DE102007015293A1

DE102007015293A1 - Wärmeabstrahlkörper

Info

Publication number: DE102007015293A1
Application number: DE102007015293A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Shiojiri Takahashi
Original assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Current assignee: Dowa Metaltech Co Ltd
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: DE102007015293B4; US20070227697A1; JP2007294891A

Abstract

Ein Wärmeabstrahlkörper (10) umfasst: Ein erstes Bauteil (12), welches einen vertieften Abschnitt (12c) an einer seiner Seiten aufweist und welches eine große Anzahl von im Wesentlichen kreisförmigen kegelstumpfartigen vorstehenden Abschnitten (12d) aufweist, die an der unteren Stirnfläche des vertieften Abschnitts (12c) ausgebildet sind; und ein zweites Bauteil, das an der Seite des vertieften Abschnitts (12c) an dem ersten Bauteil (12) befestigt ist, um einen inneren Hohlraum zu definieren, und das mit der Spitzenendenstirnfläche jedes Abschnitts der großen Anzahl von vorstehenden Abschnitten (12d) des ersten Bauteils (12) in Kontakt steht, wobei das erste Bauteil (12) ein Paar von Durchgangsbohrungen (12e) zum Zuführen eines Kühlmittels in den inneren Hohlraum und zum Ablassen des Kühlmittels aus dem inneren Hohlraum aufweist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Wärmeabstrahlkörper. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Wärmeabstrahlkörper, der verwendet wird, um Wärme von einem sich erhitzenden Element an ein darin fließendes Kühlmittel abzustrahlen.
Beschreibung des Stands der Technik
Bei einem herkömmlichen Metall/Keramik-Verbindungssubstrat, das als isolierendes Substrat für Leistungsmodule verwendet wird, wird eine Metallschaltungsplatte mit einer Seite eines Keramiksubstrats verbunden, und eine abstrahlende Metallbasisplatte wird mit der anderen Seite davon verbunden, wobei Halbleiterchips usw. an der Metallschaltungsplatte montiert werden. Um Wärme von sich erhitzenden Elementen, wie etwa Halbleiterchips, an die Umgebung abzustrahlen, gibt es ein bekanntes Verfahren zur Montage einer Abstrahlungsrippe an der Rückseite einer Abstrahlungsbasisplatte mittels einer Abstrahlungspaste. Es gibt außerdem ein bekanntes Verfahren zum Verbinden einer Abstrahlungsrippe mit einem Halbleiterbauelementmontagesubstrat mittels eines Hartlots (vgl. z.B. japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 4-363052).
Da eine Luftkühlungsrippe bei dem in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 4-363052 offenbarten Verfahren verwendet wird, gibt es allerdings Probleme dahingehend, dass die Kühlleistung der Luftkühlungsrippe allgemein geringer ist als die einer Wasserkühlungseinrichtung, und dass es schwierig ist, die Leistungsmerkmale der Luftkühlungsrippe zu stabilisieren.
Es werden verschiedene Wasserkühlungswärmeabstrahlkörper zum Abstrahlen von Wärme von einem sich erhitzenden Element zu einem Kühlmittel, wie etwa Wasser, vorgeschlagen (vgl. z.B. die japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. 62-52945, 1-63142 und 2004-247684).
In den vergangenen Jahren haben allerdings die Heizwerte von isolierenden Substraten für Leistungsmodule durch die Zunahme der Leistung und Packungsdichte von Halbleiterchips usw. zugenommen. Daher ist es, sogar wenn die in den japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. 62-52945, 1-63142 und 2004-247684 vorgeschlagenen Wärmeabstrahlkörper verwendet werden, nicht möglich die Wärme von Halbleiterchips usw. vollständig abzustrahlen, es sei denn, die Struktur der Wasserkühlungswärmeabstrahlkörper ist kompliziert, und/oder es sei denn, die Größe der Wasserkühlungswärmeabstrahlkörper wird gesteigert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend genannten Probleme zu eliminieren und einen Wärmeabstrahlkörper zu schaffen, der eine hohe Kühlleistung bei einer einfachen Struktur aufweist, ohne dass die Größe eines konventionellen typischen Wärmeabstrahlkörpers gesteigert wird.
Um die vorstehend genannte und andere Aufgaben zu erfüllen, haben die Erfinder fleißig geforscht und herausgefunden, dass es möglich ist, einen Wärmeabstrahlkörper herzustellen, der eine hohe Kühlleistung bei einer einfachen Struktur aufweist, ohne dass die Größe eines herkömmlichen typischen Wärmeabstrahlkörpers gesteigert wird, wenn ein über eine Durchgangsbohrung mit der Umgebung in Verbindung stehender innerer Hohlraum in einem Metallkörper ausgebildet wird und wenn eine große Anzahl von voneinander beabstandeten pfeilerartigen Abschnitten (oder säulenartigen Abschnitten) vorgesehen ist, die sich zwischen den sich gegenüberliegenden zwei Oberflächen der Innenoberflächen des inneren Hohlraums erstrecken. Auf diese Weise haben die Erfinder die vorliegende Erfindung gemacht.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Wärmeabstrahlkörper: einen Metallkörper, der einen inneren Hohlraum aufweist, der darin ausgebildet ist, und der zwei sich gegenüberliegende Innenoberflächen aufweist, wobei der Metallkörper eine Durchgangsbohrung zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem inneren Hohlraum und der Umgebung aufweist; und eine große Anzahl von pfeilerartigen Abschnitten, die sich zwischen den sich gegenüberliegenden zwei Innenoberflächen erstrecken und die beabstandet voneinander angeordnet sind. Bei diesem Wärmeabstrahlkörper umfasst der Metallkörper vorzugsweise: ein erstes Bauteil, das eine große Anzahl von pfeilerartigen Abschnitten aufweist, die darin integriert sind; und ein zweites Bauteil, das an dem ersten Bauteil befestigt ist, um den inneren Hohlraum zu definieren. Alternativ umfasst der Metallkörper vorzugsweise: ein erstes Bauteil, das einen vertieften Abschnitt an einer seiner Seiten aufweist, und das eine große Anzahl von pfeilerartigen Abschnitten aufweist, die in eine untere Stirnfläche des vertieften Abschnitts integriert sind; und ein zweites Bauteil, das mit einem Spitzenende jedes Abschnitts der großen Anzahl von pfeilerartigen Ab schnitten des ersten Bauteils in Kontakt steht. Jeder der Abschnitte der großen Anzahl von pfeilerartigen Abschnitten hat vorzugsweise eine Form eines im Wesentlichen kreisförmigen Kegelstumpfs, eines im Wesentlichen kreisförmigen Kegels oder eines im Wesentlichen rechteckigen Parallelepipeds. Der Metallkörper ist vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Metall/Keramik-Verbindungssubstrat mit einem Wärmeabstrahlkörper vorgesehen, der umfasst: ein Keramiksubstrat; und eine Metallschaltungsplatte, die mit einer Seite des Keramiksubstrats verbunden ist, wobei der vorstehend beschriebene Wärmeabstrahlkörper mit der anderen Seite des Keramiksubstrats verbunden ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein durch eine Durchgangsbohrung mit der Umgebung in Verbindung stehender innerer Hohlraum in einem Metallkörper ausgebildet, und es ist eine große Anzahl von voneinander beabstandet angeordneten pfeilerartigen Abschnitten (oder säulenartigen Abschnitten) vorgesehen, die sich zwischen den sich gegenüberliegenden Oberflächen der Innenoberflächen des inneren Hohlraums erstrecken, so dass es möglich ist, einen Wärmeabstrahlkörper herzustellen, der eine hohe Kühlleistung bei einer einfache Struktur aufweist, ohne die Größe eines herkömmlichen typischen Wärmeabstrahlkörpers zu steigern.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird vollständiger durch die nachstehend angegebene ausführliche Beschreibung und durch die begleitenden Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindungen verstanden werden. Die Zeichnungen sind allerdings nicht dazu bestimmt, auf eine Beschränkung der Erfindung auf eine spezielle Ausführungsform schließen zu lassen, sondern dienen lediglich der Erklärung und dem Verständnis.
In den Zeichnungen ist:
1 eine Draufsicht der ersten bevorzugten Ausführungsform eines Wärmeabstrahlkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine Ansicht von unten auf ein Abstrahlungsbauteil des Wärmeabstrahlkörpers von 1, bevor ein Deckelbauteil an dem Abstrahlungsbauteil montiert ist;
3 eine Schnittansicht des Abstrahlungsbauteils des Wärmeabstrahlkörpers entlang der Linie III-III von 1, bevor ein Deckelbauteil an dem Abstrahlungsbauteil montiert ist;
4 eine Schnittansicht des Wärmeabstrahlkörpers von 1, wenn ein Deckelbauteil an dem Abstrahlungsbauteil montiert ist;
5 eine Ansicht von unten auf ein Abstrahlungsbauteil der zweiten bevorzugten Ausführungsform eines Wärmeabstrahlkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 eine Ansicht von unten auf ein erstes abgewandeltes Beispiel des Abstrahlungsbauteils der ersten bevorzug ten Ausführungsform eines Wärmeabstrahlkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 eine Schnittansicht des Abstrahlungsbauteils von 6;
8 eine Ansicht von unten auf ein zweites abgewandeltes Beispiel eines Abstrahlungsbauteils der ersten bevorzugten Ausführungsform eines Wärmeabstrahlkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung;
9 eine Schnittansicht des Abstrahlungsbauteils von 8;
10 eine Schnittansicht eines dritten abgewandelten Beispiels der ersten bevorzugten Ausführungsform eines Wärmeabstrahlkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung;
11 eine Schnittansicht eines vierten abgewandelten Beispiels der ersten bevorzugten Ausführungsform eines Wärmeabstrahlkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung;
12 eine Draufsicht des Wärmeabstrahlkörpers von 11;
13 eine Schnittansicht eines fünften abgewandelten Beispiels der ersten bevorzugten Ausführungsform eines Wärmeabstrahlkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung;
14 eine Schnittansicht eines sechsten abgewandelten Beispiels der ersten bevorzugten Ausführungsform eines Wärmeabstrahlkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung;
15 eine Schnittansicht eines siebten abgewandelten Beispiels der ersten bevorzugten Ausführungsform eines Wärmeabstrahlkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung;
16 eine Schnittansicht einer Form, die zum Herstellen eines Abstrahlungsbauteils des vierten bis siebten abgewandelten Beispiels der ersten bevorzugten Ausführungsform eines Wärmeabstrahlkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
17 eine Schnittansicht einer Form, die zum Herstellen eines Deckelbauteils des vierten abgewandelten Beispiels der ersten bevorzugten Ausführungsform eines Wärmeabstrahlkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezug nehmend nun auf die begleitenden Zeichnungen, werden die bevorzugten Ausführungsformen eines Wärmeabstrahlkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung nachstehend ausführlich beschrieben.
[Erste bevorzugte Ausführungsform]
1 bis 4 zeigen die erste bevorzugte Ausführungsform eines Wärmeabstrahlkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine Draufsicht auf einen Wärmeabstrahlkörper dieser bevorzugten Ausführungsform, und 2 ist eine Ansicht von unten auf das Abstrahlungsbauteil des Wärmeabstrahlkörpers von 1, bevor ein Deckelbauteil an dem Abstrahlungsbauteil montiert ist. 3 ist eine Schnittansicht des Abstrahlungsbauteils des Wärmeabstrahlkörpers entlang der Linie III-III von 1, bevor ein Deckelbauteil an dem Abstrahlungsbauteil befestigt ist, und 4 ist eine Schnittansicht des Wärmeabstrahlkörpers von 1, wenn ein Deckelbauteil an dem Abstrahlungsbauteil montiert ist.
Wie in diesen Figuren gezeigt, umfasst der Wärmeabstrahlkörper 10 bei dieser bevorzugten Ausführungsform: ein plantellerförmiges Abstrahlungsbauteil (erstes Bauteil) 12 aus einem Metall, wie etwa Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei dessen planare Form eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweist; und ein plantellerförmiges Deckelbauteil (zweites Bauteil) 14 aus einem. Metall, wie etwa Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei dessen planare Form im Wesentlichen eine rechteckige Form aufweist, wobei das Deckelbauteil 14 an dem Abstrahlungsbauteil 12 montiert ist. Ein. Paar rohrförmiger Bauteile 16 steht mit einem inneren Hohlraum in Verbindung, der in dem Wärmeabstrahlkörper 10 ausgebildet ist, wenn das Deckelbauteil 14 an dem Abstrahlungsbauteil 12 montiert ist.
Wie in 1 gezeigt, ist die obere Stirnfläche 12a des Abstrahlungsbauteils 12 eben. Die obere Stirnfläche 12a ist vorgesehen, um daran ein Bauelement zu montieren, das dazu benötigt wird, um Wärme von einem sich erhitzenden Element, wie etwa ein Metall/Keramik-Verbindungssubstrat auf dem Halbleiterchips usw. montiert sind, an ein Kühlmittel abzustrahlen. Wie in 2 und 3 gezeigt, ist ein im Wesentlichen rechteckiger vertiefter Abschnitt 12c in einem im Wesentlichen zentralen Abschnitt der Rückseite 12b des Abstrahlungsbauteils 12 ausgebildet.
Die untere Stirnfläche des vertieften Abschnitts 12c weist eine große Anzahl von vorstehenden Abschnitten (oder pfeilerartigen oder säulenartigen vorstehenden Abschnitten) 12d auf, von denen jeder die Form eines im Wesentlichen kreisförmigen Kegelstumpfs (eine Form, die durch Abschneiden des oberen Endabschnitts eines im Wesentlichen kreisförmigen Kegels in Richtungen im Wesentlichen parallel zu der unteren Stirnfläche erzeugt wird). Die vorstehenden Abschnitte 12d erstrecken sich bis zu der gleichen Höhe wie die des Umfangsabschnitts, der den vertieften Abschnitt 12c der Rückseite 12b in Richtungen im Wesentlichen senkrecht zu der oberen Stirnfläche 12a und der Rückseite 12b des Abstrahlungsbauteils 12 umgibt. Die vorstehenden Abschnitte 12d sind in einer Mehrzahl von Reihen von vorstehenden Abschnitten 12d angeordnet. In jeder Reihe sind die vorstehenden Abschnitte 12d in gleichmäßigen Abständen angeordnet. Jede Reihe der vorstehenden Abschnitte 12d erstreckt sich geradlinig, und die Reihen der vorstehenden Abschnitte 12d sind parallel zueinander angeordnet. Zwei benachbarte Reihen der vorstehenden Abschnitte 12d sind derart angeordnet, dass sie gegeneinander um einen halben Einheitsabstand verschoben sind (um die Hälfte eines Abstands zwischen den zentralen Linien (Achsen der vorstehenden Abschnitte 12d) von zwei benachbarten Reihen der vorstehenden Abschnitte 12d). Die größere Anzahl der vorstehenden Abschnitte 12d sind derart angeordnet, dass der Abstand zwischen den zwei benachbarten der vorstehenden Abschnitte 12d sichergestellt ist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform weist beispielsweise jeder der vorstehenden Abschnitte 12d eine Höhe von ungefähr 2 bis 50 mm auf, und weist vorzugsweise eine Höhe von ungefähr 5 bis 15 mm auf. Die vorstehenden Abschnitte 12d sind in Abständen von ungefähr 2 bis 10 mm und vorzugsweise in Abständen von ungefähr 3 bis 7 mm angeordnet. Jeder der vorstehenden Abschnitte 12d weist einen Verjüngungswinkel von 2 bis 15° und vorzugsweise einen Verjüngungswinkel von 5 bis 10° auf.
Ein Paar von im Wesentlichen zylindrischen Durchgangsbohrungen 12e durchtritt den Umfangsabschnitt des Abstrahlungsbauteils 12 von der Seitenfläche des Abstrahlungsbauteils 12 zu der Seitenfläche des vertieften Abschnitts 12c. Eines von dem Paar von Durchgangsbohrungen 12e ist in longitudinaler Richtung nahe eines Eckabschnitts an einer Endseite des Abstrahlungsbauteils 12 ausgebildet, und die andere Durchgangsbohrung 12e ist in longitudinaler Richtung nahe dem gegenüberliegenden Eckabschnitt an der anderen Endseite des Abstrahlungsbauteils 12 ausgebildet. Das Paar rohrförmiger Bauteile 16 zum Zuführen eines Kühlmittels in den vertieften Abschnitt 12c und zum Ablassen des Kühlmittels aus dem vertieften Abschnitt 12c ist vorgesehen, um in die Durchgangsbohrungen 12e eingesetzt zu werden, um daran montiert zu werden.
In dem Umfangsabschnitt der Rückseite 12b des Abstrahlungsbauteils 12 sind sechs Gewindebohrungen 12f ausgebildet. Zusätzlich treten sechs Gewindebohrungen (nicht gezeigt) derart durch das Deckelbauteil 14, dass sie mit den Gewindebohrungen 12f übereinstimmen. Wenn Schrauben in die sechs Gewindebohrungen des Deckelbauteils 14 eingesetzt werden, die den sechs Gewindebohrungen 12f des Abstrahlungsbauteils 12 gegenüberliegen, kann das Deckelbauteil 14 an dem Abstrahlungsbauteil 12 befestigt werden, wie in 4 gezeigt. Wenn das Deckelbauteil 14 dadurch an dem Abstrahlungsbauteil 12 befestigt ist, ist ein innerer Hohlraum zur Aufnahme eines Kühlmittels darin in dem Wärmeabstrahlkörper 10 aus gebildet. Dann werden die rohrförmigen Bauteile 16 in den Durchgangsbohrungen 12e des Abstrahlungsbauteils 12 montiert, um den Wärmeabstrahlkörper 10 zu vervollständigen, der fähig ist, ein Kühlmittel durch die rohrförmigen Bauteile 16 zu fördern und abzulassen. Außerdem ist die große Anzahl von vorstehenden Abschnitten 12d in dem inneren Hohlraum ausgebildet, der in dem Wärmeabstrahlkörper 10 durch das Befestigen des Deckelbauteils 14 an dem Abstrahlungsbauteil 12 ausgebildet ist, und Durchflussöffnungen für das Kühlmittel werden zwischen den rohrförmigen vorstehenden Abschnitten 12d ausgebildet.
Der Wärmeabstrahlkörper 10 dieser bevorzugten Ausführungsform kann somit die Fläche (abstrahlende Fläche) der mit dem Kühlmittel in Kontakt stehenden inneren Oberfläche des Wärmeabstrahlkörpers 10 in bemerkenswerter Weise steigern, um die Kühlleistung des Wärmeabstrahlkörpers 10 stark zu verbessern, indem die große Anzahl von vorstehenden Abschnitten 12d in dem inneren Hohlraum ausgebildet ist, in welchem das Kühlmittel strömt.
[Zweite bevorzugte Ausführungsform]
5 zeigt die Rückseite eines Abstrahlungsbauteils der zweiten bevorzugten Ausführungsform eines Wärmeabstrahlkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Wärmeabstrahlkörper bei dieser bevorzugten Ausführungsform weist im Wesentlichen die gleiche Bauweise auf, wie der Wärmeabstrahlkörper 10 bei der ersten bevorzugten Ausführungsform, abgesehen davon, dass ein sich gewunden erstreckender (oder mäandrierender oder schlangenförmiger) vertiefter Abschnitt 112c durch das Verbinden von vier vertieften Abschnitten ausgebildet ist, die sich anstelle des im Wesentlichen rechteckigen vertieften Abschnitts 12c des Abstrahlkörpers 10 bei der ersten bevorzugten Ausführungsform in longitudinaler Richtung parallel zueinander erstrecken, und dass ein Paar von Durchgangsbohrungen 112e von beiden Enden des vertieften Abschnitts 112c durch den Umfangsabschnitt des Abstrahlungsbauteils 112 zu der Seitenfläche des Abstrahlungsbauteils 112 treten. Daher sind die Bezugszeichen in 5 durch die Addition von 100 zu den Bezugszeichen gekennzeichnet, die den gleichen strukturellen Abschnitten des Wärmeabstrahlkörpers 10 bei der ersten bevorzugten Ausführungsform gegeben wurden, und redundante Beschreibungen wurden weggelassen.
Somit kann der Wärmeabstrahlkörper bei dieser bevorzugten Ausführungsform ebenfalls die Fläche (abstrahlende Fläche) der mit dem Kühlmittel in Kontakt stehenden inneren Oberfläche des Wärmeabstrahlkörpers in bemerkenswerter Weise steigern, um die Kühlleistung des Wärmeabstrahlkörpers stark zu verbessern, indem die große Anzahl von vorstehenden Abschnitten 112d in dem inneren Hohlraum ausgebildet ist, in welchem das Kühlmittel strömt. Zusätzlich kann die Kühlleistung des Wärmeabstrahlkörpers bei dieser bevorzugten Ausführungsform größer sein als die des Wärmeabstrahlkörpers 10 bei der ersten bevorzugten Ausführungsform, da sich der vertiefte Abschnitt 112c gewunden erstreckt, um den Strom eines Kühlmittels zu ermöglichen.
Obwohl die Form jedes der Abschnitte der großen Anzahl von vorstehenden Abschnitten 112d bei den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsformen ein im Wesentlichen kreisförmiger Kegelstumpf war, kann eine große Anzahl von im Wesentlichen konischen vorstehenden Abschnitte 212 wie in 6 und 7 gezeigt ausgebildet sein, oder eine große Anzahl von im Wesentlichen rechteckigen, parallelepipedförmigen vorstehenden Abschnitten 312d kann wie in 8 und 9 gezeigt ausgebildet sein. Außerdem sind die Bezugszeichen in 6 und 7 durch die Addition von 200 zu den Bezugszeichen gekennzeichnet, die den glei chen strukturellen Abschnitten des Wärmeabstrahlkörpers 10 bei der ersten bevorzugten Ausführungsform gegeben wurden, und die Bezugszeichen in 8 und 9 sind durch die Addition von 300 zu den Bezugszeichen gekennzeichnet, die den gleichen strukturellen Abschnitten des Wärmeabstrahlkörpers 10 bei der ersten bevorzugten Ausführungsform gegeben wurden.
Obwohl die Höhe jedes Abschnitts der großen Anzahl von vorstehenden Abschnitten 12d, 112d gleich der Höhe des Umfangsabschnitts war, der den vertieften Abschnitt 12c, 112c der Rückseite 12b, 112b bei den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsformen umgibt, ist es nicht immer so, dass beide gleich groß sind. Die Höhe jedes Abschnitts der großen Anzahl von vorstehenden Abschnitten 12d, 112d ist vorzugsweise größer als die Hälfte der Tiefe der vertieften Abschnitte 12c, 112c.
Obwohl die Paare von Durchgangsbohrungen 12e, 112e in dem Abstrahlungsbauteil 12, 112 bei den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen ausgebildet wurden, ist es nicht immer erforderlich, dass die Anzahl der Durchgangsbohrungen 12e, 112e zwei beträgt. Das Abstrahlungsbauteil kann zumindest eine Durchgangsbohrung zur Zufuhr eines Kühlmittels in den Wärmeabstrahlkörper und zumindest eine Durchgangsbohrung zum Ablassen des Kühlmittels aus dem Wärmeabstrahlkörper aufweisen.
Um die Wärmesenkencharakteristik des Wärmeabstrahlkörpers bei den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsformen zu verbessern, können die Oberfläche des vertieften Abschnitts 12c, 112c der Rückseite 12b, 112b und die Oberflächen der großen Anzahl von vorstehenden Abschnitten 12d, 112d aufgeraut sein, um deren Oberflächeninhalt zu vergrößern. Zusätzlich kann das Material des Wärmeabstrahlkörpers in geeigneter Weise aus Legierungen gewählt werden, die eine hohe Korrosionsresistenz aufweisen, und die Oberflächen können durch Aluminiumoxid- oder Nickel-Galvanisieren (alumite or nickel plating) bearbeitet worden sein, um den Wärmeabstrahlkörper davor zu bewahren, durch das Kühlmittel korrodiert zu werden.
Obwohl das Deckelbauteil 14, 114 bei den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsformen an dem Abstrahlungsbauteil 12, 112 montiert wurde, kann das Abstrahlungsbauteil 412 anstelle des Deckelbauteils 14, 114 mit einem anderen Abstrahlungsbauteil 412 kombiniert werden, wie in 10 gezeigt. Außerdem sind die Bezugszeichen in 10 durch die Addition von 400 zu den Bezugszeichen gekennzeichnet, die den gleichen strukturellen Abschnitten des Wärmeabstrahlkörpers 10 bei der ersten bevorzugten Ausführungsform gegeben wurden.
Der Wärmeabstrahlkörper bei den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsformen kann verbunden werden, um in ein Bauelement integriert zu werden, das erforderlich ist, um Wärme von einem sich erhitzenden Element, wie etwa ein Metall/Keramik-Verbindungssubstrat, auf welchem Halbleiterchips usw. montiert sind, an ein Kühlmittel abzustrahlen.
Beispielsweise können, wie in 11 und 12 gezeigt, Metall/Keramik-Verbindungssubstrate, wobei eine Metallschaltungsplatte 520 mit jedem einer Mehrzahl von Keramiksubstraten 518 verbunden ist (oder mit zumindest einem Keramiksubstrat, obwohl drei Keramiksubstrate 518 gezeigt sind), verbunden werden, um in einen Wärmeabstrahlkörper integriert zu werden, indem das Keramiksubstrat 518 mit der oberen Stirnflä che des Abstrahlungsbauteils 512 verbunden wird und indem die Metallschaltungsplatte 512 mit der oberen Stirnfläche jedes der Keramiksubstrate 518 verbunden wird. Außerdem sind die Bezugszeichen in 11 und 12 durch die Addition von 500 zu den Bezugszeichen gekennzeichnet, die den gleichen strukturellen Abschnitten des Wärmeabstrahlkörpers 10 bei der ersten bevorzugten Ausführungsform gegeben wurden.
Wie in 13 gezeigt, können Metall/Keramik-Verbindungssubstrate, wobei eine Metallschaltungsplatte 620 mit jedem einer Mehrzahl von Keramiksubstraten 618 verbunden ist (oder mit zumindest einem Keramiksubstrat, obwohl drei Keramiksubstrate 618 gezeigt sind), verbunden werden, um in einen Wärmeabstrahlkörper integriert zu werden, indem die Keramiksubstrate 618 mit der oberen Stirnfläche des Abstrahlungsbauteils 612 und der unteren Stirnfläche des Deckelbauteils 614 verbunden werden und indem die Metallschaltungsplatte 620 mit jedem der Keramiksubstrate 618 verbunden wird. Außerdem sind die Bezugszeichen in 13 durch die Addition von 600 zu den Bezugszeichen gekennzeichnet, die den gleichen strukturellen Abschnitten des Wärmeabstrahlkörpers 10 bei der ersten bevorzugten Ausführungsform gegeben wurden.
Wie in 14 gezeigt, können Metall/Keramik-Verbindungssubstrate, wobei eine Metallschaltungsplatte 720 mit jedem einer Mehrzahl von Keramiksubstraten 718 verbunden ist (oder mit zumindest einem Keramiksubstrat, obwohl drei Keramiksubstrate 718 gezeigt sind), verbunden werden, um in einen Wärmeabstrahlkörper integriert zu werden, indem die Keramiksubstrate 718 mit der oberen Stirnfläche des oberen Abstrahlungsbauteils 712, das mit einem anderen Abstrahlungsbauteil 712 kombiniert ist, verbunden werden und indem die Metallschaltungsplatte 720 mit der oberen Stirnfläche jedes der Keramiksubstrate 718 verbunden wird. Außerdem sind die Bezugszeichen in 14 durch die Addition von 700 zu den Bezugszeichen gekennzeichnet, die den gleichen strukturellen Abschnitten des Wärmeabstrahlkörpers 10 bei der ersten bevorzugten Ausführungsform gegeben wurden.
Wie in 15 gezeigt, können Metall/Keramik-Verbindungssubstrate, wobei eine Metallschaltungsplatte 820 mit jedem einer Mehrzahl von Keramiksubstraten 818 verbunden ist (oder mit zumindest einem Keramiksubstrat, obwohl drei Keramiksubstrate 818 gezeigt sind), verbunden werden, um in einen Wärmeabstrahlkörper integriert zu werden, indem die Keramiksubstrate 818 mit der oberen Stirnfläche des oberen Abstrahlungsbauteils 812 und der unteren Stirnfläche des unteren Abstrahlungsbauteils 812, das mit dem oberen Abstrahlungsbauteils 812 kombiniert ist, verbunden werden und indem die Metallschaltungsplatte 820 mit jedem der Keramiksubstrate 818 verbunden wird. Außerdem sind die Bezugszeichen in 15 durch die Addition von 800 zu den Bezugszeichen gekennzeichnet, die den gleichen strukturellen Abschnitten des Wärmeabstrahlkörpers 10 bei der ersten bevorzugen Ausführungsform gegeben wurden.
Bei den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsformen können das Abstrahlungsbauteil 12, 112 und das Deckelbauteil 14 durch spanende Bearbeitung oder Gießen hergestellt werden.
Beispielsweise können die Abstrahlungsbauteile 512, 612, 712, 812, mit welchen, wie in 11 bis 15 gezeigt, Metall/Keramik-Verbindungssubstrate verbunden sind, durch ein Verfahren (das so genannte Metallschmelzenverbindungsverfahren) zum Verfestigen einer Metallschmelze von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt werden, die in eine Form 900 injiziert wird, in welcher ein Hohlraum 916, der eine einem Abstrahlungsbauteil entsprechende Form aufweist, und ein Hohlraum 918, der eine einer Metallschaltungsplatte entsprechende Form aufweist, an beiden Seiten eines Hohlraums 914, um darin ein Keramiksubstrat aufzunehmen, ausgebildet sind, wie in 16 gezeigt. Außerdem umfasst die Form 900 ein unteres Formbauteil 910 und ein oberes Formbauteil 912, welches einen Einlass 920 zum Injizieren einer Metallschmelze in die Form aufweist.
Das Deckelbauteil 614, mit welchem, wie in 13 gezeigt, die Metall/Keramik-Verbindungssubstrate verbunden sind, kann durch ein Verfahren (das so genannte Metallschmelzenverbindungsverfahren) zum Verfestigen einer Metallschmelze von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt werden, die in eine Form 1000 injiziert wird, in welcher ein Hohlraum 1016, der eine einem Deckelbauteil entsprechende Form aufweist, und ein Hohlraum 1018, der eine einer Metallschaltungsplatte entsprechende Form aufweist, an beiden Seiten eines Hohlraums 1014, um darin ein Keramiksubstrat aufzunehmen, ausgebildet sind, wie in 17 gezeigt. Außerdem umfasst die Form 1000 ein unteres Formbauteil 1010 und ein oberes Formbauteil 1012, welches einen Einlass 1020 zum Injizieren einer Metallschmelze in die Form aufweist.
Wenn das Abstrahlungsbauteil, das wie das Abstrahlungsbauteil bei den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen eine große Anzahl von vorstehenden Abschnitten aufweist, durch ein typisches Metallschmelzenverbindungsverfahren hergestellt wird, dann gibt es einige Fälle, in denen es schwierig ist, vorstehende Abschnitte auszubilden, die eine gewünschte Form aufweisen. In derartigen Fällen ist es möglich, eine gewünschte Form aufweisende vorstehende Abschnitte auszubilden, indem eine Metallschmelze durch den Einlass der Form durch Gas oder ähnliches unter Druck gesetzt wird, nachdem die Metallschmelze in die Form injiziert wurde.
Obwohl das Abstrahlungsbauteil 12, 112 und das Deckelbauteil 14 oder das Abstrahlungsbauteil 12, 112 und ein anderes Abstrahlungsbauteil 12, 112 bei den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsformen mittels Schrauben aneinander befestigt wurden, können die Bauteile durch Löten oder Klemmen aneinander befestigt werden. Außerdem sind diese Bauteile vorzugsweise über Dichtungsbauteile, wie etwa einen O-Ring oder eine Dichtung, aneinander befestigt.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die bevorzugte Ausführungsform offenbart wurde, um deren besseres Verständnis zu ermöglichen, sollte eingesehen werden, dass die Erfindung auf verschiedene Arten verkörpert werden kann, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen. Daher sollte die Erfindung derart verstanden werden, dass alle möglichen Ausführungsformen und Abwandlungen der gezeigten Ausführungsformen umfasst sind, die verkörpert werden können, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen, das in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist.

Claims

Wärmeabstrahlkörper umfassend: einen Metallkörper, der einen inneren Hohlraum aufweist, der darin ausgebildet ist und der zwei sich gegenüberliegende Innenoberflächen aufweist, wobei der Metallkörper eine Durchgangsbohrung zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem inneren Hohlraum und der Umgebung aufweist; und eine große Anzahl von pfeilerartigen Abschnitten, die sich zwischen den sich gegenüberliegenden zwei Innenoberflächen erstrecken und die voneinander beabstandet angeordnet sind.
Wärmeabstrahlkörper nach Anspruch 1, wobei der Metallkörper umfasst: ein erstes Bauteil, das die große Anzahl von pfeilerartigen Abschnitten aufweist, die darin integriert sind; und ein zweites Bauteil, das an dem ersten Bauteil befestigt ist, um den inneren Hohlraum zu definieren.
Wärmeabstrahlkörper nach Anspruch 1, wobei der Metallkörper umfasst: ein erstes Bauteil, das einen vertieften Abschnitt an einer seiner Seiten aufweist und das eine große Anzahl von pfeilerartigen Abschnitten aufweist, die in eine untere Stirnfläche des vertieften Abschnitts integriert sind; und ein zweites Bauteil, das mit einem Spitzenende jedes Abschnitts der großen Anzahl von pfeilerartigen Abschnitten des ersten Bauteils in Kontakt steht.
Wärmeabstrahlkörper nach Anspruch 1, wobei jeder Abschnitt der großen Anzahl von pfeilerartigen Abschnitten eine Form eines im Wesentlichen kreisförmigen Kegelstumpfs, eines im Wesentlichen kreisförmigen Kegels oder eines im Wesentlichen rechteckigen Parallelepipeds aufweist.
Wärmeabstrahlkörper nach Anspruch 1, wobei der Metallkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt ist.
Metall/Keramik-Verbindungssubstrat mit einem Wärmeabstrahlkörper, der umfasst: ein Keramiksubstrat; und eine Metallschaltungsplatte, die mit einer Seite des Keramiksubstrats verbunden ist, wobei ein Wärmeabstrahlkörper nach Anspruch 1 mit der anderen Seite des Keramiksubstrats verbunden ist.