DE4418611A1 - Halbleiterelementkühlvorrichtung - Google Patents
HalbleiterelementkühlvorrichtungInfo
- Publication number
- DE4418611A1 DE4418611A1 DE4418611A DE4418611A DE4418611A1 DE 4418611 A1 DE4418611 A1 DE 4418611A1 DE 4418611 A DE4418611 A DE 4418611A DE 4418611 A DE4418611 A DE 4418611A DE 4418611 A1 DE4418611 A1 DE 4418611A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- semiconductor element
- coolant
- cooling device
- coolant flow
- passage
- 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.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 277
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 118
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 259
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 50
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 27
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 claims 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 abstract description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 104
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 104
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 15
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000012858 resilient material Substances 0.000 description 2
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 1
- 101100346656 Drosophila melanogaster strat gene Proteins 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- DMFGNRRURHSENX-UHFFFAOYSA-N beryllium copper Chemical compound [Be].[Cu] DMFGNRRURHSENX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000003584 silencer Effects 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
- H01L23/3672—Foil-like cooling fins or heat sinks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
- H01L23/3677—Wire-like or pin-like cooling fins or heat sinks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
- H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
- H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
- H01L23/4336—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons in combination with jet impingement
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
- H01L23/467—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing gases, e.g. air
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
- H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0657—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01004—Beryllium [Be]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01019—Potassium [K]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01068—Erbium [Er]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen
auf Halbleiterelementkühlvorrichtungen, und insbesondere auf
eine Halbleiterkühlvorrichtung zum Kühlen von Halbleiter
elementen, die auf einem Schaltungssubstrat montiert und
innerhalb einer elektronischen Einrichtung installiert sind.
In letzter Zeit hat die Wärme, die durch das Halblei
terelement erzeugt wird, auf Grund der verbesserten Integra
tionsdichte und der Hochgeschwindigkeitsoperation der
integrierten Schaltung zugenommen. Diese Tendenz ist auf dem
Gebiet von hochintegrierten Schaltungen (LSIs), die in
Computern und dergleichen verwendet werden, besonders
spürbar. Zum Beispiel ist es auf der Chipebene nicht selten,
daß Wärme in der Größenordnung von 10 W pro 1 cm² erzeugt
wird, und es wird erwartet, daß sich dieser Wert in nächster
Zukunft verdoppelt oder verdreifacht.
Andererseits nimmt die Montagedichte der Halbleiter
elemente innerhalb der elektronischen Einrichtung auch
rapide zu. Demzufolge wird es schwieriger, das Kühlen
innerhalb der elektronischen Einrichtung auszuführen.
Um die Halbleiterelemente stabil zu betreiben, ist es
ferner wesentlich, die Temperatur der Halbleiterelemente
niedrig zu halten, und von der Kühlvorrichtung wird eine
hohe Kühleffektivität gefordert.
Fig. 1 zeigt eine denkbare Halbleiterelementkühlvor
richtung 10. In Fig. 1 sind Halbleiterelemente 11 über eine
Vielzahl von Verbindungsgliedern 13, wie Lot, auf einem
Schaltungssubstrat 12 montiert. Eine Vielzahl von stiftför
migen Rippen 14 ist auf einer oberen Oberfläche 11a des
Halbleiterelements 11 rechtwinklig zu der oberen Oberfläche
11a befestigt.
Das Halbleiterelement 11 wird gekühlt, wenn ein Kühl
mittel (Kühlmedium) 15 parallel zu dem Schaltungssubstrat 12
dahinströmt und die Peripherie des Halbleiterelements 11
passiert. Mit anderen Worten, das Kühlen erfolgt auf Grund
des Wärmeaustauschs zwischen dem Kühlmittel 15 und den
stiftförmigen Rippen 14 und der oberen Oberfläche 11a des
Halbleiterelements 11.
Andererseits zeigt Fig. 2 eine andere denkbare Halblei
terelementkühlvorrichtung 20. In Fig. 2 ist das Halbleiter
element 11 auf dem Schaltungssubstrat 12 montiert, und eine
Düse 21 ist über dem Halbleiterelement 11 rechtwinklig zu
der oberen Oberfläche 11a des Halbleiterelements 11 angeord
net.
Eine Hochgeschwindigkeitskühlmittelströmung 22, die aus
der Düse 21 mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen wird,
trifft auf die obere Oberfläche 11a des Halbleiterelements
11 und bildet danach eine Strahlströmung 23, die sich längs
der oberen Oberfläche 11a radial ausbreitet, um das Halblei
terelement 11 zu kühlen. Solch ein Kühlen unter Verwendung
der Strahlströmung ist vorteilhaft, weil durch Einsatz einer
relativ einfachen Konstruktion eine relativ hohe Kühleffek
tivität erreicht werden kann.
Gemäß der in Fig. 1 gezeigten Halbleiterelementkühlvor
richtung 10 ist es notwendig, die Länge der stiftförmigen
Rippen 14 zu vergrößern oder die Anzahl der stiftförmigen
Rippen 14 pro Einheitsbereich auf der oberen Oberfläche 11a
des Halbleiterelements 11 zu erhöhen. Das erstere Verfahren
zum Vergrößern der Länge der stiftförmigen Rippen 14 ver
schlechtert jedoch die Rippeneffektivität, und so besteht
eine Grenze beim Verbessern der Kühleffektivität. Anderer
seits vergrößert das letztere Verfahren zum Erhöhen der
Anzahl der stiftförmigen Rippen 14 pro Einheitsbereich den
Strömungswiderstand, und die Kühleffektivität ist nicht so
hoch wie erwartet, da die Strömung des Kühlmittels an den
unteren Teilen der stiftförmigen Rippen 14 und an der oberen
Oberfläche 11a des Halbleiterelements 11 blockiert wird.
Andererseits ist gemäß der in Fig. 2 gezeigten Halblei
terelementkühlvorrichtung 20 auf Grund der Notwendigkeit zum
Anordnen der Düse 21, um der oberen Oberfläche 11a des
Halbleiterelements 11 gegenüberzuliegen, ein Raum mit einer
Höhe A über dem Schaltungssubstrat 12 unbedingt erforder
lich. Als Resultat ist es schwierig, das Schaltungssubstrat
12 innerhalb der elektronischen Einrichtung mit hoher Dichte
durch Anordnen des Schaltungssubstrats 12 bei einem engen
Abstand unterzubringen.
Demzufolge ist es eine allgemeine Aufgabe der vor
liegenden Erfindung, eine neuartige und nützliche Halblei
terelementkühlvorrichtung vorzusehen, bei der die oben
beschriebenen Probleme beseitigt sind.
Eine andere und spezifischere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, eine Halbleiterelementkühlvorrichtung
vorzusehen, die dafür ausgelegt ist, um wenigstens ein
Halbleiterelement zu kühlen, das auf einem Schaltungssub
strat montiert ist, mit einem ersten Mittel zum Erzeugen
einer Kühlmittelströmung durch Strömen eines Kühlmittels
über eine obere Oberfläche des Halbleiterelements, und einem
zweiten Mittel zum schrägen Auftreffen des Kühlmittels auf
dem Halbleiterelement von einer stromaufwärtigen Seite hin
zu einer stromabwärtigen Seite der Kühlmittelströmung. Gemäß
der Halbleiterelementkühlvorrichtung der vorliegenden
Erfindung absorbiert die Kühlmittelströmung effektiv die
Wärme von der oberen Oberfläche des Halbleiterelements, und
die Kühleffektivität ist verbessert.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist
es, die oben zuerst beschriebene Halbleiterelementkühlvor
richtung vorzusehen, bei der das zweite Mittel eine Vielzahl
von geneigten säulenförmigen Radiatorrippen umfaßt, die auf
der oberen Oberfläche des Halbleiterelements vorgesehen sind
und jeweils einen Abschnitt haben, der zu der stromaufwärti
gen Seite der Kühlmittelströmung geneigt ist. Gemäß der
Halbleiterelementkühlvorrichtung der vorliegenden Erfindung
wird die Kühleffektivität an dem unteren Teil der geneigten
säulenförmigen Radiatorrippen hin zu der oberen Oberfläche
des Halbleiterelements verbessert, und der Oberflächen
bereich der geneigten säulenförmigen Radiatorrippen wird
vergrößert. Aus diesem Grund ist es möglich, die Kühleffek
tivität des Halbleiterelements zu verbessern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,
die oben an zweiter Stelle beschriebene Halbleiterelement
kühlvorrichtung vorzusehen, bei der das zweite Mittel ferner
eine kammförmige Struktur umfaßt, die obere Enden der
geneigten säulenförmigen Radiatorrippen verbindet, die in
einer im allgemeinen rechtwinkligen Richtung zu einer
Richtung der Kühlmittelströmung angeordnet sind. Gemäß der
Halbleiterelementkühlvorrichtung der vorliegenden Erfindung
ist es möglich, die Vielzahl von geneigten säulenförmigen
Radiatorrippen in einem Prozeß herzustellen, und die Produk
tivität wird beträchtlich verbessert.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,
die oben zuerst beschriebene Halbleiterelementkühlvorrich
tung vorzusehen, bei der das erste Mittel ein durchgangs
bildendes Glied umfaßt, das einen Durchgang zwischen dem
durchgangsbildenden Glied und der oberen Oberfläche des
Halbleiterelements bildet, und eine Kühlmittelsteuereinheit
zum Zuführen des Kühlmittels zu dem Durchgang, um innerhalb
des Durchgangs eine parallele Kühlmittelströmung zu bilden,
welche parallele Kühlmittelströmung zu der oberen Oberfläche
des Halbleiterelements etwa parallel ist, und das zweite
Mittel einen Ventilator umfaßt, der an einer Position
vorgesehen ist, die dem Halbleiterelement gegenüberliegt,
und bezüglich der oberen Oberfläche des Halbleiterelements
geneigt ist. Gemäß der Halbleiterelementkühlvorrichtung der
vorliegenden Erfindung erzeugt der Ventilator eine Strahl
strömung des Kühlmittels mit einer groben Strömungsmenge.
Aus diesem Grund ist es möglich, die Strömungsmenge des
Kühlmittels, das auf die obere Oberfläche des Halbleiter
elements schräg auftrifft, zu vergrößern und demzufolge das
Halbleiterelement mit einer hohen Kühleffektivität zu
kühlen.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist
es, die oben an vierter Stelle beschriebene Halbleiter
elementkühlvorrichtung vorzusehen, die ferner ein drittes
Mittel umfaßt, das an einer Peripherie des Ventilators
vorgesehen ist, zum Begrenzen des Kühlmittels, das aus dem
Ventilator ausgestoßen wird, gegen Bewegen zu einer Einzugs
seite des Ventilators hin. Gemäß der Halbleiterelement
kühlvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es möglich zu
verhindern, daß sich das Kühlmittel, das aus dem Ventilator
ausgestoßen wird, hin zu der Einzugsseite des Ventilators
bewegt, und somit zu verhindern, daß die Temperatur des
Kühlmittel dadurch ansteigt. Mit anderen Worten, das Kühl
mittel, das von dem Ventilator ausgestoßen wird, kann immer
auf einer niedrigen Temperatur gehalten werden, und deshalb
ist es möglich, das Halbleiterelement stabil zu kühlen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,
die oben zuerst beschriebene Halbleiterelementkühlvorrich
tung vorzusehen, bei der das erste Mittel ein durchgangs
bildendes Glied umfaßt, das einen Durchgang zwischen dem
durchgangsbildenden Glied und der oberen Oberfläche des
Halbleiterelements bildet, und eine Kühlmittelsteuereinheit
zum Zuführen des Kühlmittels zu dem Durchgang, um innerhalb
des Durchgangs eine parallele Kühlmittelströmung zu bilden,
welche parallele Kühlmittelströmung zu der oberen Oberfläche
des Halbleiterelements etwa parallel ist, und das zweite
Mittel einen Kanal mit einem Endstück umfaßt, das dem
Halbleiterelement gegenüberliegt und bezüglich der oberen
Oberfläche des Halbleiterelements geneigt ist, und einen
Ventilator, der das Kühlmittel aus dem Kanal ausstößt. Gemäß
der Halbleiterelementkühlvorrichtung der vorliegenden
Erfindung ist es möglich, eine Strahlströmung des Kühl
mittels mit einer großen Strömungsmenge zu bilden. Aus
diesem Grund kann die Strömungsmenge des Kühlmittels, das
auf die obere Oberfläche des Halbleiterelements auftrifft,
vergrößert werden, wodurch ermöglicht wird, daß das Halblei
terelement mit einer hohen Kühleffektivität gekühlt wird.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,
eine Halbleiterelementkühlvorrichtung vorzusehen, die dafür
ausgelegt ist, um wenigstens ein Halbleiterelement zu
kühlen, das auf einem Schaltungssubstrat montiert ist, mit
einem durchgangsbildenden Glied, das einen Durchgang zwi
schen dem durchgangsbildenden Glied und einer oberen Ober
fläche des Halbleiterelements bildet, einer Kühlmittel
steuereinheit, die ein Kühlmittel dem Durchgang zuführt, um
über der oberen Oberfläche des Halbleiterelements eine
parallele Kühlmittelströmung zu bilden, wo die parallele
Kühlmittelströmung zu der oberen Oberfläche des Halbleiter
elements etwa parallel ist, und einem oder einer Vielzahl
von Trenngliedern, die auf einer Oberfläche des durchgangs
bildenden Glieds vorgesehen sind, das der oberen Oberfläche
des Halbleiterelements gegenüberliegt, bei der jedes der
Trennglieder einen Basisteil hat, der sich in einer im
allgemeinen rechtwinkligen Richtung zu der parallelen
Kühlmittelströmung erstreckt, und einen Endteil, der eine
spaltförmige Kühlmittelauslaßöffnung mit einer vorbestimmten
Lücke zwischen dem Endteil und der oberen Oberfläche des
Halbleiterelements bildet. Gemäß der Halbleiterelementkühl
vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es unnötig, eine
Düse wie in dem denkbaren Fall zu verwenden. Es ist möglich,
die hohe Kühleffektivität der Strahlströmung des Kühlmittels
zu nutzen und gleichzeitig zu ermöglichen, die Schaltungs
substrate und somit die Halbleiterelemente innerhalb der
elektronischen Einrichtung mit einer hohen Montagedichte zu
montieren.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist
es, die oben an siebter Stelle beschriebene Halbleiter
elementkühlvorrichtung vorzusehen, die ferner eine oder eine
Vielzahl von Oberflächen umfaßt, die auf der oberen Ober
fläche des Halbleiterelements vorgesehen sind, bei der das
Kühlmittel, das von der spaltförmigen Kühlmittelauslaßöff
nung ausgestoßen wird, auf die eine oder die Vielzahl von
Oberflächen trifft. Gemäß der Halbleiterelementkühlvor
richtung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die
Richtung der Kühlmittelströmung durch Kollision rapide zu
verändern und somit die Kühleffektivität des Halbleiter
elements zu verbessern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,
die oben an siebter Stelle beschriebene Halbleiterelement
kühlvorrichtung vorzusehen, bei der das eine oder die
Vielzahl von Trenngliedern mit dem Halbleiterelement direkt
und nicht über ein Schaltungssubstrat strukturell verbindet.
Gemäß der Halbleiterelementkühlvorrichtung der vorliegenden
Erfindung können das Trennglied und das durchgangsbildende
Glied mit dem Halbleiterelement ohne das Schaltungssubstrat
verbunden sein. Als Resultat wird der Montageprozeß erleich
tert, und die Kühlleistung wird stabilisiert.
Andere Aufgaben und weitere Merkmale der vorliegenden
Erfindung gehen aus der folgenden eingehenden Beschreibung
zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen hervor.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht, die eine denkbare
Halbleiterelementkühlvorrichtung zeigt;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht, die eine andere denkbare
Halbleiterelementkühlvorrichtung zeigt;
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht mit einem
weggeschnittenen Teil, die eine erste Ausführungsform einer
Halbleiterelementkühlvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
Fig. 4 ist eine Draufsicht, die ein in Fig. 3 gezeigtes
Halbleiterelement zeigt;
Fig. 5 ist eine Seitenansicht, die einen Teil des in
Fig. 3 gezeigten Halbleiterelements zeigt;
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht zum Erläutern
der Funktionen einer geneigten säulenartigen Radiatorrippe;
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine erste
Abwandlung einer in Fig. 3 gezeigten Radiatorrippe zeigt;
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
zweite Abwandlung der in Fig. 3 gezeigten Radiatorrippe
zeigt;
Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
dritte Abwandlung der in Fig. 3 gezeigten Radiatorrippe
zeigt;
Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
vierte Abwandlung der in Fig. 3 gezeigten Radiatorrippe
zeigt;
Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
fünfte Abwandlung der in Fig. 3 gezeigten Radiatorrippe
zeigt;
Fig. 12A und 12B sind eine Draufsicht bzw. eine Seiten
ansicht, die die in Fig. 11 gezeigte Radiatorrippe im
montierten Zustand zeigen;
Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
sechste Abwandlung der in Fig. 3 gezeigten Radiatorrippe
zeigt;
Fig. 14A und 14B sind eine Draufsicht bzw. eine Seiten
ansicht, die die in Fig. 13 gezeigte Radiatorrippe im
montierten Zustand zeigen;
Fig. 15A und 15B sind eine Draufsicht bzw. eine Seiten
ansicht, die eine erste Abwandlung der Anordnung der geneig
ten säulenartigen Radiatorrippen zeigen;
Fig. 16 ist eine Draufsicht, die eine zweite Abwandlung
der Anordnung der geneigten säulenartigen Radiatorrippen
zeigen;
Fig. 17 ist eine Seitenansicht, die die Anordnung von
geneigten säulenartigen Radiatorrippen mit verschiedenen
Längen zeigt;
Fig. 18 ist eine Seitenansicht, die die Anordnung von
geneigten säulenartigen Radiatorrippen mit verschiedenen
Neigungswinkeln zeigt;
Fig. 19 ist eine perspektivische Ansicht mit einem
weggeschnittenen Teil, die eine zweite Ausführungsform der
Halbleiterelementkühlvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
Fig. 20 ist eine Seitenansicht zum Erläutern der
Beziehung eines Ventilators und eines Halbleiterelements in
Fig. 19;
Fig. 21 ist eine Seitenansicht, die eine erste Ab
wandlung der zweiten Ausführungsform zeigt;
Fig. 22 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
zweite Abwandlung der zweiten Ausführungsform zeigt;
Fig. 23 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
dritte Abwandlung der zweiten Ausführungsform zeigt;
Fig. 24 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
vierte Abwandlung der zweiten Ausführungsform zeigt;
Fig. 25 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
fünfte Abwandlung der zweiten Ausführungsform zeigt;
Fig. 26 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
sechste Abwandlung der zweiten Ausführungsform zeigt;
Fig. 27 ist eine Seitenansicht, die die in Fig. 26
gezeigte sechste Abwandlung zeigt;
Fig. 28 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
dritte Ausführungsform der Halbleiterelementkühlvorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 29 ist eine Seitenansicht, die eine vierte Aus
führungsform der Halbleiterelementkühlvorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 30 ist eine Draufsicht, die die in Fig. 29 gezeig
te vierte Ausführungsform zeigt;
Fig. 31 ist eine perspektivische Ansicht mit einem
weggeschnittenen Teil, die eine fünfte Ausführungsform der
Halbleiterelementkühlvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
Fig. 32 ist eine Draufsicht, die einen wichtigen Teil
der in Fig. 31 gezeigten fünften Ausführungsform zeigt;
Fig. 33 ist eine Vorderansicht, die einen wichtigen
Teil der in Fig. 31 gezeigten fünften Ausführungsform zeigt;
Fig. 34 ist ein Diagramm, das die in Fig. 31 gezeigte
fünfte Ausführungsform von der Richtung der Strömung des
Kühlmittels aus zeigt;
Fig. 35 ist eine Seitenansicht zum Erläutern der
Operation der in Fig. 31 gezeigten fünften Ausführungsform;
Fig. 36 ist eine Seitenansicht, die eine erste Ab
wandlung der fünften Ausführungsform zeigt;
Fig. 37 ist eine Querschnittsansicht, die einen Schal
tungssubstratmodul zeigt, auf den die in Fig. 36 gezeigte
erste Abwandlung der fünften Ausführungsform angewendet ist;
Fig. 38 ist eine Querschnittsansicht längs einer Linie
XXXVI-XXXVI in Fig. 37;
Fig. 39 ist eine Seitenansicht, die eine zweite Ab
wandlung der fünften Ausführungsform zeigt;
Fig. 40 ist eine Querschnittsansicht, die eine elek
tronische Einrichtung zeigt, auf die die in Fig. 39 gezeigte
zweite Abwandlung der fünften Ausführungsform angewendet
ist;
Fig. 41 ist eine Seitenansicht, die eine dritte Ab
wandlung der fünften Ausführungsform zeigt;
Fig. 42 ist eine Seitenansicht, die eine vierte Ab
wandlung der fünften Ausführungsform zeigt;
Fig. 43 ist eine Seitenansicht, die eine fünfte Ab
wandlung der fünften Ausführungsform zeigt;
Fig. 44 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
sechste Abwandlung der fünften Ausführungsform zeigt;
Fig. 45 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
siebte Abwandlung der fünften Ausführungsform zeigt;
Fig. 46 ist eine Seitenansicht, die eine achte Ab
wandlung der fünften Ausführungsform zeigt;
Fig. 47 ist eine Seitenansicht, die eine neunte Ab
wandlung der fünften Ausführungsform zeigt;
Fig. 48A und 48B sind eine Seitenansicht bzw. eine
Draufsicht, die eine zehnte Abwandlung der fünften Aus
führungsform zeigen;
Fig. 49 ist eine Seitenansicht, die eine elfte Ab
wandlung der fünften Ausführungsform zeigt;
Fig. 50 ist eine Seitenansicht, die eine zwölfte
Abwandlung der fünften Ausführungsform zeigt;
Fig. 51A und 51B sind eine Seitenansicht bzw. eine
perspektivische Ansicht, die eine dreizehnte Abwandlung der
fünften Ausführungsform zeigen; und
Fig. 52A, 52B und 52C sind eine Seitenansicht, eine
perspektivische Ansicht bzw. eine perspektivische Ansicht,
die eine vierzehnte Abwandlung der fünften Ausführungsform
zeigen.
Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform einer Halblei
terelementkühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
In einer in Fig. 3 gezeigten Halbleiterelementkühlvorrich
tung 30 sind ein Schaltungssubstrat 12 und ein durchgangs
bildendes Glied 32 innerhalb eines Gehäuses 31 einer elek
tronischen Einrichtung untergebracht. Eine Vielzahl von
Halbleiterelementen 11 ist auf dem Schaltungssubstrat 12
montiert. Das durchgangsbildende Glied 32 ist parallel zu
dem Schaltungssubstrat 12 angeordnet und bedeckt eine obere
Oberfläche des Schaltungssubstrats 12, auf dem die Halblei
terelemente 11 montiert sind. Das durchgangsbildende Glied
32 liegt der oberen Oberfläche des Schaltungssubstrats 12
mit einer dazwischen gebildeten Lücke gegenüber. Ein Durch
gang 33 mit einer Höhe H₁ ist zwischen dem Schaltungssub
strat 12 und dem durchgangsbildenden Glied 32 gebildet. Ein
Gebläse 35 ist als Kühlmittelsteuereinheit zum Ausstoßen
eines Kühlmittels (Kühlmediums) mit einem Ende des Durch
gangs 33 über einen Kanal 34 gekoppelt. Andererseits ist an
dem anderen Ende des Durchgangs 33 eine Kühlmitteleinlaßöff
nung 36 vorgesehen.
Wenn das Gebläse 35 betrieben wird, wird Luft 40 von
der Kühlmitteleinlaßöffnung 36 als Kühlmittel hineingezogen.
Daher tritt eine parallele Kühlmittelströmung 43, die zu dem
Schaltungssubstrat 12 parallel ist, innerhalb des Durchgangs
33 auf, wie durch einen Pfeil gekennzeichnet.
Eine Vielzahl von geneigten pfeilerförmigen oder
säulenartigen Radiatorrippen 37 ist, wie in Fig. 4 und 5
gezeigt, auf einer oberen Oberfläche 11a des Halbleiter
elements 11 in einer Matrixanordnung vorgesehen. Die geneig
ten säulenartigen Radiatorrippen 37 sind auf der strom
aufwärtigen Seite der parallelen Kühlmittelströmung 43
vorgesehen, das heißt, auf der Seite der Kühlmitteleinlaß
öffnung 36. Die geneigten säulenartigen Radiatorrippen 37
sind mit einem Neigungswinkel R bezüglich einer Richtung
befestigt, die zu der oberen Oberfläche 11a des Halbleiter
elements 11 rechtwinklig ist. Die geneigten säulenartigen
Radiatorrippen 37 selbst dienen als Mittel zum schrägen
Auftreffen der Luft 40.
Während der Operation der elektronischen Einrichtung
erzeugt das Halbleiterelement 11 Wärme. Der größte Teil der
erzeugten Wärme breitet sich auf Grund von Wärmeleitung hin
zu den geneigten säulenartigen Radiatorrippen 37 aus.
Andererseits wird auch das Gebläse 35 betrieben. Daher
absorbiert die erzeugte parallele Kühlmittelströmung 43 die
Wärme von den geneigten säulenartigen Radiatorrippen 37 und
der oberen Oberfläche 11a des Halbleiterelements 11, da die
parallele Kühlmittelströmung 43 die Peripherie des Halblei
terelements 11 passiert. Als Resultat wird das Halbleiter
element 11 gekühlt.
Gemäß der Halbleiterelementkühlvorrichtung 30 werden
die folgenden Effekte erhalten, da die geneigten säulen
artigen Radiatorrippen 37 mit dem Neigungswinkel R hin zu
der stromaufwärtigen Seite geneigt sind, und die Kühleffek
tivität bezüglich des Halbleiterelements 11 wird verbessert.
Die parallele Kühlmittelströmung 43 an der Peri
pherie der geneigten säulenartigen Radiatorrippe 37 wird,
wie in Fig. 6 gezeigt, längs einer vorderen Oberfläche 38
der geneigten säulenartigen Radiatorrippe 37 zu einer
abwärts geneigten Strömung 44 gebildet und strömt danach hin
zu der stromabwärtigen Seite, indem sie sich in beide Seiten
der geneigten säulenartigen Radiatorrippe 37 teilt, wie
durch einen Pfeil 45 gezeigt. Aus diesem Grund nimmt die
Geschwindigkeit der Kühlmittelströmung von dem unteren Teil
der geneigten säulenartigen Radiatorrippe 37 hin zu einer
Rippenbasisperipherie 39 auf der oberen Oberfläche 11a zu,
und es ist möglich, das Kühlen an diesem Teil effektiv
auszuführen.
Bezüglich derselben Höhe L₂ der säulenartigen Radiator
rippe beträgt die Länge der säulenartigen Radiatorrippe L₂,
wie in Fig. 5 gezeigt, wenn die säulenartige Radiatorrippe
nicht geneigt ist, aber beträgt die Länge der säulenartigen
Radiatorrippe L₁, wenn die säulenartige Radiatorrippe um den
Neigungswinkel R geneigt ist. L₁ ist gleich L₂/cosR, und
somit wird die Länge L₁ größer als die Länge L₂, so wie der
Neigungswinkel R zunimmt. Da die Höhe der säulenartigen
Radiatorrippe durch die Höhe H₁ des Durchgangs 33 begrenzt
ist, ist es möglich, die Länge der säulenartigen Radiator
rippe zu vergrößern und auch den Oberflächenbereich der
säulenartigen Radiatorrippe im Vergleich zu jenen der
denkbaren Halbleiterelementkühlvorrichtung zu vergrößern,
indem die säulenartige Radiatorrippe wie in dem Fall der
geneigten säulenartigen Radiatorrippe 37 geneigt wird. Aus
diesem Grund wird die Wärmemenge, die von der geneigten
säulenartigen Radiatorrippe 37 zu der parallelen Kühlmittel
strömung 43 übertragen wird, verglichen mit jener der
denkbaren Halbleiterelementkühlvorrichtung erhöht.
In dieser Ausführungsform ist bezüglich des Neigungs
winkels R der geneigten säulenartigen Radiatorrippe 37 keine
besondere Grenze vorgesehen. Die oben beschriebenen Effekte
können jedoch nicht zu einem befriedigenden Grade erreicht
werden, falls der Neigungswinkel R zu klein ist. Falls
andererseits der Neigungswinkel R zu groß ist, ragt das
Endstück der geneigten säulenartigen Radiatorrippe 37 weit
nach vorn und behindert das Montieren des benachbarten
Halbleiterelements. Ferner wird die Lücke zwischen den
benachbarten geneigten säulenartigen Radiatorrippen 37 klein
und behindert die korrekte Kühlmittelströmung. Mit anderen
Worten, der überlegene Kühleffekt der geneigten säulen
artigen Radiatorrippe 37 selbst geht verloren, falls der
Neigungswinkel R zu groß ist. Demzufolge ist es vom prakti
schen Gesichtspunkt aus wünschenswert, daß der Neigungs
winkel R in einem Bereich zwischen 10° bis 60° liegt.
Die Querschnittsform der geneigten säulenartigen
Radiatorrippe 37 ist nicht auf die rechteckige Form dieser
Ausführungsform begrenzt. Ahnliche Effekte können durch
Verwenden von geneigten säulenartigen Radiatorrippen er
reicht werden, die andere Querschnittsformen wie zum Bei
spiel eine runde Form haben.
Außerdem ist das zu kühlende Halbleiterelement 11 nicht
auf den in Fig. 3 gezeigten Tragchiptyp begrenzt. Das
Halbleiterelement 11 kann zum Beispiel innerhalb einer
Packung vorgesehen sein oder die Form eines Mehrchipmoduls
annehmen.
Ferner ist das Kühlmittel nicht auf Luft begrenzt, und
andere Gase und Flüssigkeiten können anstelle derer ver
wendet werden. Zum Beispiel kann eine Flüssigkeit wie
Kohlenstofffluorid als Kühlmittel verwendet werden. In
diesem Fall wird anstelle des Gebläses eine Pumpe als
Kühlmittelsteuereinheit verwendet. Außerdem können ein
Behälter zum Zuführen und Ersetzen des Kühlmittels, eine
Rohrleitung und ein Wärmeaustauscher zum Kühlen des Kühl
mittels vorgesehen sein, falls erforderlich. Es ist natür
lich möglich, das Kühlmittel zwischen dem Behälter, der
Pumpe, dem Wärmeaustauscher und dem Durchgang 33 zirkulieren
zu lassen.
Die Oberfläche des durchgangsbildenden Glieds 32, die
dem Schaltungssubstrat 12 gegenüberliegt, kann durch die
Bodenoberfläche eines anderen Schaltungssubstrats gebildet
sein, das zu dem Schaltungssubstrat 12 parallel und benach
bart untergebracht ist. Die Bodenoberfläche dieses anderen
Schaltungssubstrats liegt der Oberfläche gegenüber, auf der
die Halbleiterelemente montiert sind. Außerdem kann die
Oberfläche des durchgangsbildenden Glieds 32, die sich mit
dem Schaltungssubstrat 12 schneidet, durch die Oberfläche
eines anderen Substrats, wie zum Beispiel eine Grundplatine,
die mit dem Schaltungssubstrat 12 verbindet, die Oberfläche
eines Teils, wie zum Beispiel ein Steckverbinder, der auf
dem Schaltungssubstrat 12 vorgesehen ist und der strom
aufwärtigen Seite der parallelen Kühlmittelströmung 43
zugewandt ist, und dergleichen gebildet sein.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung von Abwandlungen
der geneigten säulenartigen Radiatorrippe 37 der ersten
Ausführungsform.
Fig. 7 zeigt eine erste Abwandlung der geneigten
säulenartigen Radiatorrippe. Eine in Fig. 7 gezeigte geneig
te säulenartige Radiatorrippe 60 hat einen etwa halbrunden
Querschnitt. Die geneigte säulenartige Radiatorrippe 60 ist
so angeordnet, daß eine flache Oberfläche 61 von ihr der
stromaufwärtigen Seite der parallelen Kühlmittelströmung 43
zugewandt ist.
Gemäß der Form dieser ersten Abwandlung der geneigten
säulenartigen Radiatorrippe ist der Widerstand bezüglich der
parallelen Kühlmittelströmung 43 in einer Nähe der vorderen
Oberfläche der geneigten säulenartigen Radiatorrippe 60
groß. Aus diesem Grund ist es möglich, eine stärkere abwärts
geneigte Strömung 44 als bei der ersten Ausführungsform zu
erzeugen, wodurch zu einer verbesserten Kühleffektivität
beigetragen wird.
Fig. 8 zeigt eine zweite Abwandlung der geneigten
säulenartigen Radiatorrippe. Eine in Fig. 8 gezeigte geneig
te säulenartige Radiatorrippe hat einen sichelmondförmigen
Querschnitt. Die geneigte säulenartige Radiatorrippe 65 ist
so angeordnet, daß eine konkave Oberfläche 66 von ihr der
stromaufwärtigen Seite der parallelen Kühlmittelströmung 43
zugewandt ist.
Gemäß der Form dieser zweiten Abwandlung der geneigten
säulenartigen Radiatorrippe ist es möglich, eine stärkere
abwärts geneigte Strömung 44 ähnlich wie bei der ersten
Abwandlung zu erzeugen, wodurch zu der verbesserten Kühl
effektivität beigetragen wird.
Fig. 9 zeigt eine dritte Abwandlung der geneigten
säulenartigen Radiatorrippe. Eine in Fig. 9 gezeigte geneig
te säulenartige Radiatorrippe 70 hat solch eine abgeflachte
zylindrische Form, daß ein Zylinder zu dem Endstück hin mehr
abgeflacht ist. Die geneigte säulenartige Radiatorrippe 70
ist so angeordnet, daß eine annähernd kopfstehende dreiecki
ge Oberfläche 71 der stromaufwärtigen Seite der parallelen
Kühlmittelströmung 43 zugewandt ist.
Gemäß der Form dieser dritten Abwandlung der geneigten
säulenartigen Radiatorrippe wird der Strömungswiderstand an
dem unteren Teil der geneigten säulenartigen Radiatorrippe
70 bezüglich jenem an dem oberen Teil der geneigten säulen
artigen Radiatorrippe 70 relativ verringert. Als Resultat
wird die Kühlmittelströmung in der Nähe der oberen Ober
fläche 11a des Halbleiterelements 11 stimuliert, wodurch die
Kühleffektivität verbessert wird.
Fig. 10 zeigt eine vierte Abwandlung der geneigten
säulenartigen Radiatorrippe. Eine in Fig. 10 gezeigte
säulenartige Radiatorrippe 75 besteht aus einem Basisteil
75a, der an der oberen Oberfläche 11a des Halbleiterelements
11 vertikal befestigt ist, und einem gekrümmten Teil 75b,
der gekrümmt ist, um sich hin zu der stromaufwärtigen Seite
der parallelen Kühlmittelströmung 43 zu neigen.
Gemäß der Form dieser vierten Abwandlung der geneigten
säulenartigen Radiatorrippe ist die Endoberfläche eines
Verbindungsteils 76, der an dem Ende des Basisteils 75a
vorgesehen ist, rechtwinklig zu der Richtung, in die sich
der Basisteil 75a erstreckt. Aus diesem Grund ist es extrem
einfach, die Positionen des Verbindungsteils 76 und der
oberen Oberfläche 11a des Halbleiterelements 11 auszurich
ten, wenn die säulenartige Radiatorrippe 75 montiert wird,
und die Produktionseffektivität wird verbessert.
Fig. 11 zeigt eine fünfte Abwandlung der geneigten
säulenartigen Radiatorrippe. Eine in Fig. 11 gezeigte
kammförmige Struktur 80 ist aus einer Vielzahl von geneigten
säulenartigen Radiatorrippenteilen 81 und einem Verbindungs
flansch 82, der obere Enden der geneigten säulenartigen
Radiatorrippenteile 81 verbindet, integral gebildet.
Fig. 12A zeigt eine Draufsicht auf die kammförmigen
Strukturen 80, und Fig. 12B zeigt eine Seitenansicht der
kammförmigen Strukturen 80. Jede kammförmige Struktur 80
besteht, wie in Fig. 12A und 12B gezeigt, aus den geneigten
säulenartigen Radiatorrippenteilen 81, die in einer Richtung
integral angeordnet sind, die im allgemeinen rechtwinklig zu
der parallelen Kühlmittelströmung 43 ist, und hin zu der
stromaufwärtigen Seite der parallelen Kühlmittelströmung 43
geneigt sind.
Gemäß dieser fünften Abwandlung der geneigten säulen
artigen Radiatorrippe kann eine Vielzahl von geneigten
säulenartigen Radiatorrippenteilen 81 in Einheiten der
kammförmigen Strukturen 80 montiert werden. Aus diesem Grund
ist der Produktionsprozeß verglichen mit dem Fall, bei dem
die Radiatorrippen immer einzeln befestigt werden müssen,
extrem einfach.
Fig. 13 zeigt eine sechste Abwandlung der geneigten
säulenartigen Radiatorrippe. Bei dieser sechsten Abwandlung
ist der Verbindungsflansch 82 der in Fig. 11 gezeigten kamm
förmigen Struktur 80 hin zu der stromabwärtigen Seite der
parallelen Kühlmittelströmung 43 gekrümmt. Mit anderen
Worten, eine in Fig. 13 gezeigte kammförmige Struktur 90 ist
etwa in V-Form gekrümmt und aus einer Vielzahl von geneigten
säulenartigen Radiatorrippen 91 und einem Verbindungssteg
92, der die oberen Enden der geneigten säulenartigen Radia
torrippen 91 verbindet, integral gebildet.
Fig. 14A zeigt eine Draufsicht auf die kammförmigen
Strukturen 90, und Fig. 14B zeigt eine Seitenansicht der
kammförmigen Strukturen. Jede kammförmige Struktur 90 ist
gekrümmt, wie in Fig. 14A und 14B gezeigt, um etwa eine
V-Form zu bilden, die hin zu der stromabwärtigen Seite der
parallelen Kühlmittelströmung 43 weist.
Gemäß dieser sechsten Abwandlung der geneigten säulen
artigen Radiatorrippe wird die abwärts geneigte Strömung in
einer Nähe der geneigten säulenartigen Radiatorrippenteile
91 erzeugt, und die gekrümmte Form der kammförmigen Struktur
90 dient dazu, um die parallele Kühlmittelströmung 43 auf
einen Teil 93 der kammförmigen Struktur 90 zu konzentrieren,
der am weitesten auf der stromabwärtigen Seite angeordnet
ist. Aus diesem Grund ist es möglich, die Menge an Kühl
mittel, die über eine Zone 11b der oberen Oberfläche 11a in
einer Nähe des Teils 93, der am weitesten auf der strom
abwärtigen Seite angeordnet ist, hinwegströmt, verglichen
mit jener an anderen Zonen der oberen Oberfläche 11a zu
erhöhen. Deshalb ist es möglich, die spezifische Zone 11b,
wie zum Beispiel einen Teil des Halbleiterelements 11, bei
dem die erzeugte Wärme hoch ist, effektiver zu kühlen.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung von Abwandlungen
der Anordnung der geneigten säulenartigen Radiatorrippen 37
der ersten Ausführungsform. Die Anordnung der geneigten
säulenartigen Radiatorrippen 37 wird nachfolgend einfach als
"Rippenanordnung" bezeichnet.
Fig. 15A und 15B zeigen eine Draufsicht bzw. eine
Seitenansicht einer ersten Abwandlung der Rippenanordnung.
In Fig. 15A und 15B sind die geneigten säulenartigen Radia
torrippen 37 in einem Zwischenteil des Halbleiterelements 11
bezüglich der parallelen Kühlmittelströmung 43 mit einem
Abstand P₁ angeordnet, und dieser Abstand P₁ ist kleiner als
ein Abstand P₂ der geneigten säulenartigen Radiatorrippen
37, die an anderen Teilen des Halbleiterelements 11 angeord
net sind.
Gemäß dieser ersten Abwandlung der Rippenanordnung ist
es möglich, einen spezifischen Teil des Halbleiterelements
11 effektiv zu kühlen. Daher ist es selbst in einem Fall,
bei dem das Halbleiterelement 11 durch eine Packung 101
gebildet ist, die einen Halbleiterchip 100 enthält, und die
Wärme, die von dem zentralen Teil der Packung 101 erzeugt
wird, groß ist, wie in Fig. 15B gezeigt, möglich, das
Halbleiterelement 11 gleichförmig und effektiv zu kühlen.
Fig. 16 zeigt eine Draufsicht auf eine zweite Abwand
lung der Rippenanordnung. In Fig. 16 sind die geneigten
säulenartigen Radiatorrippen 37 in einem Teil 111 auf der
stromabwärtigen Seite des Halbleiterelements 11 bezüglich
der parallelen Kühlmittelströmung 43 mit einem Abstand P₄
angeordnet, und dieser Abstand P₄ ist kleiner als ein Ab
stand P₃ der geneigten säulenartigen Radiatorrippen 37, die
in einem Teil 110 auf der stromaufwärtigen Seite des Halb
leiterelements 11 angeordnet sind.
Gemäß dieser zweiten Abwandlung der Rippenanordnung
wird die Kühleffektivität des Halbleiterelements 11 an dem
Teil 111 auf der stromabwärtigen Seite im Vergleich zu dem
Teil 110 auf der stromaufwärtigen Seite verbessert. Anderer
seits wird die parallele Kühlmittelströmung 43 erwärmt und
ihre Temperatur steigt an, wenn sie über das Halbleiter
element 11 hinwegströmt, und die Kühlkapazität des Kühl
mittels selbst nimmt hin zu der stromabwärtigen Seite der
parallelen Kühlmittelströmung 43 allmählich ab. Aus diesem
Grund heben sich die Effekte der beiden auf, so daß das
gesamte Halbleiterelement 11 auf eine etwa gleichförmige
Temperatur gekühlt wird.
Dieses Konzept des Kühlens kann auch auf einen Fall
angewendet werden, bei dem eine Vielzahl von Halbleiter
elementen längs der Richtung der Kühlmittelströmung angeord
net sind. Mit anderen Worten, es ist möglich, jedes der
Halbleiterelemente auf eine etwa gleichförmige Temperatur zu
kühlen, indem die geneigten säulenartigen Radiatorrippen bei
jenen Halbleiterelementen, die sich näher an der strom
abwärtigen Seite der Kühlmittelströmung befinden, mit einem
engeren Abstand angeordnet werden.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung der Abwandlungen
der Rippenanordnung, bei der verschiedene Arten von geneig
ten säulenartigen Radiatorrippen auf einem einzelnen Halb
leiterelement angeordnet sind.
Fig. 17 zeigt eine Rippenanordnung, bei der die Längen
der geneigten säulenartigen Radiatorrippen hin zu der
stromabwärtigen Seite der parallelen Kühlmittelströmung 43
länger sind. Mit anderen Worten, die Längen l₁₀, l₁₁, l₁₂ und
l₁₃ der geneigten säulenartigen Radiatorrippen 120, 121, 122
und 123 genügen einer Beziehung l₁₀<l₁₁<l₁₂<l₁₃.
Die Kühlkapazität der geneigten säulenartigen Radiator
rippe wird größer, so wie die Länge der geneigten säulen
artigen Radiatorrippe länger wird. Daher kompensiert die in
Fig. 17 gezeigte Rippenanordnung die Verringerung der
Kühlkapazität, die durch den Temperaturanstieg der par
allelen Kühlmittelströmung 43 auf dem Halbleiterelement 11
verursacht wird. Als Resultat ist es möglich, das gesamte
Halbleiterelement 11 auf eine etwa gleichförmige Temperatur
zu kühlen.
Fig. 18 zeigt eine Rippenanordnung, bei der die Nei
gungswinkel der geneigten säulenartigen Radiatorrippen hin
zu der stromabwärtigen Seite der parallelen Kühlmittel
strömung 43 größer sind. Mit anderen Worten, die Neigungs
winkel R₁₀, R₁₁, R₁₂ und R₁₃ der geneigten säulenartigen
Radiatorrippen 125, 126, 127 und 128 genügen einer Beziehung
R₁₀<R₁₁<R₁₂<R₁₃. Außerdem haben die geneigten säulenartigen
Radiatorrippen 125 bis 128 etwa dieselbe Höhe. Demzufolge
ist die geneigte säulenartige Radiatorrippe mit dem größeren
Neigungswinkel auch länger.
Die Kühlkapazität der geneigten säulenartigen Radiator
rippe wird größer, so wie die Länge der geneigten säulen
artigen Radiatorrippe länger wird, und außerdem wird der
Effekt des Mittels zum schrägen Auftreffen des Kühlmittels
auch größer, so wie der Neigungswinkel der geneigten säulen
artigen Radiatorrippe größer wird. Aus diesem Grund kom
pensiert die in Fig. 18 gezeigte Rippenanordnung die Ver
ringerung der Kühlkapazität, die durch den Temperaturanstieg
der parallelen Kühlmittelströmung 43 auf dem Halbleiter
element 11 verursacht wird. Als Resultat ist es möglich, das
gesamte Halbleiterelement 11 auf eine etwa gleichförmige
Temperatur zu kühlen.
Da die Höhen der geneigten säulenartigen Radiatorrippen
125 bis 128 etwa dieselben sind, trifft ferner die parallele
Kühlmittelströmung 43 auf alle geneigten säulenartigen
Radiatorrippen 125 bis 128, und die Kühlkapazität des
Kühlmittels wird effektiv genutzt.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung einer zweiten
Ausführungsform der Halbleiterelementkühlvorrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung. In dieser zweiten Ausführungs
form ist das Mittel zum schrägen Auftreffen des Kühlmittels
durch einen Ventilator gebildet.
Fig. 19 zeigt die zweite Ausführungsform. In Fig. 19
sind jene Teile, die dieselben wie jene entsprechenden Teile
in Fig. 3 sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und
eine Beschreibung von ihnen wird weggelassen. Ferner zeigt
Fig. 20 eine Seitenansicht zum Erläutern der Beziehung des
Ventilators und des Halbleiterelements in Fig. 19.
In einer in Fig. 19 und 20 gezeigten Halbleiterelement
kühlvorrichtung 130 ist das Halbleiterelement 11 auf dem
Schaltungssubstrat 12 montiert, und ein Kühlkörper 131 ist
auf dem Halbleiterelement 11 vorgesehen.
Ein kompakter Ventilator 133 bildet einen wichtigen
Teil dieser Ausführungsform. Dieser kompakte Ventilator 133
ist innerhalb des Durchgangs 33 vorgesehen und über dem
Kühlkörper 131 angeordnet. Außerdem ist der kompakte Venti
lator 133 auf dem Schaltungssubstrat 12 durch eine Stützhal
terung 134 in geneigter Position gestützt, die einen Nei
gungswinkel α von etwa 30° bezüglich des Schaltungssubstrats
12 hat.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung der Kühlopera
tion der Halbleiterelementkühlvorrichtung 130.
Das Gebläse 35 und der kompakte Ventilator 133 werden
angetrieben. Wenn das Gebläse 35 angetrieben wird, wird die
Luft als Kühlmittel über die Kühlmitteleinlaßöffnung 36
hineingezogen, und die parallele Kühlmittelströmung 43, die
zu dem Schaltungssubstrat 12 parallel ist, wird innerhalb
des Durchgangs 33 gebildet. Andererseits wird, wenn der
kompakte Ventilator 133 angetrieben wird, ein paralleler
Kühlmittelströmungsabschnitt 43-1 von der parallelen Kühl
mittelströmung 43, der dem durchgangsbildenden Glied 32 nah
ist, durch den kompakten Ventilator 133 hineingezogen und in
der Form eines ausgestoßenen Kühlmittelströmungsabschnittes
135 ausgestoßen, wie durch einen Pfeil angegeben. Dieser
ausgestoßene Kühlmittelströmungsabschnitt 135 bildet hin zu
der stromabwärtigen Seite der parallelen Kühlmittelströmung
43 bezüglich einer Linie 138, die zu dem Schaltungssubstrat
12 rechtwinklig ist, einen Winkel α.
Andererseits trifft von der parallelen Kühlmittel
strömung 43 ein paralleler Kühlmittelströmungsabschnitt 43-2,
der dem Schaltungssubstrat 12 nah ist, auf den Kühlkörper
131. Außerdem trifft der obige ausgestoßene Kühlmittel
strömungsabschnitt 135 auch auf den Kühlkörper 131. Daher
wird die Wärme des Kühlkörpers 131 sowohl durch den par
allelen Kühlmittelströmungsabschnitt 43-2 als auch durch den
ausgestoßenen Kühlmittelströmungsabschnitt 135 absorbiert,
und das Halbleiterelement 11 wird effektiv gekühlt.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung der Vorteile des
Vorsehens des kompakten Ventilators 131 in geneigter Posi
tion.
Erstens ist es möglich, einen Einzugsbereich 136
effektiv zu gewährleisten. Da sich der Raum zwischen dem
durchgangsbildenden Glied 32 und dem kompakten Ventilator
133 innerhalb des Einzugsbereichs 136 hin zu der strom
aufwärtigen Seite der parallelen Kühlmittelströmung 43
ausbreitet, wird es leichter, die parallele Kühlmittel
strömung 43 hineinzuziehen.
Zweitens ist der ausgestoßene Kühlmittelströmungs
abschnitt 135 hin zu der stromabwärtigen Seite der par
allelen Kühlmittelströmung 43 geneigt. Aus diesem Grund
strömt der ausgestoßene Kühlmittelströmungsabschnitt 135
nach dem Auftreffen auf dem Kühlkörper 131 leichter zu der
stromabwärtigen Seite der parallelen Kühlmittelströmung 43,
wie durch einen Pfeil 137 angegeben, und es ist unwahr
scheinlich, daß er den Strom der parallelen Kühlkörper
strömung 43 behindert.
Drittens dient der ausgestoßene Kühlmittelströmungs
abschnitt 135 nach dem Auftreffen auf dem Kühlkörper 131,
angegeben durch den Pfeil 137, dazu, die Strömungsgeschwin
digkeit der parallelen Kühlmittelströmung 43 zu erhöhen. Da
die Strömungsgeschwindigkeit der parallelen Kühlmittel
strömung 43 zunimmt, verbessert sich die Kühleffektivität.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung von Abwandlungen
der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform.
Fig. 21 zeigt eine erste Abwandlung der zweiten Aus
führungsform.
In Fig. 21 ist eine Führungsplatte 140 auf der strom
abwärtigen Seite des kompakten Ventilators 133 vorgesehen.
Von dem ausgestoßenen Kühlmittelströmungsabschnitt 135 von
dem kompakten Ventilator 133 führt die Führungsplatte 140
einen ausgestoßenen Kühlmittelströmungsabschnitt 135-1, der
hin zu der stromabwärtigen Seite der parallelen Kühlmittel
strömung 43 getrieben wird und sonst den Kühlkörper 131
nicht erreichen würde, zwingend, wie durch einen Pfeil 135-2
gekennzeichnet, um den Kühlkörper 131 zu erreichen. Diese
erste Abwandlung ist besonders effektiv, wenn die Höhe des
Durchgangs der parallelen Kühlmittelströmung 43 begrenzt ist
und der kompakte Ventilator 133 um einen großen Winkel
geneigt werden muß.
Gemäß dieser ersten Abwandlung ist es möglich, das
Halbleiterelement 11 effektiv zu kühlen.
Fig. 22 zeigt eine zweite Abwandlung der zweiten
Ausführungsform.
In Fig. 22 ist ein Führungskanal 150 anstelle der in
Fig. 21 gezeigten Führungsplatte 140 vorgesehen. Verglichen
mit der Führungsplatte 140 der ersten Abwandlung erhöht das
Vorsehen des Führungskanals 150 die Menge der Kühlmittel
strömung, die auf den Kühlkörper 131 auftrifft, wodurch die
Kühleffektivität weiter verbessert wird.
Fig. 23 zeigt eine dritte Abwandlung der zweiten
Ausführungsform.
In Fig. 23 ist ein Führungsglied 160 aus Wandabschnit
ten 160a, 160b und 160c und mit einer annähernden U-Form in
der in Fig. 19 und 20 gezeigten Halbleiterelementkühlvor
richtung 130 zusätzlich vorgesehen. Dieses Führungsglied 160
ist auf dem Schaltungssubstrat 12 vorgesehen, um das Halb
leiterelement 11 im allgemeinen zu umgeben.
Durch das Vorsehen des Führungsglieds 160 wird das
Ausbreiten der Kühlmittelströmung, die durch den kompakten
Ventilator 133 hin zu dem Kühlkörper 131 gelenkt wird, aus
der Sicht der Strömungsrichtung der parallelen Kühlmittel
strömung 43 nach rechts und links und nach der stromaufwär
tigen Richtung, wie durch Pfeile 161, 162 und 163 gekenn
zeichnet, eingeschränkt. Als Resultat fließt das Kühlmittel
nur in stromabwärtige Richtung der parallelen Kühlmittel
strömung 43, wie durch einen Pfeil 164 angegeben.
Gemäß dieser dritten Abwandlung ist es möglich, un
erwünschte Effekte an anderen Schaltungselementen an der
Peripherie des Halbleiterelements 11 zu verhindern.
Fig. 24 zeigt eine vierte Abwandlung der zweiten
Ausführungsform.
In Fig. 24 hat ein Führungsglied 160A einen Flanschab
schnitt 160d längs des oberen Endes des in Fig. 23 gezeigten
Führungsglieds 160. Mit anderen Worten, der Flanschabschnitt
160d erstreckt sich längs des oberen Endes des Führungs
glieds 160A und ragt nach innen.
Selbst wenn Kühlmittelströmungen 161a, 162a und 163a
erzeugt werden und sich längs der jeweiligen Wandabschnitte
160a, 160b und 160c nach oben bewegen, treffen die Kühl
mittelströmungen 161a, 162a und 163a durch das Vorsehen des
Flanschabschnittes 160d auf den Randabschnitt 160d und
werden daran gehindert, von dem Führungsglied 160A nach oben
zu entweichen.
Deshalb wird sich das Kühlmittel, das Wärme absorbiert
hat und nach oben strömt, nicht zu der Einzugsseite des
kompakten Ventilators 133 hin bewegen und die Temperatur des
ausgestoßenen Kühlmittelströmungsabschnittes 135 anheben.
Daher kann diese vierte Abwandlung verhindern, daß der
Kühleffekt auf Grund des Kühlmittels verschlechtert wird,
das sonst die Einzugsseite des kompakten Ventilators 133
erreichen kann, falls der Flanschabschnitt 160d nicht vor
gesehen ist.
Fig. 25 zeigt eine fünfte Abwandlung der zweiten
Ausführungsform.
In Fig. 25 ist der kompakte Ventilator 133 auf dem
Schaltungssubstrat 12 durch die Stützhalterung 134 gestützt.
Außerdem ist ein Trennglied 170 zwischen der Stützhalterung
134 und dem durchgangsbildenden Glied 32 vorgesehen. Das
Trennglied 170 besteht aus linken und rechten Seitenwänden
170a und 170b und einer Wand 170c auf der stromabwärtigen
Seite des kompakten Ventilators 133. Das Trennglied 170 hat
eine annähernde U-Form und umgibt den kompakten Ventilator
133 außer an dem Einzugsbereich 136.
Das Trennglied 170 trennt die Einzugsseite und die
Ausstoßseite des kompakten Ventilators 133, um zu verhin
dern, daß sich der ausgestoßene Kühlmittelströmungsabschnitt
135 zu der Einzugsseite hin bewegt. Außerdem ermöglicht das
Vorsehen des Trennglieds 170 das Montieren eines stabilen
Ventilators, der widerstandsfähig gegenüber Vibration und
Stoß ist.
Ähnlich der vierten Abwandlung sieht diese fünfte
Abwandlung ein effektives Mittel zum Verhindern dessen vor,
daß sich das erwärmte Kühlmittel hin zu der Einzugsseite des
kompakten Ventilators 133 bewegt, wenn der ausgestoßene
Kühlmittelströmungsabschnitt 135 von dem kompakten Ventila
tor 133 bezüglich der parallelen Kühlmittelströmung 43 stark
ist.
Fig. 26 und 27 zeigen eine sechste Abwandlung der
zweiten Ausführungsform.
In Fig. 26 und 27 ist ein kanalbildendes Glied 180 an
einer Position in einer Nähe des durchgangsbildenden Glieds
32 innerhalb des Durchgangs 33 vorgesehen. Das kanalbildende
Glied 180 und das durchgangsbildende Glied 32 bilden einen
Kanal 181.
Eine Öffnung 181a an einem Ende des Kanals 181 führt zu
dem Einzugsbereich 136 des kompakten Ventilators 133. Das
andere offene Ende (nicht gezeigt) des Kanals 181 führt zum
Beispiel zu der Kühlmitteleinlaßöffnung 36 des Durchgangs
33, die in Fig. 19 gezeigt ist. Eine parallele Kühlmittel
strömung wird durch das in Fig. 19 gezeigte Gebläse auch
innerhalb des Kanals 181 ähnlich wie in dem Innern des
Durchgangs 33 erzeugt. Die parallele Kühlmittelströmung
innerhalb des Kanals 181 ist durch ein Bezugszeichen 43A
gekennzeichnet, und die parallele Kühlmittelströmung au
ßerhalb des Kanals 181 ist durch ein Bezugszeichen 43B
gekennzeichnet.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung des Kanals 181.
Der kompakte Ventilator 133 zieht nur die parallele
Kühlmittelströmung 43A ein, die über den Kanal 181 erhalten
wird, und stößt diese aus.
Andererseits verhindert der Kanal 181, daß die Einzugs
kraft des kompakten Ventilators 133 die parallele Kühl
mittelströmung 43B beeinflußt. Ein in Fig. 27 gezeigtes
Halbleiterelement 182 ist in der Strömungsrichtung der
parallelen Kühlmittelströmung 43 an einer Position unmittel
bar vor dem Halbleiterelement 11 angeordnet. Daher wird der
kompakte Ventilator 133 nicht die parallele Kühlmittel
strömung 43B zum Kühlen des Halbleiterelements 182 einziehen
und unerwünschte Effekte auf die Luft ausüben, die das
Halbleiterelement 182 umgibt. Außerdem ist es auch möglich
zu verhindern, daß eine parallele Kühlmittelströmung 43Ba,
die das Halbleiterelement 182 passiert und dadurch erwärmt
wird, durch den kompakten Ventilator 133 eingezogen wird,
und somit wird sich die Temperatur der Luft, die von dem
kompakten Ventilator 133 ausgestoßen wird, durch die par
allele Kühlmittelströmung 43Ba nicht erhöhen.
Deshalb kann diese sechste Abwandlung nicht nur das
Halbleiterelement 11 effektiv kühlen, sondern auch das
Halbleiterelement 182, ohne daß es durch das Kühlen des
Halbleiterelements 11 beeinflußt wird.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung einer dritten
Ausführungsform der Halbleiterelementkühlvorrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung.
Fig. 28 zeigt die dritte Ausführungsform. In einer in
Fig. 28 gezeigten Halbleiterelementkühlvorrichtung 190
bildet ein Kanal das Mittel zum schrägen Auftreffen des
Kühlmittels.
In Fig. 28 ist das Halbleiterelement 11 auf dem Schal
tungssubstrat 12 montiert, und der Kühlkörper 131 ist auf
diesem Halbleiterelement 11 vorgesehen. Ein Kanal 191 hat
eine Auslaßöffnung 192, die schräg zu dem Halbleiterelement
11 angeordnet ist. Ein kompakter Ventilator 194 ist an einer
Einlaßöffnung 193 dieses Kanals 191 montiert.
Die parallele Kühlmittelströmung 43 und eine ausgesto
ßene Kühlmittelströmung 195, die von der Auslaßöffnung 192
des Kanals 191 schräg ausgestoßen wird, treffen auf das
Halbleiterelement 11. Daher wird das Halbleiterelement aus
ähnlichen Gründen wie in dem Fall, bei dem der kompakte
Ventilator 133 schräg angeordnet ist, wie oben beschrieben,
effektiv gekühlt.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung einer vierten
Ausführungsform der Halbleiterelementkühlvorrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung.
Fig. 29 und 30 zeigen die vierte Ausführungsform. In
einer in Fig. 29 und 30 gezeigten Halbleiterelementkühlvor
richtung 200 bilden geneigte säulenartige Radiatorrippen,
die hin zu der stromaufwärtigen Seite der Kühlmittelströmung
geneigt sind, das Mittel zum schrägen Auftreffen des Kühl
mittels, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform. Diese
vierte Ausführungsform erhält jedoch die Kühlmittelströmung
durch ein Kühlmittel, das aus der Düse ausgestoßen wird.
In Fig. 29 und 30 ist eine Vielzahl von geneigten
säulenartigen Radiatorrippen 201 auf der oberen Oberfläche
11a des Halbleiterelements 11 konzentrisch um eine Mitte des
Halbleiterelements 11 herum angeordnet. Außerdem sind die
geneigten säulenartigen Radiatorrippen 201 in einem Winkel R
hin zu der Mitte des Halbleiterelements 11 geneigt. Die Düse
21 ist über dem Halbleiterelement 11 vorgesehen, um der
oberen Oberfläche 11a des Halbleiterelements 11 gegenüber
zuliegen.
Die Hochgeschwindigkeitskühlmittelströmung 22, die von
der Düse 21 mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen wird,
trifft auf die Mitte der oberen Oberfläche 11a des Halblei
terelements 11 und bildet danach die Strahlströmung 23, die
sich längs der oberen Oberfläche 11a radial ausbreitet.
Diese radiale Strahlströmung 23 absorbiert die Wärme von der
oberen Oberfläche 11a und den geneigten säulenartigen
Radiatorrippen 201 und kühlt das Halbleiterelement 11.
Jede der geneigten säulenartigen Radiatorrippen 201 ist
hin zu der stromaufwärtigen Seite der radialen Strahlströ
mung 23 geneigt. Aus diesem Grund wird ähnlich wie bei der
ersten Ausführungsform eine abwärtige Strömung 202 erzeugt,
und sie stimuliert die Kühlmittelströmung an der oberen
Oberfläche 11a des Halbleiterelements 11. Außerdem ist der
Oberflächenbereich der geneigten säulenartigen Radiatorrippe
202 vergrößert. Als Resultat ist es möglich, die Kühleffek
tivität bezüglich des Halbleiterelements 11 zu verbessern.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung einer fünften
Ausführungsform der Halbleiterelementkühlvorrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung.
Fig. 31 bis 35 zeigen die fünfte Ausführungsform. Fig.
31 ist eine perspektivische Ansicht mit einem weggeschnitte
nen Teil, die die fünfte Ausführungsform zeigt. Fig. 32 ist
eine Draufsicht, die einen wichtigen Teil der in Fig. 31
gezeigten fünften Ausführungsform zeigt. Fig. 33 ist eine
Vorderansicht, die einen wichtigen Teil der in Fig. 31
gezeigten fünften Ausführungsform zeigt. Fig. 34 ist ein
Diagramm, das die in Fig. 31 gezeigte fünfte Ausführungsform
von der Richtung der Strömung des Kühlmittels aus zeigt.
Ferner ist Fig. 35 eine Seitenansicht zum Erläutern der
Operation der in Fig. 31 gezeigten fünften Ausführungsform.
In Fig. 31 bis 35 sind jene Teile, die dieselben wie jene
entsprechenden Teile in Fig. 3 sind, mit denselben Bezugs
zeichen bezeichnet, und eine Beschreibung von ihnen wird
weggelassen.
In Fig. 31 bis 35 ist ein Trennglied 211 an dem durch
gangsbildenden Glied 32, das der oberen Oberfläche 11a des
Halbleiterelements 11 gegenüberliegt, auf einer Länge, die
etwa der vollen Breite der Strömung entspricht, in einer im
allgemeinen rechtwinkligen Richtung zu der parallelen
Kühlmittelströmung 43 vorgesehen. Das Trennglied 211 liegt
einem Teil der oberen Oberfläche 11a auf der stromaufwärti
gen Seite des Halbleiterelements 11 gegenüber. Zwischen dem
Trennglied 211 und der oberen Oberfläche 11a des Halbleiter
elements 11 ist eine schmale Lücke gebildet, und sie dient
als spaltförmige Kühlmittelauslaßöffnung 212.
Während der Operation der elektronischen Einrichtung
wird das Gebläse 35 betrieben, das als Kühlmittelsteuer
einheit verwendet wird. Als Resultat wird die Luft als
Kühlmittel von der Kühlmitteleinlaßöffnung 36 eingezogen,
und innerhalb des Durchgangs 33 wird die parallele Kühl
mittelströmung 43 erzeugt. Fig. 35 zeigt die Strömung in der
Nähe des Halbleiterelements 11, die durch die parallele
Kühlmittelströmung 43 verursacht wird. In Fig. 35 kenn
zeichnen die Pfeile im allgemeinen die Geschwindigkeitsver
teilung der Kühlmittelströmung innerhalb des Durchgangs 33.
Die Strömungsmenge der parallelen Kühlmittelströmung 43
ist an einem beliebigen Querschnitt des Durchgangs 33
konstant. Daher wird die Kühlmittelströmung beschleunigt,
wenn sie in die Lücke zwischen der oberen Oberfläche 11a des
Halbleiterelements 11 und dem Trennglied 211 eintritt,
welches den Querschnitt des Durchgangs 33 verengt, und eine
extreme Hochgeschwindigkeitsströmung 213 wird erzeugt. Diese
Hochgeschwindigkeitsströmung 213 wird von der spaltförmigen
Kühlmittelauslaßöffnung 212 über deren gesamte Breite
ausgestoßen und bildet auf der oberen Oberfläche 11a des
Halbleiterelements 11 auf der stromabwärtigen Seite des
Trennglieds 211 eine zweidimensionale Strahlströmung 214.
Als Resultat absorbiert die Hochgeschwindigkeitsströ
mung 213 in Kontakt mit der oberen Oberfläche 11a des
Halbleiterelements 11 effektiv die Wärme von dem Halbleiter
element 11. Außerdem werden extrem komplexe Strömungen, die
mit Luftwirbeln verschiedener Größen einhergehen, in der
Zone der zweidimensionalen Strahlströmung 214 erzeugt, und
das Kühlmittel wird heftig gemischt, wodurch die Konvek
tionswärmeübertragung innerhalb des Kühlmittels stimuliert
wird. Auf Grund dieser Effekte wird die Kühleffektivität des
Halbleiterelements 11 weiter verbessert.
Obwohl die hohe Kühleffektivität von solch einer
Strahlströmung genutzt wird, benötigt diese Ausführungsform
ferner keine Düsenstruktur wie in dem denkbaren Fall. Aus
diesem Grund ist es möglich, eine Vielzahl von Schaltungs
substraten 12 oder Halbleiterelementen 11 im engen Abstand,
das heißt, mit einer hohen Montagedichte, innerhalb der
elektronischen Einrichtung zu montieren und die Halbleiter
elemente 11 ähnlich wie bei der normalen Kühlung unter
Verwendung der parallelen Kühlmittelströmung 43 zu kühlen.
Der Effekt des Verbesserns der Kühleffektivität wird
größer, so wie die Strömungsgeschwindigkeit der Hoch
geschwindigkeitsströmung 213 schneller wird. Die Strömungs
geschwindigkeit v kann durch die Höhe b der spaltförmigen
Kühlmittelauslaßöffnung 212 eingestellt werden. Mit anderen
Worten, die folgende Formel (1) steht zwischen der Strö
mungsgeschwindigkeit v und der Höhe b, wobei h die Lücke
zwischen der oberen Oberfläche 11a des Halbleiterelements 11
und der Oberfläche des durchgangsbildenden Glieds 32 be
zeichnet, t die Höhe des Halbleiterelements 11 im montierten
Zustand bezeichnet und v₀ eine durchschnittliche Strömungs
geschwindigkeit der parallelen Kühlmittelströmung 43 an
einer Position vor dem Halbleiterelement 11 bezeichnet.
v = [h+t]/b·v₀ (1)
Wenn jedoch die Strömungsgeschwindigkeit erhöht wird,
nimmt auch der Druckverlust des Kühlmittels auf der strom
abwärtigen Seite des Halbleiterelements 11 verglichen mit
dem auf der stromaufwärtigen Seite des Halbleiterelements 11
zu, und die Last auf der Kühlmittelsteuereinheit 35 wird
demzufolge vergrößert. Vom praktischen Gesichtspunkt aus ist
es daher notwendig, den Wert der Höhe b innerhalb eines
Bereichs angemessen einzustellen, so daß eine ausreichend
hohe Strömungsgeschwindigkeit v, die eine durcheinanderge
brachte Strömung mit Luftwirbeln verschiedener Größen
entwickeln würde, in der Zone der zweidimensionalen Strahl
strömung 214 erhalten werden kann.
Ähnlich wie in dem Fall der ersten Ausführungsform
können außerdem die Art des Halbleiterelements 11, die Art
des verwendeten Kühlmittels, das Verfahren zum Bilden jeder
Oberfläche des durchgangsbildenden Glieds 32 beliebig
gewählt werden, so daß das die oben beschriebenen Effekte
erreichbar sind.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung von Abwandlungen
der fünften Ausführungsform.
Fig. 36 zeigt eine erste Abwandlung der fünften Aus
führungsform. Ein in Fig. 36 gezeigtes Trennglied 220 hat
eine geneigte Oberfläche 221 auf seiner stromaufwärtigen
Seite. Von dem durchgangsbildenden Glied 32 aus gesehen ist
die Oberfläche 221 hin zu der stromabwärtigen Seite der
parallelen Kühlmittelströmung 34 geneigt. Bei dieser Ab
wandlung ist die gesamte Oberfläche 221 geneigt.
Gemäß dieser ersten Abwandlung wird die parallele
Kühlmittelströmung 43 durch die geneigte Oberfläche 221
geführt, wie durch einen Pfeil 222 gekennzeichnet, und wird
zu der spaltförmigen Kühlmittelauslaßöffnung 212 glatt
hingeführt. Aus diesem Grund ist die Kühlmittelströmung in
der Nähe der stromaufwärtigen Seite des Trennglieds 220
glatt, und es ist möglich, den Druckverlust zu reduzieren.
Fig. 37 und 38 zeigen eine Anwendung dieser ersten
Abwandlung auf einen Schaltungssubstratmodul 230. Fig. 37
zeigt einen Querschnitt des Schaltungssubstratmoduls 230,
und Fig. 38 zeigt einen Querschnitt längs einer Linie XXXVI-XXXVI
in Fig. 37.
In Fig. 37 und 38 ist eine Vielzahl von Schaltungssub
straten 12-1, 12-2 und 12-3 innerhalb eines verschlossenen
Behälters 231 untergebracht. Die Schaltungsplatten 12-1, 12-
2 und 12-3 sind über einen Steckverbinder 233 mit einer
Grundplatine 234 verbunden, wie in Fig. 38 gezeigt. Eine
Vielzahl von Halbleiterelementen 11 ist auf jedem der
Schaltungssubstrate 12-1, 12-2 und 12-3 in einer Matrix
anordnung angeordnet. Jedes Trennglied 220 ist an dem
benachbarten Schaltungssubstrat so montiert, um den Halblei
terelementen 11 auf den Schaltungssubstraten 12-1, 12-2 und
12-3 gegenüberzuliegen. Bezüglich des obersten Schaltungs
substrats 12-1 ist das Trennglied 220 an der Innenwand des
verschlossenen Behälters 231 montiert.
Bevor ein Kühlmittel 235 innerhalb des verschlossenen
Behälters 231 hindurchströmt und eine Auslaßöffnung 236
erreicht, trifft es auf die Trennglieder 220 und bildet auf
der stromabwärtigen Seite jedes Trennglieds 220 die zwei
dimensionale Strahlströmung. Daher werden die Halbleiter
elemente 11 effektiv gekühlt. Mit anderen Worten, diese
erste Abwandlung kann die hohe Kühleffektivität der Strahl
strömung nutzen und die Montagedichte der Halbleiterelemente
11 innerhalb der elektronischen Einrichtung auch bis zur
Grenze erhöhen.
Fig. 39 zeigt eine zweite Abwandlung der fünften
Ausführungsform.
Eine Vielzahl von Trenngliedern 240-1, 240-2 und 240-3
ist bezüglich eines Halbleiterelements 11 vorgesehen. Die
Trennglieder 240-1, 240-2 und 240-3 sind in der Richtung der
parallelen Kühlmittelströmung 43 in beliebigen Abständen
angeordnet. Spaltförmige Kühlmittelauslaßöffnungen 241-1,
241-2 und 241-3 sind zwischen dem Halbleiterelement 11 und
den entsprechenden Trenngliedern 240-1, 240-2 und 240-3
gebildet, und zweidimensionale Strahlströmungen 242-1, 242-2
und 242-3 werden auf den stromabwärtigen Seiten der ent
sprechenden spaltförmigen Kühlmittelauslaßöffnungen 241-1,
241-2 und 241-3 gebildet. Aus diesem Grund wird die gesamte
Oberfläche des Halbleiterelements 11 mit befriedigender
Effektivität gleichförmig gekühlt.
Fig. 40 zeigt eine elektronische Einrichtung 250, auf
die die in Fig. 39 gezeigte zweite Abwandlung angewendet
ist. In Fig. 40 sind das Halbleiterelement 11, das Wärme mit
einer relativ hohen Dichte erzeugt, und andere Halblei
terelemente 253, die Wärme mit einer relativ niedrigen
Dichte erzeugen, gleichzeitig auf dem Schaltungssubstrat 12
angeordnet.
Ein durchgangsbildendes Glied 255 ist direkt auf dem
Halbleiterelement 11 montiert, um dessen obere Oberfläche
11a zu bedecken, und ein Durchgang 256 ist zwischen dem
durchgangsbildenden Glied 255 und der oberen Oberfläche 11a
gebildet. Die Trennglieder 240-1, 240-2 und 240-3 sind
ähnlich wie jene in Fig. 39 auf der Oberfläche des durch
gangsbildenden Glieds 255 auf der Seite des Durchgangs 256
vorgesehen. Das Kühlmittel wird dem Durchgang 256 über eine
Verbindung 259 und eine Röhre 257 zugeführt, und die zweidi
mensionalen Strahlströmungen 242-1, 242-2 und 242-3 werden
gebildet, um das Halbleiterelement 11 zu kühlen.
Wenn Druckluft als Kühlmittel verwendet wird, wird die
Luft, die von dem Durchgang 256 ausgestoßen wird, an die
Atmosphäre über einen Schalldämpfer 258 abgegeben, falls
erforderlich.
Andererseits werden die anderen Halbleiterelemente 253
durch eine parallele Luftströmung 254 gekühlt, die innerhalb
des Durchgangs 252 durch einen Ventilator 251 erzeugt wird.
Gemäß dieser zweiten Abwandlung ist es daher möglich,
eine kleine Anzahl von Halbleiterelementen 11, die Wärme mit
relativ großer Dichte erzeugen, zusammen mit anderen Halb
leiterelementen 253 zu kühlen, die Wärme mit relativ kleiner
Dichte erzeugen und die auf dem Schaltungssubstrat 12
innerhalb der elektronischen Einrichtung gleichzeitig
angeordnet sind. Aus diesem Grund ist es möglich, die
Montagedichte der Halbleiterelemente zu verbessern. Da die
positionelle Beziehung der Halbleiterelemente und des
durchgangsbildenden Glieds 255 und der Trennglieder 240-1,
240-2 und 240-3 ohne das Schaltungssubstrat 12 fixiert
werden kann, wird der Montageprozeß einfach und die Kühllei
stung stabilisiert sich.
Fig. 41 zeigt eine dritte Abwandlung der fünften
Ausführungsform.
In Fig. 41 ist eine Vielzahl von Trenngliedern 260-1,
260-2 und 260-3 in beliebigen Abständen längs der Richtung
der parallelen Kühlmittelströmung 43 bezüglich eines Halb
leiterelements 11 angeordnet. Außerdem sind die Längen der
Trennglieder 260-1, 260-2 und 260-3 in einer Richtung, die
zu der parallelen Kühlmittelströmung 43 rechtwinklig ist,
bei den Trenngliedern länger, die näher an der stromabwärti
gen Seite der parallelen Kühlmittelströmung 43 angeordnet
sind. Mit anderen Worten, spaltförmige Kühlmittelauslaßöff
nungen 261-1, 261-2 und 261-3 sind zwischen der oberen
Oberfläche 11a des Halbleiterelements 11 und den entspre
chenden Trenngliedern 260-1, 260-2 und 260-3 gebildet, und
Lücken b₁, b₂ und b₃ der spaltförmigen Kühlmittelauslaßöff
nungen 261-1, 261-2 und 261-3 genügen einer Beziehung
b₁<b₂<b₃.
Die Strömungsmenge der parallelen Kühlmittelströmung 43
ist an verschiedenen Teilen längs des Halbleiterelements 11
konstant. Daher ist es durch Einsetzen der oben beschriebe
nen Konstruktion möglich, eine zweidimensionale Strahl
strömung zu erzeugen, die an der spaltförmigen Kühlmittel
auslaßöffnung, die näher an der stromabwärtigen Seite der
parallelen Kühlmittelströmung 43 angeordnet ist, schneller
ist. Aus diesem Grund verbessert sich die Kühlkapazität hin
zu der stromabwärtigen Seite der parallelen Kühlmittel
strömung 43, und es ist möglich, die Verschlechterung der
Kühlkapazität, die durch den Temperaturanstieg der par
allelen Kühlmittelströmung 43 über dem Halbleiterelement 11
verursacht wird, zu kompensieren. Demzufolge ist es möglich,
das gesamte Halbleiterelement 11 auf eine etwa gleichförmige
Temperatur zu kühlen.
Fig. 42 zeigt eine vierte Abwandlung der fünften
Ausführungsform. Bei dieser vierten Abwandlung ist das
Konzept der dritten Abwandlung in Fig. 41 auf eine Vielzahl
von Halbleiterelementen 11-1 und 11-2 angewendet, die längs
der parallelen Kühlmittelströmung 43 angeordnet sind.
In Fig. 42 sind Trennglieder 270-1 und 270-2 vorgese
hen, um den entsprechenden Halbleiterelementen 11-1 und 11-2
gegenüberzuliegen. Spaltförmige Kühlmittelauslaßöffnungen
271-1 und 271-2 sind zwischen den Halbleiterelementen 11-1
bzw. 11-2 und den Trenngliedern 270-1 bzw. 270-2 gebildet.
Lücken b₁₁ und b₁₂ der spaltförmigen Kühlmittelauslaßöff
nungen 271-1 und 271-2 genügen einer Beziehung b₁₁<b₁₂. Mit
anderen Worten, die Lücke wird hin zu der stromabwärtigen
Seite der parallelen Kühlmittelströmung 43 schmaler.
Durch Einsetzen der oben beschriebenen Konstruktion ist
die erzeugte zweidimensionale Strahlströmung an der spalt
förmigen Kühlmittelauslaßöffnung, die näher an der strom
abwärtigen Seite der parallelen Kühlmittelströmung 43
angeordnet ist, ähnlich wie in dem Fall der dritten Ab
wandlung der fünften Ausführungsform schneller. Aus diesem
Grund verbessert sich die Kühlkapazität hin zu der strom
abwärtigen Seite der parallelen Kühlmittelströmung 43, und
es ist möglich, die Verschlechterung der Kühlkapazität, die
durch den Temperaturanstieg der parallelen Kühlmittelströ
mung 43 über den Halbleiterelementen 11-1 und 11-2 ver
ursacht wurde, zu kompensieren. Demzufolge ist es möglich,
die Halbleiterelemente 11-1 und 11-2 in ihrer Gesamtheit auf
eine etwa gleichförmige Temperatur zu kühlen.
Fig. 43 zeigt eine fünfte Abwandlung der fünften
Ausführungsform. Bei dieser fünften Abwandlung enthält das
Halbleiterelement 11 eine Vielzahl von eingebauten Halblei
terchips 282-1, 282-2 und 282-3, und die Wärme, die von dem
Halbleiterelement 11 verursacht wird, ist in Abhängigkeit
von den Teilen des Halbleiterelements 11 unterschiedlich.
Der Einfachheit halber wird angenommen, daß die erzeugte
Wärme am mittleren Teil des Halbleiterelements 11 am größten
ist.
In Fig. 43 ist eine Vielzahl von Trenngliedern 283-1,
283-2 und 283-3 in beliebigen Abständen längs der Richtung
der parallelen Kühlmittelströmung 43 angeordnet. Spaltförmi
ge Kühlmittelauslaßöffnungen 284-1, 284-2 und 284-3 sind
zwischen der oberen Oberfläche 11a des Halbleiterelements 11
und den entsprechenden Trenngliedern 283-1, 283-2 und 283-3
gebildet. Lücken b₂₁, b₂₂ und b₂₃ der spaltförmigen Kühl
mittelauslaßöffnungen 284-1, 284-2 und 284-3 genügen den
Beziehungen b₂₁<b₂₂ und b₂₃<b₂₂, so daß die Lücke hin zu dem
Teil des Halbleiterelements 11, der die größere Wärme
erzeugt, schmaler wird.
Die Strömungsmenge der parallelen Kühlmittelströmung 43
ist an verschiedenen Teilen längs des Halbleiterelements 11
konstant. Aus diesem Grund ist durch Einsetzen der oben
beschriebenen Konstruktion die erzeugte zweidimensionale
Strahlströmung an der spaltförmigen Kühlmittelauslaßöffnung,
die an dem Teil des Halbleiterelements 11 vorgesehen ist,
der die große Wärme erzeugt, schneller. Als Resultat wird
die Kühlkapazität bei dem Teil des Halbleiterelements 11,
der die große Wärme erzeugt, verbessert, und es ist möglich,
das gesamte Halbleiterelement 11 auf eine etwa gleichförmige
Temperatur zu kühlen.
Fig. 44 zeigt eine sechste Abwandlung der fünften
Ausführungsform. Bei dieser sechsten Abwandlung liegt ein
Trennglied 290 der oberen Oberfläche 11a des Halbleiter
elements 11 gegenüber, und eine Vielzahl von Wellenformen
(oder Zickzackmustern) 291 ist an dem Ende des Trennglieds
290 von der stromabwärtigen Seite der parallelen Kühlmittel
strömung 43 aus gesehen gebildet.
In Fig. 44 unterscheidet sich die Lücke einer spaltför
migen Kühlmittelauslaßöffnung 292 zwischen dem Bergabschnitt
und dem Talabschnitt der Wellenformen 291. Der Widerstand
gegenüber dem Kühlmittel ist an der größeren Lücke kleiner,
wenn das Kühlmittel von der spaltförmigen Kühlmittelauslaß
öffnung 292 ausgestoßen wird, und das Kühlmittel fließt
leichter durch die größere Lücke. Daher hat die Kühlmittel
strömung, die von der spaltförmigen Kühlmittelauslaßöffnung
292 ausgestoßen wird, eine solche Verteilung, daß die
Strömungsmenge längs der Längsrichtung der spaltförmigen
Kühlmittelauslaßöffnung 292 alternierend zunimmt und ab
nimmt. Demzufolge wird die Konvektion des Kühlmittels längs
einer Breite W des Halbleiterelements 11 stimuliert, und die
Kühleffektivität bezüglich des Halbleiterelements 11 wird
verbessert.
Fig. 45 zeigt eine siebte Abwandlung der fünften
Ausführungsform. Bei dieser siebten Abwandlung liegt ein
Trennglied 300 der oberen Oberfläche 11a des Halbleiter
elements 11 gegenüber. Eine halbrunde Nut 301 ist von der
stromabwärtigen Seite der parallelen Kühlmittelströmung 43
aus gesehen an dem Ende des Trennglieds 300 gebildet.
In Fig. 45 wird die Lücke einer spaltförmigen Kühl
mittelauslaßöffnung 302 an der Nut 301 größer. Daher ist die
Strömungsmenge des Kühlmittels, das von der spaltförmigen
Kühlmittelauslaßöffnung 302 ausgestoßen wird, an der Nut 301
erhöht. Als Resultat ist es möglich, einen Teil 11c des
Halbleiterelements 11, der der Nut 301 entspricht, effekti
ver zu kühlen.
Fig. 46 zeigt eine achte Abwandlung der fünften Aus
führungsform.
In Fig. 46 durchzieht eine V-förmige Nut 311 etwa eine
Mitte der oberen Oberfläche 11a des Halbleiterelements 11.
Ein Trennglied 314 ist zu der stromabwärtigen Seite der
parallelen Kühlmittelströmung 43 geneigt, und ein Endteil
314a des Trennglieds 314 tritt in die V-förmige Nut 311 ein
und liegt einer Oberfläche 312 auf der stromaufwärtigen
Seite der V-förmigen Nut 311 gegenüber. Eine spaltförmige
Kühlmittelauslaßöffnung 315 ist zwischen dem Endteil 314a
und der Oberfläche 312 gebildet.
Eine zweidimensionale Strahlströmung 316, die von der
spaltförmigen Kühlmittelauslaßöffnung 315 ausgestoßen wird,
strömt zuerst der Oberfläche 312 auf der stromaufwärtigen
Seite der V-förmigen Nut 311 entlang, trifft dann auf der
stromabwärtigen Seite der V-förmigen Nut 311 auf eine
Oberfläche 313 und verändert rapide die Richtung und strömt
danach längs der Oberfläche 313 hin zu der stromabwärtigen
Seite, wie durch einen Pfeil 317 in Fig. 46 angegeben. Die
rapide Veränderung der Strömungsrichtung, die durch solch
eine Kollision an der Oberfläche 313 verursacht wird, dient
dazu, die Kühlmittelströmung weiter und heftiger zu mischen.
Als Resultat ist es möglich, bezüglich des Halbleiterele
ments 11 eine höhere Kühleffektivität zu erhalten.
Fig. 47 zeigt eine neunte Abwandlung der fünften
Ausführungsform.
In Fig. 47 hat ein Trennglied 320, das an dem durch
gangsbildenden Glied 32 vorgesehen ist, von der Seite
gesehen einen L-förmigen Querschnitt. Eine spaltförmige
Kühlmittelauslaßöffnung 321 ist zwischen dem Trennglied 320
und der oberen Oberfläche 11a des Halbleiterelements 11
gebildet. Andererseits ist eine Rippe 322 mit einem recht
eckigen Querschnitt auf der oberen Oberfläche 11a des
Halbleiterelements 11 auf der stromabwärtigen Seite der
spaltförmigen Kühlmittelauslaßöffnung 321 vorgesehen. Diese
Rippe 322 ist parallel zu der spaltförmigen Kühlmittelaus
laßöffnung 321 mit einem vorbestimmten dazwischen gebildeten
Abstand vorgesehen.
Eine zweidimensionale Strahlströmung 323, die von der
spaltförmigen Kühlmittelauslaßöffnung 321 ausgestoßen wird,
trifft auf eine vertikale Oberfläche 324 auf der strom
aufwärtigen Seite der Rippe 322 und ändert die Richtung, wie
durch einen Pfeil 325 angegeben. Aus diesem Grund ist es
möglich, die Kühleffektivität bezüglich des Halbleiter
elements 11 ähnlich wie bei der achten Abwandlung der
fünften Ausführungsform zu verbessern. Ferner kann diese
neunte Abwandlung auf einen Fall angewendet werden, bei dem
es schwierig ist, eine Nut auf dem Halbleiterelement selbst
zu bilden, wie in dem Fall eines Tragchips (bear chip).
Fig. 48A und 48B zeigen eine zehnte Abwandlung der
fünften Ausführungsform. Fig. 48A zeigt eine Seitenansicht
der zehnten Abwandlung, und Fig. 48B zeigt eine Draufsicht
auf das Halbleiterelement der zehnten Abwandlung. Gemäß
dieser zehnten Abwandlung ist die Rippe der neunten Ab
wandlung der fünften Ausführungsform, die in Fig. 47 gezeigt
ist, längs deren Längsrichtung in eine Vielzahl von Rippen
stücken geteilt.
Eine Vielzahl von Trenngliedern 330-1, 330-2 und 330-3
ist in beliebigen Abständen an dem durchgangsbildenden Glied
32 angeordnet, wie in Fig. 48A gezeigt, und Rippen 331 und
332 sind in Entsprechung zu den zwei Trenngliedern 330-1 und
330-2 auf der stromaufwärtigen Seite der parallelen Kühl
mittelströmung 43 vorgesehen. Die Rippe 331 besteht aus
einer Vielzahl von Rippenstücken 331-1 bis 331-4, und die
Rippe 332 besteht aus einer Vielzahl von Rippenstücken 332-1
bis 332-4.
Durch Einsetzen dieser Konstruktion ist es möglich,
eine Länge L jedes Rippenstücks zu verkürzen und demzufolge
die thermische Spannung zu unterdrücken, die auf Grund einer
Differenz der thermischen Ausdehnungen des Halbleiterele
ments 11 und der Rippen 331 und 332 erzeugt wird. Außerdem
ist an jedem Rippenstück eine Seitenoberfläche 333 gebildet,
und der Oberflächenbereich der Rippen 331 und 332 insgesamt
ist vergrößert, wodurch die Kühleffektivität verbessert
wird.
Fig. 49 zeigt eine elfte Abwandlung der fünften Aus
führungsform.
In Fig. 49 ist eine Vielzahl von Rippen 340-1, 340-2
und 340-3 mit einem rechteckigen Querschnitt auf der oberen
Oberfläche 11a des Halbleiterelements 11 vorgesehen. Außer
dem ist eine Vielzahl von Trenngliedern 341-1, 341-2 und
341-3 in beliebigen Abständen an dem durchgangsbildenden
Glied 32 angeordnet. Die Trennglieder 341-1, 341-2 und 341-3
liegen vertikalen Oberflächen 340-1a, 340-2a bzw. 340-3a auf
den stromabwärtigen Seiten der Rippen 340-1, 340-2 und 340-3
mit einer vorbestimmten dazwischen gebildeten Lücke gegen
über, um spaltförmige Kühlmittelauslaßöffnungen 342-1, 342-2
und 342-3 zu bilden.
Durch Einsatz dieser Konstruktion treffen zweidimensio
nale Strahlströmungen 343-1, 343-2 und 343-3, die von den
spaltförmigen Kühlmittelauslaßöffnungen 342-1, 342-2 und
342-3 ausgestoßen werden, auf die obere Oberfläche 11a des
Halbleiterelements 11, und der Wärmeübertragungsabstand wird
verkürzt. Als Resultat ist es möglich, die hohe Kühleffekti
vität an den Teilen, wo das Kühlmittel auf die obere Ober
fläche 11a trifft, effektiv zu nutzen.
Fig. 50 zeigt eine zwölfte Abwandlung der fünften
Ausführungsform.
In Fig. 50 liegt ein Trennglied 350 einer vertikalen
Oberfläche 351a auf der stromabwärtigen Seite einer Rippe
351 gegenüber, die auf der oberen Oberfläche 11a des Halb
leiterelements 11 vorgesehen ist. Eine vorbestimmte Lücke
ist zwischen dem Trennglied 350 und der vertikalen Ober
fläche 351a gebildet, um eine spaltförmige Kühlmittelauslaß
öffnung 352 zu bilden. Außerdem ist eine ausgeschnittene Nut
351b an dem unteren Ende der vertikalen Oberfläche 351a
vorgesehen, und sie erstreckt sich in der Längsrichtung der
Rippe 351. Diese ausgeschnittene Nut 351a erweitert eine
Zone 354, in der eine Strahlströmung 353 von der spaltförmi
gen Kühlmittelauslaßöffnung 352 auf die obere Oberfläche 11a
des Halbleiterelements 11 trifft, in einer Richtung hin zu
der stromaufwärtigen Seite der parallelen Kühlmittelströmung
43.
Durch Einsatz dieser Konstruktion wird die Strahl
strömung 353 zu der zweidimensionalen Strahlströmung und
kollidiert in der großen Zone 354. Außerdem ist der Ober
flächenbereich der Rippe 351 groß. Als Resultat wird die
Kühleffektivität bezüglich des Halbleiterelements 11 verbes
sert.
Fig. 51A und 51B zeigen eine dreizehnte Abwandlung der
fünften Ausführungsform. Fig. 51A zeigt eine Draufsicht auf
die dreizehnte Abwandlung, und Fig. 51B zeigt eine per
spektivisch 04123 00070 552 001000280000000200012000285910401200040 0002004418611 00004 04004e Ansicht der dreizehnten Abwandlung.
Eine Vielzahl von Abstandshaltergliedern 360 und 361
sind auf der oberen Oberfläche 11a des Halbleiterelements 11
längs der Richtung der parallelen Kühlmittelströmung 43
vorgesehen, wie in Fig. 51B gezeigt. Außerdem ist ein
federndes Trennglied 362 an dem durchgangsbildenden Glied 32
vorgesehen, wie in Fig. 51A gezeigt. Dieses federnde Trenn
glied 362 ist aus einer federnden Platte hergestellt. Das
federnde Trennglied 362 liegt dem Halbleiterelement 11 in
einem Zustand gegenüber, bei dem Endspitzen des federnden
Trennglieds 362 gegen die Abstandshalterglieder 360 und 361
stoßen.
Eine spaltförmige Kühlmittelauslaßöffnung 363 mit einer
Lücke von hoher Genauigkeit, die der Dicke der Abstands
halterglieder 360 und 361 entspricht, wird zwischen dem
federnden Trennglied 362 und der oberen Oberfläche 11a des
Halbleiterelements 11 durch die federnde Deformation des
federnden Trennglieds 362 automatisch gebildet. Aus diesem
Grund ist es möglich, einen Fehler bei der positionellen
Beziehung zwischen dem durchgangsbildenden Glied 32 und dem
Halbleiterelement 11 zu absorbieren, und der Montageprozeß
wird erleichtert und die Kühlleistung stabilisiert.
Für das federnde Trennglied 362 können verschiedene
federnde Materialien verwendet werden. Beispiele solcher
federnder Materialien sind verschiedene Arten von Harzen und
Legierungen, wie zum Beispiel Phosphorbronze und Beryllium
kupfer.
Fig. 52A, 52B und 52C zeigen eine vierzehnte Abwandlung
der fünften Ausführungsform. Fig. 52A zeigt eine Seiten
ansicht der vierzehnten Abwandlung, und Fig. 52B und 52C
zeigen perspektivische Ansichten der vierzehnten Abwandlung.
Gemäß dieser vierzehnten Abwandlung hat das federnde Trenn
glied die Funktion, die den Abstandshaltergliedern der
dreizehnten Abwandlung der fünften Ausführungsform ent
spricht, die in Fig. 51A und 51B gezeigt ist.
Ein federndes Trennglied 370 ist, wie in Fig. 52A und
52B gezeigt, mit einer Vielzahl von Abstandshaltergliedern
371 an einem Endstück versehen, das der oberen Oberfläche
11a des Halbleiterelements 11 gegenüberliegt. Das federnde
Trennglied 370 ist aus einer federnden Platte hergestellt.
Alternativ ist, wie in Fig. 52A und 52C gezeigt, ein
federndes Trennglied 372 mit einer Vielzahl von ausgeschnit
tenen Teilen 372a an einem Endstück versehen, das der oberen
Oberfläche 11a des Halbleiterelements 11 gegenüberliegt. Das
federnde Trennglied 372 besteht aus einer federnden Platte.
Außerdem sind die ausgeschnittenen Teile 372a hin zu dem
Halbleiterelement 11 gebogen.
Mit anderen Worten, die Abstandshalterglieder 371 an
dem Endstück des federnden Trennglieds 370 und die ausge
schnittenen Teile 372a an dem Endstück des federnden Trenn
glieds 372 stoßen gegen die obere Oberfläche 11a des Halb
leiterelements 11 und liegen dem Halbleiterelement 11
gegenüber. Deshalb ist es durch Einsatz der oben beschriebe
nen Konstruktion möglich, leicht eine spaltförmige Kühl
mittelauslaßöffnung 393 mit einer Lücke mit hoher Genau
igkeit zu bilden, ähnlich wie bei der dreizehnten Abwandlung
der fünften Ausführungsform.
Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese
Ausführungsformen begrenzt, sondern verschiedene Veränderun
gen und Abwandlungen können vorgenommen werden, ohne den
Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Claims (12)
1. Eine Halbleiterelementkühlvorrichtung, die dafür
ausgelegt ist, um wenigstens ein Halbleiterelement (11) zu
kühlen, das auf einem Schaltungssubstrat (12) montiert ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Halbleiterelemente
kühlvorrichtung umfaßt:
ein erstes Mittel (32, 34, 35) zum Erzeugen einer Kühlmittelströmung (43) durch Strömen eines Kühlmittels über eine obere Oberfläche (11a) des Halbleiterelements (11); und
ein zweites Mittel (37, 133, 191, 201) zum schrä gen Auftreffen des Kühlmittels auf das Halbleiterelement (11) von einer stromaufwärtigen Seite hin zu einer strom abwärtigen Seite der Kühlmittelströmung (43).
ein erstes Mittel (32, 34, 35) zum Erzeugen einer Kühlmittelströmung (43) durch Strömen eines Kühlmittels über eine obere Oberfläche (11a) des Halbleiterelements (11); und
ein zweites Mittel (37, 133, 191, 201) zum schrä gen Auftreffen des Kühlmittels auf das Halbleiterelement (11) von einer stromaufwärtigen Seite hin zu einer strom abwärtigen Seite der Kühlmittelströmung (43).
2. Die Halbleiterelementkühlvorrichtung nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte zweite Mittel
(37, 133, 191, 201) umfaßt:
eine Vielzahl von geneigten säulenförmigen Radia torrippen (37, 201), die auf der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiterelements (11) vorgesehen sind und jeweils einen Abschnitt haben, der zu der stromaufwärtigen Seite der Kühlmittelströmung (43) geneigt ist.
eine Vielzahl von geneigten säulenförmigen Radia torrippen (37, 201), die auf der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiterelements (11) vorgesehen sind und jeweils einen Abschnitt haben, der zu der stromaufwärtigen Seite der Kühlmittelströmung (43) geneigt ist.
3. Die Halbleiterelementkühlvorrichtung nach Anspruch
2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte zweite Mittel
(37, 133, 191, 201) ferner umfaßt:
eine kammförmige Struktur (80), die obere Enden der geneigten säulenförmigen Radiatorrippen (37, 201) verbindet, die in einer Richtung angeordnet sind, die zu einer Richtung der Kühlmittelströmung (43) im allgemeinen rechtwinklig ist.
eine kammförmige Struktur (80), die obere Enden der geneigten säulenförmigen Radiatorrippen (37, 201) verbindet, die in einer Richtung angeordnet sind, die zu einer Richtung der Kühlmittelströmung (43) im allgemeinen rechtwinklig ist.
4. Die Halbleiterelementkühlvorrichtung nach Anspruch
1, 2, oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte erste
Mittel (32, 34, 35) umfaßt:
ein durchgangsbildendes Glied (32), das einen Durchgang (33) zwischen dem genannten durchgangsbildenden Glied (32) und der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiter elements (11) bildet; und
eine Kühlmittelsteuereinheit (35) zum Zuführen des Kühlmittels zu dem Durchgang (33), um eine parallele Kühl mittelströmung (43) innerhalb des Durchgangs (33) zu bilden, welche parallele Kühlmittelströmung (43) zu der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiterelements (11) etwa parallel ist,
und das genannte zweite Mittel (37, 133, 191, 201) umfaßt:
einen Ventilator (133), der an einer Position vorgesehen ist, die dem Halbleiterelement (11) gegenüber liegt, und bezüglich der oberen Oberfläche (11a) des Halb leiterelements (11) geneigt ist.
ein durchgangsbildendes Glied (32), das einen Durchgang (33) zwischen dem genannten durchgangsbildenden Glied (32) und der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiter elements (11) bildet; und
eine Kühlmittelsteuereinheit (35) zum Zuführen des Kühlmittels zu dem Durchgang (33), um eine parallele Kühl mittelströmung (43) innerhalb des Durchgangs (33) zu bilden, welche parallele Kühlmittelströmung (43) zu der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiterelements (11) etwa parallel ist,
und das genannte zweite Mittel (37, 133, 191, 201) umfaßt:
einen Ventilator (133), der an einer Position vorgesehen ist, die dem Halbleiterelement (11) gegenüber liegt, und bezüglich der oberen Oberfläche (11a) des Halb leiterelements (11) geneigt ist.
5. Die Halbleiterelementkühlvorrichtung nach einem
der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
genannte Halbleiterelementkühlvorrichtung ferner umfaßt:
ein drittes Mittel (160d, 170), das an einer Peripherie des genannten Ventilators (133) vorgesehen ist, zum Begrenzen des Kühlmittels, das von dem genannten Venti lator (133) ausgestoßen wird, gegen Bewegen zu einer Einzugsseite des genannten Ventilators (133) hin.
ein drittes Mittel (160d, 170), das an einer Peripherie des genannten Ventilators (133) vorgesehen ist, zum Begrenzen des Kühlmittels, das von dem genannten Venti lator (133) ausgestoßen wird, gegen Bewegen zu einer Einzugsseite des genannten Ventilators (133) hin.
6. Die Halbleiterelementkühlvorrichtung nach einem
der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
genannte erste Mittel (32, 34, 35) umfaßt:
ein durchgangsbildendes Glied (32), das einen Durchgang (33) zwischen dem genannten durchgangsbildenden Glied (32) und der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiter elements (11) bildet; und
eine Kühlmittelsteuereinheit (35) zum Zuführen des Kühlmittels zu dem Durchgang (33), um eine parallele Kühl mittelströmung (43) innerhalb des Durchgangs (33) zu bilden, welche parallele Kühlmittelströmung (43) zu der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiterelements (11) etwa parallel ist,
und das genannte zweite Mittel (37, 133, 191, 201) umfaßt:
einen Kanal (191) mit einem Endstück, das dem Halbleiterelement (11) gegenüberliegt und bezüglich der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiterelements (11) geneigt ist; und
einen Ventilator (194), der das Kühlmittel aus dem genannten Kanal (191) ausstößt.
ein durchgangsbildendes Glied (32), das einen Durchgang (33) zwischen dem genannten durchgangsbildenden Glied (32) und der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiter elements (11) bildet; und
eine Kühlmittelsteuereinheit (35) zum Zuführen des Kühlmittels zu dem Durchgang (33), um eine parallele Kühl mittelströmung (43) innerhalb des Durchgangs (33) zu bilden, welche parallele Kühlmittelströmung (43) zu der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiterelements (11) etwa parallel ist,
und das genannte zweite Mittel (37, 133, 191, 201) umfaßt:
einen Kanal (191) mit einem Endstück, das dem Halbleiterelement (11) gegenüberliegt und bezüglich der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiterelements (11) geneigt ist; und
einen Ventilator (194), der das Kühlmittel aus dem genannten Kanal (191) ausstößt.
7. Eine Halbleiterelementkühlvorrichtung, die dafür
ausgelegt ist, um wenigstens ein Halbleiterelement (11) zu
kühlen, das auf einem Schaltungssubstrat (12) montiert ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Halbleiterelement
kühlvorrichtung umfaßt:
ein durchgangsbildendes Glied (32), das einen Durchgang (33) zwischen dem genannten durchgangsbildenden Glied (32) und einer oberen Oberfläche (11a) des Halbleiter elements (11) bildet;
eine Kühlmittelsteuereinheit (35), die ein Kühl mittel dem Durchgang (33) zuführt, um eine parallele Kühl mittelströmung (43) über der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiterelements (11) zu bilden, welche parallele Kühl mittelströmung (43) zu der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiterelements (11) etwa parallel ist; und
eines oder eine Vielzahl von Trenngliedern (211), die auf einer Oberfläche des genannten durchgangsbildenden Glieds (32) vorgesehen sind, die der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiterelements (11) gegenüberliegt,
bei der jedes der genannten Trennglieder (211) einen Basisteil hat, der sich in eine Richtung erstreckt, die zu der parallelen Kühlmittelströmung (43) im allgemeinen rechtwinklig ist, und einen Endteil, der eine spaltförmige Kühlmittelauslaßöffnung (212) mit einer vorbestimmten Lücke zwischen dem Endteil und der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiterelements (11) bildet.
ein durchgangsbildendes Glied (32), das einen Durchgang (33) zwischen dem genannten durchgangsbildenden Glied (32) und einer oberen Oberfläche (11a) des Halbleiter elements (11) bildet;
eine Kühlmittelsteuereinheit (35), die ein Kühl mittel dem Durchgang (33) zuführt, um eine parallele Kühl mittelströmung (43) über der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiterelements (11) zu bilden, welche parallele Kühl mittelströmung (43) zu der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiterelements (11) etwa parallel ist; und
eines oder eine Vielzahl von Trenngliedern (211), die auf einer Oberfläche des genannten durchgangsbildenden Glieds (32) vorgesehen sind, die der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiterelements (11) gegenüberliegt,
bei der jedes der genannten Trennglieder (211) einen Basisteil hat, der sich in eine Richtung erstreckt, die zu der parallelen Kühlmittelströmung (43) im allgemeinen rechtwinklig ist, und einen Endteil, der eine spaltförmige Kühlmittelauslaßöffnung (212) mit einer vorbestimmten Lücke zwischen dem Endteil und der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiterelements (11) bildet.
8. Die Halbleiterelementkühlvorrichtung nach Anspruch
7, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Vielzahl von
Trenngliedern (211) in einer Richtung der parallelen Kühl
mittelströmung (43) angeordnet ist.
9. Die Halbleiterelementkühlvorrichtung nach Anspruch
7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Halblei
terelementkühlvorrichtung ferner umfaßt:
eine oder eine Vielzahl von Oberflächen, die auf der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiterelements (11) vorgesehen ist,
bei der das Kühlmittel, das von der genannten spaltförmigen Kühlmittelauslaßöffnung (212) ausgestoßen wurde, auf die genannte eine oder die Vielzahl von Ober flächen trifft.
eine oder eine Vielzahl von Oberflächen, die auf der oberen Oberfläche (11a) des Halbleiterelements (11) vorgesehen ist,
bei der das Kühlmittel, das von der genannten spaltförmigen Kühlmittelauslaßöffnung (212) ausgestoßen wurde, auf die genannte eine oder die Vielzahl von Ober flächen trifft.
10. Die Halbleiterelementkühlvorrichtung nach Anspruch
9, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte eine oder eine
Vielzahl von Oberflächen bezüglich einer Richtung, in der
das Kühlmittel von der genannten spaltförmigen Kühlmittel
auslaßöffnung (212) ausgestoßen wird, rechtwinklig oder
geneigt ist.
11. Die Halbleiterelementkühlvorrichtung nach Anspruch
10, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte spaltförmige
Kühlmittelauslaßöffnung (212) und eine entsprechende der
genannten Vielzahl von Oberflächen parallel mit einem
beliebigen Abstand dazwischen längs einer Richtung der
parallelen Kühlmittelströmung (43) angeordnet sind.
12. Die Halbleiterelementkühlvorrichtung nach Anspruch
7, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte eine oder die
Vielzahl von Trenngliedern (211) mit dem Halbleiterelement
(11) direkt und nicht über das Schaltungssubstrat (12)
strukturell verbindet.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19060393A JP3236137B2 (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | 半導体素子冷却装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4418611A1 true DE4418611A1 (de) | 1995-02-02 |
DE4418611C2 DE4418611C2 (de) | 2003-03-27 |
Family
ID=16260821
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4418611A Expired - Fee Related DE4418611C2 (de) | 1993-07-30 | 1994-05-27 | Halbleiterelementkühlvorrichtung |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5763950A (de) |
JP (1) | JP3236137B2 (de) |
DE (1) | DE4418611C2 (de) |
GB (1) | GB2280989B (de) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0760527A2 (de) * | 1995-08-31 | 1997-03-05 | Ncr International Inc. | Vorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle |
EP0860874A2 (de) * | 1997-02-24 | 1998-08-26 | Fujitsu Limited | Wärmesenke und Informationsprozessor mit ihrer Anwendung |
US6501652B2 (en) | 1997-02-24 | 2002-12-31 | Fujitsu Limited | Heat sink and information processor using it |
DE10134187A1 (de) * | 2001-07-13 | 2003-01-30 | Semikron Elektronik Gmbh | Kühleinrichtung für Halbleitermodule |
WO2003012865A2 (en) * | 2001-07-31 | 2003-02-13 | Stonewood Electronics Ltd | Cooling apparatus |
WO2006078070A2 (en) * | 2005-01-24 | 2006-07-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Semiconductor module and semiconductor device |
EP1768179A3 (de) * | 2005-09-22 | 2008-09-03 | Delphi Technologies, Inc. | Chipkühler |
WO2013085618A1 (en) * | 2011-12-08 | 2013-06-13 | Oracle International Corporation | Design of a heat dissipation structure for an integrated circuit (ic) chip |
Families Citing this family (71)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2296132B (en) * | 1994-12-12 | 1999-02-24 | Siemens Plessey Electronic | Improvements in or relating to cooling systems |
US5785116A (en) * | 1996-02-01 | 1998-07-28 | Hewlett-Packard Company | Fan assisted heat sink device |
US5957194A (en) | 1996-06-27 | 1999-09-28 | Advanced Thermal Solutions, Inc. | Plate fin heat exchanger having fluid control means |
JPH10224061A (ja) * | 1997-02-10 | 1998-08-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ヒートシンクユニット及び電子機器 |
US6031720A (en) * | 1997-11-14 | 2000-02-29 | The Panda Project | Cooling system for semiconductor die carrier |
US6113485A (en) * | 1997-11-26 | 2000-09-05 | Advanced Micro Devices, Inc. | Duct processor cooling for personal computer |
US6018192A (en) * | 1998-07-30 | 2000-01-25 | Motorola, Inc. | Electronic device with a thermal control capability |
US6301779B1 (en) | 1998-10-29 | 2001-10-16 | Advanced Thermal Solutions, Inc. | Method for fabricating a heat sink having nested extended surfaces |
US6308771B1 (en) | 1998-10-29 | 2001-10-30 | Advanced Thermal Solutions, Inc. | High performance fan tail heat exchanger |
GB2347020B (en) | 1999-02-02 | 2003-05-14 | 3Com Technologies Ltd | Cooling equipment |
GB2358243B (en) | 1999-11-24 | 2004-03-31 | 3Com Corp | Thermally conductive moulded heat sink |
US6446707B1 (en) * | 2001-04-17 | 2002-09-10 | Hewlett-Packard Company | Active heat sink structure with directed air flow |
US7032392B2 (en) * | 2001-12-19 | 2006-04-25 | Intel Corporation | Method and apparatus for cooling an integrated circuit package using a cooling fluid |
US6935419B2 (en) * | 2002-02-20 | 2005-08-30 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Heat sink apparatus with air duct |
DE10233736B3 (de) * | 2002-07-24 | 2004-04-15 | N F T Nanofiltertechnik Gmbh | Wärmetauschervorrichtung |
US6735082B2 (en) * | 2002-08-14 | 2004-05-11 | Agilent Technologies, Inc. | Heatsink with improved heat dissipation capability |
JP4228680B2 (ja) * | 2002-12-12 | 2009-02-25 | 三菱電機株式会社 | 冷却部材 |
JP3934565B2 (ja) * | 2003-02-21 | 2007-06-20 | 富士通株式会社 | 半導体装置 |
US6771500B1 (en) | 2003-03-27 | 2004-08-03 | Stmicroelectronics, Inc. | System and method for direct convective cooling of an exposed integrated circuit die surface |
JP2005327795A (ja) * | 2004-05-12 | 2005-11-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 放熱器 |
JP4550664B2 (ja) * | 2005-03-02 | 2010-09-22 | 古河電気工業株式会社 | ヒートパイプ付ヒートシンク |
US20060237166A1 (en) * | 2005-04-22 | 2006-10-26 | Otey Robert W | High Efficiency Fluid Heat Exchanger and Method of Manufacture |
JP4546335B2 (ja) * | 2005-06-27 | 2010-09-15 | 富士通株式会社 | パッケージ冷却装置 |
US7365981B2 (en) * | 2005-06-28 | 2008-04-29 | Delphi Technologies, Inc. | Fluid-cooled electronic system |
JP4480638B2 (ja) * | 2005-07-04 | 2010-06-16 | Necディスプレイソリューションズ株式会社 | 貫流型強制空冷ヒートシンクおよび投写型表示装置 |
US7548421B2 (en) * | 2005-10-25 | 2009-06-16 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Impingement cooling of components in an electronic system |
US7310228B2 (en) * | 2006-04-10 | 2007-12-18 | Super Micro Computer, Inc. | Air shroud for dissipating heat from an electronic component |
US7583502B2 (en) * | 2006-06-13 | 2009-09-01 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Method and apparatus for increasing heat dissipation of high performance integrated circuits (IC) |
US20080041562A1 (en) * | 2006-08-18 | 2008-02-21 | Sun Microsystems, Inc. | Airflow bypass and cooling of processors in series |
CN101193542A (zh) * | 2006-11-23 | 2008-06-04 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | 散热装置及导风片 |
JPWO2008114381A1 (ja) * | 2007-03-19 | 2010-07-01 | 富士通株式会社 | ヒートシンク及び電子装置及び電子装置の製造方法 |
TWI423403B (zh) * | 2007-09-17 | 2014-01-11 | Ibm | 積體電路疊層 |
US8537548B2 (en) * | 2008-01-29 | 2013-09-17 | Intel Corporation | Method, apparatus and computer system for vortex generator enhanced cooling |
KR101446828B1 (ko) * | 2008-06-18 | 2014-10-30 | 브루사 일렉트로닉 아게 | 전자소자용의 냉각장치 |
RU2464516C2 (ru) | 2008-08-22 | 2012-10-20 | Мицубиси Хеви Индастрис, Лтд. | Теплообменная перегородка |
TWI378761B (en) * | 2008-09-12 | 2012-12-01 | Pegatron Corp | Heat-dissipating device and method |
CN101872225A (zh) * | 2009-04-27 | 2010-10-27 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | 粘贴式导流件及使用该导流件的主板 |
US7961462B2 (en) * | 2009-05-28 | 2011-06-14 | Alcatel Lucent | Use of vortex generators to improve efficacy of heat sinks used to cool electrical and electro-optical components |
CN102473693B (zh) * | 2009-08-07 | 2015-09-09 | 古河Sky株式会社 | 散热器 |
JP5455962B2 (ja) * | 2011-04-06 | 2014-03-26 | 三菱重工業株式会社 | 冷却構造の製造方法 |
CN102781198A (zh) * | 2011-05-10 | 2012-11-14 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | 具有导风罩的电子产品 |
JP2013051294A (ja) * | 2011-08-30 | 2013-03-14 | Sony Corp | 電子機器 |
SG11201401659TA (en) * | 2011-11-02 | 2014-05-29 | Univ Singapore | A heat sink assembly apparatus |
CN103874394B (zh) * | 2012-12-18 | 2017-01-04 | 国网山东省电力公司德州供电公司 | 电子装置及其散热器模组 |
US9470720B2 (en) | 2013-03-08 | 2016-10-18 | Sandisk Technologies Llc | Test system with localized heating and method of manufacture thereof |
JP6011432B2 (ja) * | 2013-04-16 | 2016-10-19 | 株式会社豊田自動織機 | 空冷式冷却器 |
US9898056B2 (en) | 2013-06-19 | 2018-02-20 | Sandisk Technologies Llc | Electronic assembly with thermal channel and method of manufacture thereof |
US9313874B2 (en) | 2013-06-19 | 2016-04-12 | SMART Storage Systems, Inc. | Electronic system with heat extraction and method of manufacture thereof |
US10013033B2 (en) | 2013-06-19 | 2018-07-03 | Sandisk Technologies Llc | Electronic assembly with thermal channel and method of manufacture thereof |
WO2015094125A1 (en) | 2013-12-16 | 2015-06-25 | Sieva, Podjetje Za Razvoj In Trženje V Avtomobilski Industriji, D.O.O. | High performance heat exchanger with inclined pin fin aragnement means and a method of producing the same |
US9549457B2 (en) * | 2014-02-12 | 2017-01-17 | Sandisk Technologies Llc | System and method for redirecting airflow across an electronic assembly |
US9497889B2 (en) | 2014-02-27 | 2016-11-15 | Sandisk Technologies Llc | Heat dissipation for substrate assemblies |
US9519319B2 (en) | 2014-03-14 | 2016-12-13 | Sandisk Technologies Llc | Self-supporting thermal tube structure for electronic assemblies |
US9348377B2 (en) | 2014-03-14 | 2016-05-24 | Sandisk Enterprise Ip Llc | Thermal isolation techniques |
US9485851B2 (en) | 2014-03-14 | 2016-11-01 | Sandisk Technologies Llc | Thermal tube assembly structures |
JP2017098274A (ja) * | 2014-03-27 | 2017-06-01 | 三菱電機株式会社 | ヒートシンク装置 |
FR3026269B1 (fr) * | 2014-09-22 | 2018-11-16 | Thales Sa | Procede de realisation d'un radiateur a picots et dispositif associe a ce radiateur |
US20160109130A1 (en) * | 2014-10-17 | 2016-04-21 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Production of turbine components with heat-extracting features using additive manufacturing |
WO2016194158A1 (ja) * | 2015-06-03 | 2016-12-08 | 三菱電機株式会社 | 液冷冷却器、及び液冷冷却器に於ける放熱フィンの製造方法 |
JP6503909B2 (ja) * | 2015-06-12 | 2019-04-24 | 株式会社デンソー | 半導体装置 |
US10600753B2 (en) * | 2015-08-28 | 2020-03-24 | Texas Instruments Incorporated | Flip chip backside mechanical die grounding techniques |
JP6842243B2 (ja) * | 2016-03-22 | 2021-03-17 | 株式会社アツミテック | 熱電変換ユニット及び熱電変換モジュール |
JP2019514222A (ja) | 2016-04-13 | 2019-05-30 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated | 排気冷却用装置 |
US20180142964A1 (en) * | 2016-11-21 | 2018-05-24 | Abl Ip Holding Llc | Heatsink |
US10415895B2 (en) * | 2016-11-21 | 2019-09-17 | Abl Ip Holding Llc | Heatsink |
JP7139684B2 (ja) * | 2018-05-18 | 2022-09-21 | 富士通株式会社 | 冷却装置、及び電子機器 |
JP2020202244A (ja) * | 2019-06-07 | 2020-12-17 | 株式会社ザクティ | 撮影装置 |
JP7307010B2 (ja) * | 2020-02-28 | 2023-07-11 | トヨタ自動車株式会社 | 冷却器 |
US11039550B1 (en) * | 2020-04-08 | 2021-06-15 | Google Llc | Heat sink with turbulent structures |
CN113645799A (zh) * | 2020-04-27 | 2021-11-12 | 富泰华工业(深圳)有限公司 | 用于电子装置的散热结构及电子装置 |
JP6984778B1 (ja) * | 2021-05-20 | 2021-12-22 | 富士電機株式会社 | 冷却装置および冷却装置を備える半導体装置 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4541004A (en) * | 1982-11-24 | 1985-09-10 | Burroughs Corporation | Aerodynamically enhanced heat sink |
GB2174193A (en) * | 1985-04-22 | 1986-10-29 | Int Computers Ltd | Ventilating cabinets for electronic components |
EP0219657A2 (de) * | 1985-10-16 | 1987-04-29 | International Business Machines Corporation | Zusammengesetzte Vorrichtung zur Wärmeabteilung mit abwechselnd gewandten Rippen versehenen Stiften für einen von oben nach unten verlaufenden Strom |
US4699208A (en) * | 1985-05-11 | 1987-10-13 | Zinser Textilmaschinen Gmbh | Cooling apparatus for an electrical cabinet of a textile machine |
EP0458500A1 (de) * | 1990-05-23 | 1991-11-27 | AT&T Corp. | Kühlung für Baugruppe, die eine Turbulenzeinrichtung verwendet |
US5077601A (en) * | 1988-09-09 | 1991-12-31 | Hitachi, Ltd. | Cooling system for cooling an electronic device and heat radiation fin for use in the cooling system |
WO1993006340A1 (en) * | 1991-09-23 | 1993-04-01 | Benton Christopher E | Method and apparatus for cooling an object |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2107549A1 (de) * | 1970-02-19 | 1971-09-02 | Texas Instruments Inc | Trager einer elektronischen Schaltung mit einem Sammelsystem mit Warmeleitungs eigenschaften fur alle Richtungen |
DE2531450A1 (de) * | 1975-07-14 | 1977-01-20 | Siemens Ag | Kuehlkoerper |
US4296455A (en) * | 1979-11-23 | 1981-10-20 | International Business Machines Corporation | Slotted heat sinks for high powered air cooled modules |
DE3041656A1 (de) * | 1980-11-05 | 1982-05-13 | SEMIKRON Gesellschaft für Gleichrichterbau u. Elektronik mbH, 8500 Nürnberg | Halbleiter-schaltungsaufbau |
JPS5987844A (ja) * | 1982-11-10 | 1984-05-21 | Nippon Denso Co Ltd | 風量制御トランジスタの放熱装置 |
JPH0663296B2 (ja) * | 1987-07-29 | 1994-08-22 | 清水建設株式会社 | デッキプレ−ト型枠工法 |
JPH0412559A (ja) * | 1990-05-01 | 1992-01-17 | Fujitsu Ltd | 電子装置の冷却構造 |
FR2668875B1 (fr) * | 1990-11-07 | 1993-02-05 | Matra Communication | Dispositif de ventilation pour une armoire electronique. |
US5304845A (en) * | 1991-04-09 | 1994-04-19 | Digital Equipment Corporation | Apparatus for an air impingement heat sink using secondary flow generators |
JP2882116B2 (ja) * | 1991-09-13 | 1999-04-12 | 日本電気株式会社 | ヒートシンク付パッケージ |
US5311928A (en) * | 1993-06-28 | 1994-05-17 | Marton Louis L | Heat dissipator |
US5335722A (en) * | 1993-09-30 | 1994-08-09 | Global Win Technology Co., Ltd | Cooling assembly for an integrated circuit |
-
1993
- 1993-07-30 JP JP19060393A patent/JP3236137B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-05-20 GB GB9410135A patent/GB2280989B/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-05-27 DE DE4418611A patent/DE4418611C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-02-08 US US08/598,331 patent/US5763950A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4541004A (en) * | 1982-11-24 | 1985-09-10 | Burroughs Corporation | Aerodynamically enhanced heat sink |
GB2174193A (en) * | 1985-04-22 | 1986-10-29 | Int Computers Ltd | Ventilating cabinets for electronic components |
US4699208A (en) * | 1985-05-11 | 1987-10-13 | Zinser Textilmaschinen Gmbh | Cooling apparatus for an electrical cabinet of a textile machine |
EP0219657A2 (de) * | 1985-10-16 | 1987-04-29 | International Business Machines Corporation | Zusammengesetzte Vorrichtung zur Wärmeabteilung mit abwechselnd gewandten Rippen versehenen Stiften für einen von oben nach unten verlaufenden Strom |
US5077601A (en) * | 1988-09-09 | 1991-12-31 | Hitachi, Ltd. | Cooling system for cooling an electronic device and heat radiation fin for use in the cooling system |
EP0458500A1 (de) * | 1990-05-23 | 1991-11-27 | AT&T Corp. | Kühlung für Baugruppe, die eine Turbulenzeinrichtung verwendet |
WO1993006340A1 (en) * | 1991-09-23 | 1993-04-01 | Benton Christopher E | Method and apparatus for cooling an object |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
IBM TDB, 1990, Vol. 32, Nr. 11, S. 64-65 * |
JP 62-1 95 157 A, in: Pat. Abstr. of JP, E-581 * |
Cited By (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0760527A2 (de) * | 1995-08-31 | 1997-03-05 | Ncr International Inc. | Vorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle |
EP0760527A3 (de) * | 1995-08-31 | 1998-06-10 | Ncr International Inc. | Vorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle |
EP0860874A2 (de) * | 1997-02-24 | 1998-08-26 | Fujitsu Limited | Wärmesenke und Informationsprozessor mit ihrer Anwendung |
EP0860874A3 (de) * | 1997-02-24 | 2000-03-15 | Fujitsu Limited | Wärmesenke und Informationsprozessor mit ihrer Anwendung |
US6043980A (en) * | 1997-02-24 | 2000-03-28 | Fujitsu Limited | Heat sink and information processor using it |
US6172872B1 (en) | 1997-02-24 | 2001-01-09 | Fujitsu Limited | Heat sink and information processor using it |
US6301111B1 (en) | 1997-02-24 | 2001-10-09 | Fujitsu Limited | Heat sink and information processor using it |
US6501652B2 (en) | 1997-02-24 | 2002-12-31 | Fujitsu Limited | Heat sink and information processor using it |
DE10134187A1 (de) * | 2001-07-13 | 2003-01-30 | Semikron Elektronik Gmbh | Kühleinrichtung für Halbleitermodule |
DE10134187B4 (de) * | 2001-07-13 | 2006-09-14 | Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg | Kühleinrichtung für Halbleitermodule |
WO2003012865A2 (en) * | 2001-07-31 | 2003-02-13 | Stonewood Electronics Ltd | Cooling apparatus |
WO2003012865A3 (en) * | 2001-07-31 | 2003-09-04 | Stonewood Electronics Ltd | Cooling apparatus |
WO2006078070A2 (en) * | 2005-01-24 | 2006-07-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Semiconductor module and semiconductor device |
WO2006078070A3 (en) * | 2005-01-24 | 2006-10-19 | Toyota Motor Co Ltd | Semiconductor module and semiconductor device |
US7687901B2 (en) | 2005-01-24 | 2010-03-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Heat dissipating fins opposite semiconductor elements |
CN101120446B (zh) * | 2005-01-24 | 2010-05-19 | 丰田自动车株式会社 | 半导体模组及半导体装置 |
EP1768179A3 (de) * | 2005-09-22 | 2008-09-03 | Delphi Technologies, Inc. | Chipkühler |
WO2013085618A1 (en) * | 2011-12-08 | 2013-06-13 | Oracle International Corporation | Design of a heat dissipation structure for an integrated circuit (ic) chip |
US9184108B2 (en) | 2011-12-08 | 2015-11-10 | Oracle International Corporation | Heat dissipation structure for an integrated circuit (IC) chip |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4418611C2 (de) | 2003-03-27 |
GB9410135D0 (en) | 1994-07-06 |
GB2280989A (en) | 1995-02-15 |
GB2280989B (en) | 1998-03-04 |
US5763950A (en) | 1998-06-09 |
JPH0745762A (ja) | 1995-02-14 |
JP3236137B2 (ja) | 2001-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE4418611A1 (de) | Halbleiterelementkühlvorrichtung | |
DE4333373B4 (de) | Elektronisches Gerät | |
DE112007000829B4 (de) | Anordnung aus Wechselrichter und Kühler und ihre Verwendung | |
DE602004010422T2 (de) | Strömungsverteilungseinheit und kühleinheit | |
DE112008000533B4 (de) | Halbleitermodul und Wechselrichtervorrichtung | |
DE69333279T2 (de) | Kühlvorrichtung für ein wärmeerzeugendes Bauelement | |
DE112008000452B4 (de) | Halbleitermodul und Wechselrichtervorrichtung | |
DE102005045761B4 (de) | System und Verfahren zum Kühlen elektronischer Systeme | |
DE19734054A1 (de) | Druckschaltungsplatine mit auf ihr aufgebrachten elektronischen Bauelementen | |
DE102005057981A1 (de) | Leistungshalbleitervorrichtung | |
DE69922078T2 (de) | Servo-Verstärkereinheit | |
DE112006003825T5 (de) | Elektrische Stromwandlervorrichtung | |
DE10393588T5 (de) | Optimales Ausbreitungssystem, Vorrichtung und Verfahren für flüssigkeitsgekühlten, mikroskalierten Wärmetausch | |
DE112006003812T5 (de) | Kühlvorrichtung | |
DE102019216778A1 (de) | Halbleitermodul, Fahrzeug und Fertigungsverfahren | |
DE102016110043A1 (de) | Flüssigkeitsgekühlte Kühleinrichtung, um einen wärmeerzeugenden Körper zu kühlen, der z.B. elektronische Komponenten wie Halbleiterbauteile umfasst | |
WO1998028961A1 (de) | Bauelementträger mit luft-umwälzkühlung der elektrischen bauelemente | |
EP1705977B1 (de) | Gehäuse zur Aufnahme von elektronischen Steckbaugruppen | |
DE102018203231A1 (de) | Wärmetauscher zum kühlen mehrerer schichten aus elektronischen modulen | |
DE102012206360B4 (de) | Kühlvorrichtung | |
DE3044135C2 (de) | Luft-Luft-Wärmetauscher | |
DE102009004097B4 (de) | Halbleiterkühlstruktur | |
DE202019102480U1 (de) | Offset-Turbulator für einen Kühlkörper und Kühlkörper für mindestens ein zu kühlendes Bauelement | |
DE112009005359T5 (de) | Kühlkörper, Kühlkörperanordnung, Halbleitermodul und Halbleitereinrichtung mit einer Kühleinrichtung | |
DE2828068C2 (de) | Kühlungsanordnung für elektronische Bauteile hoher Verlustleistungsdichte |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8172 | Supplementary division/partition in: |
Ref country code: DE Ref document number: 4447843 Format of ref document f/p: P |
|
Q171 | Divided out to: |
Ref country code: DE Ref document number: 4447843 |
|
8304 | Grant after examination procedure | ||
AH | Division in |
Ref document number: 4447843 Country of ref document: DE Kind code of ref document: P |
|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |