DE112013006640B4 - Kühlvorrichtung und mit Kühlvorrichtung ausgestattetes Leistungsmodul - Google Patents

Kühlvorrichtung und mit Kühlvorrichtung ausgestattetes Leistungsmodul Download PDF

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Abstract

Kühlvorrichtung (10) zum Kühlen eines Leistungsmoduls (20), welches erste und zweite Chips (22a, 22b, 22b), welche Wärme erzeugen, sowie eine Verdrahtungsplatine (21) aufweist, wobei die ersten und zweiten Chips (22a, 22b1, 22b2) an der Verdrahtungsplatine (21) montiert sind, wobei die Kühlvorrichtung (10) eine Wärmesenke (2) umfasst, welche eine Basisfläche (1A) umfasst, an welcher eine Kontaktfläche des Leistungsmoduls (20) eng angebracht und montiert ist, wobei die Wärmesenke (2) umfasst:einen Hauptkörper (1), der die Basisfläche (1A) umfasst; underste und zweite Hoch-Wärmeleiter (2a, 2b, 2a, 2b), welche jeweils aus einem flachen anisotropen Hoch-Wärmeleiter gebildet sind, welcher eine große thermische Leitfähigkeit in zwei Richtungen aus einer Longitudinalrichtung, einer Lateralrichtung und einer Tiefenrichtung aufweist und eine niedrige thermische Leitfähigkeit in einer Richtung aus der Longitudinalrichtung, der Lateralrichtung und der Tiefenrichtung aufweist, und welche eine thermische Leitfähigkeit aufweisen, welche größer ist als eine thermische Leitfähigkeit des Hauptkörpers (1),wobei der erste und der zweite Hoch-Wärmeleiter (2a, 2b, 2a, 2b) jeweils aus einem gestapelten anisotropen Hoch-Wärmeleiter mit einer zweilagigen Struktur gebildet sind, welche entlang der Basisfläche (1A) der Wärmesenke (2) angeordnet ist,wobei eine erste Schicht der zweilagigen Struktur so ausgebildet ist, dass eine Richtung, in welcher eine thermische Leitfähigkeit niedrig ist, horizontal zu einer Fläche der Wärmesenke (2) ist,wobei eine zweite Schicht der zweilagigen Struktur so gestapelt ist, dass eine Richtung, in welcher eine thermische Leitfähigkeit niedrig ist, horizontal zu der Fläche der Wärmesenke (2) und senkrecht zu der Richtung ist, in welcher eine thermische Leitfähigkeit der ersten Schicht niedrig ist, undwobei die ersten und zweiten Chips (22a, 22b, 22b) über die Verdrahtungsplatine (21) mit dem ersten und dem zweiten Hoch-Wärmeleiter (2a, 2b, 2a, 2b) in Kontakt stehen, wobei der erste und der zweite Hoch-Wärmeleiter (2a, 2b, 2a, 2b) unabhängige Wärmeausbreitungspfade bilden, und wobei die gesamte Fläche des Kontakts zwischen Leistungsmodul (20) und).

Description

  • Bereich
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung und ein Leistungsmodul, welches mit der Kühlvorrichtung ausgestattet ist, und, insbesondere, eine Kühlvorrichtung für ein Leistungsmodul, an welchem Leistungshalbleiterchips angebracht sind.
  • Hintergrund
  • Es wurde eine herkömmliche Technik bekannt, bei welcher der Motorantrieb im Wesentlichen dadurch kontrolliert wird, dass eine Inverterschaltung von einem Leistungsmodul konfiguriert wird, an welchem Halbleiterchips angebracht sind, und dass eine Umschaltoperation an Gleichstromleistung durchgeführt wird, wodurch die Gleichstromleistung in Wechselstromleistung konvertiert wird (Patentliteratur 1). Ein elektrischer Strom fließt in einem Moment nur an einige spezifische Chips in dem Leistungsmodul, um Wärme zu erzeugen. Die wärmeerzeugenden Chips werden jedoch in einem Moment geschaltet; deshalb erzeugen die Chips Wärme üblicherweise gleichmäßig. Andererseits gibt es insbesondere beim Treiben eines Servomotors viele Fälle, wie etwa einen Fall des Haltens eines schweren Gegenstandes, wo dem Motor elektrische Leistung zugeführt wird, ohne eine Drehung des Motors auszulösen. In solchen Fällen fließt ein elektrischer Strom konzentriert an einige spezifische Chips in einem Modul, und die Menge an Wärmeerzeugung erhöht sich lokal. Es besteht ein Bedarf nach einer Kühlvorrichtung, welche gute Wärmeabführungseigenschaften aufweist und welche Wärme sogar in solchen Fällen effektiv und schnell verteilen und abführen kann.
  • Als eine solche Kühlvorrichtung gibt es herkömmlicherweise eine Kühlvorrichtung, bei welcher ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit verwendet wird, um eine Struktur zu erhalten, welche gute Wärmeabführungseigenschaften aufweist. In der Patentliteratur 1 ist beispielsweise eine Wärmeabführungsplatte aus zwei Graphitschichten gebildet. Eine hohe thermische Leitfähigkeit wird in der Horizontalrichtung in der ersten Schicht und in der Vertikalrichtung der zweiten Schicht erreicht, wodurch die Wärmeabführungseigenschaften verbessert werden.
  • JP 2006-202 798 A offenbart eine Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Leistungsmoduls, welches erste und zweite Chips, die Wärme erzeugen, umfasst. Die Kühlvorrichtung weist eine Wärmesenke auf, welche eine Basisfläche umfasst, an welcher das Leistungsmodul eng angebracht und montiert ist. Die Wärmesenke umfasst einen Hauptkörper mit einer Basisfläche sowie erste und zweite Hoch-Wärmeleiter.
  • DE 10 2011 102 850 A1 offenbart eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Wärmequelle unter der Verwendung eines Thermodiffusor. Der Thermodiffusor umfasst einen ersten und einen zweiten Thermodiffusor. Der erste Thermodiffusor und der zweite Thermodiffusor sind in der Dickenrichtung geschichtet und mittels einer anorganischen Haftschicht miteinander verbunden. Die Wärmequelle ist auf eine Plattenoberfläche des ersten Thermodiffusors angebracht, so dass die Wärmequelle gekühlt werden kann.
  • Zitierungsliste
  • Patent Literatur
  • Patentliteratur 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2012-69 670 A
  • Überblick
  • Technisches Problem
  • Bei der oben beschriebenen herkömmlichen Technik gibt es jedoch ein Problem dahingehend, dass dann, wenn das Modul hinsichtlich der Größe reduziert wird, beispielsweise durch Verwendung eines Halbleiters mit großer Bandlücke, und weil wenige Chips mit großer Wärmeerzeugung nahe beieinander angeordnet sind, so dass Wärmeinterferenz zwischen den Chips auftritt und die Temperatur der Chips steigt.
  • Da bei der Patentliteratur 1 die thermische Leitfähigkeit in der Vertikalrichtung der ersten Graphitschicht niedrig ist, muss die Dicke in Vertikalrichtung der ersten Schicht reduziert werden. Deshalb werden die Wärmeleitungseigenschaften in der Horizontalrichtung ebenfalls verschlechtert, und es ist deshalb schwierig, Wärme schnell und gleichmäßig hin zu einer Wärmesenke zu verteilen. Da die Richtung, in welchen die Wärmeleitfähigkeit groß ist, auf diese Weise auf die zwei Richtungen beschränkt ist, gibt es ein Problem dahingehend, dass es schwierig ist, die Wärme an die gesamte Wärmesenke zu verteilen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung des Vorangegangenen getätigt, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Kühlvorrichtung, welche Wärme schnell an die gesamte Wärmesenke verteilen kann, ohne Wärmeinterferenz zwischen Wärmechips zu erzeugen, welche Wärme erzeugen, und ein Leistungsmodul, welches die Kühlvorrichtung enthält, zu erhalten.
  • Lösung des Problems
  • Um die obigen Probleme zu lösen und das Ziel zu erreichen, ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Kühlvorrichtung zum Kühlens eines Leistungsmoduls, welches erste und zweite Chips umfasst, welche Wärme erzeugen, wobei die Kühlvorrichtung eine Wärmesenke umfasst, welche eine Basisfläche umfasst, an welcher das Leistungsmodul eng angebracht und montiert ist, wobei die Wärmesenke umfasst: einen Hauptkörper mit der Basisfläche; und erste und zweite Hoch-Wärmeleiter, welche eine thermische Leitfähigkeit aufweisen, welche größer ist als eine thermische Leitfähigkeit des Hauptkörpers, und die ersten und zweiten Chips sind jeweils in Kontakt mit einen Enden der ersten und zweiten Hoch-Wärmeleiter und jeweils über die ersten und zweiten Hoch-Wärmeleiter mit unabhängigen Wärmeausbreitungspfaden verbunden. Die ersten und zweiten Chips stehen über eine Verdrahtungsplatine mit dem ersten und dem zweiten Hoch-Wärmeleiter in Kontakt, wobei der erste und der zweite Hoch-Wärmeleiter unabhängige Wärmeausbreitungspfade bilden, und wobei die gesamte Fläche des Kontakts zwischen Leistungsmodul und Kühlvorrichtung in ihrer Ausdehnung kleiner dimensioniert ist als die gesamte Fläche des Kontakts zwischen der Basisfläche und den Hoch-Wärmeleitern.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Die Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht eine Wirkung dahingehend, dass, selbst wenn sich die in einigen wenigen spezifischen Chips erzeugte Wärmemenge lokal erhöht, der erste Chip, welcher die größte Wärmeerzeugungsmenge aufweist, gekühlt werden kann, ohne wesentlich durch den zweiten Chip beeinträchtigt zu werden, welcher die zweitgrößte Wärmeerzeugungsmenge aufweist, und somit ist es möglich, Wärme sofort gleichförmig an die gesamte Wärmesenke zu verteilen.
  • Figurenliste
    • 1-1 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Leistungsmodul zeigt, welches mit einer Kühlvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
    • 1-2 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Hauptteils des Leistungsmoduls, welches mit der Kühlvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
    • 2-1 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, welche ein weiteres Beispiel des Leistungsmoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2-2 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, welche ein weiteres Beispiel des Leistungsmoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2-3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, welche ein weiteres Beispiel des Leistungsmoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2-4 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, welche ein weiteres Beispiel des Leistungsmoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2-5 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, welche ein weiteres Beispiel des Leistungsmoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 3 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Leistungsmodul zeigt, welches mit einer Kühlvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
    • 4 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Leistungsmodul zeigt, welches mit einer Kühlvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
    • 5 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Leistungsmodul zeigt, welches mit einer Kühlvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
    • 6 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Leistungsmodul zeigt, welches mit einer Kühlvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel ausgestattet ist.
    • 7 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Leistungsmodul zeigt, welches mit einer Kühlvorrichtung gemäß einem weiteren Vergleichsbeispiel ausgestattet ist.
    • 8 ist eine Draufsicht, welche flache Wärmerohre gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Beispielhafte Ausführungsformen einer Kühlvorrichtung und eines Leistungsmoduls, welches mit der Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist und geeignet modifiziert werden kann, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen. In den nachfolgend erläuterten Zeichnungen können zum einfacheren Verständnis Größen jeweiliger Elemente anders dargestellt sein als sie in tatsächlichen Produkten vorliegen.
  • Erste Ausführungsform.
  • 1-1 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Leistungsmodul zeigt, welches mit einer Kühlvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. 1-2 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Hauptteils des Leistungsmoduls, welches mit der Kühlvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. Wie in 1-1 gezeigt, ist ein Leistungsmodul 100, welches mit einer Kühlvorrichtung versehen ist, in der ersten Ausführungsform aus einem Leistungsmodul 20 und einer Kühlvorrichtung 10 zum Kühlen des Leistungsmoduls 20 gebildet. Die Kühlvorrichtung 10 umfasst eine Wärmesenke 2 mit einer Basisfläche 1A, an welcher das Leistungsmodul 20 eng angebracht und montiert ist. Die Wärmesenke 2 umfasst einen Hauptkörper 1 mit der Basisfläche 1A und erste und zweite Hoch-Wärmeleiter (erste und zweite anisotrope Hoch-Wärmeleiter 2a1, 2a2, 2b1 und 2b2), welche eine thermische Leitfähigkeit aufweisen, die größer ist als die des Hauptkörpers 1. Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass erste und zweite Chips jeweils mit einen Enden der ersten und zweiten Hoch-Wärmeleiter in Kontakt stehen und über die ersten und zweiten anisotropen Hoch-Wärmeleiter jeweils mit unabhängigen zwei Gruppen von Wärmeausbreitungspfaden verbunden sind, wie dies durch Pfeile dargestellt ist.
  • Die Kühlvorrichtung 10 umfasst die Wärmesenke 2, welche aus einer Mehrzahl von flachen Finnen 3 gebildet ist, welche beispielsweise aus Aluminium gefertigt sind, und den Hauptkörper 1. Das Leistungsmodul 20 ist an der Basisfläche 1A vorgesehen, welches eine Fläche ist, die einer Formierungsfläche 1B der flachen Finnen 3 des Hauptkörpers 1 gegenüberliegt. Das Leistungsmodul 20 bildet beispielsweise eine Inverterschaltung und führt einen Umschaltbetrieb an Gleichstromleistung aus, um die Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umzuwandeln, wodurch der Motorbetrieb gesteuert wird. In dem Leistungsmodul 20 sind sechs Chips aus Leistungshalbleitern, welche als wärmeerzeugende Körper wirken, an einer Verdrahtungsplatine 21 montiert. Normalerweise fließt ein elektrischer Strom in einem Moment zu nur wenigen spezifischen Chips in dem Leistungsmodul 20, um Wärme zu erzeugen. Die wärmeerzeugenden Chips werden jedoch in einem Moment geschaltet; deshalb erzeugen die Chips Wärme gleichmäßig. Andererseits gibt es beispielsweise beim Treiben eines Servomotors Fälle, wie etwa einen Fall des Haltens eines schweren Gegenstandes, wo dem Motor elektrische Leistung zugeführt wird, ohne eine Drehung des Motors auszulösen. In solchen Fällen fließt ein elektrischer Strom konzentriert an einige spezifische Chips in einem Modul, und die Menge an Wärmeerzeugung erhöht sich lokal. Das Leistungsmodul 20 ist aus sechs Chips gebildet, nämlich einem ersten Chip 22a, welcher die größte Wärmeerzeugungsmenge aufweist, wenn Wärmeerzeugung lokal konzentriert ist, zweiten Chips 22b1 und 22b2, welche die zweitgrößte Wärmeerzeugungsmenge aufweisen, und dritten Chips 22c1, 22c2 und 22c3, welche die kleinste Wärmeerzeugungsmenge aufweisen.
  • Das Chip-Layout ist so ausgeführt, dass der erste Chip 22a und der zweite Chip 22b1 und der zweite Chip 22b2 nicht nebeneinander angeordnet sind und der erste Chip 22a benachbart zu dem dritten Chip 22c1 und dem dritten Chip 22c3 angeordnet ist. Der zweite Chip 22b1 und der zweite Chip 22b2 sind nicht entlang der Reihe in der y-Richtung angeordnet, welche den ersten Chip 22a enthält.
  • Der erste anisotrope Hoch-Wärmeleiter 2a1 und der erste anisotrope Hoch-Wärmeleiter 2b1 sind unmittelbar unter dem Bereich angeordnet, welcher den ersten Chip 22a enthält. Der zweite anisotrope Hoch-Wärmeleiter 2a2 und der zweite anisotrope Hoch-Wärmeleiter 2b2 sind unmittelbar unterhalb dem Bereich vorgesehen, welcher den zweiten Chip 22b1 und den zweiten Chip 22b2 enthält. Man beachte, dass der erste anisotrope Hoch-Wärmeleiter 2a1 und der zweite anisotrope Hoch-Wärmeleiter 2a2, welche eine große thermische Leitfähigkeit in y-Richtung und z-Richtung und eine niedrige thermische Leitfähigkeit in x-Richtung aufweisen, unmittelbar unter dem Leistungsmodul 20 angeordnet sind. Der erste anisotrope Hoch-Wärmeleiter 2b1 und der zweite anisotrope Hoch-Wärmeleiter 2b2, welche eine große thermische Leitfähigkeit in x-Richtung und z-Richtung und eine niedrige thermische Leitfähigkeit in y-Richtung aufweisen, sind unter dem ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2a1 und dem zweiten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2a2 angeordnet und eng an der Wärmesenke 2 angebracht. Als anisotrope Hoch-Wärmeleiter können beispielsweise ein Grafitmaterial verwendet werden, welches eine thermische Leitfähigkeit größer gleich 1000 W/mK in einer Richtung aufweist, in welcher die thermische Leitfähigkeit hoch ist.
  • Wenn bei einer solchen Kühlvorrichtung 10 der elektrische Strom, wie vorangehend erläutert, konzentriert zu einigen wenigen spezifischen Chips fließt, weist der erste Chip 22a in einem Moment und lokal die größte Wärmeerzeugungsmenge auf, der zweite Chip 22b1 und der zweite Chip 22b2 weisen die zweitgrößte Wärmeerzeugungsmenge auf, und der dritte Chip 22c1, der dritte Chip 22c2 und der dritte Chip 22c3 erzeugen kaum Wärme. Deshalb wird die erzeugte Wärme des ersten Chip 22a an den ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2a1 über die Verdrahtungsplatine 21 des Leistungsmoduls 20 übertragen, in y-Richtung und z-Richtung verteilt, und durch den ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2b1 weiter in x-Richtung und z-Richtung verteilt und an die Wärmesenke 2 übertragen. Deshalb ist es möglich, eine momentane Temperaturerhöhung des ersten Chip 22a zu unterdrücken. Die erzeugte Wärme des zweiten Chip 22b1 und des zweiten Chip 22b2 wird über die Verdrahtungsplatine 21 des Leistungsmoduls 20 an den zweiten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2a2 übertragen, in y-Richtung und z-Richtung verteilt und durch den zweiten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2b2 in x-Richtung und z-Richtung verteilt und an die Wärmesenke 2 übertragen. Deshalb ist es möglich, eine momentane Temperaturerhöhung des zweiten Chip 22b1 und des zweiten Chip 22b2 zu unterdrücken.
  • Der Hoch-Wärmeleiter unmittelbar unter dem ersten Chip 22a und der Hoch-Wärmeleiter unmittelbar unter dem zweiten Chip 22b1 und dem zweiten Chip 22b2 sind voneinander getrennt, um unabhängige zwei Gruppen von Wärmeausbreitungspfaden zu bilden. Wenn die Wärmeerzeugungsmenge aufgrund des Schaltbetriebs unmittelbar ansteigt, wird die Wärme des zweiten Chip 22b1 und des zweiten Chip 22b2 hauptsächlich in dem zweiten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2a2 und dem zweiten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2b2 verteilt. Wenn die Hoch-Wärmeleiter nicht voneinander getrennt sind, da zwei Chips, wie der zweite Chip 22b1 und der zweite Chip 22b2, Wärme erzeugen und deshalb die Wärmeerzeugungsfläche groß ist, wird die Wärme leicht zu einem Bereich unmittelbar unter dem ersten Chip 22a verteilt, und dies beeinträchtigt das Kühlen des ersten Chip 22a. Da in der vorliegenden Ausführungsform die Hoch-Wärmeleiter hingegen voneinander getrennt sind, fließt die Wärme des zweiten Chip 22b1 und des zweiten Chip 22b2 weniger leicht in den Bereich unmittelbar unter dem ersten Chip 22a. Deshalb wird die erzeugte Wärme des ersten Chip 22a wirksam in dem ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2a1 und dem ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2b1 verteilt. Folglich ist es möglich, eine momentane Temperaturerhöhung des ersten Chip 22a zu unterdrücken.
  • Es sei angemerkt, dass die gesamte Wärmeerzeugungsmenge des zweiten Chip 22b1 und des zweiten Chip 22b2 und die Wärmeerzeugungsmenge des ersten Chip 22a ungefähr gleich sind. Deshalb sind die an die getrennten Hoch-Wärmeleiter übertragenen Wärmemengen äquivalent. Folglich ist es möglich, Wärme gleichmäßig an die Wärmesenke zwei zu verteilen, und deshalb ist es möglich, Kühlung effizient auszuführen.
  • 2-1 bis 2-5 sind perspektivische Ansichten, welche Abwandlungen des Leistungsmoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Die Konfiguration, wenn Chips bei einer Schaltoperation Wärme erzeugen, ist nicht auf die in 1-1 und 1-2 gezeigte Layout-Konfiguration beschränkt. Wie in 2-1 bis 2-5 gezeigt ist, müssen die Chips nur so angeordnet sein, dass der erste Chip 22a und der zweite Chip 22b1 und der zweite Chip 22b2 nicht einander benachbart sind und der erste Chip 22a benachbart zu dem dritten Chip 22c1, dem dritten Chip 22c2 und dem dritten Chip 22c3 ist.
  • Zweite Ausführungsform.
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Leistungsmodul zeigt, welches mit einer Kühlvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. Wie in 3 gezeigt ist, ist in der zweiten Ausführungsform die Reihenfolge der aufeinander gestapelten Hoch-Wärmeleiter entgegengesetzt zu der Reihenfolge in der ersten Ausführungsform. Der erste anisotrope Hoch-Wärmeleiter 2b1 und der zweite anisotrope Hoch-Wärmeleiter 2b2 mit einer großen thermischen Leitfähigkeit in x-Richtung und z-Richtung und niedriger thermischer Leitfähigkeit in y-Richtung sind unmittelbar unter dem Leistungsmodul 20 angeordnet. Der erste anisotrope Hoch-Wärmeleiter 2a1 und der zweite anisotrope Hoch-Wärmeleiter 2a2 mit einer großen thermischen Leitfähigkeit in y-Richtung und z-Richtung und niedriger thermischer Leitfähigkeit in x-Richtung sind unter dem ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2b1 und dem zweiten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2b2 angeordnet und dicht an der Wärmesenke 2 angebracht.
  • Bei einer solchen Kühlvorrichtung 10 wird die erzeugte Wärme des ersten Chip 22a an den ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2b1 über die Verdrahtungsplatine 21 des Leistungsmoduls 20 übertragen, in x-Richtung und z-Richtung verteilt, und durch den ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2a1 weiter in y-Richtung und z-Richtung verteilt und an die Wärmesenke 2 übertragen. Deshalb ist es möglich, eine momentane Temperaturerhöhung des ersten Chip 22a zu unterdrücken. Die erzeugte Wärme des zweiten Chip 22b1 und des zweiten Chip 22b2 wird über die Verdrahtungsplatine 21 des Leistungsmoduls 20 an den zweiten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2b2 übertragen, in x-Richtung und z-Richtung verteilt und durch den zweiten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2a2 in y-Richtung und z-Richtung verteilt und an die Wärmesenke 2 übertragen. Deshalb ist es möglich, eine momentane Temperaturerhöhung des zweiten Chip 22b1 und des zweiten Chip 22b2 zu unterdrücken.
  • Wie in der ersten Ausführungsform sind der Hoch-Wärmeleiter unmittelbar unter dem ersten Chip 22a und der Hoch-Wärmeleiter unmittelbar unter dem zweiten Chip 22b1 und dem zweiten Chip 22b2 sind voneinander getrennt. Deshalb fließt die Wärme des zweiten Chip 22b1 und des zweiten Chip 22b2 weniger leicht in den Bereich unmittelbar unter dem ersten Chip 22a. Deshalb wird die erzeugte Wärme des ersten Chip 22a wirksam in dem ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2a1 und dem ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2b1 verteilt. Folglich ist es möglich, eine momentane Temperaturerhöhung des ersten Chip 22a zu unterdrücken.
  • Man beachte, dass die Layout-Konfiguration der Wärme erzeugenden Chips nicht auf die in 3 gezeigte Konfiguration beschränkt ist, und sie kann eine der in 2-1 bis 2-5 gezeigte Konfiguration sein.
  • Dritte Ausführungsform.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Leistungsmoduls, welches mit einer Kühlvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. In der ersten und zweiten Ausführungsform sind anisotrope Hoch-Wärmeleiter mit gleicher Größe gestapelt. Wie in 4 gezeigt, ist die vorliegende Ausführungsform jedoch dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der anisotropen Hoch-Wärmeleiter, welche auf der Seite des Leistungsmoduls 20 angeordnet sind, in y-Richtung, in welcher die thermische Leitfähigkeit niedrig ist, in etwa auf die Größe des Leistungsmoduls reduziert ist. Das heißt, die Größe des ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2b1 und des zweiten anisotropen Hoch-Wärmeleiters 2b2 mit großer thermischer Leitfähigkeit in x-Richtung und z-Richtung und niedriger thermischer Leitfähigkeit in y-Richtung, welche auf der Seite des Leistungsmoduls angeordnet sind, ist so eingestellt, dass sie der Größe des Leistungsmodus 20 in y-Richtung entspricht. Der erste anisotrope Hoch-Wärmeleiter 2a1 und der zweite anisotrope Hoch-Wärmeleiter 2a2 mit großer thermischer Leitfähigkeit in y-Richtung und z-Richtung und niedriger thermischer Leitfähigkeit in x-Richtung sind unter dem ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2b1 und dem zweiten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2b2 angeordnet und eng an der Wärmesenke 2 angebracht, wobei deren Größe der Größe der Wärmesenke zwei entspricht.
  • Bei einer solchen Kühlvorrichtung 10 wird, wie bei der Kühlvorrichtung der zweiten Ausführungsform, die erzeugte Wärme des ersten Chip 22a an den ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2b1 über die Verdrahtungsplatine 21 des Leistungsmoduls 20 übertragen, in x-Richtung und z-Richtung verteilt, und durch den ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2a1 weiter in y-Richtung und z-Richtung verteilt und an die Wärmesenke 2 übertragen. Deshalb ist es möglich, eine momentane Temperaturerhöhung des ersten Chip 22a zu unterdrücken. Die erzeugte Wärme des zweiten Chip 22b1 und des zweiten Chip 22b2 wird über die Verdrahtungsplatine 21 des Leistungsmoduls 20 an den zweiten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2b2 übertragen, in x-Richtung und z-Richtung verteilt und durch den zweiten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2a2 in y-Richtung und z-Richtung verteilt und an die Wärmesenke 2 übertragen. Deshalb ist es möglich, eine momentane Temperaturerhöhung des zweiten Chip 22b1 und des zweiten Chip 22b2 zu unterdrücken.
  • Wie in der zweiten Ausführungsform sind der Hoch-Wärmeleiter unmittelbar unter dem ersten Chip 22a und der Hoch-Wärmeleiter unmittelbar unter dem zweiten Chip 22b1 und dem zweiten Chip 22b2 sind voneinander getrennt. Deshalb fließt die Wärme des zweiten Chip 22b1 und des zweiten Chip 22b2 weniger leicht in den Bereich unmittelbar unter dem ersten Chip 22a. Deshalb wird die erzeugte Wärme des ersten Chip 22a wirksam in dem ersten anisotropenHoch-Wärmeleiter 2b1 und dem ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2a1 verteilt. Folglich ist es möglich, eine momentane Temperaturerhöhung des ersten Chip 22a zu unterdrücken.
  • In diesem Fall haben der erste anisotrope Hoch-Wärmeleiter 2b1 und dem ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2b2 die Aufgabe, Wärme in x-Richtung zu verteilen. Deshalb wird die Fähigkeit, Wärme in x-richtung zu verteilen, nicht beschränkt, selbst wenn die Länge in y-Richtung der Größe des Leistungsmoduls 20 entspricht. Deshalb ist die Menge an zu verwendendem Hoch-Wärmeleiter reduziert und es ist möglich, Kosten zu reduzieren.
  • Man beachte, dass auch in der vorliegenden Ausführungsform die Layout-Konfiguration der Wärme erzeugenden Chips nicht auf die in 4 gezeigte Konfiguration beschränkt ist, und sie kann eine der in 2-1 bis 2-5 gezeigte Konfiguration sein.
  • Vierte Ausführungsform.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Leistungsmodul zeigt, welches mit einer Kühlvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. In der dritten Ausführungsform ist unter den anisotropen Hoch-Wärmeleitern der gestapelten Struktur die Größe des anisotropen Hoch-Wärmeleiters mit niedriger thermischer Leitfähigkeit in y-Richtung, welcher auf der Seite des Leistungsmoduls 20 angeordnet ist, in y-Richtung reduziert. In der vorliegenden Ausführungsform haben die anisotropen Hoch-Wärmeleiter, welche auf der Seite des Leistungsmoduls 20 angeordnet sind, wie in 5 gezeigt, jedoch eine niedrige thermischer Leitfähigkeit in x-Richtung. Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des anisotropen Hoch-Wärmeleiter in x-Richtung, in welcher die thermische Leitfähigkeit niedrig ist, auf in etwa die Größe reduziert, welche mit der äußeren Kante der Verdrahtungsplatine 21 des Leistungsmoduls übereinstimmt. Das heißt, in der vierten Ausführungsform ist, wie in 5 gezeigt, die Größe des ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2a1 und des zweiten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2a2 mit großer thermischer Leitfähigkeit in y-Richtung und z-Richtung und niedriger thermischer Leitfähigkeit in x-Richtung, welche auf der Seite des Leistungsmoduls 20 angeordnet sind, unter den zu stapelnden Hoch-Wärmeleitern in Übereinstimmung mit der Größe der Verdrahtungsplatine des Leistungsmoduls 20 in x-Richtung reduziert. Der erste anisotrope Hoch-Wärmeleiter 2b1 und der zweite anisotrope Hoch-Wärmeleiter 2b2 mit großer thermischer Leitfähigkeit in x-Richtung und z-Richtung und niedriger thermischer Leitfähigkeit in y-Richtung sind unter dem ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2a1 und dem zweiten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2a2 angeordnet und eng an die Wärmesenke 2 angebracht, wobei deren Größe der Größe der Wärmesenke 2 entspricht.
  • Bei dieser Kühlvorrichtung 10 wird, wie bei der Kühlvorrichtung der ersten Ausführungsform, die erzeugte Wärme des ersten Chip 22a an den ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2a1 über die Verdrahtungsplatine 21 des Leistungsmoduls 20 übertragen, in y-Richtung und z-Richtung verteilt, und durch den ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2b1 weiter in x-Richtung und z-Richtung verteilt und an die Wärmesenke 2 übertragen. Deshalb ist es möglich, eine momentane Temperaturerhöhung des ersten Chip 22a zu unterdrücken. Die erzeugte Wärme des zweiten Chip 22b1 und des zweiten Chip 22b2 wird über das Leistungsmodul 20 an den zweiten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2a2 übertragen, in y-Richtung und z-Richtung verteilt und durch den zweiten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2b2 in x-Richtung und z-Richtung verteilt und an die Wärmesenke 2 übertragen. Deshalb ist es möglich, eine momentane Temperaturerhöhung des zweiten Chip 22b1 und des zweiten Chip 22b2 zu unterdrücken.
  • Wie in der ersten Ausführungsform sind der Hoch-Wärmeleiter unmittelbar unter dem ersten Chip 22a und der Hoch-Wärmeleiter unmittelbar unter dem zweiten Chip 22b1 und dem zweiten Chip 22b2 sind voneinander getrennt. Deshalb fließt die Wärme des zweiten Chip 22b1 und des zweiten Chip 22b2 weniger leicht in den Bereich unmittelbar unter dem ersten Chip 22a. Deshalb wird die erzeugte Wärme des ersten Chip 22a wirksam in dem ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2a1 und dem ersten anisotropen Hoch-Wärmeleiter 2b1 verteilt. Folglich ist es möglich, eine momentane Temperaturerhöhung des ersten Chip 22a zu unterdrücken.
  • In diesem Fall haben der erste anisotrope Hoch-Wärmeleiter 2a1 und der zweite anisotrope Hoch-Wärmeleiter 2a2 die Funktion, Wärme in y-Richtung zu verbreiten. Deshalb ist selbst dann, wenn die Länge in x-Richtung in Übereinstimmung mit der Größe der Verdrahtungsplatine 21 des Leistungsmoduls 20 gebracht ist, die Fähigkeit, Wärme in y-Richtung zu verbreiten, nicht behindert. Somit ist die Menge an zu verwendenden Hoch-Wärmeleiter reduziert, deshalb ist es möglich, Kosten zu reduzieren.
  • Man beachte, dass auch in der vorliegenden Ausführungsform die Layout-Konfiguration der Wärme erzeugenden Chips in dem Leistungsmodul 20 nicht auf die in 5 gezeigte Konfiguration beschränkt ist, und sie kann eine der in 2-1 bis 2-5 gezeigte Konfiguration sein.
  • In den vorangehenden erläuterten Ausführungsformen ist der anisotrope Hoch-Wärmeleiter konfiguriert, eine zweilagige Struktur zu haben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass der anisotrope Hoch-Wärmeleiter konfiguriert sein kann, eine viellagige Struktur mit drei oder mehr Lagen zu haben, und mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, noch effizientere Wärmeabführungseigenschaften zu erhalten.
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Leistungsmoduls, welches mit einer Kühlvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel ausgestattet ist. Wie in 6 gezeigt, umfasst die Kühlvorrichtung 10 die Wärmesenke 2, welche aus den flachen Finnen 3 gebildet ist, die beispielsweise aus Aluminium sind, und den Hauptkörper 1 mit der Basisfläche 1A. Das Leistungsmodul 20 ist an der Basisfläche 1A vorgesehen. Die flachen Finnen 3 sind an der Formierungsfläche für flachen Finnen 1B vorgesehen, welches eine Fläche an der der Basisfläche 1A gegenüberliegenden Seite ist.
  • Wie in der ersten Ausführungsform sind an dem Leistungsmodul 20 sechs Leistungshalbleiterchips angebracht, welche als wärmeerzeugende Körper wirken. Das Leistungsmodul 20 ist aus dem ersten Chip 22a mit der größten Wärmeerzeugungsmenge, wenn die Wärmeerzeugung lokal konzentriert ist, dem zweiten Chip 22b1 und dem zweiten Chip 22b2 mit der zweitgrößten Wärmeerzeugungsmenge und den dritten Chips 22c1, 22c2 und 22c3 mit der kleinsten Wärmeerzeugungsmenge gebildet.
  • Das Chiplayout ist dergestalt, dass der erste Chip 22a und der zweite Chip 22b1 und der zweite Chip 22b2 so angeordnet sind, dass sie nicht einander benachbart sind, und der erste Chip 22a ist benachbart zu den dritten Chips 22c1 und 22c3 angeordnet. Der zweite Chip 22b1 und der zweite Chip 22b2 sind nicht entlang der Reihe in y-Richtung angeordnet, in welcher der erste Chip 22a enthalten ist.
  • Ein erstes flaches Wärmerohr 31 mit einer Größe, welche der der Verdrahtungsplatine 21 des Leistungsmoduls 20 in y-Richtung äquivalent ist, ist unmittelbar unter dem Bereich vorgesehen, welcher den ersten Chip 22a enthält. Ein zweites flaches Wärmerohr 32 mit einer Größe, welche der des Leistungsmoduls 20 in y-Richtung äquivalent ist, ist unmittelbar unter dem Bereich vorgesehen, welcher den zweiten Chip 22b1 und den zweiten Chip 22b2 enthält und eng an der Wärmesenke 2 angebracht.
  • Bei dieser Kühlvorrichtung 10 hat, wie in der ersten Ausführungsform, bei der Schaltoperation der erste Chip 22a momentan und lokal die größte Wärmeerzeugungsmenge, der zweite Chip 22b1 und der zweite Chip 22b2 haben die zweitgrößte Wärmeerzeugungsmenge und die dritten Chips 22c1, 22c2 und 22c3 erzeugen kaum Wärme. Deshalb wird die durch den ersten Chip 22a erzeugte Wärme durch die Verdrahtungsplatine 21 des Leistungsmoduls 20 an das erste flache Wärmerohr 31 übertragen, in sämtliche der x-, y- und z-Richtungen verteilt und an die Wärmesenke 2 übertragen. Deshalb ist es möglich, eine momentane Temperaturerhöhung des ersten Chips 22a zu unterdrücken. Die erzeugte Wärme des zweiten Chip 22b1 und des zweiten Chip 22b2 wird durch das Leistungsmodul 20 an das zweite flache Wärmerohr 32 übertragen, in sämtliche der x-, y- und z-Richtungen verteilt und an die Wärmesenke 2 übertragen. Deshalb ist es möglich, eine momentane Temperaturerhöhung der zweiten Chips 22b1 und 22b2 zu unterdrücken.
  • Das erste und das zweite flache Wärmerohr 31 unter dem ersten Chip 22a bzw. unmittelbar unter dem zweiten Chip 22b1 und dem zweiten Chip 22b2 sind voneinander getrennt. Wenn aufgrund des Schaltbetriebs die Wärmeerzeugungsmenge momentan ansteigt, wird die Wärme des zweiten Chips 22b1 und des zweiten Chips 22b2 hauptsächlich innerhalb des zweiten flachen Wärmerohrs 32 verteilt. Wenn das erste und das zweite flache Wärmerohr 31, 32 nicht voneinander getrennt sind, da zwei Chips, wie der zweite Chip 22b1 und der zweite Chip 22b2, Wärme erzeugen und deshalb die Wärmeerzeugungsfläche groß ist, wird die Wärme leicht zu einem Bereich unmittelbar unter dem ersten Chip 22a verteilt, und dies beeinträchtigt das Kühlen des ersten Chip 22a. Da die flachen Wärmerohre hingegen voneinander getrennt sind, fließt die Wärme des zweiten Chip 22b1 und des zweiten Chip 22b2 weniger leicht in den Bereich unmittelbar unter dem ersten Chip. Deshalb wird die erzeugte Wärme des ersten Chip 22a wirksam in dem ersten flachen Wärmerohr 31 verteilt. Folglich ist es möglich, eine momentane Temperaturerhöhung des ersten Chip 22a zu unterdrücken.
  • Es sei angemerkt, dass die gesamte Wärmeerzeugungsmenge des zweiten Chip 22b1 und des zweiten Chip 22b2 und die Wärmeerzeugungsmenge des ersten Chip 22a ungefähr gleich sind. Deshalb sind die an die getrennten flachen Wärmerohre 31 und 32 übertragenen Wärmemengen äquivalent. Folglich ist es möglich, Wärme gleichmäßig an die Wärmesenke zwei zu verteilen, und deshalb ist es möglich, Kühlung effizient auszuführen.
  • Man beachte, dass auch in dem Vergleichsbeispiel die Layout-Konfiguration der Wärme erzeugenden Chips in dem Leistungsmodul 20 nicht auf die in 6 gezeigte Konfiguration beschränkt ist, und sie kann eine der in 2-1 bis 2-5 gezeigte Konfiguration sein.
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht einer Kühlvorrichtung gemäß einem weiteren Vergleichsbeispiel . In diesem Vergleichsbeispiel sind, wie in 7 gezeigt, das erste flache Wärmerohr 31 und das zweite flache Wärmerohr 32 mit einer Größe, welche in etwa der der Wärmesenke in y-Richtung gleich ist, an der Wärmesenke 2 angeordnet und dicht an dieser angebracht.
  • Wenn das Leistungsmodul 20 an der Wärmesenke 2 mit Schrauben befestigt ist, sind in diesem Fall Anbringungslöcher 34 vorgesehen, welche Dampfkanäle 33 des ersten flachen Wärmerohrs 31 und des zweiten flachen Wärmerohrs 32 vermeiden, wie dies in 8 gezeigt ist. Folglich ist es, wie in 7 gezeigt, möglich, das erste flache Wärmerohr 31 und das zweite flache Wärmerohr 32, welche größer sind als die Verdrahtungsplatine 21 des Leistungsmoduls 20, zu verwenden. Schrauben 35 werden durch die Anbringungslöcher 34 von der Seite der Verdrahtungsplatine 21 her eingefügt, um das erste flache Wärmerohr 31 und das zweite flache Wärmerohr 32 an dem Leistungsmodul 20 zu befestigen. Deshalb ist der Zusammenbau einfach, die Adhäsion verbessert, und die Wärmeabführungseigenschaften sind verbessert.
  • Bei dieser Kühlvorrichtung 10 wird die durch den ersten Chip 22a erzeugte Wärme durch die Verdrahtungsplatine 21 des Leistungsmoduls 20 an das erste flache Wärmerohr 131 übertragen, in sämtliche der x-, y- und z-Richtungen verteilt und an die Wärmesenke 2 übertragen. Deshalb ist es möglich, eine momentane Temperaturerhöhung des ersten Chips 22a zu unterdrücken. Die erzeugte Wärme des zweiten Chip 22b1 und des zweiten Chip 22b2 wird durch das Leistungsmodul 20 an das zweite flache Wärmerohr 32 übertragen, in sämtliche der x-, y- und z-Richtungen verteilt und an die Wärmesenke 2 übertragen. Deshalb ist es möglich, eine momentane Temperaturerhöhung der zweiten Chips 22b1 und 22b2 zu unterdrücken.
  • Wie in dem in 6 gezeigten Vergleichsbeispiel sind die flachen Wärmerohre unmittelbar unter dem ersten Chip 22a bzw. unmittelbar unter dem zweiten Chip 22b1 und dem zweiten Chip 22b2 sind voneinander getrennt. Deshalb fließt die Wärme des zweiten Chip 22b1 und des zweiten Chip 22b2 weniger leicht in den Bereich unmittelbar unter dem ersten Chip. Deshalb wird die erzeugte Wärme des ersten Chip 22a wirksam in dem ersten flachen Wärmerohr 31 verteilt. Folglich ist es möglich, eine momentane Temperaturerhöhung des ersten Chip 22a zu unterdrücken.
  • Die Größe des ersten flachen Wärmerohrs 31 und des zweiten flachen Wärmerohrs 32 in y-Richtung ist ungefähr gleich der Größe der Wärmesenke 2. Deshalb ist es möglich, die Wärme an die gesamte Wärmesenke 2 zu verteilen, und es ist somit möglich, Kühlen effizient auszuführen.
  • Man beachte, dass auch in dem vorliegenden Vergleichsbeispiel die Layout-Konfiguration der Wärme erzeugenden Chips in dem Leistungsmodul 20 nicht auf die in 7 gezeigte Konfiguration beschränkt ist, und sie kann eine der in 2-1 bis 2-5 gezeigte Konfiguration sein.
  • Die erste bis vierte Ausführungsform ist jeweils eine Konfiguration, bei welcher die Anzahl der Leistungshalbleiterchips des Leistungsmoduls 20 sechs ist. Selbst wenn die Anzahl der Leistungshalbleiterchips vier oder acht oder mehr ist, ist es jedoch zufriedenstellend, wenn das Chiplayout dergestalt ist, dass ein Chip mit der größten Wärmeerzeugung und ein Chip mit der zweitgrößten Wärmeerzeugung nicht einander benachbart angeordnet sind und der Chip mit der größten Wärmeerzeugung und ein Chip mit der kleinsten Wärmeerzeugung einander benachbart angeordnet sind, und der Chip mit der zweitgrößten Wärmeerzeugung nicht entlang der gleichen Reihe in y-Richtung angeordnet ist, in welcher der Chip mit der größten Wärmeerzeugung enthalten ist.
  • Ferner müssen die Halbleiterchips nur dahin ausgelegt werden, dass sie für jeden der Halbleiterchips mit einer großen Wärmeerzeugungsmenge gruppiert werden müssen, so dass die Gruppen mit einer großen Wärmeerzeugungsmenge Wärmeverteilungspfade haben, welche voneinander unabhängig sind.
  • In den Ausführungsformen wurde ein Beispiel erläutert, bei welchen die flachen Finnen an der Wärmesenke angebracht sind. Die Gestalt oder das Vorhandensein oder das Fehlen der Wärmeabführungsfinnen kann geeignet gewählt werden. Es ist selbst verständlich, dass die Konfiguration der Hoch-Wärmeleiter in der Wärmesenke geändert werden kann. Beispielsweise kann der Hoch-Wärmeleiter so konfiguriert sein, dass er eine integrierte Struktur aufweist, welche eine eingebettete Struktur aus Graphit aufweist oder teilweise dazu konfiguriert ist, eine modifizierte Struktur aufzuweisen, um das Layout eines thermisch leitfähigen Bereichs einzustellen.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, wie vorangehend beschrieben, möglich, momentan erzeugte Wärme in der gesamten Wärmesenke zu kühlen; deshalb ist es möglich, einen Temperaturanstieg der Chips zu unterdrücken. Ferner ist es möglich, lokal erzeugte Wärme entlang der Wärmeausbreitungspfade zu verteilen, wie etwa nach rechts und nach links; deshalb ist es möglich, Interferenz zwischen Chips zu unterdrücken. Ferner tritt lokale Wärmeerzeugung zwischen benachbarten Chips nicht auf; deshalb ist es möglich, einen momentanen Temperaturanstieg zu unterdrücken. Aufgrund dieser Eigenschaften ist die Kühlvorrichtung zur Anbringung an einem Leistungsmodul nützlich, bei welchem es wahrscheinlich ist, dass die Wärmeerzeugungsmenge momentan ansteigt.
  • Bezugszeichenliste
  • 1 Hauptkörper, 1A Basisfläche, 1B Formierungsfläche für flache Finnen, 2 Wärmesenke, 3 flache Finne, 10 Kühlvorrichtung, 20 Leistungsmodul, 21 Verdrahtungsplatine, 22a erster Chip, 22b1, 22b2 zweiter Chip, 22c1, 22c2,22c3 dritter Chip, 2a1, 2b1 erster anisotroper Hoch-Wärmeleiter, 2a2, 2b2 zweiter anisotroper Hoch-Wärmeleiter, 31 erstes flaches Wärmerohr, 32 zweites flaches Wärmerohr, 33 Dampfkanal, 34 Anbringungsloch, 35 Schraube.

Claims (5)

  1. Kühlvorrichtung (10) zum Kühlen eines Leistungsmoduls (20), welches erste und zweite Chips (22a, 22b1, 22b2), welche Wärme erzeugen, sowie eine Verdrahtungsplatine (21) aufweist, wobei die ersten und zweiten Chips (22a, 22b1, 22b2) an der Verdrahtungsplatine (21) montiert sind, wobei die Kühlvorrichtung (10) eine Wärmesenke (2) umfasst, welche eine Basisfläche (1A) umfasst, an welcher eine Kontaktfläche des Leistungsmoduls (20) eng angebracht und montiert ist, wobei die Wärmesenke (2) umfasst: einen Hauptkörper (1), der die Basisfläche (1A) umfasst; und erste und zweite Hoch-Wärmeleiter (2a1, 2b1, 2a2, 2b2), welche jeweils aus einem flachen anisotropen Hoch-Wärmeleiter gebildet sind, welcher eine große thermische Leitfähigkeit in zwei Richtungen aus einer Longitudinalrichtung, einer Lateralrichtung und einer Tiefenrichtung aufweist und eine niedrige thermische Leitfähigkeit in einer Richtung aus der Longitudinalrichtung, der Lateralrichtung und der Tiefenrichtung aufweist, und welche eine thermische Leitfähigkeit aufweisen, welche größer ist als eine thermische Leitfähigkeit des Hauptkörpers (1), wobei der erste und der zweite Hoch-Wärmeleiter (2a1, 2b1, 2a2, 2b2) jeweils aus einem gestapelten anisotropen Hoch-Wärmeleiter mit einer zweilagigen Struktur gebildet sind, welche entlang der Basisfläche (1A) der Wärmesenke (2) angeordnet ist, wobei eine erste Schicht der zweilagigen Struktur so ausgebildet ist, dass eine Richtung, in welcher eine thermische Leitfähigkeit niedrig ist, horizontal zu einer Fläche der Wärmesenke (2) ist, wobei eine zweite Schicht der zweilagigen Struktur so gestapelt ist, dass eine Richtung, in welcher eine thermische Leitfähigkeit niedrig ist, horizontal zu der Fläche der Wärmesenke (2) und senkrecht zu der Richtung ist, in welcher eine thermische Leitfähigkeit der ersten Schicht niedrig ist, und wobei die ersten und zweiten Chips (22a, 22b1, 22b2) über die Verdrahtungsplatine (21) mit dem ersten und dem zweiten Hoch-Wärmeleiter (2a1, 2b1, 2a2, 2b2) in Kontakt stehen, wobei der erste und der zweite Hoch-Wärmeleiter (2a1, 2b1, 2a2, 2b2) unabhängige Wärmeausbreitungspfade bilden, und wobei die gesamte Fläche des Kontakts zwischen Leistungsmodul (20) und Kühlvorrichtung (10) in ihrer Ausdehnung kleiner dimensioniert ist als die gesamte Fläche des Kontakts zwischen der Basisfläche (1A) und den Hoch-Wärmeleitern (2a1, 2b1, 2a2, 2b2).
  2. Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei bei dem gestapelten anisotropen Hoch-Wärmeleiter (2a1, 2b1, 2a2, 2b2) mit der zweilagigen Struktur eine Ausdehnung einer Fläche, welche horizontal zu der Fläche der Wärmesenke (2) ist, in der ersten Schicht und der zweiten Schicht verschieden ist.
  3. Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei bei dem gestapelten anisotropen Hoch-Wärmeleiter (2a1, 2b1, 2a2, 2b2) die Ausdehnung der Fläche, welche zu der Fläche der Wärmesenke (2) horizontal ist, in der ersten Schicht, die dem Leistungsmodul (20) näher ist, kleiner ist als in der zweiten Schicht.
  4. Leistungsmodul, welches mit einer Kühlvorrichtung (100) ausgestattet ist, umfassend: die Kühlvorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3; und ein Leistungsmodul (20), welches an der Basisfläche (1A) der Wärmesenke (2) der Kühlvorrichtung (10) eng angebracht ist und erste und zweite Chips (22a, 22b1, 22b2) umfasst.
  5. Leistungsmodul, welches mit einer Kühlvorrichtung (100) nach Anspruch 4 ausgestattet ist, ferner umfassend einen oder mehrere dritte Chips (22c1, 22c2, 22c3), zusätzlich zu den ersten und zweiten Chips (22a, 22b1, 22b2), wobei der erste Chip, der die größte Wärmeerzeugungsmenge aufweist, und der zweite Chip, der die zweitgrößte Wärmeerzeugungsmenge aufweist, nicht einander benachbart angeordnet sind.
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