, a longitudinal section of the device in 4 .

6 entsprechend 4 einen Längsschnitt einer Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer hoch thermisch leitenden Beschichtung, 6 corresponding 4 a longitudinal section of a variant of the device according to the invention with a highly thermally conductive coating,

7 entsprechend 5 in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt der Vorrichtung in 6, 7 corresponding 5 on an enlarged scale, a longitudinal section of the device in 6 .

8 entsprechend 4 einen Längsschnitt einer Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit erhöhten außenrandigen Erhebungen, 8th corresponding 4 a longitudinal section of a variant of the device according to the invention with increased outer edge elevations,

9 entsprechend 6 und 8 eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit sowohl einer hoch thermisch leitenden Beschichtung als auch erhöhten außenrandigen Erhebungen, 9 corresponding 6 and 8th a variant of the device according to the invention with both a highly thermally conductive coating and elevated outer edge elevations,

10 entsprechend 5 in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt einer Variante der Vorrichtung mit porösen keramischen Körnern in den Kühlerhebungen, und 10 corresponding 5 on an enlarged scale, a longitudinal section of a variant of the device with porous ceramic grains in the cooling bumps, and

11 entsprechend 7 in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt einer Variante der Vorrichtung mit porösen keramischen Körnern in den Kühlerhebungen. 11 corresponding 7 on an enlarged scale, a longitudinal section of a variant of the device with porous ceramic grains in the cooling bumps.

[Erläuterung der bevorzugten Ausführungsformen][Explanation of preferred embodiments]

2 bis 5 illustrieren eine Vorrichtung 2 zum Wärmeabfuhr eines an ihrer Unterseite 211 anliegenden Wärmeerzeugers 3 wie eines Chips, oder eines elektronischen Bauteils, die wie der Stand der Technik eine Grundplatte 21 aus einem gut wärmeleitenden Material mit einer auf ihrer Oberseite 212 angeformten, die Oberfläche vergrößerende Strukturierung 22 und einen darüber angeordneten Ventilator 4 aufweist. Die Besonderheiten der Erfindung bestehen darin, daß die Strukturierung 22 aus einer Vielzahl von in Reihen beabstandet hintereinander angeordneten Erhebungen 22 besteht, und daß in der Grundplatte 21 eine Anzahl von Durchbohrungen 213 eingearbeitet sind, in den jeweils eine Kühlrohr 23 für eine Kühlflüssigkeit unter Bildung eines Kühlflüssigkeitskanals eingeführt ist. Wegen der hocken thermischen Wärmeleitfähigkeit des keramischen Materials wird die Wärme schnell vom Chip 3 auf die Vorrichtung 2 abgeleitet und auf die großen Oberflächen der Erhebungen 22 verteilt und durch den vom Ventilator 4 angeregten Luftstrom bzw. durch die die Kühlrohre 23 durchfließende Kühlflüssigkeit herabgeführt. 2 to 5 illustrate a device 2 for heat dissipation one at its bottom 211 adjacent heat generator 3 such as a chip, or an electronic component, which, like the prior art, a base plate 21 made of a good heat conducting material with one on top 212 molded, the surface increasing structuring 22 and a fan arranged above it 4 having. The peculiarities of the invention are that the structuring 22 out a plurality of spaced in rows successively arranged elevations 22 exists, and that in the base plate 21 a number of punctures 213 are incorporated, in each case a cooling tube 23 is introduced for a cooling liquid to form a cooling liquid passage. Because of the squat thermal thermal conductivity of the ceramic material, the heat is quickly removed from the chip 3 on the device 2 derived and on the large surfaces of the surveys 22 distributed and by the fan 4 excited air flow or through the cooling tubes 23 led down by flowing coolant.

6 und 7 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, mit dem Unterschied, daß die Oberseite 212 mit einer hoch thermisch leitenden Beschichtung 24 aus einem Nano-Kohlenstoff versehen ist. Alternativ dazu kann die Beschichtung 24 aus einem thermisch gut leitenden Metall besteht. 6 and 7 shows a second embodiment of the invention, with the difference that the top 212 with a highly thermally conductive coating 24 made of a nano-carbon. Alternatively, the coating 24 consists of a thermally highly conductive metal.

Die in 8 dargestellte dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur darin, daß die außenrandigen Erhebungen 22' in ihrer Höhe gegenüber die übrigen innen liegenden Erhebungen 22 erhöht sind. Dies erleichtert die Montierung des Ventilators 4.In the 8th illustrated third embodiment differs from the first embodiment only in that the outer edge elevations 22 ' in height compared to the other internal elevations 22 are increased. This facilitates the mounting of the fan 4 ,

9 illustriert eine vierte Ausführungsform der Erfindung, die die Kombination der zweiten und der dritten Ausführungsform ist. Mit anderen Worten weist die Vorrichtung 2 sowohl eine thermisch gut leitende Beschichtung 24 auf ihrer Oberseite als auch eine erhöhte Umrandung 22' auf. 9 illustrates a fourth embodiment of the invention, which is the combination of the second and third embodiments. In other words, the device 2 both a thermally well conductive coating 24 on its top as well as an elevated border 22 ' on.

10 illustriert eine fünfte Ausführungsform, mit dem Unterschied, daß die Vorrichtung 2 aus porösen keramischen Körnern 25 besteht, wobei die Körner 25 die gleiche oder unterschiedene Körngröße ausweisen können. 10 illustrates a fifth embodiment, with the difference that the device 2 from porous ceramic grains 25 where the grains are 25 Identify the same or different grain size.

Schließlich stellt 11 eine sechste Ausführungsform der Erfindung dar, die eine Kombination der zweiten (mit Beschichtung 24) und der fünften Ausführungsform (mit porösen keramischen Körnern 25) ist.Finally, poses 11 a sixth embodiment of the invention, a combination of the second (with coating 24 ) and the fifth embodiment (with porous ceramic grains 25 ).

Claims (17)

Vorrichtung zum Wärmeabfuhr eines elektronischen Bauteils, die aus einem keramischen Material besteht und die auf ihrer Oberseite (212) eine durch Luftkanäle gebildete Strukturierung (22) aufweist und auf ihrer Unterseite (211) mit dem elektronischen Bauteil in Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturierung aus eine Vielzahl von in parallelen Reihen hintereinander bestandet angeordneten Erhebungen (22) besteht, und daß in der unterhalb der Strukturierung (22) liegenden Grundplatte (21) eine Anzahl von Kühlrohren (23) für eine Kühlflüssigkeit eingebettet sind.Device for dissipating heat of an electronic component, which consists of a ceramic material and on its upper side ( 212 ) a structuring formed by air channels ( 22 ) and on its underside ( 211 ) is in contact with the electronic component, characterized in that the structuring consists of a plurality of rows arranged in parallel rows one behind the other (FIG. 22 ) and in that below the structuring ( 22 ) base plate ( 21 ) a number of cooling tubes ( 23 ) are embedded for a cooling liquid. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorichtung (2) auf ihrer Oberseite mit einer thermisch gut leitenden Beschichtung (24) versehen ist.Device according to claim 1, characterized in that the device ( 2 ) on its upper side with a thermally well conductive coating ( 24 ) is provided. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (24) aus einem Nano-Kohlenstoff besteht.Device according to claim 2, characterized in that the coating ( 24 ) consists of a nano-carbon. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (24) aus einem hoch thermisch leitenden Metall besteht.Device according to claim 2, characterized in that the coating ( 24 ) consists of a highly thermally conductive metal. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die außenrandigen Erhebungen (24') in ihrer Höhe gegenüber die übrigen innenliegenden Erhebungen (24) erhöht sind.Apparatus according to claim 1, characterized in that the outer edge elevations ( 24 ' ) in height compared to the other internal surveys ( 24 ) are increased. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorichtung (2) auf ihrer Oberseite mit einer thermisch gut leitenden Beschichtung (24) versehen ist.Device according to claim 5, characterized in that the device ( 2 ) on its upper side with a thermally well conductive coating ( 24 ) is provided. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (24) aus einem Nano-Kohlenstoff besteht.Device according to claim 6, characterized in that the coating ( 24 ) consists of a nano-carbon. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (24) aus einem hoch thermisch leitenden Metall besteht.Device according to claim 6, characterized in that the coating ( 24 ) consists of a highly thermally conductive metal. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (2) aus einer Vielzahl von keramischen Körnern (25) besteht.Device according to claim 1, characterized in that the device ( 2 ) of a plurality of ceramic grains ( 25 ) consists. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner (25) porös sind.Device according to claim 9, characterized in that the grains ( 25 ) are porous. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Körner (25) in ihrer Körngröße voneinander unterscheiden.Device according to claim 9, characterized in that the grains ( 25 ) differ in their grain size from each other. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner (25) in ihrer Körngröße gleich sind.Device according to claim 9, characterized in that the grains ( 25 ) in their grain size are the same. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Körner (25) in ihrer Körngröße voneinander unterscheiden.Device according to claim 10, characterized in that the grains ( 25 ) differ in their grain size from each other. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner (25) in ihrer Körngröße gleich sind.Apparatus according to claim 10, characterized in that the grains ( 25 ) in their grain size are the same. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (2) auf ihrer Oberseite mit einer thermisch gut leitenden Beschichtung (24) versehen ist.Device according to claim 9, characterized in that the device ( 2 ) on its upper side with a thermally well conductive coating ( 24 ) is provided. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (24) aus einem Nano-Kohlenstoff besteht.Device according to claim 15, characterized in that the coating ( 24 ) consists of a nano-carbon. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einem hoch thermisch leitenden Metall besteht.Device according to claim 15, characterized in that that the Coating consists of a highly thermally conductive metal.
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