-
Hintergrund der Erfindung
-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Kühlkörper und
das dazugehörige Herstellungsverfahren,
das durch ein keramisches Substrat mit einer Halbleitervorrichtung
verbunden ist und ein Kühlmittel
abgibt, nachdem dieses die von der Halbleitervorrichtung ausgestrahlte
Wärme absorbiert
hat.
-
Beschreibung
des Stands der Technik
-
Die
DE 198 31 282 A1 offenbart
ein Halbleiter-Kühlkörpersystem
und ein Verfahren zur Produktion des Kühlkörpers. Der Kühlkörper umfasst
einen Körper
mit einer Vielzahl an parallelen Kühlkanälen, Ableitkanälen, eine
Armatur mit einem Einlass und einem Auslass und in Abhängigkeit
von der Ausführungsform
eine Ableitarmatur an einer Flächenseite oder
Steckern an beiden Flächenseiten.
-
In
der
EP 0 798 954 A1 wird
ein einen integrierten Flüssigkeitsgekühlten Kühlkörper umfassendes
Gehäuse
für eine
Halbleitervorrichtung offenbart. Der Kühlkörper ist mittels Kanälen innerhalb
einer Platte ausgebildet, wobei die Kanäle durch eine Abdeckung bedeckt
und Akkordeon-ähnliche
Elemente in die Kanäle
eingeführt
sind.
-
Die
DE 44 21 025 A1 beschreibt
einen Kühlkörper für elektrische
Elemente, der durch eine Flüssigkeit
oder Gas gekühlt
wird. Der Kühlkörper umfasst
einen Einlass und einen Auslass für das Kühlmittel, ein Gehäuse, welches
an beiden Enden von Platten, die durch Verlöten abgedichtet sind, bedeckt wird,
und einer Vielzahl von Trennwänden
ausbildenden Kanälen,
in denen Verwirbelungs-Drähte,
die eine Wirbelströmung
des Kühlmittels
innerhalb des Kanals erzeugen, eingeführt sind.
-
Wie
in den 5 und 6 gezeigt wird, stellt ein flüssigkeitsgekühlter Kühlkörper I das
konventionelle Beispiel dieses Typs von Kühlkörper dar, in dem eine aus einem
verformbaren Material wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung
bestehende Flachstange auf eine vorgeschriebene Länge gekürzt und
ein Flachblock 2 mittels Fräsen hergestellt wird, wodurch
eine sich schlängelnde
Nut 2a ausgebildet und eine Abdeckung 3 durch
Schneiden einer aus einem verformbaren Material wie Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung bestehenden Stange auf eine vorbestimmte Länge hergestellt
wird, wobei diese Abdeckung 3 über dem oberen Flachblock 2 platziert
wird, um dadurch den Durchgang 4, in dem das Kühlmittel
durch die Nuten 2a hindurch tritt, auszubilden.
-
Der
oben genannte flüssigkeitsgekühlte Kühlkörper 1 weist
eine extrem große
Anzahl an die Produktionskosten erhöhenden Bearbeitungsschritten
auf.
-
Um
dieses Problem zu lösen,
sieht die vorliegende Erfindung einen flüssigkeitsgekühlten Kühlkörper vor,
in dem der oben erwähnte
Flachblock und die Abdeckung aus Aluminium-Druckguss ausgebildet
sind.
-
Da
die Nuten und so weiter mit hoher Präzision durch Guss-Extraktion ausgebildet
werden können,
kann die Anzahl der Be arbeitungsschritte bei diesem Kühlkörper beträchtlich
reduziert werden können.
-
Im
Gegensatz zu der thermischen Leitfähigkeit eines verformbaren
Materials, welches aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung,
die zwischen 180 bis 230 W/m°C
liegt, beträgt
die thermische Leitfähigkeit
des Aluminiummaterials zum Druckgießen (ADC 12) in der oben erwähnten flüssigkeitsgekühltem Kühlkörper jedoch
bei 50 % des oben erwähnten Materials
bei 92 W/m°C,
wodurch das Problem einer minderwertigeren Wärmeabstrahlung entsteht.
-
Wenn
ein Kühlkörper mittels
Druckgießens von
Aluminium produziert wird, verursachen außerdem die Verfestigung und
Schrumpfung Risse sowie Aussparungen in Abhängigkeit von der Form des Kühlkörpers, wodurch
ein Kühlmittelverlust
riskiert wird.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die
Aspekte der Erfindung werden in den Ansprüchen 1 und 3 definiert. Die
abhängigen
Ansprüche
sind auf optionale und bevorzugte Merkmale gerichtet.
-
Ein
erstes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen flüssigkeitsgekühlten Kühlkörper und
ein Herstellungsverfahren für
denselben vorzusehen, welches in der Lage ist, eine hohe thermische
Leitfähigkeit
zu erzielen, genau so wie eine zufriedenstellende Pressbarkeit und
eine Korrosionsbeständigkeit mittels
Verwendung eines verformbaren Materials, das aus Aluminium oder
einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, und das außerdem auch
in der Lage ist, einen Verlust an Kühlmittel durch ein Auftreten von
Rissen usw. zu vermeiden.
-
Ein
zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen flüssigkeitsgekühlten Kühlkörper und
ein Herstellungsverfahren für
denselben zur Verfügung zu
stellen, welcher in der Lage ist, als Ergebnis aus der Erhöhung des
Kontaktflächenbereichs
mit dem sich durch den Durchgang schlängelnden Kühlmittel oder einem Zulassen
eines schnellen Wärmetransfers
von den oberen und unteren Wänden
des Gehäuses
an die Lamellen, die Effizienz der Wärmeabstrahlung des Kühlkörpers durch
eine Erhöhung
der Menge der von dem Gehäuse
und den Lamellen absorbierten Wärme
mittels eines durch einen Durchgang hindurch tretenden Kühlmittels
zu verbessern.
-
Ein
drittes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen flüssigkeitsgekühlten Kühlkörper und
ein Herstellungsverfahren für
denselben vorzusehen, das in der Lage ist, das Ansteigen der Produktionskosten
zu vermeiden, indem es mittels Extrusionsformen der Durchgangslöcher, oder
durch eine einheitliche Ausformung der Lamellen und Abdeckungen mit
dem Gehäuse
in einem einzigen Schritt die Anzahl an Bearbeitungstufen reduziert.
-
Wie
in 1 gezeigt wird, stellt die in Anspruch 1 beanspruchte
Erfindung eine Verbesserung eines einen Durchgang 23 aufweisenden
flüssigkeitsgekühlten Kühlkörpers dar,
in dem die Kühlflüssigkeit
hindurch fließen
kann und der mit einem keramischen Material verbunden ist.
-
Sein
charakteristischer Aufbau umfasst: ein Gehäuse 12, dessen beide
Enden offen sind und in dem eine Vielzahl an Durchgangslöchern 12a,
die sich von einem Ende zu dem anderen Ende erstrecken, durch eine
Vielzahl an Trennwänden 13–15 ausgebildet
wird, Aussparungen 16, die in einem oder beiden Enden der
Vielzahl von Trennwänden 13–15 ausgebildet
sind, eine gewellte Lamelle 17, die in jedes der Vielzahl
von Durchgangslöchern 12a eingeführt ist,
und die jedes der Durchgangslöcher
in eine Vielzahl von Schlitzen 12b abgrenzt, die sich von
einem Ende zum anderen Ende des Gehäuses 12 erstrecken,
einem Paar von Abdeckungen 18 und 19, die beide
Enden des Gehäuses
verschließen
und einem Einlass 18a und einem Auslass 18b für die Flüssigkeit,
die in dem Gehäuse 12 oder
den Abdeckungen 18 und 19 ausgebildet sind; wobei
der Durchgang 23 durch die Wirkverbindung der Aussparungen 16 und
der Schlitze 12b ausgebildet ist und der Einlass 18a und
der Auslass 18b derart zusammengesetzt sind, dass sie an
beiden Enden des Durchgangs 23 positioniert sind.
-
Da
die Lamelle 17 in jedes der Durchgangslöcher 12a eingeführt ist,
vergrößert sich
in diesem flüssigkeitsgekühlten Kühlkörper gemäß Anspruch
1 der Kontaktflächenbereich
zwischen dem Kühlkörper 11 und
der Kühlflüssigkeit,
wodurch eine Verbesserung der Effizienz der Wärmeabstrahlung des Kühlkörpers 11 ermöglicht wird.
-
Die
Erfindung gemäß Anspruch
2 stellt die Erfindung wie in 1 beansprucht dar, wobei, wie in 1 zu
sehen ist, die Aussparungen 16 aus ersten Aussparungen 16a,
die in einem Ende von jeder der Vielzahl an Trennwänden 13–15 und
aus einer zweiten Aussparung 16b, die an dem anderen Ende
der Trennwand 14 ausgebildet ist, in der die ersten Aussparungen 16a nicht
ausgebildet sind, zusammengesetzt ist und der Durchgang 23 derart
zusammengesetzt ist, dass er sich durch Kontakt mit den Aussparungen 16a,
der zweiten Aussparung 16b und den Schlitzen 12b schlängelt.
-
Da
sich der Durchgang 23 schlängelt, erhöht sich in diesem flüssigkeitsgekühlten Kühlkörper gemäß Anspruch
2 die Menge der von dem Gehäuse 12 und
der Lamelle 17 absorbierten Wärme durch das durch den Durchgang 23 hindurch
tretende Kühlmittel,
wodurch eine Verbesserung der Effizienz der Wärmeabstrahlung des Kühlkörpers 11 ermöglicht wird.
-
Die
in Anspruch 3 beanspruchte Erfindung stellt, wie in den 1 und 3 gezeigt,
ein Herstellungsverfahren für
einen flüssigkeitsgekühlten Kühlkörper dar,
umfassend: einen Schritt, in dem ein Gehäuse 12, dessen beide
Enden offen sind, und in das eine Vielzahl von Durchgangslöchern 12a,
die sich von einem Ende zum anderen Ende erstrecken, durch eine
Vielzahl von Trennwänden 13–15 ausgebildet
sind, durch Extrusionsformen eines aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung
bestehenden verformbaren Materials hergestellt ist, einen Schritt, bei
dem Aussparungen 16 durch Einfräsen eines oder beider Enden
der Vielzahl von Trennwänden 13–15 ausgebildet
sind, einen Schritt, in dem jedes der Durchgangslöcher 12a in
eine Vielzahl von Schlitzen 12b, die sich von einem Ende
zum anderen Ende des Gehäuses 12 erstrecken,
durch Einführen
einer gewellten Lamelle 17 in jedes der Vielzahl von Durchgangslöchern 12a abgegrenzt
ist, sowie einem Schritt, bei dem ein Durchgang 23, der
aus den Aussparungen 16 und den Schlitzen 12b durch
Verschließen
von beiden Enden des Gehäuses 12 mit
einem Paar von Abdeckungen 18 und 19 zusammengesetzt
ist, verschlossen wird.
-
Da
der Kühlkörper 11 durch
Verwendung eines verformbaren Materials wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung
bei diesem Herstellungsverfahren eines flüssigkeitsgekühlten Kühlkörpers gemäß Anspruch
3 ausgebildet ist, kann ein Kühlkörper 11 mit
einer hohen thermischen Leitfähigkeit
sowie einer zufrieden stellenden Pressbarkeit und Korrosionsbeständigkeit
erzielt werden. Da die als Durchgang 23 dienenden Durchgangslöcher 12a mittels
Extrusionsformen ausgebildet werden können, kann außerdem im
Vergleich zu den Kühlkörpern gemäß dem Stand der
Technik die Anzahl der Bearbeitungsstufen reduziert und somit erhöhte Produktionskosten
vermieden werden.
-
Wie
in den 1 und 3 gezeigt, stellt die in Anspruch
4 beanspruchte Erfindung die gleiche Erfindung wie die in Anspruch
3 beanspruchte dar, wobei die Aussparungen 16 aus erste
Aussparungen 16a zusammen gesetzt sind, die durch Einfräsen eines
Endes jeder anderen Vielzahl von Trennwänden 13–15,
sowie einer zweiten Aussparung 16b, die durch Einfräsen des
anderen Endes der Trennwand 14, in der die ersten Aussparungen 16a nicht
ausgebildet sind, ausgeformt werden, und eines Durchgangs 23,
der sich durch Kontakt mit den ersten Aussparungen 16a,
der zweiten Aussparung 16b und den Schlitzen 12b schlängelt, durch
Verschließen beider
Enden des Gehäuses 12 mit
Abdeckungen 18, 19 ausgebildet ist.
-
Bei
dem Herstellungsverfahren eines flüssigkeitsgekühlten Kühlkörpers gemäß Anspruch
4 kann der Kühlkörper 11 des
obigen Anspruchs 2 mittels eines sich schlängelnden Durchgangs 23 mit
nur leicht erhöhten
Produktionskosten hergestellt werden.
-
Die
in Anspruch 5 beanspruchte Erfindung stellt, wie in den 1 bis 3 gezeigt,
die gleiche Erfindung dar, wie in den Ansprüchen 3 und 4 beansprucht, wobei
nach dem Ausbilden der Lamellen 17 und der Abdeckungen 18 und 19 aus
einem Lötblech, in
dem ein Lötmaterial
aus einer 4000er Serien Al-Si-Legierung durch Umhüllen auf
der Oberfläche eines
aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung erzeugten verformbaren
Materials beschichtet ist, und dem Zusammensetzen der Lamellen 17 und
der Abdeckungen 18 und 19 mit dem Lötmaterial
der 4000er Serien Al-Si-Legierung an dem Gehäuse 12 durch Halten über 0,1
bis 1 Stunde bei 570 bis 620°C in
Vakuum oder einer Inertgas-Atmosphäre angelötet werden.
-
Da
es möglich
ist, die Lamellen 17 und die Abdeckungen 18 und 19 in
einem einzelnen Schritt mit dem Gehäuse 12 zu verbinden,
können
in diesem Herstellungsverfahren für einen flüssigkeits gekühlten Kühlkörper gemäß Anspruch
5 die Produktionskosten für
einen Kühlkörper 11 niedrig
gehalten werden.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist
eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A der 2 genommen
ist, die einen flüssigkeitsgekühlten Kühlkörper einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
2 ist
eine entlang der Linie B-B in 1 genommene
Querschnittsansicht.
-
3 ist
eine Ablaufzeichung, welche das Produktionsverfahren des Kühlköpers zeigt.
-
4 ist
eine mit 1 übereinstimmende Querschnittsansicht,
die einen flüssigkeitsgekühlten Kühlkörper gemäß einer
zweiten Ausführungsform zeigt.
-
5 ist
eine entlang der Linie C-C i 6 genommene
Querschnittsansicht, die einen flüssigkeitsgekühlten Kühlkörper des
Stands der Technik zeigt.
-
6 ist
eine entlang der Linie D-D in 5 genommene
Querschnittsansicht.
-
Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
-
Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
Wie
in den 1 und 2 gezeigt, ist der flüssigkeitsgekühlte Kühlkörper 11 mit
einem flachen Gehäuse 12 versehen,
dessen beide Enden offen sind und in dem eine Vielzahl an Durchgangslöchern 12a,
die sich von einem Ende zu dem anderen Ende erstrecken, von einer
Vielzahl an Trennwänden 13–15 ausgebildet
werden, sowie Aussparungen 16, die in beiden Enden oder
einem Ende der Vielzahl von Trennwänden 13–15 ausgebildet
sind. Die Vielzahl an Trennwänden 13–15 besteht
in dieser Ausführungsform
aus drei Trennwänden,
wobei durch diese drei Trennwände 13–15 vier
die gleiche Form aufweisende Durchgangslöcher 12a ausgebildet werden.
Des Weiteren ist die Anzahl der Trennwände nicht auf drei beschränkt, sondern
kann auch 1, 2 oder 4 betragen. Außerdem bestehen die Aussparungen 16 aus
ersten Aussparungen 16a, die jeweils in einem Ende einer
jeden Vielzahl von Trennwänden 13–15 ausgebildet
werden, und einer zweiten Aussparung 16b, die in dem anderen
Ende der Trennwand 14 ausgebildet ist, in der die ersten
Aussparungen 16a nicht ausgeformt sind. In dieser Ausführungsform
sind die ersten Aussparungen 16a jeweils an einem Ende
der zwei Trennwände 13 und 15 an beiden
Seiten ausgeformt, während
die zweite Aussparung 16b an dem anderen Ende der zentralen Trennwand 14 ausgebildet
ist.
-
Es
sind jeweils gewellte Lamellen 17 in jedes Durchgangsloch 12a eingeführt. Diese
Lamellen 17 sind deshalb in jedes der Durchgangslöcher 12a eingeführt, um
jedes Durchgangsloch 12a in eine Vielzahl von Schlitzen 12b abgrenzt,
die sich von einem zum anderen Ende des Gehäuses erstrecken.
-
Die
oberen und die unteren Enden der Lamellen 17 kleben nämlich an
der oberen Wand 12c und der unteren Wand 12d des
Gehäuses 12,
und die horizontalen Querschnitte der Schlitze 12b sind
so ausgebildet, dass sie in etwa trapezförmig sind. Die Längen der
Lamellen 17 sind des Weiteren derart ausgeformt, dass sie
der Länge
aus dem Subtrahieren der Tiefen der ersten und zweiten Aussparungen 16a und 16b von
der absoluten Länge
des Gehäuses 12 entsprechen.
Beide offenen Enden des Gehäuses 12 werden
von einem Paar von Abdeckungen 18 und 19 verschlossen.
Ein Paar von Vertiefungen 12e und 12f ist jeweils
in beiden Enden des Gehäuses 12 ausgebildet
und weist eine dem Paar von Abdeckungen 18 und 19 entsprechende
Form auf, wobei die Tiefen der Vertiefungen 12e und 12f derart
ausgeformt sind, dass sie in etwa der Dicke der Abdeckungen 18 und 19 entsprechen.
Beide Enden des Gehäuses 12 werden
durch die jeweilige Einführung
der Abdeckungen 18 und 19 in die Vertiefungen 12e und 12f verschlossen.
-
Der
Kühlmitteleinlass 18a und
der Auslass 18b sind jeweils in beiden Enden der Abdeckung 18 ausgebildet.
Der Einlass 18a ist derart ausgeformt, dass er dem Durchgangsloch 12a an
dem linken Ende gegenüber
steht, während
der Einlass 18b derart ausgebildet ist, dass er dem Durchgangsloch 12a an
dem rechten Ende gegenüber
steht. Die Fassungen 21 und 22 weisen außerdem Buchsengewinde 21a und 21b auf,
die jeweils von dem Einlass 18a und dem Auslass 18b hervorragen.
Der Schlängeldurchgang 23 wird
außerdem
durch einen Kontakt mit dem ersten Aussparungen 16a und
der zweiten Aussparung 16b sowie den Schlitzen 12b innerhalb der
Durchgangslöcher 12a als
Ergebnis des Verschließens
der beiden Enden des Gehäuses 12 mit den
Abdeckungen 18 und 19 ausgeformt. Das Kühlmittel,
welches durch den Einlass 18a eingetreten ist, fließt nämlich durch
Schlängeln
durch den Durchgang 23 – wie von den gestrichelten
Linien mit Pfeilspitze in 1 gezeigt
wird – und
wird dann durch den Auslass 18b abgelassen. Des Weiteren
enthält das
obige Kühlmittel
Wasser, Alkohol wie beispielsweise Ethylen-Glykol und organische
Lösungsmittel wie
beispielsweise auf Kohlenwasserstoff basierende Lösungsmittel.
-
Im
Folgenden wird eine Erläuterung
für ein Herstellungsverfahren
eines flüssigkeitsgekühlten Kühlkörpers, der
unter Bezug nahme auf die 1 bis 3 auf diese
Weise zusammengesetzt ist, angegeben.
-
Zu
Beginn wird das Gehäuse,
dessen beide Enden offen sind, mittels Extrusionsformen eines verformbaren
Materials, das aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung (3(a)) hergestellt ist, erzeugt. Das Gehäuse 12 wird
aus einem verformbaren Material wie einer Serie 1000er Aluminium,
einer Serie 3000-er Al-Mn-Legierung oder einer Serie 6000er Al-Mg-Si-Legierung ausgeformt.
Drei Trennwände 13–15 werden
mittels Extrusionsformen in diesem Gehäuse 12 ausgebildet,
und vier sich von einem zum anderen Ende erstreckende Durchgangslöcher 12a werden
durch die Trennwände 13–15 in
den Gehäuse 12 ausgeformt.
Gleichzeitig zum Ausbilden der Aussparungen 16 mittels
Einfräsen
in beide Enden oder ein Ende dieser drei Trennwände 13–15 wird
als Nächstes
ein Paar von Vertiefungen 12e und 12f durch Einfräsen in beide
Endoberflächen
des Gehäuses 12 (3(b)) ausgeformt. Die Aussparungen bestehen
aus durch Einfräsen
in ein von zwei Enden der drei Tennwände 13 und 15 an
beiden Enden ausgebildete erste Aussparungen 16a und eine
zweite Aussparung 16b, die mittels Einfräsen in das
andere Ende der zentralen Trennwand 14 ausgeformt wird.
-
Vier
gewellte Lamellen 17 werden anderseits durch Druckgießen eines
Lötblechs,
in dem eine 4000er Serie Al-Si-Legierung durch Umhüllen auf
der Oberfläche
eines aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung erzeugten verformbaren
Materials beschichtet wird, hergestellt.
-
Außerdem wird
ein Lötblech,
in dem eine 4000er Serien Al-Si-Legierung
durch Umhüllen
auf der Oberfläche
eines aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung erzeugten verformbaren
Materials beschichtet wird, in eine vorbestimmte Form geschnitten,
um ein Paar von Abdeckungen 18 und 19 zu erzeugen,
und es wird ein Kühlmitteleinlass 18a und
ein Auslass 18b an beiden Enden der einen Abdeckung 18 ausgeformt.
Die vier Lamellen 17 werden dann jeweils in die vier Durchgangslöcher 12a des Gehäuses 12 eingeführt und
nach dem Einführen
des Paars von Abdeckungen 18 und 19 in das Paar
von Vertiefungen 12e und 12f wird ein Paar von
Fassungen 21 und 22 in den Einlass 18a und
den Auslass 18b eingeführt,
um den Kühlkörper 11 ((3)) zusammenzusetzen.
-
Außerdem wird
der zusammengesetzte Kühlkörper 11 in
einem Wärmebestrahlungsofen, dessen
Inneres dann vakuumiert wird, platziert, wobei der Kühlkörper 11 für 0,1 bis
1 Stunde in dem Ofen belassen wird, wobei 0,1 bis 0,5 Stunden bei 570°C bis 620°C, noch bevorzugter
bei 590°C
bis 600°C
zu bevorzugen sind. Im Ergebnis werden die Lamellen 17 und
die Abdeckungen 18 und 19 durch die 4000-er Serie
Al-Si-Legierungslötmaterial
an das Gehäuse 12 und
die Fassungen 21 und 22 an die Abdeckung 18 gelötet. Auf
diese Weise kann der Kühlkörper 11 durch
einen vergleichsweise einfachen Schritt produziert werden. Der Grund
für die
Beschränkung
der oben erwähnten
Wärmebestrahlungstemperatur
des Kühlkörpers 11 auf
einen Bereich von 570°C
bis 620°C
liegt darin, dass alle Elemente nicht komplett verbunden werden,
wenn die Temperatur unter 570°C
liegt, während
das Gehäuse 12 bei
einer 620°C überschreitenden
Temperatur partiell anfängt
zu schmelzen. Außerdem
liegt ein weiterer Grund für
die oben erwähnte
Begrenzung der Zeit auf 0,1 bis 1 Stunde für den Kühlkörper 11 darin, dass
alle Elemente nicht komplett miteinander verbunden werden, wenn
die Zeit weniger als 0,1 Stunde beträgt, während sich das Lötmaterial
in dem Gehäuse
auflöst,
wenn der Zeitraum eine Stunde überschreitet.
-
Des
Weiteren wird eine Halbleitervorrichtung an beiden oder einem Ende
der oberen oder unteren Oberfläche
des Kühlkörpers 11 mittels
eines keramischen Substrats angebracht. Das Innere des den Kühlkörper enthaltenden
Wärmebestrahlungsofens muss
außerdem
nicht vakuumiert sein, sondern kann auch eine Inert gas-Atmosphäre wie beispielsweise Argongas
oder Stickstoff enthalten.
-
Da
der Kühlkörper 11 unter
Verwendung eines aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden
verformbaren Materials ausgeformt ist, kann in dem auf diese Weise
produzierten flüssigkeitsgekühlten Kühlkörper eine
hohe thermische Leitfähigkeit
sowie eine zufrieden stellende Pressbarkeit und eine Korrosionsbeständigkeit
erzielt werden.
-
Da
die Lamellen 17 in die Durchgangslöcher 12a eingeführt sind,
nimmt außerdem
der Kontaktflächenbereich
zwischen dem Kühlkörper 11 und
dem Kühlmittel,
das durch den Durchgang 23 hindurch tritt, zu und der Durchgang 23 schlängelt sich
aufgrund der Ausformung der ersten Aussparung 16a, der
zweiten Aussparung 16b sowie der ersten Aussparung 16a in
dieser Reihenfolge von der linken Seite in die drei Trennwände 13–15.
Da die Menge der von dem Gehäuse 12 und
den Lamellen 17 aufgrund des durch den Durchgang 23 hindurch
tretenden Kühlmittels
absorbierten Wärme
zunimmt, kann im Ergebnis die Effizienz der Wärmeabstrahlung des Kühlkörpers 11 verbessert
werden.
-
Da
der Kühlkörper 11 in
einem einzelnen Schritt Wärmebestrahlt
werden kann, weil nämlich die
Lamellen 17 und die Abdeckungen 18 und 19 in einem
einzelnen Schritt mit dem Gehäuse 12 verbunden
werden können,
sinken die Produktionskosten desselben.
-
4 zeigt
eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die in 1 verwendeten Bezugszeichen
kennzeichnen in 4 die gleichen Komponenten.
-
In
dieser Ausführungsform
werden die Aussparungen 16 an beiden Enden der drei Trennwände 43–45 des
Gehäuses 12 ausgebildet.
Die ersten Aussparungen 16a werden nämlich jeweils in einem Ende
der drei Trennwände 43–45 und
die zweiten Aussparungen 16b jeweils in dem anderen Ende
der drei Trennwände 43–45 ausgeformt.
Außerdem
wird ein Kühlmitteleinlass 48a gegenüber dem
linken Ende des Durchgangslochs 12a in einer Abdeckung 48 eines
Paars von Abdeckungen 48 und 49, und ein Kühlmittelauslass 49a gegenüber dem
rechten Ende des Durchgangslochs 12a in der anderen Abdeckung 49 ausgebildet.
-
Die
Fassungen 21 und 22 stehen jeweils von dem Einlass 48a und
dem Auslass 49a hervor. Der Rest dieser Ausführungsform
ist genau wie die erste Ausführungsform
aufgebaut.
-
In
dem auf diese Weise aufgebauten flüssigkeitsgekühlten Kühlkörper 41 fließt das Kühlmittel, das
durch den Einlass 48a eingetreten ist, durch die Schlitze 12b der
vier Durchgangslöcher 12a hindurch und
dann durch den Auslass 49a heraus, wie anhand der gestrichelten
Linie mit Pfeilspitze zu sehen ist. Da das Kühlmittel schnell durch den
Durchgang 53 in den nicht geschlängelten Abschnitt des Durchgangs 53 fließt, kann
im Ergebnis der Widerstand der Flussrichtung reduziert werden. Da
die anderen Aktionen und Vorgänge
in etwa dieselben wie in der ersten Ausführungsform sind, wird die Erläuterung
nicht wiederholt.
-
In
der ersten und zweiten Ausführungsform können des
Weiteren die Lamellen derart ausgebildet sein, dass sie in ihrer
langseitigen Richtung (in der Flussrichtung des Kühlmittels)
eine wellige Form aufweisen (wellenförmige Lamellen), wobei feine
Unregelmäßigkeiten
in der Oberfläche
der Lamellen sowie Vorsprünge
in den Zwischenräumen
der Lamellen ausgebildet sein können,
um eine Struktur zu schaffen, in der sich die Schlitze sofort entlang
der Flussrichtung des Kühlmittels
ausdehnen oder zusammen ziehen, und es können Öffnungen, die einen Abschnitt
der Poren versperren, in den Lamellen vorgesehen oder die Oberfläche der
Lamellen kann aufgeraut sein. In diesem Fall verbessert sich die
Effizienz der Wärmeabstrahlung
zwi schen den Lamellen und dem Kühlmittel,
was sich in einer effizienten Wärmeabgabe äußert, obwohl
der Widerstand der Flussrichtung des durch die Schlitze fließenden Kühlmittels zunimmt,
weil der Fluss des Kühlmittels
verwirbelt wird.
-
Da
durch die Trennwände
eine Vielzahl an Durchgangslöchern
in einem flachen und an beiden Enden offenen Gehäuse ausgebildet wird, werden gemäß der oben
beschriebenen vorliegenden Erfindung die Aussparungen in einem oder
beiden Enden dieser Trennwände
ausgeformt, die gewellten Lamellen in die Durchgangslöcher eingeführt, jedes
Durchgangsloch mittels einer Vielzahl von Schlitzen abgegrenzt,
beide Enden des Gehäuses
durch ein Paar von Abdeckungen verschlossen und ein Kühlmitteleinlass
und ein Auslass in dem Gehäuse
oder den Abdeckungen ausgeformt, wobei der Kontaktflächenbereich
zwischen dem Kühlkörper und
dem Kühlmittel
zunimmt, wodurch eine Verbesserung der Effizienz der Wärmeabstrahlung
des Kühlkörpers ermöglicht wird.
-
Wenn
der Kühlkörper derart
zusammengesetzt ist, dass die Aussparungen aus ersten Aussparungen,
die an einem Ende jeder anderen Vielzahl von Trennwänden ausgebildet
sind, und einer zweiten Aussparung, die an dem anderen Ende der Trennwand,
in der die ersten Aussparungen nicht ausgebildet sind, besteht,
weil sich der Durchgang als Ergebnis des Kontakts mit den ersten
Aussparungen, der zweiten Aussparung und den Schlitzen schlängelt, nimmt
außerdem
die Menge der Wärme, die
durch das durch den Durchgang fließende Kühlmittel von dem Gehäuse und
den Lamellen absorbiert wird, zu, wodurch eine Verbesserung der
Effizienz der Wärmeabstrahlung
des Kühlkörpers ermöglicht wird.
-
Wenn
das Gehäuse,
dessen beide Enden offen sind und in dem eine Vielzahl von Durchgangslöchern durch
die Vielzahl an Trennwänden
ausgebildet ist, durch Extrusionsgießen eines verformbaren Materials,
welches aus Aluminium oder einer Aluminiumle gierung usw. hergestellt
ist, werden die Aussparungen durch Einfräsen eines oder beider Enden der
Vielzahl von Trennwänden
ausgeformt, die gewellten Lamellen in die Durchgangslöcher eingeführt, jedes
Durchgangsloch mittels einer Vielzahl von Schlitzen abgegrenzt und
beide Enden des Gehäuses
durch ein Paar von Abdeckungen verschlossen, wodurch außerdem ein
Kühlkörper erzielt
werden kann, der eine hohe thermische Leitfähigkeit sowie eine zufrieden
stellende Pressbarkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist.
-
Da
die den Durchgang ausbildenden Durchgangslöcher durch Extrusionsgießen erzeugt
werden, kann die Anzahl an Bearbeitungsschritten im Vergleich zu
dem herkömmlichen
Kühlkörper reduziert
werden, wodurch niedrigere Produktionskosten ermöglicht werden. Im Vergleich
zu dem Herstellungsverfahren des herkömmlichen Kühlkörpers, welche einen Aluminium-Druckguss
verwendet, bei dem das Risiko einer auftretenden Erstarrung und von
schrumpfungsbedingten Rissen usw. besteht, treten außerdem bei
dem Herstellungsverfahren des Kühlkörpers der
vorliegenden Erfindung die oben erwähnten Risse usw. nicht in Erscheinung,
weshalb auch kein Kühlmittel
austreten kann.
-
Wenn
die oben erwähnten
ersten und zweiten Aussparungen durch Fräsen erzeugt werden, kann der
Durchgang deshalb mit nur einer leichten Zunahme der Produktionskosten
geschlängelt
werden.
-
Wenn
die Lamellen und die Abdeckungen mit einem Lötmaterial, das eine 4000er
Serien Al-Si-Legierung enthält,
durch Ausbildung der Lamellen und Abdeckungen unter Verwendung eines
Lötblechs,
in dem Lötmaterial
aus einer 4000er Serien Al-Si-Legierung
durch ein Umhüllen
auf der Oberfläche
eines aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung beschichtet ist,
temporär
die Lamellen und die Abdeckungen an dem Gehäuse befestigt werden und dann
der vorgeschriebenen Wärmebehandlung
zugeführt werden,
kann ein Ansteigen der Produktionskosten vermieden werden, weil
die Lamellen und die Abdeckungen in einem einzelnen Schritt mit
dem Gehäuse
verbunden werden können.