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DE2825582C2 - Kühlvorrichtung für Halbleiterelemente - Google Patents

Kühlvorrichtung für Halbleiterelemente

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Publication number
DE2825582C2
DE2825582C2 DE2825582A DE2825582A DE2825582C2 DE 2825582 C2 DE2825582 C2 DE 2825582C2 DE 2825582 A DE2825582 A DE 2825582A DE 2825582 A DE2825582 A DE 2825582A DE 2825582 C2 DE2825582 C2 DE 2825582C2
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DE
Germany
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cooling device
semiconductor element
cooling
plate
closure plate
Prior art date
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Expired
Application number
DE2825582A
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English (en)
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DE2825582A1 (de
Inventor
Armand Pasquale Ferro
John Davis Schenectady N.Y. Harnden Jun.
Michael Herbert Scotia N.Y. McLaughlin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of DE2825582A1 publication Critical patent/DE2825582A1/de
Application granted granted Critical
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Description

40
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung für Halbleiterelemente gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine wesentliche Voraussetzung für den Einsatz moderner Hochleistungs-Halbleiterelemente ist eine wirksame Kühlvorrichtung. Anstelle herkömmlicher Kühlkörper mit einem großen Oberflächenbereich werden für diesen Zweck in zunehmendem Maße Wärmerohre (heat-pipes) und sogenannte Thermosyphone verwendet. Derartige Wärmerohre und Thermosyphone sind beispielsweise in den US-PS 38 26 957 und 38 52 803 beschrieben. Diese bekannten Kühlvorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß ein eventuell erforderlicher Austausch von Halbleiterelementen sehr schwierig und zeitraubend ist.
In der DE-OS 24 49 338 ist eine Kühlvorrichtung für Halbleiterelemente dargestellt, bei der an den Flansch eines eine Kühlkammer bildenden Kühlrohres ein Halbleiterelement mittels einer Druckplatte angedrückt wird. Das Halbleiterelement ist auf eine Stützplatte auf- t>o geschweißt, an der auf der gleichen Seite wie das Halbleiterelement die Druckplatte anliegt und die auf der anderen Seite Oberflächenvergrößerungselemente aufweist. Die Handhabung dieser Kühlvorrichtung ist umständlich, da erst eine Einpassung der Stülzplatte mit h5 dem auf ihr befindlichen Halbleiterelement erfolgen muß, dann eine Gummiabdichtung eingelegt werden muß und schließlich die Druckplatte aufgebracht und angeschraubt werden muß, wobei noch der zusatzliche Aufwand erforderlich ist, an den zur Befestigung der Druckplatte vorgesehenen Bolzen Isolierscheiben verwenden zu müssen.
Der Gedanke, bei elektrischen Elementen eine gut wärmeleitende Zwischenplatte zu verwenden, an der das zu kühlende Bauelement aufliegt und mit der dessen Wärmeableitfläche quasi vergrößert wird, ir* aus der DE-OS 14 39 407 und aus der Literaturstelle »IBM Technical Disclosure Bulletin«, VoI. 8, No. 4. September 1965, Seite 682 bekannt. Diese Zwischenplatte ist fest aufgeschweißt bzw. es werden keine Angaben über die Handhabbarkeit oder eine etwaige Auswechselbarkcit gemacht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die beim Auswechseln des Halblcilerclements leicht handhabbar ist, womit eine Anpassung an unterschiedliche Anforderungen bei entsprechend unterschiedlichen Halbleiterelementen und/oder unterschiedlicher Belastung leicht möglich ist.
Diese Aufgabe ist durch die im Kennzcichnungstcil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung dient die Verschlußplatte für die Kühlkammer gleichzeitig als Trägerplatte für /las Halbleiterelement und ebenfalls gleichzeitig als Kühlplatte, deren Wirkung noch dadurch verstärkt wird, daß auf der Verschlußplaite die Oberflächenvergrößerungselemente sitzen. Da die Verschlußplatte zusammen mit dem Halbleiterelement eine Einheit bildet und diese Einheit in ihrer Gesamtheit siuf- und abmontiert werden kann, ist die Handhabung besonders einfach. Zur Anpassung an unterschiedliche Anforderungen, d. h. Abführung unterschiedlicher Vcrlustleistungswärme, können unterschiedliche Obcrflächenvergrößerungseiemente verwendet werden. Man kann diese von vornherein dem betreffenden Halbleiterelement und der zu erwartenden Verlustleistung zuordnen. Es ist dann leicht möglich, ein und denselben Typ des Kühlrohrs bzw. der Kühlkammer für die unterschiedlichen Anforderungen zu verwenden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausrührungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 in einer geschnittenen Seitenansicht eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Leistungsmodulx mit einem durch eine zusammenhängende Kühlvorrichtunggekühlten Halbleiterelement,
F i g. 2 in einer geschnittenen Seitenansicht eine /weite Ausführungsform des Leistungsmoduls, wobei insbesondere Mittel zum Kühlen beider Seiten eines daran angebrachten Halbleiterelements dargestellt sind und
F i g, 3 in einer geschnittenen Seitenansicht einen Teil eines dritten Leistungsmoduls mit Isolierplatten, die zum Verschließen der Kühlkammer einer jeden von zwei Kühlvorrichtungen direkt angebracht sind, wobei diese Ausführungsform ein doppelseitiges Kühlen eines Leistungsmoduls ermöglicht.
Gemäß Fig. 1 weist ein Leistungsmodul IO eine Kühlvorrichtung 11 auf, wobei es sich um eine oder mehrere Thermosyphon-Einrichtungen (für höhere Leistungsdichten bevorzugt) oder Wärmerohri: (he.ilpipes) handeln kann. Die Kühlvorrichtung 11 hut eine Kühlkammer 12, wie den dargestellten hohlen Block aus wärmeleitendem Material, und zumindest einen Hohl-
raum 14, dessen Innenraum 14a mit dem Innenraum 12a der Kühlkammer über öffnungen 126 des letzteren in Slrömungsverbindung steht. Jeder Hohlraum 14 ist an dem am weitesten von der Kühlkammer 12 entfernten Ende 146 verschlossen, und zwar durch ein Abdekkungsteil 15. Wenn es erforderlich ist, kann eine Vielzahl von strukturierten Teilen 16, die z. 3. ringförmige Kühlrippen und dergleichen sein können, an der äußeren Oberfläche der Hohlräume 14 hinzugefügt werden, um die wirksame Wärmeableitungsfläche zu vergrößern. Hierdurch kann ein in Pfeilrichtung A gelangender Luftstrom zusätzlich Wärmeenergie von den äußeren Oberflächen der Hohlräume 14 abführen. Die Kühlkammer 12 ist teilweise mit einem Kühlmittelfluid 18 gefüllt, das durch Aufnehmen von Wärmeenergie vom flüssigen Zustand in den gasförmigen Zustand eintritt und vertikal durch den Innenraum 14a der Hohlräume 14 in Pfeilrichtung S aufsteigt. Der Kühlmitteldampf berührt schließlich die kühleren Innenwandungen der Hohlräume 14, wodurch er einen Teil seiner Wärmeenergie an diese abgibt, was ausreicht, um einen Phasenübergang zur flüssigen Phase zu verursachen. Daraufhin kehrt das nunmehr flüssige Kühlmittel durch Schwerkraft in der Preilrichtung C zu der als Behälter des Kühlmittels 18 dienenden Kühlkammer 12 zurück.
Bei der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Kühlvorrichtung 11 um einen dochtfreien Thermosyphon mit Schwerkraftführung. Gleichwohl kann Dochtmateria! teilweise oder vollständig längs der inneren Oberfläche der Hohlräume 14 hinzugefügt werden, um eine Wärmerohr-Einrichtung zu realisieren, die auch unter einer anderen als einer vertikalen Ausrichtung der Innenräume 14a angeordnet werden kann, wobei das nicht dargestellte Dochtgebilde in bekannter Weise ein ohne Schwerkraft arbeitendes Mittel zum Zurückführen der Flüssigkeitströpfchen in den Behälter bildet.
Eine Verschlußplatte 20 aus einem Material mit einer großen Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer und dergleichen, liegt an der äußeren Oberfläche der Kühlkammer 12 an. wobe: sich die Verschlußplatte 20 vollständig über einer durch die Bodenseite 12c/ geführten Bodenöffnung 12c befindet. Die Verschlußplatte 20 ist an der alitieren Oberfläche YId der Kühlkammer 12 durch Dichtungsmittel 22 abgedichtet, wie eine Lötraupe, eine Schwcissung, eine kühlmitteldichte Dichtung sowie Schraubbcfcsiigungen usw., um in irgendeiner bekannten Weise ein Austreten von Kühlmittel 18 aus der Kühlkammer 12 zu vermeiden. Vorzugsweise ermöglicht das Dichtungsmittel ein relativ schnelles Abnehmen der Verschlußplatte 20 von der Kühlkammer 12, um ein Austauschen zu erleichtern; so kann ein kühlmittcldichter Dichtring 24 (F i g. 2) geeignet in ausgerichteic Kanäle 256(in der äußeren Oberfläche der Kühlkammer 12) und 25a (in der zugehörigen Oberfläche der Verschlußplatte 20 im Umfangsringbereich der Kammeröffnung YIc) gedrückt werden, wobei der Klemmbzw. Preßdruck von einer Mehrzahl von Befestigungsmittcln 26 aufgebracht wird, wie von Gewindeschrauben und dergleichen, die durch Öffnungen 20a in der Vcrschlußplatte geführt sind und in mit Gewinde versehene Saeklöeher 28 in die Kühlkammerwandungen eingreifen.
Kin Oberflächenvergrößerungselement 30, wie ein Filzmetalldocht oder dergleichen, ist an einer Oberfläche der Verschlußplatte 20 im wesentlichen in ihrem Zentrum und an einem Bereich befestigt, der durch die Kiimmcröffnung 12c eir^.eführt wird. Dieses Element dient zum Erleichtern einer wirksamen Wärmeübertragung von der Verschlußplatte zu dem Kühlinitteifluid 18. Vorzugsweise wird ein Stab bzw. Bolzen 32 zwischen dem Zentrum der Verschlußplatte 20 und der entgegengesetzten Wandung der Kühlkammer 12 benutzt, und zwar als ein Mittel zum Verhindern eines Zusammenfallens der Kammer während des Entfernens von anderem Material als dem Kühlmittel, was durch nicht dargestellte Mittel in einem der Abdeckungsteile 15 nach dem Installieren der Verschlußplatte 20 durchgeführt werden kann.
Ein Halbleiterelement 40, wie eine passend dotierte Siliziumdiode und dergleichen, hat eine erste Elektrode 41, auf der eine Schicht aus höchst leitfähigem Material, wie Kupfer und dergleichen, ausgebildet ist, wobei mit dieser ersten Schicht eine erste Elektrodenleitung 42 aus ähnlichem Material verbunden ist Es ist darauf hinzuweisen, daß bei dieser bestimmten Ausführungsform die Querschnittsfläche der ersten Zuleitung 42 so gewählt ist, daß nicht nur die passenden elektrischen Betriebsbedingjngen für das Halbleiterelement 40 vorgesehen werden, sondern daß auch eine v<ssreichende Fläche gebildet wird, damit ein Teil der Wärmeenergie durch die erste Elektrode 41 geleitet und abgeführt wird. Eine zweite Elektrode 44 ist mit der entgegengesetzten Fläche bzw. Seite des Halbleiterelements 40 verbunden; die zweite Elektrode 44 muß aus einem höchst wärmeleitfähigen Material hergestellt sein, wie aus Kupfer, Wolfram und dergleichen. Eine zweite Elektrodenleitung 46 ist mit der Seite der zweiten Elektrode 44 verbunden, die am weitesten von dem Halbleiterelement 40 entfernt ist. Eine Isolierplatte 48 aus einem isolierenden Material mit großer Wärmeleitfähigkeit, wie aus Berylliumoxid (BeO) und dergleichen, befindet sich zwischen den zweiten Elektrodenleitungen 46 und der äußeren Oberfläche der Verschlußplatte 20, wobei es mit diesen verbunden ist. Somit sorgt die Isolierplatte 48 für eine elektrische isolation der zweiten Elektrode 44 und ihrer zugeordneten Leitungen 46 gegenüber der leitenden Verschlußplatte 20 und der Kühlkammer 12.
während ein Pfad mit kleinem Wärmewiderstand in Verbindung mit der zweiten Elektrode 44, den Leitungen 46, der Verschlußplatte 20 und dem Oberflächenvergrößerungselement 30 gebildet wird, um Wärme von dem Halbleiterelement 40 in das Kühlmittelfluid 18 abzuführen, wodurch dieses verdampft und Wärme von dem Halbleiterelement abgeleitet werden. Auf diese Weise kann ein Hochleistungs-Halbleiterelement integrierend auf einer zugeordneten Wärmeenergieabführungseinrichtung angebracht, schnell hiervon abgenommen und wiederum aufgebracht werden, wobei eine elektrische Trennung von der Wärmeenergieabführungseinrichtung besteht. Diese kann nunmehr auf elektrischem Massepotential gehalten werden, um die Gefährdung einer Person zu reduzieren, wobei keine Verminderung des Wirkungsgrads der Kühlung des Halbleiterelements in Kauf genommen werden meß. Dieser Aufbau ist besonders vorteilhaft für Halbleiterelemente, bei denen große Wärmeenergiemengen entstehen; vorzugsweise ist die aweite Elektrode 44 aus Wolfram hergestellt, um einem Halbleiterelement mit einem großen Oberflächenbereich die entsprechende mechanische Festigkeit zu verleihen und, was besonders wichtig ist, um eine Schicht aus einem Material vorzusehen, welches einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der weitgehend demjenigen des für das Halbleiterelement 40 benutzten Halbleitermaterials entspricht. Auf diese Weise wird das bimetallische Biegen des Teils 46a der zweiten Elektrodenleitung, das im Bereich zwischen der
zweiten Elektrode 44 und der Isolierplatte 48 angeschlossen ist, verringert, wenn das Halbleiterelement und der zugeordnete Aufbau einem Anstieg der Betriebstemperatur unterworfen werden. Für Halbleiterelemente mit Durchmessern von weniger als etwa 12,7 mm (0,5 Zoll) und mit hieran durch Weichlot befestigten Elektroden 41 und 44 kann für die zweite Elektrode 44 Kupfer verwendet werden, da das Weichlot in einem ausreichenden Ausmaß einen Bruch des Halbleiterelements verhindert, wenn die Elektroden einer Wärmeausdehnung unterliegen.
In Fig.2, wo dieselben Bezugszeichen für ähnliche Elemente benutzt werden, ist eine andere bevorzugte Ausführungsform der Kühlvorrichtung 10' dargestellt. Diese Vorrichtung benutzt ein Oberflächenvergrößerungselement 50 mit einer gerippten Oberfläche, wie Siederippen 51 und dergleichen, statt des FilzmetalldcCiiis x gcmaü ■ ig.!, um sen ericraerüc.s.. greisen Oberflächenbereich zum Überführen der Wärmeenergie in das Bad der Kühlmittelflüssigkeit 18 zu erzielen.
Eine Mehrzahl von Zwischenstücken 54a. 54/) aus einem Material mit großer Wärmeleitfähigkeit, wie aus Kupfer und dergleichen, ist an der nach außen weisenden Oberfläche 48a der Isolierplatte 48 ausgebildet, um entsprechend jeweils eine erste Elektrode eines zugeordneten Hochleistungshalbleiterelements 55a, 556 aufzunehmen. Erfindungsgemäß wird mit dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform eine Elektrode 56 eines jeden von zumindest einem Halbleiterelement 55 gekühlt, wie die Anodenelektrode einer Hochleistung-Halbleiterdiode oder die Kollektorelektrode eines Hochleistung-Halbleitertransistors, und zwar durch Abführen von Wärmeenergie durch den mit einer kleinen thermischen Impedanz ausgebildeten Serienaufbau, der eines der gut wärmeleitenden Zwischenstücke 54, die isolierplatte 48. die Verschlußplatte 20 und das Oberflächenvergrößerungselement 50 in dem Kühlmittelfluid 18 aufweist.
Jede übrige Elektrode 56' eines jeden der Halbleiterelemente 55a und 55t ist an eine nicht dargestellte äußere Schaltung über entsprechende Zuleitungen 57a und 576 angeschlossen, von denen jeweils ein Ende an den zugeordneten Elektrodenbereichen des zugeordneten Halbleiterelements befestigt ist. Jede der Zuleitungen 57a. 576 ist aus einem höchst wärmeleitfähigen Material und mit ausreichend großen Abmessungen hergestellt, um ein Ableiten eines bedeutenden Teils der von demjenigen zugeordneten Halbleiterelement erzeugten gesamten Wärmeenergie von dessen Ende zu erleichtern, welches am weitesten von der Isolierplatte 48 entfernt ist Ein Zwischenstück 59 aus höchst wärmeleitfähigem Material ist für jede der Zuleitungen 57 auf der Oberfläche 48a der Isolierplatte ausgebildet. Jedes der Zwischenstücke 59 ist von den anderen und von dem Befestigungs-Zwischenstück 54 aller Halbleiterelemente in Abstand angeordnet. Jede Zuleitung 57 ist geeignet mit dem zugeordneten Zwischenstück 59 verbunden, und zwar mit kleinen Wärmewiderstand. Somit sind die Zwischenstücke, die den jeweiligen Elektroden eines jeden Halbleiterelements zugeordnet sind, elektrisch voneinander und von den elektrisch leitenden Teilen der Kühlvorrichtung getrennt- Daher wird von beiden Enden 56, 56' des Halbleiterelements mehr Wärme abgeführt, um die Übergangszonentemperaturen der Halbleiterelemente zu erniedrigen, als bei bekannten Kühlvorrichtungen.
Gemäß Fig.3 weist eine Kühlvorrichtung W zwei Wärmerohr- oder Thermosyphon-Einrichtungen auf.
deren Kühlkammern 12' und 12" eine im wesentlichen rechtwinklige Krümmung aufweisen, so daß die Befestigungsflächen 12*' und YIx" einer jeden Kühlkammer aufeinander zuweisen. Zwischen den in gegenseitigem s Abstand angeordneten, im wesentlichen parallelen Befestigungsflächen 12x'und 12at" ist ein Leistungsmodul 60 nach Art einer integrierten Schaltung angebracht. Eine elektrische Isolierplatte 48a oder 486 mit großer Wärmeleitfähigkeit ist jeweils direkt mit der zugeordnc ten Befestigungsfläche 12x'oder YIx" verbunden, und jede Isolierplatte 48a oder 486 sorgt für ein tcilwciscs Verschließen eines zugeordneten Hohlraums 18;; oder 186 mit Kühlmittelfluid. Vorzugsweise isi jedes der abgewinkelten unteren Enden der Kühlvorrichtung aus einem Material wie Kupfer und jede der Isolicrplaiien 48a sowie 486 aus Berylliumoxid hergestellt, wobei clic direkte Befestigung dieser Teile gemäß einem in den US-Patenten 39! !533 und 39 93 41! beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Ein Oberflüchenveigrö ßerungselement 30a oder 306 ist mit der entsprechen den Oberfläche der Isolierplatte 48a bzw. 486 verbunden, welche als Verschlüsse für das Kühlmittelfluid dienen; jedes Oberflächenvergrößerungselcment kann an der entsprechenden Isolierplatte gemäß dem Bcfcxii gungsverfahren der zuvor erwähnten US-Patente befe stigt werden.
Ds-I Leistungsmodul 60 enthält ein erstes Halbleiterelement 62 und ein zweites Halbleiterelement 64. Kin Zwischenstück 66 aus einem Material mit einer grüßen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit, wie Kupfer, ist auf der übrigen Oberfläche der Isolierplatte 48;i ausgebildet. Eine erste Elektrode 62a und 64a eines jeden Halbleiterelements ist mit dem leitenden Zwischenstück 66 verbunden, während eine verbleibende Elektrode 626 des Halbleiterelements 62 mit einem leitenden Zwischenstück 68 verbunden ist, das seinerseits mit der anderen Isolierplatte 486 verbunden ist. In ähnlicher Weise ist die verbleibende Elektrode 646 des Halbleitcrclements 64 mit einem anderen leitenden Zwischenstück 70 verbunden, das seinerseits wie das leitende Zwischenstück 68 auch mit derselben Oberfläche der Isolierplatte 486 verbunden ist. Somit sind die ersten Elektroden 62;; und 64a der ersten und zweiten Halbleitcrclcmcnte über das leitende Zwischenstück 66 elektrisch in Reihe ge schaltet, während sie von der ersten Kühlvorrichtung 12' elektrisch isoliert sind (die daher auf Masscpoieniial gehalten werden kann, wie z. B. mittels einer Masscverbindung 75); die übrigen Elektroden 626 und 646 sind elektrisch voneinander und von der zweiten Kühlvor richtung 12" getrennt (die auch, unabhängig, aiii elektri schem Massepotential gehalten werden kann, wie über eine Masseverbindung 76, oder die mit dem Massepotential über ein Winkelstück 78 gekoppelt werden kann, welches die beiden Kühlvorrichtungen 12' und 12" und damit das dazwischen befindliche integrierte Leisiungsmodul 60 mechanisch abstützt). Es ist festzustellen, daß jede hier als Thermosyphon dargestellte Kühlvorrichtung 12* und 12" als Wärmerohr ausgebildet und unabhängig mit irgendeinem erwünschten elektrischen Po- tential verbunden werden kann, obwohl Massepotential aus Sicherheitsgründen bevorzugt ist und zu einer größeren Anpassungsfähigkeit bezüglich der Ausschaltung von durch ungewollte Störungen erzeugten Impulsen und von HF-Störungen führen kann. Es ist weiterhin möglich, ein oder mehrere leitende Zwischenstücke 66, 68 und/oder 70 mit einem elektrischen Potential, beispielsweise Massepotential, zu verbinden, um kapazitive und Störeffekte noch weiter zu vermindern.
Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, nicht nur weil das Berylliumoxid für eine hervorragende Anpassung der Wärmeausdehnungseigenschaften zwischen den Siliziumhalbleitervorrichtungen und dem Kupfer sorgt, sondern auch deshalb, weil einein Verbin- ί dung mit den Halblcitcrelemcnten von Leistungsmodulen 60 benutzte gedruckte Schaltungskarte 80 mit einer Logik- jnd Trciber-Schaltungsanordnung nunmehr körperlich relativ nahe an dem Leistungsmodul angeordnet und hiermit über relativ kurze Zuleitungen 82 verbunden werden kann. Die störende Kapazität zwischen den verschiedenen Elektroden der Leistungsmodule sowie den Wärmerohren wird vermindert, und es liegt keine nachteilige Beeinflussung der Moduleigen· schäften vor (insbesondere der Anstiegs- und Abfallzeiten der an die Halbleiterelemente 62 und 64 angekoppelten Signale), da die Elektroden und ihre zugeordneten Befestigungs-Zwischenstücke 66, 68 und 70 durch die Isoiicrpiatten 48 von den leitenden Teiien der Kühlvorrichtungen getrennt sind. Somit kann Wärmeenergie gleichermaßen von beiden entgegengesetzten Seiten des l.cistungsmoduls 60 (mit den Isolierplatten 48a und 48ö verbunden) in den angrenzenden Kühlfluidbehälter I8.7 und 186 abgeführt werden, während die Leistungshaibleitcrclemenle des Moduls (die in der erforderlichen Weise verbunden sind) elektrisch von den Kühlvorrichtungen getrennt sind, um die Störkapazität zu reduzieren und einen zusätzlichen Personenschutz zu erreichen. Während die Ausführungsform gemäß Fig. 3 zwei Thcrmosyphon-Einrichtungen hat (mit abgewinkellen und horizontal angeordneten Enden, zwischen denen sich das Haibleilermodul befindet), ist festzustellen, daß ein Thermosyphon mit einem vertikal angeordneten Ende, wie es in Fi g. 1 dargestellt ist, eine hiermit verbundene Isolierplatte, beispielsweise 48a, haben kann. Ein Wärmerohr kann vertikal darunter angeordnet und Γϊν«' ö"v anderer? unteren !soiiern!3tte, beisnie!sweisc 48b, verbunden sein, wobei ein über die volle Länge verlaufendes zusätzliches Oberflächenvergrößertingsclemcnt. das charakteristisch für ein Wärmerohr ist. erforderlich ist. um das Kühlfluid entgegen der Schwerkraft nach oben zu einer Kühlkammer zurückzuleiten, die an das an der unteren Isolierplatte befestigte vertikal verlängerte Oberflächenvergrößerungselement 30ftangrcn/t.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
50
60

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Kühlvorrichtung für Halbleiterelemente mit einer ein Kühlfluid enthaltenden Kühlkammer auf deren die Wärmeabfuhr verbessernde Oberflächenvergrößerungselemente aufweisenden Unterseite sich das zu kühlende Halbleiterelement befindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement (40) auf einer gut wärmeleitenden Verschlußplatte (20) sitzt, die eine in der Bodenwand der Kühlkammer (12) befindliche Bodenöffnung (12c; abschließt, leicht von dieser abnehmbar ist und auf ihrer der Kühlkammer (12) zugewandten Seite die durch die Bodenöffnung ragenden Oberflächenvergrößerungselemente (30) trägt.
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußplatte (20) aus Kupfer besteht
3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußplatte (20) aus gut wärmeleitenden Isoliermaterial besteht.
4. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich in an sich bekannter Weise zwischen dem Halbleiterelement (40) und der Verschlußplatte {20) eine gut wärmeleitende Isolierplatte (48) befindet.
5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierplatte (48) aus Berylliumoxid besteht.
6. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g.· kennzeichnet, daß das Halbleiterelement üb?r gut wärmeleitende Zwischenstücke (54a, 54b) ange! -acht ist, die sich an entsprechend separat zu kühlenden und voneinander elektrisch isoliert zu haltenden Stellen befinden.
DE2825582A 1977-06-13 1978-06-10 Kühlvorrichtung für Halbleiterelemente Expired DE2825582C2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/805,734 US4145708A (en) 1977-06-13 1977-06-13 Power module with isolated substrates cooled by integral heat-energy-removal means

Publications (2)

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DE2825582A1 DE2825582A1 (de) 1978-12-21
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