KR20200139747A - 금속-세라믹 기판, 금속-세라믹 기판 냉각 시스템 및 상기 시스템 제조 방법 - Google Patents

금속-세라믹 기판, 금속-세라믹 기판 냉각 시스템 및 상기 시스템 제조 방법 Download PDF

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로저스 저매니 게엠베하
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Abstract

구성 요소 측면(5) 및 상기 구성 요소 측면(5)에 대향된 냉각 측면(6)을 갖는 금속-세라믹 기판(1)을 냉각하기 위한 시스템은,
- 냉각 구조(20) 내에서 유체를 안내하기 위한 하나 이상의 통합된 유체 채널(30)을 갖는 금속 냉각 구조(20), 및
- 유체 채널(30)에 유체를 공급하기 위한, 특히 플라스틱으로 만들어진 분배 구조(40)를 포함하고,
냉각 구조(20)는 분배 구조(40)를 향하는 외부 측면(A)에 입구 개구(31) 및 상기 입구 개구(31)로부터 분리된 출구 개구(32)를 가지며, 유입구(31)와 배출구(32)는 유체 채널(30)을 통해 서로 연결되며, 유체 채널(30)은 냉각 구조가 설치될 때 유체가 유입구(31)에서 구성 요소 측면(5) 방향으로 안내되고 냉각 구조(20) 내에서 방향이 전환된다.

Description

금속-세라믹 기판, 금속-세라믹 기판 냉각 시스템 및 상기 시스템 제조 방법
본 발명은 금속-세라믹 기판 냉각 시스템, 및 상기 금속-세라믹 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
금속-세라믹 기판은 예를 들어 인쇄 회로 기판 또는 회로 기판으로 알려져 있다. 일반적으로, 전기 구성 요소 또는 요소 및 전도체 경로는 금속-세라믹 기판의 구성 요소 측면에 배열되며, 여기서 전기 구성 요소 및 전도체 경로는 상호 연결되어 전기 회로를 형성할 수 있다. 특정 적용을 위해 이러한 금속-세라믹 기판은 예를 들어 상응하는 세라믹으로 만들어진 절연층과 같은 개별 전기 구성 요소의 전기 절연을 위한 높은 전기 절연 강도를 포함하는 절연 층을 가짐에 따라 특히 유리한 것으로 입증되었다.
이러한 금속-세라믹 기판의 작동 중에 전기 부품은 일반적으로 가열되고 부품 측면에 국부적인 열원이 형성되는 방식으로 응력을 받는다. 가열로 인한 전기 부품 또는 금속-세라믹 기판의 손상을 방지하기 위해, 예를 들어 DE 10 2012 200 325 A1 또는 DE 10 2014 105 727 A1에서 열을 금속-세라믹 기판에서 제거할 수 있는 냉각 구조가 공지된다. 열을 제거하기 위해 냉각 구조를 통과하는 냉각 액체와 열교환을 사용하는 것이 특히 효과적임이 밝혀졌다. 그러나, 예를 들어 SiC 또는 GaN과 같은 반도체 소자로 만들어진 새로운 유형의 전기 부품의 개발로 인해 냉각 성능 측면에서 냉각 시스템에 대한 요구 사항도 증가하고 있다. 또한, 최첨단 냉각 시스템을 작동하는 방식은 때때로 금속-세라믹 기판의 냉각 구조 치수를 제한한다.
본 발명의 과제 중 하나는 최신 기술에 비해 금속-세라믹 기판의 냉각 성능을 더욱 향상시키는 냉각 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 1에 따른 금속-세라믹 기판 냉각 시스템, 청구항 9에 따른 금속-세라믹 기판 및 청구항 10에 따른 시스템 제조 방법에 의해 해결된다. 본 발명의 추가 장점 및 특징은 상세한 설명 및 첨부된 도면뿐만 아니라 종속항의 결과이다.
본 발명에 따르면, 구성 요소 측면 및 상기 구성 요소 측면에 대향된 냉각 측면을 갖는 금속-세라믹 기판을 냉각하기 위한 시스템이 제공되며,
상기 시스템은
- 냉각 구조 내에서 유체를 안내하기 위한 하나 이상의 통합된 유체 채널이 있는 금속 냉각 구조, 및
-유체 채널에 유체를 공급하기 위한 특히 플라스틱으로 만들어진 분배 구조를 포함하고, 상기 냉각 구조는 분배 구조를 향하는 외측에 입구 개구 및 입구 개구와 분리 된 출구 개구를 가지며, 입구 개구 및 출구 개구는 유체 채널을 통해 서로 연결되고 유체 채널은 이와 같이 구성된다. 즉, 냉각 구조가 설치 될 때 유체는 입구 개구부에서 구성 요소 쪽 방향으로 안내되고 냉각 구조 내에서 방향이 전환된다.
최신 기술로부터 알려진 냉각용 시스템과 비교할 때, 본 발명에 따른 시스템은 특히 잘 지시된 유체의 안내에 의해 두드러진다. 제어된 안내는 유체 채널의 입구 입구로 유체를 안내하는 분배 구조에서 시작된다. 그런 다음 유체는 냉각 구조 내에서 정의된 유동 경로를 따라 구성 요소 쪽을 향해 운반되고 다시 냉각 구조에서 배출됩니다. 예를 들어, 상기 안내는 난류를 생성하거나 금속 냉각 구조와 유체 사이의 접촉면을 크게 증가시켜 냉각 구조의 냉각 성능을 향상시키기 때문에 냉각 구조 내에서 제어된 안내는 유리한 것으로 판명된다.
또한 분배 구조는 유체가 배출구로 또는 배출구로 향하지 않도록 한다. 즉, 유체를 유입구로 향하게 함으로써 분배 구조는 유체 채널 내에서 원치 않는 역류가 발생하지 않도록 하고 유체 채널 내에서 유동의 방향 또는 안내를 지원한다. 또한, 분배 구조는 동일한 온도에서 유체가 모두 공급되는 방식으로 여러 유체 채널로의 유체 분배를 제어하는 데 사용할 수 있다. 즉, 냉각에 이미 사용 된 유체가 여러 번 사용되는 것을 방지 할 수 있다. 이는 전체 또는 전체 냉각 측면을 냉각할 때 균질성에 긍정적인 영향을 미친다.
플라스틱으로 분배 구조를 만들면 사출 성형 및/또는 압축 성형과 같이 비교적 쉽고 비용 효율적으로 제조할 수 있다. 특히 분배 구조는 설치시 냉각 구조의 바깥쪽에 직접 배치된다. 분배 구조는 바람직하게는 인피드 구조에 의해 전달되는 유체의 적어도 일부가 유입구로 방향이 전환되는 방식으로 인피드 구조에 의해 제 1 주 유동 방향을 따라 전달되는 유체를 유입구로 전환시키는 작업을 갖는다. 이를 위해 분배 구조와 냉각 구조의 외부를 밀봉할 필요는 없다. 또한 분배 구조가 인피 드 구조와 냉각 구조 사이에 위치하도록 되어 있다. 예를 들어, 분배 구조는 인피 드 구조로 둘러싸이거나 둘러싸여 있다. 바람직하게는, 유체 채널은 유동 방향(냉각 구조에서)에 수직인 평면에서 개구 단면을 가지며, 그 직경은 2mm 이하, 바람직하게는 1.5mm 이하, 특히 바람직하게는 1mm 또는 0.5mm보다 작다. 이것은 비교적 높은 공간 분해능으로 유체가 원하는 위치로 방향을 바꿀 수 있게 한다. 더욱이, 따라서 냉각 구조에서 균일한 온도 분포를 위해 냉각 구조의 외부 측에 여러 유체 채널을 제공 할 수 있으며, 여기서 분배 구조는 바람직하게는 여러 입구 개구, 바람직하게는 모든 입구 개구의 하위 세트에 유체를 공급한다. 더욱이, 개구 단면은 정사각형, 직사각형, 타원형 또는 원형인 것으로 생각할 수 있다.
분배 구조는 바람직하게는 유체가 입구 개구로 도입되는 입구 부분에 더하여, 유체가 유체 채널의 출구 개구로부터 멀어지 게되는 출구 부분을 갖는다. 즉, 분배 구조는 유입구에 유체를 공급할 뿐만 아니라 배출구에서 제어된 유동을 보장한다. 입구 부분은 바람직하게는 입구 개구에 인접하고 출구 부분은 특히 출구 개구에 직접 인접한다. 더욱이, 분배 구조는 유동이 발생하지 않거나 주 연장 평면에 평행한 출구 개구를 따라 감소되도록하는 방식으로 구성될 수 있다. 이것은 출구 개구로부터 분출된 유체가 그렇지 않으면 그곳에서 발생할 수 있는 유동에 의해 영향을 받는 것을 방지하는 유리한 방법이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 냉각 구조, 특히 유체 채널 및/또는 분배 구조는, 예를들어 제 1 주 유동 방향을 따라 분배구조로 들어갈때 예를들어 제 2 주 유동 방향을 따라 분배구조를 떠난후 유체의 유동방향이 유체의 유동방향에 대해 주 연장 평면에 평행한 방향으로 측면으로 오프셋되는 방식으로 구성되도록 제공된다. 오프셋은 예를 들어 독점적으로 유체 채널 또는 분배 구조에 의해 발생할 수 있다. 특히, 유체는 제 1 주 유동 방향에 대해 측 방향으로 오프셋되고 제 2 주 유동 방향을 따라 계속 흐른다. 특히, "측면"은 제 1 주 유동 방향에 대한 횡단 오프셋을 의미한다. 바람직하게는, 측면 오프셋이 너무 커서- 제 1 주 유동 방향에 평행한 방향을 따라 볼 때- 유동 단면(제 1 또는 제 2 주 유동 방향에 수직인 치수)이 겹치거나 교차하지 않는다. 즉, 냉각 구조 및 분배 구조의 시스템을 떠난 후 유체 채널에 의해 안내되는 유체는 측면 또는 측부로 오프셋된다. 이는 이미 냉각에 사용된 유체, 즉 사용된 유체와 새로운 유체 또는 유체의 새로운 부분을 혼합하는 것을 방지하는 유리한 방법이다. 즉, 공급된 유체와 배출된 유체는 서로 분리되어 있고 냉각 구조 아래로 추가로 운반된다. 이러한 방식으로, 제 1 주 유동 방향을 따라 볼때 후방 유체 채널은 제 1 주 유동 방향을 따라 볼 때 전면 유체 채널로 도입되는 유체의 온도와 실질적으로 동일한 온도를 갖는 유체가 공급되도록 할 수 있다. 이것은 여러 개의 분포 구조가 제 1 주 유동 방향 또는 제 1 주 유동 방향을 따라 직렬로 배열되거나 구성되는 경우 특히 그러하다. 이는 냉각 측면에서 가능한한 균일 한 냉각을 보장하는 유리한 방법이다. 상기 적용 분야에서 유체가 언급 될 때마다 이는 특히 냉각을 위한 일반적인 유체의 일부를 의미한다. 바람직하게는 유체는 액체이다.
바람직하게는, 입구 개구를 각각 갖는 복수의 유체 채널은 열 방향에서 볼 때 나란히 배열되고 및/또는 분배 구조는 복수의 입구 개구, 특히 각각 나란히 배열된 입구 개구에 유체를 공급하도록 설계된다. 상기 열 방향은 제 1 주 유동 방향에 평행하고 및/또는 특히 제 1 주 유동 방향에 수직으로 경사질 수 있다. 더욱이, 출구 개구는 또한 열 방향을 따라 나란히 배열되며, 특히 입구 개구에 평행하게 오프셋된다. 바람직하게는, 행 방향은 일반적인 코스만을 반영하고 인접한 유체 채널은 한계 내에서 서로 오프셋 될 수 있다(특히 분포 구조에 의해 결정됨). 더욱이, 분배 구조, 특히 입구 부분은 유체 채널의 입구 개구에 유체가 연속적으로 공급되는 방식으로 구성되고, 여기서 유체는 유입구 및 유체로 덮힌 경로와 무관하게 본질적으로 동일한 온도를 갖는 것으로 생각할 수 있다. 예를 들어, 분배 구조, 특히 입구 부분은 이를 위해 램프 모양 구조를 포함하고, 램프 모양 구조는 램프 모양 구조와 냉각 구조의 외부 측면 사이의 거리가 유체로 커버되는 거리가 증가함에 따라 작아지도록 경사진다. 이를 통해 유체와 균질한 냉각을 가능하게 하는 유동을 설정할 수 있다.
바람직하게는, 유체 채널은 U 자형이고, U자형 유체 채널은 주 연장 평면에 실질적으로 수직으로 연장되는 2개의 레그 영역과 상기 2개의 레그 영역을 연결하는 적어도 하나의 횡단 영역을 갖는다. 이는 U자형 냉각 채널의 냉각 액체가 금속-세라믹 기판의 세라믹 층에 가능한 한 근접하게 안내되고 냉각 기판이 균일하게 냉각되도록 한다. 특히, 횡 방향 영역은 아크형이고 및/또는 적층 방향에서 볼 때 유체의 복귀 지점을 형성하도록 의도된다. 특히, 적층 방향에서 볼 때 유체 채널은 적층 방향으로 측정된 냉각 구조의 총 두께의 절반 이상, 바람직하게는 2/3 이상, 특히 바람직하게는 3/4 이상으로 연장되도록 의도된다. 더욱이, 적층 방향(설치된 상태에서 부품 측면을 향함)에서 볼 때, 단층 금속 층, 특히 구리 층이 횡단 영역에 인접하도록 의도된다. 상기 최종 단일 층 금속층의 두께는 0.2 내지 1.5mm, 바람직하게는 0.4 내지 1, 더욱 바람직하게는 0.6 내지 0.8mm이다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, 주 연장 평면에 평행하게 연장되는 레그 영역의 개구 단면이 냉각 구조 내에서 유동 방향을 따라 측 방향으로 이동 되며, 특히 레그 영역은 제 1 개구 횡단면을 갖는 제 1 부분 섹션 및 제 2개구 횡단면을 갖는 제 2 부분 섹션을 포함하고, 제 1 개구 횡단면은 주 연장 평면에 평행하게진행하는 방향에서 볼 때 오프셋 거리 만큼 제 2개구 횡단면 에 대해 오프셋된다. 바람직하게는, 오프셋은 50㎛ 내지 500㎛, 바람직하게는 80㎛ 내지 300㎛, 특히 바람직하게는 100㎛ 내지 200㎛의 값을 갖는다. 특히, 제 1 개구 단면과 제 2개구 단면 사이에 불연속 점프가 발생하도록 제 1 부분 섹션과 제 2 부분 섹션 내에서 개구부 단면이 재배치되지 않는다(즉, 스태킹 방향에서 볼 때 개구부 단면이 일정함). 제 1 및 제 2 부분 섹션은 예를 들어, 냉각 구조가 서로의 위에 다른 금속 층을 적층하여 형성된 경우 해당 금속 층에 할당되는 개별 층 평면을 정의 한다. 금속층은 적층 방향으로 측정된 두께가 100㎛ 내지 1000㎛, 바람직하게는 200㎛ 내지 800㎛, 보다 바람직하게는 500㎛ 내지 600㎛이다. 이러한 두께의 경우 에칭 공정(완성된 상태에서의 개구 단면을 형성하는 리세스를 형성하기 위한)이 잘 제어될 수 있으며, 이러한 두께는 냉각 성능을 위한 유익한 것으로 밝혀졌다.
제 1 개구 단면을 제 2개구 단면으로 오프셋함으로써, 특히 제 1 부분 단면과 제 2 부분 단면 사이의 전이에서 에지 또는 리세스가 생성될 수 있으며, 이는 유체 내 유동에서 난류 형성을 유발 한다. 냉각 구조를 통한 열 방출에 긍정적인 영향을 미친다. 유체 채널 내의 난류 가 유체 채널로 돌출된 구조에 의해 실현되는 것도 생각할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 유체에 난류를 형성하기 위해, 레그 영역 중 적어도 하나가 적어도 단면에서 실질적으로 나선형 코스를 갖는 것이 제공된다. 나선형 코스는 특히 주 연장 평면에 평행하게 연장되는 레그 영역의 개구 단면은 냉각 구조 내의 유동 방향을 따라 연속적으로 주 연장 평면에 놓인 적어도 두 개의 다른 방향으로 측 방향으로 재배치된다는 사실에 의해 특정된다. 바람직하게는, 재배치는 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 여러 평면에 걸쳐 발생한다. 나선형 오프셋은 유체와 금속 냉각 구조 사이의 접촉 면적을 증가시켜 열 방출 및 냉각 성능에 긍정적인 영향을 미친다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 분배 구조는 냉각 구조에 인접한 벽형 구조를 포함하고, 벽형 구조는 열 방향에 대해 15° 이하으로 기울어지며, 행 방향에 평행하게 연장되는 것이 바람직하다. 특히, 벽과 같은 구조에 의해, 그렇지 않으면 주 유동 방향을 따라 수송 되는 유체가 개별 유입 개구로 각각 수송 하기 위해 제 1 주 유동 방향을 횡단하는 방향 으로 방향이 변경 되도록 의도된다. 바람직하게는, 입구 부분과 출구 부분은 각각 벽과 같은 구조로 설계된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 분배 구조는 유체와 함께 2개의 인접한 입구 개구 열을 공급하도록 제공된다. 특히, 여기서 유입 부 및 배출 부는 각각 하부를 갖는 채널로서 형성되고 채널을 측 방향으로 한정하는 양측, 채널의 길이 방향은 열 방향에 실질적으로 평행하게 연장된다. 채널로 설계된 입구 부분은 냉각 구조의 바깥쪽으로 개방되어 있으며, 적층 방향에서 볼 때 유체 채널 열 아래에 배치되지 않고 두 개의 인접한 열의 유체 채널의 절반 아래에 배치되는 방식으로 치수가 지정되고 정렬된다. 따라서, 상기 실시예에서 2개의 상이한 유체 채널의 2개의 인접한 입구 개구 또는 2개의 상이한 출구 개구의 2개의 출구 개구는 열의 방향에 수직인 방향으로 쌍을 형성한다. 행 방향으로 행을 형성하는 각 쌍은 다시 입구 부분 또는 출구 부분에 채널로 지정된다. 벽과 같은 구조가 유체를 측면으로 이동시키는 분배 구조와 달리, 여기서 유체 채널은 측면 이동을 보장한다. 즉, 유체는 유체 채널을 통해 하나의 채널 인 입구 부분에서 인접한 채널인 출구 부분으로 전환되거나 재분배된다. 바람직하게는, 유입 부의 하부는 냉각 구조의 외측을 향하여 제 1 주 유동 방향으로 경사진 경사형 구조를 형성한다. 특히, 배출부의 하부, 즉 인접한 분배 구조는 유체의 배출을 용이하게 하기 위해 반대 방향으로 기울어진다. 즉, 입구 부분과 출구 부분을 각각 형성하는 인접한 채널에서 경사로 모양의 하부의 경사가 반대 방향으로 기울어진다.
본 발명의 또 다른 목적은 부품 측면과 부품 측면 반대편의 냉각 측면을 갖는 금속-세라믹 기판이고, 금속-세라믹 기판은 세라믹 층을 포함하고, 주 연장 평면 및 금속화 층을 따라 연장되며, 상기 냉각 측면은,
- 유체를 전도하기 위한 하나 이상의 통합된 유체 채널이 있는 금속 냉각 구조, 및
- 유체 채널에 유체를 공급하기 위한 특히 플라스틱으로 만들어진 분배 구조를 포함하고,
냉각 구조는 분배 구조를 향하는 외측에 입구 개구와 상기 입구 개구와 분리된 출구 개구를 가지며, 여기서 입구 개구와 출구 개구는 유체 채널을 통해 서로 연결되어, 냉각 구조가 설치될 때 유체가 입구 개구에서 구성 요소 측면 방향으로 안내되고 냉각 구조 내에서 방향이 전환되도록 구성된다. 본 발명에 따른 시스템에 대해 설명된 모든 특징 및 그 장점은 또한 본 발명에 따른 시스템으로 전달될 수 있으며 그 반대도 가능하다.
바람직하게는, 금속-세라믹 기판에는 세라믹 층 외에 2차층을 가지고, 세라믹 층과 2차 층 사이에 금속 중간층이 배치되고, 상기 금속 중간층은 적층 방향에서 보았을 때 세라믹 층의 두께, 2 차층의 두께 및/또는 세라믹 층과 2 차층의 두께의 합보다 두껍다. 바람직하게는, 금속 중간층은 최적의 열 확산을 위해 1mm보다 두껍고, 바람직하게는 1.5mm보다 두껍고, 특히 바람직하게는 2.5mm보다 두껍고 및/또는 금속 중간층이 단일 층으로 형성된다.
또한, 냉각 구조는 금속-세라믹 기판의 통합 부분인 것이 바람직하다. 상기 목적을 위해, 냉각 구조는 바람직하게는 DCB(직접 구리 결합) 공정, DAB(직접 알루미늄 결합) 공정 및/또는 AMB(활성 금속 브레이징) 공정에 의해 세라믹 층 및/또는 2 차 층에 연결된다.
본 발명의 또 다른 목적은 적어도 하나의 유체 채널을 갖는 냉각 구조가 층 구조 및/또는 3D 프린팅 공정에 의해 제조되는 본 발명에 따른 시스템을 제조하는 방법이다. 본 발명에 따른 시스템 또는 금속-세라믹 기판에 대해 설명된 모든 특징 및 그 장점은 또한 본 발명에 따른 공정에 유사하게 전달될 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지이다.
유체 채널이 층 구조로 제조된 경우, 리세스가 개별 금속 층에 펀칭 및/또는 에칭된 다음 개별 층이 적층 방향을 따라 다른 층 위에 배열되어 유체 채널이 형성되는 것이 바람직하다. 이를 위해 완성된 상태에서 제 1 또는 제 2개방 단면을 정의하는 개별 리세스가 그에 따라 정렬된다. 특히, 금속 층 중 하나는 예를 들어 펀칭 또는 에칭된 두 개의 리세스 대신 연장된 홀을 갖는다. 나중에 조립된 냉각 구조에서 상기 연장된 홀은 유체가 방향을 바꾸는 횡단 영역을 형성한다. 개별 금속 층은 다른 금속으로 만들거나 다른 두께를 가질 수 있다. 특히, 유체 채널을 형성하기 위한 리세스를 갖는 금속층은 리세스가 만들어지지 않고 조립된 상태에서 유체 채널의 횡단 영역과 세라믹 층 또는 2차 층 사이에 위치하는 금속층과 다른 것을 생각할 수 있다.
금속화 층, 중간층, 냉각 구조 및/또는 냉각 구조의 층의 재료로 생각할 수있는 재료는 구리, 알루미늄, 몰리브덴 및/또는 그 합금 뿐만 아니라 CuW, Cu-Mo, CuAl, AlCu 및/또는 CuCu와 같은 라미네이트, 특히 제 1 구리 층 및 제 2 구리 층을 갖는 구리 샌드위치 구조이다. 여기서 제 1 구리 층의 입자 크기는 제 2 구리 층과 다르다. 또한, 금속화 층은 표면 개질되는 것이 바람직하다. 표면 개질로서, 예를 들어 귀금속, 특히 은 및/또는 금 또는 ENIG( "무전해 니켈 침지 금")를 사용한 밀봉 또는 균열 형성을 억제하기 위해 제 1 또는 제 2 금속화 층에서 가장자리 밀봉 또는 확장이 가능하다. 바람직하게는, 금속 층이 DCB 공정 및/또는 납땜 공정에 의해 서로 연결되어 냉각 구조를 형성하는 것이 의도된다. 예를 들어, 금속화 층은 나란히 배치된 다음 납땜 및/또는 소결된다.
바람직하게는, 세라믹을 위한 재료는 Al2O3, Si3N4, AlN, HPSX 세라믹(즉, ZrO2의 x % 몫을 포함하는 Al2O3 매트릭스, 예를 들어 9 % ZrO2를 갖는 Al2O3 = HPS9 또는 25 % ZrO2 = HPS25를 갖는 Al2O3를 갖는 세라믹), SiC, BeO, MgO , 고밀도 MgO(이론적 밀도의 90 % 이상), TSZ(사각형 안정화 지르코늄 산화물) 또는 ZTA이다. 또한, 절연 층은 복합 또는 하이브리드 세라믹으로 설계되어 있으며, 각각의 재료 구성이 다른 여러 세라믹 층이 서로 위에 배열되고 다양한 원하는 속성을 결합하도록 서로 결합되어 절연 층을 형성한다. 바람직하게는, 가능한 가장 낮은 열 저항을 위해 높은 열 전도성 세라믹이 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 냉각 구조 및/또는 분배 구조를 갖는 금속-세라믹 기판은 특히 캐리어 기판의 주 연장 평면에 수직인 적층 방향을 따라 열역학적 대칭으로 구성 되는 것이 제공된다. 열역학적 대칭 구성은 특히 스택 방향에서 볼 때 열역학적 팽창 계수가 대칭임을 의미한다. 열 기계적 팽창 계수는 온도 변화 또는 온도 변형 동안 각 층의 팽창에 대한 측정이다. 바람직하게는, 금속-세라믹 기판은 가상 기판, 특히 가상 1차 기판, 가상 2차 기판 및 가상 중간층으로 분할될 수 있으며, 가상 기판의 열팽창 계수는 적층 방향에서 대칭으로 분포된다. 특히, 보조 기판은 냉각 구조 및/또는 분배 구조를 고려하고, 냉각 구조의 경우, 냉각 구조에 대해 열역학적 유효 두께가 가정되고, 이는 냉각 구조 내의 유체 채널의 존재를 고려한다.
팽창 계수의 대칭 구성 으로 인해 금속-세라믹 기판이 유리한 방식으로 제공되며, 이는 작동 또는 환경 조건으로 인한 온도 변화에 비해 상대적으로 왜곡이 적다. 결과적으로 열에 의한 기계적 응력으로 인해 발생하는 결함이나 균열을 피할 수 있다.
추가 장점 및 특징은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 주제의 바람직한 실시예의 다음 설명으로부터 발생한다. 개별 실시예의 개별 특징은 본 발명의 범위 내에서 결합될 수 있다.
도 1: 본 발명의 제 1 예시적인 실시예에 따른 금속-세라믹 기판의 개략도,
도 2 내지도 6: 본 발명의 제 1 예시적인 실시예의 냉각 구조 및 분배 구조의 시스템의 상세도,
도 7: 본 발명의 제 2 예시적인 실시예에 따른 냉각 구조 및 분배 구조의 시스템의 예시,
도 8: 도 7의 시스템 사시도, 및
도 9: 도 8의 분배 구조 사시도.
도 1은 본 발명의 제 1 예시적인 실시예에 따른 금속-세라믹 기판(1)을 개략적으로 도시한다. 이러한 금속-세라믹 기판(1)은 바람직하게는 금속-세라믹 기판(1)에 연결될 수 있는 전자 또는 전기 구성요소(4)의 캐리어로서 사용된다. 이러한 금속-세라믹 기판(1)의 필수 구성 요소는 주 연장 평면(HSE)을 따라 연장되는 세라믹 층(11) 및 상기 세라믹 층(11)에 결합된 금속 층(12)이다.
세라믹 층(11)은 세라믹을 포함하는 적어도 하나의 재료로 만들어진다. 금속층(12)과 세라믹 층(11)은 주 평면(HSE)에 수직인 적층 방향(S)을 따라 서로의 상부에 배열되고 접합면을 통해 서로 물질적으로 접합된다. 완성된 상태에서, 금속층(12)은 금속-세라믹 기판(1)의 구성 요소 측면(5) 상에 구조화되어 전기 구성 요소를 위한 도체 경로 또는 연결 단자를 형성한다. 예시된 실시예에서, 금속-세라믹 기판(1)은 2차층(13) 및 세라믹 층(11)과 상기 2차층(13) 사이에 배치된 금속 중간 층(15)을 포함한다. 세라믹 층(11), 금속 중간 층(15) 및 2 차 층은 적층 방향(S)을 따라 적층 배치된다. 또한, 금속 중간층(15)은 세라믹 층(11) 및/또는 2 차층(13)보다 두껍게 제공된다. 바람직하게는, 금속 중간층(15)은 1mm 이상, 바람직하게는 1.5mm 이상, 특히 바람직하게는 2.5mm 이상 더 두껍다. 세라믹 층(11)은 일반적으로 세라믹으로 만들어지고 충분한 절연 강도를 제공하고 금속-세라믹 기판(1)을 강화하도록 구성되지만, 2차 층(13)은 또한 여기에서 뚜렷한 절연 강도가 요구되지 않기 때문에 텅스텐 또는 몰리브덴으로 제조될 수 있다. 이러한 방식으로 재료비를 줄일 수 있다. 선택적으로, 2 차 층(13)은 또한 세라믹을 포함하는 재료로 제조된다.
금속 냉각 구조(20)는 구성요소 측면(5)에 대향된 금속-세라믹 기판(1)의 냉각 측(6) 상에 제공된다. 금속 냉각 구조(20)는 바람직하게는 2 차 층(13)에 직접 연결된다.
이것은 다른 방법으로 형성 될 인터페이스가 대응하는 결합 재료로 인해 열전도율에 부정적인 영향을 미치는 것을 방지하여 구성 요소 측면(5)에서 냉각 측면(6)으로의 열 방출을 제한한다. 예를 들어, 냉각 구조(20)는 AMB 공정, DCB(직접 구리 결합) 또는 DAB(직접 알루미늄 결합) 공정을 통해 2차 층(13)에 직접 결합된다. 특히, 복수의 유체 채널(30)이 금속 냉각 구조(20)에 통합되는 것이 제공된다. 명확성을 위해, 도 1은 이러한 유체 채널(30) 중 하나만을 예시로 도시한다. 유체 채널(30)은 금속 냉각 구조(20) 내에서 유체, 특히 냉각 유체의 제어된 안내를 위해 사용된다. 유체는 분배 구조(40)를 통해 냉각 구조(20)로 공급되고 분배 구조(40)를 통해 다시 배출된다. 바람직하게는, 분배 구조(40)는 유입 부분(41) 및 배출 부분(42)을 갖는다.
특히, 유체 채널(30)은 입구 개구(31) 및 상기 입구 개구(31)로부터 이격 된 출구 개구(32)를 갖는다. 특히, 입구 개구(31) 및 출구 개구(32)는 냉각 구조(20)의 외부 측면(A)의 일부이다. 바람직하게는, 분배 구조(40)의 입구 부분(31)은 입구 개구(31)에 인접하고 출구 부분(42)은 출구 개구(32)에 인접한다.
도 2 내지 4에서, 금속 냉각 구조(20) 및 분배 구조(40)만이 투시도로 도시되어 있고, 도 5 및 6에는 2개의 상이한 측면도가 도시된다. 도면에는 전체 냉각 구조(20) 대신에 냉각 구조(20)의 여러 유체 채널(30)이 도시된다. 다시 말하면, 유체 채널(30)이 여기에 내장된 금속 몸체없이 도시된다. 또한, 적층 방향 S에서 볼 때, 인피드 구조(50)는 분배 구조(40)의 하부에 연결된다. 따라서, 분배 구조는 스택 방향 S에서 보았을 때 냉각 구조와 인피드 구조 사이에 위치한다. 구조(50)는 바람직하게는 제 1 주 유동 방향(HS1)을 제공하도록 제공된다. 예를 들어, 인피드 구조는 채널 형태이다. 더욱이, 유입 구조(50)는 유체 회로가 연결될 수 있는 적어도 하나의 입구 및 하나의 출구(여기에 도시되지 않음) 또는 냉각 유체 공급 및 냉각 유체 배치를 갖는다. 분배 구조(40)는 제 1 주 유동 방향(HS1)을 따라 유동하는 유동으로부터 냉각 구조(20)로 유체를 전환시키거나 거기에 도입하는 방식으로 바람직하게 구성된다. 또한, 도 2 내지 5는 개관을 위해 단일 열의 유체 채널(30)만을 도시한다. 여러 열이 열 방향 RR에 수직이고 주 평면 HSE에 평행 한 방향으로 나란히 또는 서로 뒤에 배열되고 각 열에 해당 분배 구조(40) 예를 들어 단일 배포 구조를 통해 유체가 공급되는 경우가 바람직하다. 바람직하게는, 이러한 여러 열은 분배 구조를 향하는 냉각 구조(20)의 외부 측면(A) 위로 완전히 연장된다.
특히, 여러 유체 채널(30)이 나란히 배열되어 제공된다. 특히, 도시된 실시예의 유체 채널(30)은 열을 따라 배열되고, 도시된 실시예에서 본질적으로 제 1 주 유동 방향(HS1)에 수직이다. 기본적으로, 열은 제 1 주 유동 방향(HS1)에 대해 0 내지 90°의 각도만큼 기울어진 열 방향(RR)을 따라 진행하는 것도 생각할 수있다. 바람직하게는 각도는 45°보다 작다.
도 2 내지 6에 도시 된 실시예에서, 분배 구조(40)는 유체의 적어도 일부가 처음에 제 1 주 유동 방향(HS1)으로부터 횡 방향(Q)으로 전환되고 입구 개구(31)로 향하기 전에, 열 방향에 평행하도록 유체를 전환시키는 것이 제공된다. 또한, 유체는 냉각 구조(20)를 향해, 즉 위쪽으로 입구 개구(31)의 방향으로 향한다. 이것은 분배 구조가 상이한 유체 채널(30)의 여러 입구 개구(31)에 동일한 온도를 갖는 유체를 공급할 수 있게 한다. 이를 위해, 유입 부분(41)은 도시된 실시예에서 열 방향(RR)에 본질적으로 평행하게 이어지는 벽과 같은 구조로 설계된다. 유입 구조(50)가 유체를 분배 구조(40)의 일부에만 공급하는 것이 바람직하다. 도시된 실시예에서, 본질적으로 유입 부분(41)의 제 1 부분, 특히 좌측 절반은 유동을 형성하기 위해 사용된다. 제 1 주 유동 방향 HS1을 따라 냉각 유체. 그러나, 유체 채널(30)의 완전한 열은 분배 구조(40)에 의해 유체가 공급된다. 바람직하게는 입구 부분은 특히 주 연장 평면(HSE)에 대해 행 방향(RR)으로 기울어진 램프형 구조를 포함한다.
유체 채널(30)을 통과한 후, 유체는 출구 개구(32)를 통해 냉각 구조(20)를 떠나 분배 구조의 출구 부분(42)으로 유도된다. 분배 구조(40)의 배출 부분(42)도 행 방향(RR)에 본질적으로 평행한 벽 형상 구조로 구성된다. 특히, 특히, 출구 부분(42)은 출구 개구(42)로부터 나오는 유체를 수집하고 그것을 제 2 주 유동 방향 HS2에서 다시 유입 구조(50)로 전환시키도록 구성된다. 예를 들어, 출구 부분(42)은 열 방향(RR)으로 경사진 램프형 구조, 특히 분배 구조(40)의 유입 부분(41)에서 경사형 구조에 대해 경사진 램프형 구조를 포함한다. 제 2 주 유동 방향(HS2)는 서로 평행하게 오프셋된다. 즉, 분배 구조(40)를 떠난 후, 유체의 유동은 분배 구조(40)에 들어갈 때 유동에 대해 측 방향 또는 측 방향으로 오프셋된다.
도시된 실시예에서, 분배 구조(40)의 입구 부분(41)은 제 1 주 유동 방향(HS1)을 따라 보았을 때 분배 구조(40)의 출구 부분(42) 앞에 위치한다. 그러나, 배출 부분(42)은 제 1 주 유동 방향(HS1)을 따라봤을 때 분배 구조(40)의 유입 부분(31) 앞에 배치되는 것도 생각할 수있다.
개별 유체 채널(30)은 바람직하게는 U 자형이고, 여기서 U 자형 유체 채널(30)은 주 연장 평면(HSE)에 본질적으로 수직으로 연장되는 2개의 레그 영역(34) 및 2개의 레그 영역(34)을 연결하는 횡단 영역(33)을 갖는다. 특히, 횡 방향 영역(33)은 유체의 방향을 바꾸는 데 사용되며 설치시 2 차 층(13) 또는 세라믹 층(11)에 가장 가깝다. 바람직하게는, 횡 방향 영역(33)과 냉각 구조(20)에 인접한 세라믹 층(11) 또는 2 차 층(13) 사이의 거리는 0.2 내지 1.5mm, 바람직하게는 0.4 내지 1, 특히 바람직하게는 0.6mm 내지 0.8mm의 값을 갖는다. 바람직하게는, 유체 채널(30), 특히 그 레그 영역(34)은 유체가 유체 채널(30) 내에서 난류를 경험하는 방식으로 구성된다. 이러한 목적을 위해, 예를 들어, 주 연장 평면 HSE에 평행하게 이어지는 레그 영역(34)의 개구 단면(Q1, Q2)이 유체 채널(30) 내, 특히 레그 영역(34) 내에서 유체의 흐름 방향을 따라 측 방향으로 이동되는 것이 의도된다. 레그 영역(34)은 제 1 개구 단면(Q1)을 갖는 제 1 섹션(T1) 및 제 2개구 단면(Q2)을 갖는 제 2 섹션(T2)을 포함하고, 여기서 제 1 개구 단면(Q1)은 주 연장 평면(HSE)에 평행한 방향에서 볼 때 제 2개구 단면(Q2)으로부터 오프셋 거리(V) 만큼 오프셋된다. 바람직하게는, 제 1 개구 단면(Q1) 및 제 2 개구 단면(Q2)은 동일한 크기이다. 그러나, 제 1 개구 단면이 제 2개구 단면과 다른 것도 생각할 수있다. 특히, 제 1 섹션(T1) 및 제 2 섹션(T2)은 각각 금속층에 할당되며, 예를 들어 생산 중에 서로의 위에 적층된다. 개별 금속 층은 두께가 같거나 두께가 다를 수 있다. 예를 들어, 개별 층의 두께가 구성 요소 측면을 향해 감소 및/또는 증가하는 것도 생각할 수 있다.
특히, 제 1 개구 단면(Q1) 및 제 2 개구 단면(Q2)은 제 1 주 유동 방향(HS1) 또는 제 2 주 유동 방향(HS2)에 각각 평행 한 방향으로,및 행 방향(RR)에 평행한 방향, 즉 서로 평행하지 않은 두 방향으로 서로 오프셋된다. 바람직하게는, 중첩 영역의 비율은 제 1 개구 단면(Q1)과 제 2 개구 단면(Q2)이 적층 방향(S)에서 보았을 때 상하로 배치되고, 제 1 개구 단면(Q1) 또는 제 2 개구 단면(Q2)는 각각 0.5 내지 0.9, 바람직하게는 0.5 내지 0.8, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 0.7의 값을 갖는다. 특히, 입구 개구 및/또는 출구 개구의 개구 단면이 제 1 개구 단면 및/또는 제 2 개구 단면보다 더 큰 것이 생각 될 수 있다. 이것은 유체 채널이 형성되는 깔때기 모양의 입구 영역과 출구 영역을 허용한다.
그러나, 제 1 개구 단면(Q1) 및 제 2개구 단면(Q2)이 상이한 크기인 것도 생각할 수 있다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2개구 단면은 유체 채널(30)을 위한 실질적으로 나선형 모양의 코스를 형성하는 방식으로 구성된다. 유체 채널(30)은 예를 들어 대응하는 개구를 갖는 금속 층을 적층함으로써 또는 3D 프린팅 공정에 의해 실현될 수 있다. 또한, 입구 개구(13)는 직경 및/또는 에지 길이가 0.1 mm 내지 2.5 mm, 바람직하게는 0.5 mm 내지 1.5 mm 이상, 바람직하게는 본질적으로 1mm의 값을 갖는 제 1 개구 단면을 갖는 것이 제공된다. 바람직하게는 제 1 개구 단면(Q1) 또는 제 2 개구 단면(Q2)이 유체 채널(30)의 레그 영역(34) 내에서 변하지 않는 것이 제공된다.
또한, 바람직하게는 동일한 유체 채널의 2 개의 인접한 레그 영역 사이의 거리(A)는 0.1mm와 5mm 사이, 바람직하게는 0.2mm와 2mm 사이, 더욱 바람직하게는 본질적으로 1.5mm의 값을 가진다. 제 1 단면 개구(Q1) 또는 제 2 단면 개구(Q2)의 두 중심 사이의 거리(A)는 적층 방향(S)에서 동일한 높이에서 측정된다.
도 7은 본 발명의 추가 실시예에 따른 냉각 구조(20) 및 분배 구조(40)의 배열을 도시한다. 특히, 유입 부분 및 배출 부분은 본질적으로 쉘형 또는 채널형이고, 쉘형 구조는 냉각 구조(20)의 외측(A)에 개방되고 바로 인접하는 것으로 의도된다. 도시된 실시예에서, 쉘 요소는 특히 하부(61) 및 하부(61)으로부터 수직으로 돌출하는 2개의 측면(62)을 포함하고, 쉘 요소가 행 방향(RR)에 대해 실질적으로 종 방향으로 평행하게 연장되어, 쉘 요소가 예를 들어 드로잉 평면(x로 표시됨)으로 돌출하는 방향으로 냉각 구조(20)의 외측을 따른 유체를 향하도록 추가로 제공된다. 특히, 쉘 요소는 인접한 열에 배열 된 2개의 유체 채널의 입구 개구(31)를 공급하는 방식으로 주 연장 평면(HSE)을 따라 치수가 정해지는 것이 제공된다. 다시 말해, 도 7의 실시예에서, 인접한 열의 유체 채널(30)의 입구 개구(31)는 입구 부분(41)을 공유하고 서로 인접하게 배열된다. 즉, 열 방향(RR)에 수직인 방향에서, 유체 채널을 위한 입구 개구(31) 및 출구 개구(32)는 교대하지 않고 입구 부분(41) 및 출구 부분(42)에 교대로 할당 된 쌍을 형성한다. 각각의 출구 개구(32)를 통해 냉각 구조의 유체 채널(30)을 떠난 후, 유체는 분배 구조의 출구 부분(42)을 형성하고 입구 부분(41)에 평행하게 이어지는 다른 쉘 요소로 도입된다. 그 결과 한 쌍의 인접한 출구 포트(42)는 분배 구조(40)의 출구 부분에 제공된다.
도 8은 도 7의 시스템의 사시도를 도시된다. 특히, 서로 옆에 배열되고 입구 부분(41)과 출구 부분(42)을 교대로 형성하는 쉘 요소 또는 채널이 식별될 수 있다. 입구 부분(41)과 출구 부분(42)은 램프 형상의 하부(61)의 경사에 의해 서로 다르다. 바람직하게는, 입구 부분(41)의 램프 형상의 하부와 출구 부분(42)의 램프 형상의 하부는 서로 반대 방향으로 배향된다. 바람직하게는, 램프형 하부(61)은 동일한 절대 각도로 기울어 질 수 있다. 예를 들어, 모든 유입 부분(41)의 램프 형 하부(61)는 평행하게 이어지고 모든 배출 부분(42)의 램프 형 하부(61)는 서로 평행하게 이어진다. 하부(61)의 경사는 특히 분배 구조 내의 유속을 제어하기 위해 사용된다. 선택적으로 또는 보충적으로, 쉘 요소가 유동 속도를 조정하기 위해 유동 방향으로 테이퍼되는, 즉 폭이 감소하는 것도 생각할 수있다. 특히, 금속층은 도 8에서 볼 수 있다.
도 9는 도 7 및 8의 시스템의 분배 구조(40)를 개략적으로 도시한다. 여기서, 유체는 예를 들어 여기에 제공된 연결을 통해 측면으로부터 공급되고 배출된다.
1: 금속 세라믹 기판 4: 구성 요소
5: 구성 요소 측면 6: 냉각 측면
11: 세라믹 층 12: 금속층
13: 2차층 15: 중간층
20: 냉각 구조 30: 유체 채널
31: 유입구 32: 배출구
33: 횡방향 영역 34: 레그 영역
40: 분배 구조 41: 입구 부분
42: 출구 부분 50: 인피드 구조
61: 하부 62: 측면
T1: 제 1 부분 섹션 T2: 제 2 부분 섹션
Q: 횡단 방향 Q1: 제 1 개방 단면
Q2: 제 2 개방 단면 HS1: 제 주 유동 방향
HS2: 제 2 주 유동 방향 HSE 주 연장 평면
S: 적층 방향

Claims (10)

  1. 구성 요소 측면(5) 및 상기 구성 요소 측면(5)에 대향된 냉각 측면(6)을 갖는 금속-세라믹 기판(1)을 냉각하기 위한 시스템에 있어서,
    - 냉각 구조(20) 내에서 유체를 안내하기 위한 하나 이상의 통합된 유체 채널(30)을 갖는 금속 냉각 구조(20), 및
    - 유체 채널(30)에 유체를 공급하기 위한, 특히 플라스틱으로 만들어진 분배 구조(40)를 포함하고,
    냉각 구조(20)는 분배 구조(40)를 향하는 외부 측면(A)에 입구 개구(31) 및 상기 입구 개구(31)로부터 분리된 출구 개구(32)를 가지며, 유입구(31)와 배출구(32)는 유체 채널(30)을 통해 서로 연결되며, 유체 채널(30)은 냉각 구조가 설치될 때 유체가 유입구(31)에서 구성 요소 측면(5) 방향으로 안내되고 냉각 구조(20) 내에서 방향이 전환되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 냉각 구조(20), 특히 유체 채널(30) 및/또는 분배 구조(40)는 냉각 구조(20)의 주 연장 평면(HSE)과 평행하게 진행하는 방향에서, 분배 구조(40)을 떠난 후 유체의 유동 방향이 분배 구조(40)에 들어갈 때 유체의 유동 방향에 대해 측면으로 오프셋되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각각 입구 개구(31)를 갖는 복수의 유체 채널(30)이 열 방향(RR)에서 볼 때 나란히 배열되고 및/또는 분배 구조(40)는 복수의 입구 개구에 유체를 공급하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 전항 중 어느 한 항에 있어서, 유체 채널(30)은 U 자형이고, U 자형 유체 채널(30)은 주 연장 평면(HSE)에 실질적으로 수직으로 연장되는 2 개의 레그 영역(34) 및 상기 두 개의 레그 영역(34)을 연결하는 적어도 하나의 횡단 영역(33)을 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 주 연장 평면(HSE)에 평행하게 연장하는 레그 영역(34)의 개구 단면은 냉각 구조(30) 특히 제 1 개구 단면(Q1)을 갖는 제 1 부분 단면(T1) 및 제 2 개구 단면(Q2)을 갖는 제 2 부분 단면(T2)을 포함하는 레그 영역(34) 내에서 유동 방향을 따라 측 방향으로 이동되고, 상기 제 1 개방 단면(Q1)은 주 확장 평면(HSE)에 평행한 방향에서 볼 때 오프셋 거리(V) 만큼 제 2 개구 단면(Q2)에 대해 오프셋되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 유체에 난류를 형성하기 위해, 유체의 레그 영역(34) 중 적어도 하나는 적어도 단면에서 실질적으로 나선형 코스를 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 분배 구조(40)는 냉각 구조(20)에 인접한 벽형 구조를 포함하고, 벽형 구조는 행 방향(RR)에 대해 15° 미만으로 기울어지며, 바람직하게는 행 방향에 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 전항 중 어느 한 항에 있어서, 분배 구조(40)는 유체를 유입 개구(30)의 2 개의 인접한 열로 공급하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 구성 요소 측면(5) 및 상기 측면(5)과 대향된 냉각 측면(6)을 갖는 금속-세라믹 기판(1)에 있어서, 상기 금속-세라믹 기판(1)은 세라믹 층(11)을 따라 연장되는 주 연장 평면(HSE)과 금속화 층(12)을 포함하고,
    상기 냉각 측면(6)은
    - 유체를 전도하기 위한 하나 이상의 통합 된 유체 채널(30)을 갖는 금속 냉각 구조(20), 및
    - 유체 채널(30)에 유체를 공급하기 위한, 특히 플라스틱으로 만들어진 분배 구조(40)를 포함하며,
    냉각 구조(20)는 분배 구조(40)를 향하는 외부 측면(A)에 입구 개구(31) 및 상기 입구 개구(31)로부터 분리된 출구 개구(32)를 가지며, 유입구(31)와 배출구(32)는 유체 채널(30)을 통해 서로 연결되며, 유체 채널(30)은 냉각 구조가 설치될 때 유체가 유입구(31)에서 구성 요소 측면(5) 방향으로 안내되고 냉각 구조(20) 내에서 방향이 전환되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 시스템 또는 제 9 항 또는 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 금속-세라믹 기판을 제조하기 위한 방법에 있어서,
    적어도 하나의 유체 채널(30)을 갖는 냉각 구조(20)가 층 구조 및/또는 3D 프린팅 공정으로 제조되는 것을 특징으로 하는 시스템.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11370016B2 (en) * 2019-05-23 2022-06-28 Raytheon Technologies Corporation Assembly and method of forming gas turbine engine components
DE212021000463U1 (de) * 2020-09-17 2023-07-13 Hitachi Energy Switzerland Ag Leistungsmodul
US20230077598A1 (en) * 2021-09-14 2023-03-16 Hamilton Sundstrand Corporation Cooling in conductors for chips
DE102021131902A1 (de) * 2021-12-03 2023-06-07 Rogers Germany Gmbh Trägerelement für elektrische Bauteile und Verfahren zur Herstellung eines solchen Trägerelements
DE102021132945A1 (de) * 2021-12-14 2023-06-15 Rogers Germany Gmbh Trägersubstrat für elektrische Bauteile und Verfahren zur Herstellung eines solchen Trägersubstrats
US20240186218A1 (en) * 2022-10-21 2024-06-06 Semiconductor Components Industries, Llc Molded power modules with fluidic-channel cooled substrates

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010278438A (ja) * 2009-05-29 2010-12-09 General Electric Co <Ge> ヒートシンク並びにその製作方法
WO2014014054A1 (ja) * 2012-07-18 2014-01-23 株式会社 豊田自動織機 放熱装置、及び半導体装置
JP2014175568A (ja) * 2013-03-12 2014-09-22 Mitsubishi Electric Corp 半導体素子の冷却装置
DE102015114291A1 (de) * 2014-08-27 2016-03-03 Rogers Germany Gmbh Kühlanordnung

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7353859B2 (en) 2004-11-24 2008-04-08 General Electric Company Heat sink with microchannel cooling for power devices
JP2006179771A (ja) * 2004-12-24 2006-07-06 Mitsubishi Electric Corp 電気デバイス及び冷却ジャケット
JP2007123736A (ja) * 2005-10-31 2007-05-17 Fuji Electric Systems Co Ltd 放熱器
DE202009005305U1 (de) * 2009-04-02 2009-09-24 Asia Vital Components Co., Ltd., Hsin Chuan City Kühlplatte mit Kapillarkanälen für Flüssigkeitskühler
EP2434543B1 (en) * 2009-05-19 2014-04-09 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Heat exchanger and method of manufacturing the same
JP2012528471A (ja) * 2009-05-27 2012-11-12 キュラミーク エレクトロニクス ゲーエムベーハー 冷却される電気構成ユニット
US8519532B2 (en) * 2011-09-12 2013-08-27 Infineon Technologies Ag Semiconductor device including cladded base plate
US9293391B2 (en) * 2011-10-12 2016-03-22 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor module cooler and semiconductor module
DE102012106244B4 (de) * 2012-07-11 2020-02-20 Rogers Germany Gmbh Metall-Keramik-Substrat
US9731370B2 (en) * 2013-04-30 2017-08-15 Infineon Technologies Ag Directly cooled substrates for semiconductor modules and corresponding manufacturing methods
CN103327795B (zh) 2013-06-19 2015-11-25 华为技术有限公司 液冷散热器
DE102013109246B4 (de) * 2013-08-27 2019-01-31 Rogers Germany Gmbh Kühlanordnung und Anordnung damit
US9825368B2 (en) 2014-05-05 2017-11-21 Fractal Antenna Systems, Inc. Method and apparatus for folded antenna components
DE102014112516B3 (de) 2014-09-01 2015-12-24 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungselektronisches System mit Flüssigkeitskühleinrichtung und Verfahren zur Herstellung der Flüssigkeitskühleinrichtung
US20160218048A1 (en) * 2015-01-26 2016-07-28 Nuvotronics Inc. Microfluidic channels for thermal management of microelectronics
US9953899B2 (en) * 2015-09-30 2018-04-24 Microfabrica Inc. Micro heat transfer arrays, micro cold plates, and thermal management systems for cooling semiconductor devices, and methods for using and making such arrays, plates, and systems
US9818726B2 (en) * 2015-12-28 2017-11-14 International Business Machines Corporation Chip stack cooling structure
US10136550B2 (en) * 2016-09-30 2018-11-20 International Business Machines Corporation Cold plate device for a two-phase cooling system
DE102016125338B4 (de) 2016-12-22 2018-07-12 Rogers Germany Gmbh System zum Kühlen eines für elektrische Bauteile vorgesehenen Trägersubstrats und Trägersubstrat
CN206341545U (zh) * 2016-12-30 2017-07-18 南京中江新材料科技有限公司 一种带有水冷通道的直接敷铜陶瓷基板

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010278438A (ja) * 2009-05-29 2010-12-09 General Electric Co <Ge> ヒートシンク並びにその製作方法
WO2014014054A1 (ja) * 2012-07-18 2014-01-23 株式会社 豊田自動織機 放熱装置、及び半導体装置
JP2014175568A (ja) * 2013-03-12 2014-09-22 Mitsubishi Electric Corp 半導体素子の冷却装置
DE102015114291A1 (de) * 2014-08-27 2016-03-03 Rogers Germany Gmbh Kühlanordnung

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