DE3436545A1

DE3436545A1 - Kuehlkoerper fuer die fluessigkeitskuehlung eines leistungshalbleiterbauelementes

Info

Publication number: DE3436545A1
Application number: DE19843436545
Authority: DE
Inventors: Manfred 6719 Ebertsheim Zengerle
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1984-10-05
Filing date: 1984-10-05
Publication date: 1986-04-10

Description

Kühlkörper für die Flüssigkeitskühlg eines Leistungs-
halbleiterbauelementes Die Erfindung bezieht sich auf den Kühlkörper für die Flüssigkeitskühlung insbesondere direkte eines Leistungshalbleiterbauelementes, welcher mit Nuten für die Kühlflüssigkeit versehen ist.
Leistungshalbleiterelemente werden meist mit Kühlkörpern zur Abführung der Verlustleistung versehen, da die Oberfläche des Leistungshalbleiterbauelementes hierzu nicht ausreicht. Die Kühlkörper werden mit Stegen zur tergrößerung der Oberfläche versehen bzw. der Kühlkörper wird mit Nuten versehen, so daß die stehenbleibenden Stege eine ausreichend große Oberfläche zum Abführen der Verlustleistung bilden. Ein derartiger Kühlkörper ist z. B.
aus der US-PS 35 73 574 bekannt.
Bei den bekannten flüssikeitsgekühlten Kühlkörpern ist das Verhältnis zwischen Wärmeleitung und Gewicht des Kühlkörpers nicht zufriedenstellend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue konstruktive Gestaltung des Kühlkörpers zu finden, der ein ausreichendes Verhältnis zwischen Wärmeleitung und Kühlkörpern sicherstellt und außerdem die Forderung nach einer elektrischen Kontaktierungsmöglichkeit bei entsprechender Druckfestigkeit erfüllt. Auch darf dem bei der Siedekühlungsart entstehenden Gas (Wärmetransport) möglichst kein Widerstand entgegengesetzt werden.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß der Kühlkörper derart angeordnet ist, daß die Nuten und Stege dem Halbleiterelement zugewandt sind, das Halbleiterelement tragen und über die Stege elektrische und thermische Kontakte zwischen Kühlkörper und Halbleiterelement hergestellt werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung soll der Querschnitt der Nuten in Strömungsrichtung gesehen größer werden. Die Vergrößerung kann stetig linear oder nach einer Funktion erfolgen, die der entstehenden Wärme entlang des Halbleiterelementes angepaßt ist.
Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung: Fig. 1 bis 3 eine Ausführungsform mit gleichbleibendem Querschnitt der Nuten; Fig 4 bis 6 eine andere Ausführungsform mit in Strömungsrichtung sich vergrößerndem Querschnitt der Nuten Fig. 7 den Querschnitt einer Nut mit vergrößerter Oberfläche.
In den Figuren 1 bis 3 ist das Leistungshalbleiterbauelement 1 nur angedeutet dargestellt. Ober- und unterhalb des Leistungshalbleiterelementes 1 ist je ein Kühlkörper 2 und 3 angeordnet, die hier in geringem Abstand von dem Leistungshalbleiterelement 1 dargestellt sind.
In Wirklichkeit berühren die Kühlkörper 2 und 3 mit ih ren Stegen 4 das Leistungshalbleiterelement 1 derart, daß ein elektrischer und thermischer Kontakt zwischen den Kühlkörpern 2 und 3 und dem Leistungshalbleiterelement 1 hergestellt ist. Zwischen den Stegen 4 befinden sich die Nuten 5, durch die die nicht dargestellte Kühlflüssigkeit (z. B. Siedeflüssigkeit) strömen kann.
Das Leistungshalbleiterelement 1 kann mittels eines Stiftes oder dergleichen, der in die Bohrung 9 eingesetzt ist, an dem Kühlkörper befestigt werden Die elektrische Zuleitung wird an der Lasche 6 mit einer Schraube, sie sich in der Bohrung 7 befindet festgeschraubt.
Durch den Mittensteg 8 ist der Kühlkörper zusammgehalten und gleichzeitig die Kühlmittelströmung an der Oberseite von der an der Unterseite getrennt.
Die Figur 3 stellt eine Aufsicht von oben auf den Kühlkörper dar, während Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie Il-Il in Figur 3 zeigt und Figur 1 eine Ansicht in Richtung I-I gemäß Figur 2.
Die Figuren 4 bis 6 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung mit sich in Strömungsrichtung vergrößernden Nutenquerschnitt. Die Figur 6 zeigt eine Ansicht von oben gemäß den Pfeilen VI-VI in Figur 4 und Figur 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V der Figur 4 bzw. Figur 5. Die Figur 4 zeigt eine Ansicht entsprechend den Pfeilen IV-IV in Figur 5.
Auch in den Figuren 4 bis 6 ist das Leistungshalbleiterbauelement 11 nur angedeutet. Ober- und unterhalb sind je ein Kühlkörper 12 und 13 dargestellt, die in Wirklichkeit mit ihren Stegen 14 das Leistungshalbleiterele ment 11 so berühren, daß ein elektrischer und thermischer Kontakt zwischen den Kühlkörpern und dem Leistungshalbleiterelement hergestellt wird. Zwischen den Stegen 14 befinden sich die Nuten 15, deren Höhe h in Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit, angedeutet durch den Pfeil 20, zunimmt. Mit zunehmender Höhe h nimmt auch der Gesamtquerschnitt der Nut 15 in Strömungsrichtung 20 zu. Ebenfalls wie bei den Figuren 1 bis 3 kann auch hier das Leistungshalbleiterelement 11 mittels eines Stiftes in der Bohrung 19 zentriert werden. Die elektrische Zuleitung wird über eine in die Bohrung 17 eingeschraubten Schraube an dem Kühlkörper befestigt.
Durch den Mittensteg 18, der in diesem Fall eine veränderliche Dicke besitzt, wird der Kühlkörper zusammengehalten und gleichzeitig die Strömung der Kühlflüssigkeit an der Oberseite von der an der Unterseite getrennt.
Figur 7 zeigt einen Ausschnitt gemäß VII in Figur 1 bzw.
Figur 4. Die Stege sind hier gerippt ausgebildet, so daß deren Oberfläche vergrößert wird. Es sei darauf hingewiesen, daß die Flüssigkeit in das Bild hineinströmt, so daß an den Rippen keine Wirbelbildung auftritt. Gewünschte Wirbelbildung bei bestimmten Kühlmedien kann durch Quernuten und deren besondere Ausbildung hergestellt werden.
Die Zunahme der Nutenhöhe h in Strömungsrichtung 20 kann linear oder nach einer anderen Funktion, die der Wärmedichte entlang des Halbleiterelementes angepaßt ist, erfolgen.
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Claims

Ansprüch# Kühlkörper für die Flüssigkeitskühlung eines Leistungshalbleiterbauelementes, welches mit Nuten für die Kühlflüssigkeit versehen ist, dadurch gekeCnzeichnet, daß die Nuten (5, 15) und Stege (4, 14) dem Halbleiterelement (1, 11) zugewandt sind, das Haibleiterelement tragen und über die Stege elektrische und thermische Kontakte zwischen Kühlkörper (2, 3; lr, 13) und dem Halbleiterelement hergestellt werden.
2. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadUrch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Nuten (5,15) in Strömungsrichtung t20) größer werden.
3. Kühlkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (h) der Nuten (15) in Strömungsrichtung (20) größer werden.
4. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme des Querschnittes linear in Strömungsrichtung zunimmt.
5. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Nat in Strömungsrichtung der Wärmestromdichte des Halbleiterkörpers angepaßt ist.
6. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper aus gut wärmeleitendem Material besteht.
7. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten mit in Strömungsrichtung verlaufenden Rippen versehen ist.