RU2821431C1 - Мощный теплопроводный полупроводниковый прибор - Google Patents
Мощный теплопроводный полупроводниковый прибор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2821431C1 RU2821431C1 RU2023136232A RU2023136232A RU2821431C1 RU 2821431 C1 RU2821431 C1 RU 2821431C1 RU 2023136232 A RU2023136232 A RU 2023136232A RU 2023136232 A RU2023136232 A RU 2023136232A RU 2821431 C1 RU2821431 C1 RU 2821431C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capillary
- semiconductor element
- housing
- semiconductor device
- heat
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- XTKDAFGWCDAMPY-UHFFFAOYSA-N azaperone Chemical compound C1=CC(F)=CC=C1C(=O)CCCN1CCN(C=2N=CC=CC=2)CC1 XTKDAFGWCDAMPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Использование: для изготовления полупроводниковых приборов большой мощности. Сущность изобретения заключается в том, что мощный теплопроводный полупроводниковый прибор содержит корпус, состоящий из основания и крышки, образующих паровую полость, полупроводниковый элемент, закрепленный внутри корпуса, капиллярно-пористое покрытие, покрывающее внутреннюю поверхность корпуса и заполненное теплоносителем, при этом поверхность полупроводникового элемента содержит капиллярные каналы, сообщающиеся с капиллярно-пористым покрытием и паровой полостью, и на внутренней поверхности верхней части крышки корпуса выполнены капиллярные канавки, сообщающиеся с капиллярно-пористым фитилем на внутренней поверхности боковой стенки крышки корпуса. Технический результат: обеспечение возможности улучшения отвода тепла от полупроводникового элемента. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области, электронной техники и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов большой мощности. Известен мощный теплопроводный полупроводниковый прибор, содержащий корпус с капиллярно-пористым покрытием на внутренних его стенках, заполненным жидким теплоносителем и с закрепленным внутри полупроводниковым элементом (Абраменко А.Н. и Осипенко Т.П., Тепло- и массообмен криогенных жидкостей в пористых теплообменниках. Минск: «Наука». - 1974. - С. 43- 47.)
Недостатком данного технического решения является низкая эффективность теплоотвода при больших мощностях тепловыделения, обусловленная резким снижением коэффициента теплоотдачи при испарительном охлаждении пластины полупроводникового элемента, покрытого капиллярно-пористым покрытием, в условиях высокой плотности теплового потока. Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату, является мощный полупроводниковый прибор, содержащий корпус, состоящий из основания и крышки, образующих паровую полость, полупроводниковый элемент, закрепленный внутри корпуса, капиллярнопористое покрытие, покрывающее внутреннюю поверхность корпуса и заполненное теплоносителем (Патент Великобритании № 1295775 кл. H01L 23/427, опублик. 1972).
Известен также мощный теплопроводный полупроводниковый прибор, содержащий основание и крышку, образующие паровую полость, и покрывающий внутреннюю поверхность крышки капиллярно-пористый фитиль, пропитанный жидким теплоносителем (Патент Японии № 51-17382 кл. H01L 23/02 опублик. 1976). На основании корпуса в таком мощном теплопроводном полупроводниковом приборе закреплен полупроводниковый элемент, поверхность которого покрыта капиллярно-пористым фитилем.
Недостатком обоих вышеописанных мощных теплопроводных полупроводниковых приборов является недостаточно эффективный отвод тепла от полупроводникового элемента при кипении теплоносителя в толще фитиля на участке, покрывающем полупроводниковый элемент. При больших удельных мощностях уменьшается эффективность теплопередачи, что ограничивает максимальную допустимую рассеиваемую мощность.
Наиболее близким к заявляемому изобретению (прототипом) является мощный теплопроводный полупроводниковый прибор (Патент Российской Федерации на изобретение № 2796324 от 22.05.2023. Опубликовано: 22.05.2023 Бюл. № 15), содержащий основание и крышку, образующие паровую полость, и покрывающий внутреннюю поверхность крышки капиллярно-пористый фитиль, пропитанный жидким теплоносителем. На основании внутри корпуса установлена П-образная скоба, внешняя поверхность которой выполнена с капиллярными канавками, сообщающимися с паровой полостью и фитилем. К внутренней поверхности П-образной скобы прикреплен полупроводниковый элемент, отделенный от основания корпуса капиллярным зазором, сообщающимся с фитилем и с паровой полостью.
Недостатком такого мощного теплопроводного полупроводникового прибора является недостаточно эффективная передача тепла от полупроводникового элемента к внешней поверхности крышки из-за того, что конденсация пара теплоносителя возможна только через пористый фитиль, покрывающий внутреннюю поверхность крышки. Это же препятствие (фитиль) замедляет переход пара теплоносителя в жидкое состояние для заполнения фитиля, сообщающегося с капиллярными канавками П-образной скобы. При больших удельных мощностях уменьшается эффективность теплопередачи, что ограничивает максимально допустимую тепловую мощность, передаваемую от полупроводникового элемента к внешней поверхности корпуса для ее рассеивания во внешнюю среду.
Недостатком известного технического решения является также недостаточная эффективность теплоотвода. Это в свою очередь приводит к снижению обусловленного температурой полупроводникового элемента допустимого максимального прямого тока, протекающего через полупроводниковый элемент. Так для полупроводниковых приборов с кремниевым полупроводниковым элементом, начиная с температуры 40°С, являющейся для кремниевого полупроводникового элемента нормальной температурой, допустимый максимальный, прямой ток, протекающий через него, снижается по сравнению с номинальным значением на 40% на каждые 10°С превышения температуры над 40°С.
Целью изобретения является повышение допустимого максимального прямого тока через полупроводниковый элемент посредством повышения эффективности теплоотвода от полупроводникового элемента.
Поставленная цель достигается тем, что в полупроводниковом приборе, содержащем корпус, состоящий из основания и крышки, образующих паровую полость, полупроводниковый элемент, закрепленный внутри корпуса, капиллярно-пористое покрытие, покрывающее внутреннюю поверхность корпуса и заполненное теплоносителем, поверхность полупроводникового элемента содержит капиллярные каналы сообщающиеся с капиллярно-пористым покрытием и паровой полостью.
Прилагаемые чертежи изображают:
Фиг. 1 - один из возможных вариантов выполнения мощного теплопроводного полупроводникового прибора;
Фиг. 2 - разрез А-А части мощного теплопроводного полупроводникового прибора, представленного на фиг. 1;
Фиг. 3 - разрез Б-Б вид сверху мощного теплопроводного полупроводникового прибора, представленного на фиг. 1
Перечень элементов на прилагаемых чертежах:
1 - основание;
2 - крышка;
3 - фитиль;
4 - паровая полость;
5 - полупроводниковый элемент;
6 - капиллярные канавки на поверхности полупроводникового элемента;
7 - капиллярные канавки на поверхности полупроводникового элемента;
8 - капиллярные канавки верхней части крышки 2.
На фиг 1 показан, мощный теплопроводный полупроводниковый прибор. Мощный теплопроводный полупроводниковый прибор (фиг. 1). содержит корпус, выполненный в виде основания 1 и крышки 2, внутренняя поверхность которого покрыта капиллярно-пористым покрытием 3 и образует паровую полость 4. На основании 1 корпуса прибора закреплен полупроводниковый элемент 5, на одной из поверхностей которого выполнены капиллярные каналы 6 (см. фиг. 2), сообщающиеся с капиллярно-пористым покрытием 3, Для улучшения теплоотвода полупроводниковый элемент 5 закреплен на основании 1 корпуса прибора с помощью теплопроводного состава. Капиллярные каналы 6 могут сообщаться между собой капиллярными каналами 7 (см. фиг. 3), что также улучшает теплоотвод от полупроводникового элемента 5. Капиллярно-пористое покрытие 3 заполнено жидким диэлектрическим теплоносителем. В качестве теплоносителя может быть использован, например, фреон Ф-113, представляющим собой диэлектрическую неагрессивную жидкость.
Полупроводниковый прибор работает следующим образом. При протекании тока через полупроводниковый элемент 5 происходит его нагревание электрической мощностью, выделяемой на нем. Под действием тепла, выделяемого на полупроводниковом элементе 5, жидкий теплоноситель, заполняющий капиллярные каналы 6 и 7 (см. фиг. 3), испаряется в паровую полость 4, отводя тепло от полупроводникового элемента 5 за счет скрытой теплоты парообразования, и в парообразном состоянии через паровую корпуса, где он конденсируется. Под действием капиллярных сил полость 4 движется к холодной поверхности корпуса, где он конденсируется, сил жидкий теплоноситель по капиллярно-пористой структуре возвращается в капиллярные каналы 6 и 7 (см. фиг. 3) полупроводникового элемента 5. Данное техническое решение позволяет повысить интенсивность отвода тепла от полупроводникового элемента 5 не менее, чем в 2 раза, благодаря чему допустимый максимальный прямой ток через полупроводниковый элемент увеличивается в 1,5-2 раза.
Claims (1)
- Мощный теплопроводный полупроводниковый прибор, содержащий корпус, состоящий из основания и крышки, образующих паровую полость, полупроводниковый элемент, закрепленный внутри корпуса, капиллярно-пористое покрытие, покрывающее внутреннюю поверхность корпуса и заполненное теплоносителем, отличающийся тем, что с целью повышения допустимого максимального прямого тока через полупроводниковый элемент поверхность полупроводникового элемента содержит капиллярные каналы, сообщающиеся с капиллярно-пористым покрытием и паровой полостью, и на внутренней поверхности верхней части крышки корпуса выполнены капиллярные канавки, сообщающиеся с капиллярно-пористым фитилем на внутренней поверхности боковой стенки крышки корпуса.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2821431C1 true RU2821431C1 (ru) | 2024-06-24 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1751830A1 (ru) * | 1990-01-22 | 1992-07-30 | Ивановский энергетический институт им.В.И.Ленина | Полупроводниковый прибор |
| US20050168947A1 (en) * | 2003-12-11 | 2005-08-04 | Mok Lawrence S. | Chip packaging module with active cooling mechanisms |
| WO2021013961A1 (en) * | 2019-07-25 | 2021-01-28 | Abb Power Grids Switzerland Ag | Housing element for a housing of a power semiconductor module |
| RU2796324C1 (ru) * | 2023-02-03 | 2023-05-22 | Василий Васильевич Лещенко | Корпус мощного полупроводникового прибора |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1751830A1 (ru) * | 1990-01-22 | 1992-07-30 | Ивановский энергетический институт им.В.И.Ленина | Полупроводниковый прибор |
| US20050168947A1 (en) * | 2003-12-11 | 2005-08-04 | Mok Lawrence S. | Chip packaging module with active cooling mechanisms |
| WO2021013961A1 (en) * | 2019-07-25 | 2021-01-28 | Abb Power Grids Switzerland Ag | Housing element for a housing of a power semiconductor module |
| RU2796324C1 (ru) * | 2023-02-03 | 2023-05-22 | Василий Васильевич Лещенко | Корпус мощного полупроводникового прибора |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11035621B2 (en) | Electronics cooling with multi-phase heat exchange and heat spreader | |
| US6062302A (en) | Composite heat sink | |
| US5508884A (en) | System for dissipating heat energy generated by an electronic component and sealed enclosure used in a system of this kind | |
| US6858929B2 (en) | Semiconductor package with lid heat spreader | |
| US20050083655A1 (en) | Dielectric thermal stack for the cooling of high power electronics | |
| WO2007115270A2 (en) | Cooling apparatus with surface enhancement boiling heat transfer | |
| CN109326573B (zh) | 单片相变散热装置 | |
| CN113661569A (zh) | 传热设备和构件 | |
| RU2821431C1 (ru) | Мощный теплопроводный полупроводниковый прибор | |
| JP2007115917A (ja) | 熱分散プレート | |
| TWM621971U (zh) | 具強化兩相流沸騰結構之均溫板 | |
| CN106793712B (zh) | 毛细相变冷却器及其安装方法 | |
| JP2023070147A (ja) | 蒸発器組立体、ベイパーチャンバー及びベイパーチャンバーの製造方法 | |
| KR20050121128A (ko) | 히트파이프 | |
| RU2796324C1 (ru) | Корпус мощного полупроводникового прибора | |
| CN115164445B (zh) | 一种半导体热电制冷器结构及强化换热方法 | |
| TWI315177B (en) | Plate type heat pipe | |
| CN211858626U (zh) | 冷却板 | |
| JPH04196154A (ja) | 半導体冷却装置 | |
| RU2142660C1 (ru) | Силовой полупроводниковый блок с испарительным охлаждением | |
| JPS6243346B2 (ru) | ||
| RU60271U1 (ru) | Термоэлектрический модуль | |
| RU2105939C1 (ru) | Испаритель | |
| JPS61165591A (ja) | 電気絶縁形ヒ−トパイプ | |
| JPH11201667A (ja) | ヒートパイプ式冷却器 |