DE2056805C - Leistungs-Halbleiterbauelement-Anordnung - Google Patents
Leistungs-Halbleiterbauelement-AnordnungInfo
- Publication number
- DE2056805C DE2056805C DE19702056805 DE2056805A DE2056805C DE 2056805 C DE2056805 C DE 2056805C DE 19702056805 DE19702056805 DE 19702056805 DE 2056805 A DE2056805 A DE 2056805A DE 2056805 C DE2056805 C DE 2056805C
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- liquid
- power semiconductor
- arrangement according
- semiconductor component
- areas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 48
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 31
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 18
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 12
- 210000001736 Capillaries Anatomy 0.000 claims description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 5
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 4
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000000087 stabilizing Effects 0.000 claims 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 206010022000 Influenza Diseases 0.000 description 1
- 241000282941 Rangifer tarandus Species 0.000 description 1
- 210000000614 Ribs Anatomy 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000010025 steaming Methods 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Description
Die Erfindung betrifft eine Leistungs-Halbleiterbauelement-Anordnung
mit einer Flüssigkeitsverdampfungskühlung, bei der die den Hauptstrom führenden Oberflächen des Halbleiterkörpers jeweils mit
einer dünnen, elektrisch und thermisch gut leitenden Elektrodenschicht versehen sind.
3 4
Es ist bekannt, daß die Siliziumscheibe eines Lei- ' durch die Poien ein gasförmiges oder flüssiges Kühl-
stunes-Halbleiterbauelementes in guier thermischer mittel zirkulieren läßt. Als flüssiges Kühlmittel kom-
Verbindung zu einer Wärmesenke stehen maß. damit men ζ. B. azeotrope Mischungen wie Alkohol-Wasser
die beim Betrieb entstehenden Wärmemengen abge- in Frage. Die Kühlflüssigkeit kann verdampft und
führt weiden können, um so mehr als die Warme- 5 nach Kondensation durch die Kapillarwirkung wieder
kapazität der Siüziumscheibe sehr klein ist. rezirkuliert werden.
Da gute Wärmeleiter, wie Kupfer, jedoch einen \on Weiter ist es bekannt (deutsches Gebrauchsmuster
Silizium-ehr verschiedenen Wärmeausdehnungskoef- 1767 111), ein Halbleiterelement auf seinen den
fizienter haben, pflegte man wegen der unvJrmeid- Hauptstrom führenden Oberflächen stoffschlüssig mit
liehen iemperaturdifferenz bisher die Siliziumscheibe 10 zwei Metallplatten, insbesondere aus Molybdän, zu
stets zunächst mit einer dicken Metallschicht von verbinden, und diese Metallplatten mittels zu ver-
etwa gk-hem Wärmeausdehnungskoeffizienten, etwa dampfender Flüssigkeiten zu kühlen. Als Flüssigkei-
aus MoMulän cder Wolfram, zu kontaktieren. Diese ten kommen unter"anderem hochfluorierte, elektrisch
Metall;--!rieht wurde dann mit massiven Kupi'erelek- isolierende Flüssigkeiten wie Freon in Betracht. Die
troden - rlötet (z. B. Brown Bover: Mitteilungen 53 15 zu verdampfende Flüssigkeit kann unter dem Druck
[1966] - -ite 628/629) oder mittels einer Einspann- " eines chemisch tragen Gases stehen, wodurch der Sie-
vorric'-.ing druckkontaktiert (z. B. Sck-mia Electrica depunkt einstellbar ist. Auch diese bekannte Anord-
XII F ..4 [1966] Seite 117). Die Mo!\bdän- oder nung weist aber zwischen der Wärmequelle im HaIb-
W'oifr; Schichten bilden aber erhebliche Wärme- leitermaterial und der Kühlflüssigkeit erhebliche ther-
wider-■ "de. ao mische Wärmewiderstände auf.
Nt-., üngs sind auch elektronische Hauelemente Es ist auch bekannt (IBM Technical Disclosure
mit [; npe-Kühlung bekanntgeworden ι Nein Seien- Bull. Band 6, Nr. 2, Juli 1963, Seite 94 bis 95), Tuntist
ί -irch 1970, 461), bei"welchen die Wärme neldioden oberhalb von Schichten aus Siliziummondurch
rdampfung einer Flüssigkeit abgeführt wird, oxid und Chrom mit einer nicht oxidierbaren Schicht
die c 1 die Kapillarwirkung entsprechen.! struktu- 35 aus Kupfer, Silber oder Gold zu bedecken. Bei dierierk
schichten rezirkuliert wird. Auch, hier sind sem bekannten Element treten Kühlprobleme nicht
aber .-chen Wärmequelle und Kühlmittel noch er- auf.
heb!·.-·. Wärmewiderstände vorhanden. Schließlich ist es noch ganz allgemein aus der
B nem anderen bekannten Vor-.chla- (deutsche Beam-Lead-Technik bekannt (Bell Labs. Record,
OnV ungsschrift 1 514551) mit Verdampfungs- 30 1966, S. 299 bis 303), die Oberflächen von Halblei-
lcüh'·. ist der thermische übergangswiderstand terelementen mit Goldschichten zu versehen. Diese
dun. \nordnung einer elektrisch isolierenden Kera- Goldschichten haben aber keine unmittelbare Bezie-
mik icht zwischen Gehäuse und Kühlkörper beson- hung zu Fragen der Kühlung.
der oß. Durch die Wärmewiderstände der bekannten An-V.
-.τ ist bekannt (deutsches Gebrauchsmuster 35 Ordnungen sind erhebliche Temperaturdifferenzen
17c >2), ein Leistungs-Halbleitcrbauelement da- innerhalb der Anordnung und starke Restriktionen
dur. 'U kühlen, daß dessen den Hauptstrom füh- bezüglich der abtransportierbaren Wärmemengen un-
ren Oberflächen mit Anschlußplatten, beispiels- vermeidbar, was zu den bekannten technologischen
we·. - aus Molybdän, stoffschlüssig verbunden sind, Schwierigkeiten mit dem Ergebnis einer verkürzten
unc: .e Anschlußplatten mit einem zu verdampfen- 40 Lebensdauer oder begrenzten Leistungsfähigkeit der
der· . !ektrisch nicht leitenden Kühlmittel, z. B. hoch- Halbleiter-Anordnung führt.
flu. -rten flüssigen organischen Verbindungen ohne Die Erfindung hat die Aufgabe, Lustungs-Halb-
W;; -rstoff, in Kontakt stehen. Auch bei dfeser An- leiterbauelement-Anordnungen diesbezüglich zu ver-
ordi:mg ist der Wärmewiderstand zwischen Wärme- bessern.
que::e und Kühlmittel noch erheblich, und es ergeben 45 Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost,
sieh demgemäß die schon weiter oben geschilderten daß bei einer Leistungs-Halbleiterbauelement-Anord-Prnhleme.
nung der eingangs geschilderten Art die Elektroden-Weiter ist es bekannt (deutsche Offenlegungsschrift Schichtbereiche, unter denen sich in dem Halbleiter-1955
647), Halbleiterbauelemente dadurch zu küh- körper während des Stiomflusses die Hauptverlustlen.
daß man sie mit einer Wärmesenke in thermischen 50 wanne entwickelt, unmittelbar an das zu verdarnp-Kontakt
bringt, die aus einem mit einer elektrisch fende flüssige Kühlmittel angrenzen und daß die eleknicht
leitenden Flüssigkeit wie Freon gefüllten Gefäß frischen Hauptanschlüsse mit den Elektrodenschichbesteht,
welches an seinen Wandungen einen Schirm ten in denjenigen Bereichen in Kontakt stehen, unter
mit kapillaren Zwischenräumen aufweist. Diese sor- welchen sich während des Stromzuflusses nicht die
gen für eine Rezirkulation der kondensierten Kühl- 55 Ilauptverlustwärmt entwickelt,
flüssigkeit der vom Halbleiterelement gebildeten Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus daß
Wärmequelle. Damit sich ein gleichmäßiges Sieden die Verlustwärme sich in Halbleiter-Sperrschichtder
Kühlflüssigkeit ergibt, ist die mit der Flüssigkeit Strukturen überwiegend nur in dem Raum des HaIbin
Kontakt stehende Oberfläche des Gefäßes am Ort leiterkörpers entwickelt, wo Rekombinationen der
des Wärmeübergangs vom Halbleiterbauelement zur 60 Ladungsträger stattfinden, bei Thyristoren oder pm-Flüssigkeit
mit Kerben versehen. Auch diese bekannte Dioden also im Gebiet der beiden äußeren Zonen-Anordnung
weist aber einen hohen Wärmewiderstand übergänge, die in einer Tiefe von etwa 10 bis M) μ
zwischen Wärmequelle und Kühlmittel in Form eines parallel zu den beiden den Hauptstrom fuhrenden
Stopfens auf, in welchem das zu kühlende Halbleiter- Oberflächen liegen. Auf die Oberflachenbereicrie,
element gehaltert ist. 65 durch die diese Verlustwärme strömt, wirkt das Kühl-Weiter
ist es bekannt (deutsche Patentschrift mittel unmittelbar ein, während, jedenfalls bei eietc-913
557), Hochleistungswiderstände u.dgl. dadurch irisch nicht oder schlecht leitenden Kühlmitteln αιβ
wirksam zu kühlen, daß man sie porös ausbildet und elektrischen Anschlüsse mit der Elektrodenscnicnt in
den restlichen Bereichen verbunden sind. Auf diese tür des Halhlciterelenientes 1 der Strom im weseiu- unc
Weise werden die Wärmewiderstände zwischen Halb- liehen auf die Bereiche 6 und 7 beschränkt wird. <jer
leiterkörper und Kühlmittel erheblich vermindert und Die Hauptanschlüsse 12>
13 sind voneinander durch sat
es kann eine ganz beträchtliche Wärmeleistung abge- einen Isolator 14 getrennt. Zur Zündung des Thyri- fl,e|
führt werden. Dadurch kann das Halbleiterelement 5 stors 1 ist eine Steuerelektrode 15 vorgesehen, die ς
nicht nur mit großer Leistung betrieben werden, ohne durch den Isolator 14 nach außen geführt ist. t,el"
daß die zulässige Temperatur übersehritten wird, son- Wenn die Rekombination der Ladungsträger 50 μ grc
dcrn es wird auch das interne Temperaturgcfälle mi- unter den Oberflächen 2, 3 stattfindet, beträgt für eine ^εΓ
nimiert, wodurch sich eine Erhöhung der Lebens- Halbleiterscheibe von etwa 25 mm Durchmesser der : jm
dauer auf Grund der Vermeidung der thermisch- io Wärrnewiderxtand nach außen etwa 0,65 grd/kW. tjnr
mechanischen Beanspruchung ergibt. Eine Elektrodenschicht aus Silbe·- weist bei diesem ' mjt
Die Bereiche, in denen sich die Hauptvcrlustwärmc Maß und 130 μ Dicke einen Wärmewiderstand von ^je;
entwickelt, können durch geeignete geometrische 0,58 grd/kW auf. Der elektrische transversale Wider- ; ner.
Strukturen oder geeignete Dotierungen gezielt fest- stund beträgt etwa 10"·« Q. Wird bei diesen Maßen ^3J
gelegt werden. Die Elektrodenschicht braucht nur so 15 eine Struktur nach F i g. 1 mit Wasser bei 175 C fa\\
dick zu sein, daß sie einen ausreichend geringen trans- gekühlt, so werden von jeder Oberfläche 2, 3 750 W
versalen elektrischen Widerstand aufweist. Dies ist Wärmeleistung abtransportiert. Mit Methylalkohol peJ
für gute Leiter, wie Silber, Kupfer oder Gold schon bei 100 C ergibt sich auf jeder Seite ein Wärmeab- ]
für sehr kleine Dicken, etwa 100 μ, der Fall. transport von 430 W. fluj
Die als Kühlmittel wirkende zu verdampfendeFlüs- ao Aus den Zahlenbcispielen ergibt sich, daß die Tem- Eie
sigkeit legt die Betriebstemperatur durch ihren Ver- pcratur innerhalb des Halbleiterkörpers 1 nur wenige ejgj
dampfungspunkt fest. In den Fällen, in denen die Be- Grad über der Temperatur der gekühlten Oberfläche ^
triebstemperaturen zur Verdampfung von Metallen der Heatpipe liegi.
(z.B. Hg, Cs. Na, K, Si u.dgl.) ausreichen, können In F 1 g. 2 ist ?ine schwerkraftabhängige Anordsolche
als Kühlmittel zur Anwendung kommen. Die as nung dargestellt. Der Halbleiterkörper 1, hier eine
elektrischen Hauptanschlüsse brauchen dann nicht pin-Diode, also eine Diode mit einer p- und einer
mehr zwingend mit den Elektrodenschichten verbun- η-leitenden Außenzone unc! einer hochuhmigen Inden
sein, sondern können in das Kühlmittel eintau- nenzone. ist auf seinen den Hauptstroin führenden
chen. Die Elektrodenschichten werden dann so aus- Oberflächen 2, 3 wiederum mit dünnen, elektrisch und
gebildet, daß sie einen definierten Ohmschen Kontakt 3° thermisch gut leitenden, metallischen Schichten 4, 5,
und eine gute Benetzung mit dem Künlmittel gewähr- beispielsweise aus Kupfer, kontaktiert. Der Halbleileisten.
Sie können auflegierte Metallschichten oder terkörper 1 ist, wie auch der in Fig. 1, kreiszylinhöchstdotierte
Randschichten zwecks Bildung von drisch und rotationssymmetrisch. Die Bereiche, in
degenerierten Übergängen sein. welchen die Schichten 4, 5 mit den elektrischen An-Mögliche
Ausgestaltungen und Weiterbildungen 35 Schlüssen 12,13 verbunden sind, liegen hier übci
der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn- ringförmigen Randzonen 18,19 des Halbleiters, in
zeichnet. welchen dieser schwächer dotiert ist. Auf diese Weise Oie Erfindung wird an Hand von Ausführungsbei- werden die Stromlinien in die Halblciterbcrciche
spielen in den Figuren erläutert. Hierbei zeigt außerhalb der Randzonen 18,19 gedrängt, so daß die
F i g. 1 eine Anordnung, die schwerkraftunabhän- 4° Hauptverlustwärme dicht unterhalb der Elektrodengig
ist. da die verdampfte Kühlflüssigkeit mittels einer Schichtbereiche 6. 7 entsteht. Statt die Randzonen 18.
Kapillarstruktur rezirkuliert wird, und 19 schwächer zu dotieren, können in diesen auch
Fig. 2 eine Anordnung, bei welcher die Rezirku- kompensierend wirkende Dotierungsstoffe entgegenlation
der Kühlflüssigkeit durch die Schwerkraft er- gesetzter Polarität vorgesehen werden,
folgt. 45 Die Bereiche 6, 7 der Elektrodenschichten 4, 5 stein F i g. 1 ist ein Vierschicht-Halbleiterkörper 1 hen in unmittelbarer Verbindung mit der Kühlflüssigdargestellt,
ein Thyristor, welcher an seinen den keit 24, die sich in einem wie dargestellt gestalteten
Hauptstrom führenden Oberflächen 2, 3 mit dünnen. Gefäß befindet und die elektrischen Anschlüsse 12.
elektrisch und thermisch gut leitenden, metallischen 13 über öffnungen 20, 21 durchtreten kann. Die be-Schichten
4, 5, beispielsweise aus Silber, stoffschlüssig 5° schriebene Anordnung befindet sich in einem Behälkontaktiert
ist. Der Halbleiterkörper 1 weist im Quer- ter 22, der oben mit Kühlrippen 23 versehen ist. Die
schnitt ein Fischschwanzprofil, das heißt, an seinem elektrischen Anschlüsse 12,13 sind symbolisch mit
Rand eine Einkerbung, auf. Dadurch entwickelt sich Ableitungen 25, 26 versehen. Das Gefäß 22 wird
die Hauptverlustwärme dicht unter den Oberflächen unten durch eine isolierende Bodenplatte 27 abge-2,
3 im wesentlichen in den Bereichen 6 und 7. Diese 55 schlossen.
Bereiche 6, 7 werden duroh eine in den voneinander Bei elektrischer Belastung des Halbleiterkörpers 1
getrennten Hohlräumen 8, 9 befindliche zu verdamp- wird die Flüssigkeit 24 an den Schichten 4, 5 in den
fende Flüssigkeit gekühlt, die durch Schichten 10,11 Bereichen 6, 7 verdampft. Die Flüssigkeit weist
mit Kapillarstruktur jeweils zu den Bereichen 6, 7 re- zweckmäßigerweise eine geringe Oberflächenspan-
zirkuliert wird. Die Anordnung ist also im wesent- 60 nung gegenüber ihrer Dampfphase auf. Dadurch kön-
lichen schwerkraftunabhängig. nen keine großen zusammenhängenden Blasen die zu
In den nach Abzug der Bereiche 6, 7 verbleibenden kühlenden Oberflächen bedecken und die Geschwin-
Bereichen 16,17 sind die Elektrodenschichten 4. 5 digkcit des Wärmeabtransportes wird weiter verb s
mit uen gleichzeitig als mechanische Halteelemente sert. Zur Vermeidung eines etwaigen Siedever.'v.szes
dienenden Hauptanschlüssen 12,13 durch Lötung 65 sind die Schichten 4. 5 mindestens in ihren Berei-
oder Druckkontaktierung verbunden. Unterhalb die- eher, 6, 7 an der Oberfläche rauh,
ser ringförmigen Bereiche entwickelt sich praktisch Die an den Bereichen 6, 7 gebildeten Dampfbläs-
keine Verlustwarme, da durch die geometrischeStruk- chen perlen durch die öffnungen 20, 21 nach oben
und werden an der Wand des Behälters 22 im Bereich der Kühlrippen 23 wieder kondensiert. Das Kondensat
kann dann wieder in die Flüssigkeit 24 zurückfließen.
Sehr zweckmäßig ist die Anwendung der Erfindung
bei Thyristoren mit Emitterkurzschliissen (vgl. z. B. Brown Boveri Mitteilungen 53 [1966] S. 616). Bei
derartigen Thyristoren wird die Hauptver!ustwärme im Bereich der Emitterzonen gebildet, und es wird
dann die Elektrodenschicht in diesen Bereichen unmittelbar mit dem Kühlmittel beaufschlagt. Die verbleibenden
Bereiche der Elektrodenschicht, unter denen also eine innere Zone an die Oberfläche tritt, sind
dann für die elektrischen Anschlüsse und gegebenenfalls mechanische Halteelemente vorgesehen.
Zur Vermeidung eines Siedeverzuges können auch Feststoffe in der Kühlnüsigkeit suspendiert sein.
Im in F i g. 2 dargestellten Fall muß die Kühlflüssigkeit ein elektrischer Isolator sein, damit die
Elektroden 12,13 nicht kurzgeschlossen werden. Geeignet
sind beispielsweise fluorierte organische Verbindungen. In der Flüssigkeit können dann auch wei
tere zu kühlende Elemente untergebracht werden, beispielsweise weitere Dioden oder Thyristoren, die
mit dem dargestellten Element 1 verschaltet sind, oder Trigger-Elemente.
In der in F i g. 1 dargestellten Anordnung künneii
die verwendeten Kühlflüssigkeit.^ elektrisch leitend sein, beispielsweise Wasser, Ammoniak oder Alkohole,
oder, wie oben geschildert, bei der Betriebstemperatur verdampfende Metalle.
to Die Wärmeleistungsabfuhr wird weiter verbessert,
wenn thermisch dissoziierbare Kühlflüssigkeiten verwendet werden. Beispielsweise besteht in dem System
HjO/NH, eine starke Bindung zwischen den Komponenten,
die nur unter hohem Wärmeverbrauch aufbrechbar ist.
Statt chemischer Verbindungen können auch Flüssigkeitsgemische, insbesondere azeotrope, für die
Kühlnüssigkeit verwendet werden. Wie aus der Heatpipe-Technik bekannt, können inerte Gase in den die
ao Kühlflüssigkeit enthaltenden Räumen die Temperatur der zu kühlenden Oberfläche für einen breiten Wertebereich
von Wärmeströmen stabilisieren.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
309 61.8/327
Claims (19)
1. Leistungs-Haibleiterbauelement-Anordnung
mit einer Flüssigkeitsverdampfungskühiung. bei.
der die den Hauptstrom führenden Oberflächen des Halbleiterkörpers jeweils mit einer dünnen,
elektrisch nd thermisch gut leitenden Elektrodenschicht versehen sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektrodenschichtbereiche (6, 7), unter denen sich in dem Halbleiterkörper
(1) während des Stromflusses die Hauptverlustwärme entwickelt, unmittelbar in das zu verdampfende,
flüssige Kühlmittel angrenzen und daß die elektrischen Hauptanschlüsse (12, 13) mit
den Elektrodenschichten (4, S) in denjenigen Bereichen (16, i7) in Kontakt stehen, unter weichen
sich während des Stromflusses nicht die Hauptverlustwärme entwickelt.
2. Leistungs-Halbleiterbauelement-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektrodenschichtbereiche (6, 7), unter denen sich während des Stromflusses, die Hauptverlustwärme
entwickelt, durch eine geeignete geometrische Struktur des Halbleiterkörpers (1) festgelegt
sind.
3. Leistungs-Halbleiterbauelement-Anordnung
nach Ansprucn 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenschichtbereichc (6, 7), unter welchen
sich während des Stiomflusses die Hauptverlustwärme entwickelt, durch geeignete Dotierungsmaßnahmen
(18, 19) im Halbleiterkörper (1) festgelegt sind.
4. Leistungs-Halbleiteibauelement-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dicken der Elektrodenschichten (4, 5) nur so groß sind, wie zur Erzielung eines ausreichend
geringen transversalen elektrischen Widerstandes nötig ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenschichten (4, 5)
aus Silber, Kupfer oder Gold bestehen und eine Dicke der Größenordnung 100 μ aufweisen.
6. Leistungs-Halbleiterbaueiement-Anordnung
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel eine elektrisch leitende Flüssigkeit
vorgesehen ist und die elektrischen Hauptanschlüsse mit den Elektrodenschichten gegebenenfalls
nur über dieses Kühlmittel in elektrischem Kontakt stehen.
7. Leistungs-Halbleiterbauelement-Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
als Kühlmittel flüssige Metalle Verwendung finden, die bei der Betriebstemperatur des Halbleiterbauelements
verdampfen.
8. Leistunj's-Halbleiterbauelement-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die verdampfte Flüssigkeit durch eine Schicht (10, 11) mit Kapillarstruktur zu den zu kühlenden
Elektrodenschichtbereichen (6, 7) des Halbleiterkörpers (1) zurückgeführt wird.
9. Leistungs-HalWeiterbauelement-Anordnung
nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (1) an seinem Rand eine
oder mehrere Einkerbungen aufweist, und die gleichzeitig als mechanische Halteelemente dienenden
elektrischen Hauptanschlüsse (12,13) mit ücr Elektrodenschicht (4, 5) nur in den Bereichen
(16. 17) verbunden sinü, die über den Einkerbungen liegen.
10. Leistungs-Halbleiterbauelement-Anordnung
nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, d:*.ß die dt"n Hauptstrom führenden Oberflächen des
Halbleiterkörpers (1) in den für die elektrischen Hauptanschlüsse (12,13) vorgesehenen Bereichen
(18, 19) schwächer oder invers dotiert sind.
11. Leistungs-Halbleiterbauelement-Anordnunn
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da<5 die Elektrodenschichten (4, 5) zur ErleidUeruru
der Dampfblasenbildung in den zu kühlenden Bereichen (6, 7) eine rauhe Oberfläche aufweisen.
12. Leistungs-Halbleiterbauelement-Anordnui);
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d::l
in der zu verdampfenden Flüssigkeit zwecks erleichterter Bildung von Dampfblasen FeststoiV
suspendiert sind.
13. Leistungs-Halbleiterbauelement-Anordnt:·:
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. d;u
die zu verdampfende Flüssigkeit ein elektrisch..: Isolator ist.
14. Leistung?- Halbleiterbauelement-Anordmü _
nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, d ;
zur Kühlung an Stelle der zu verdampfenden FIi; sigkeit eine bei der Betriebstemperatur des HaK
leiterbauelements dissoziierbare Flüssigkeit Vc. wendung findet.
15. Leistungs-Halbleiterbauelement-Anordnu!'
nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, <.'.-...
als dissoziierbare Flüssigkeit eine wäßrige Amm niaklösung zur Anwendung kommt.
16. Leistungs-Halbleiterbauelement-Ancrdnuinach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da die zu verdampfende Flüssigkeit gegenüber ihr...
Dampfphase eine geringe Oberflächenspannur hat.
17 Leistungs-Halbleiterbauelement-Anordnui■■·..
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d;r die zu verdampfende Flüssigkeit eine azeotrop.
Mischung ist.
IS. Leistungs-Halbleiterbauelement-Anordnung
nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, drivin dem die zu verdampfende Flüssigkeit entha!
tenden Raum zwecks Stabilisierung der Temperatur ein inertes Gas vorgesehen ist.
19. Leistungs-Halbleiterbauelement-Anordnung
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daü das zu kühlende Halbleiterbauelement ein Thyristor
mit Emitterkurzschlüssen ist und die Hauptanschlüsse in den Bereichen mit der Elektrodenschicht
verbunden sind, wo die innere Zone an die Oberfläche tritt, während die Bereiche der
Elektrodenschicht, unter denen die Emitterzonen liegen, unmittelbar mit dem zu verdampfenden
Kühlmittel beaufschlagt werden.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH1618570A CH524246A (de) | 1970-11-02 | 1970-11-02 | Leistungs-Halbleiterbauelement |
CH1618570 | 1970-11-02 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2056805A1 DE2056805A1 (de) | 1972-05-31 |
DE2056805B2 DE2056805B2 (de) | 1972-10-19 |
DE2056805C true DE2056805C (de) | 1973-05-03 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102013207804B4 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Leistungsmoduls mit mittels Lichtbogenschweissen direkt verbundenen, wärmeleitenden Strukturen | |
DE2647758C3 (de) | Kühlungsmodul für elektrische Bauteile | |
DE2823296A1 (de) | Kuehleinrichtung fuer ein elektronisches bauteil hoher verlustleistungsdichte | |
DE1764951B1 (de) | Mehrschichtige metallisierung fuer halbleiteranschluesse | |
DE3910470C2 (de) | Leistungshalbleiter-Schaltervorrichtung mit in den beteiligten Chips verringerter Wärmebelastung, insb. Wärmespannung | |
EP3823018A1 (de) | Elektronikmodul mit einer pulsierenden heatpipe | |
DE10262345B4 (de) | Halbleiterbauelement mit einer Siliziumcarbidschicht mit vorbestimmtem Leitfähigkeitstyp | |
DE102016203581A1 (de) | Halbleitervorrichtung und verfahren zum herstellen einer halbleitervorrichtung | |
EP3577662B1 (de) | Ptc-heizer mit verringertem einschaltstrom | |
DE102015105638A1 (de) | Halbleitervorrichtung mit elektrostatischer Entladungsschutzstruktur | |
DE1962003A1 (de) | Halbleiteranordnung mit Waermeableitung | |
DE112014001491T5 (de) | Halbleitermodul | |
DE102014105790B4 (de) | Halbleitervorrichtung mit elektrostatischer Entladungsschutzstruktur | |
DE1946302A1 (de) | Integrierte Halbleiterschaltung | |
DE102006031539A1 (de) | Integrierter Halbleiterchip mit lateraler Wärmedämmung | |
DE1564534B2 (de) | Transistor | |
DE2056805C (de) | Leistungs-Halbleiterbauelement-Anordnung | |
DE102019120017B4 (de) | Leistungs-halbleitervorrichtung | |
DE102014109489A1 (de) | Elektrisch leitendes element, halbleitervorrichtung mit dem elektrisch leitenden element und verfahren zum herstellen einer wärmesenke | |
DE2015518A1 (de) | Kühlvorrichtung für wärmeerzeugende Einrichtungen | |
DE2056805B2 (de) | Leistungs-halbleiterbauelement-anordnung | |
DE1952221A1 (de) | MIS-Feldeffekttransistor | |
DE102018222748A1 (de) | Kühlvorrichtung | |
DE2846698A1 (de) | Festkoerper-strombegrenzer | |
DE7042688U (de) | Leistungs Halbleiterbauelement An Ordnung |