DE3433213C2 - - Google Patents

Info

Publication number
DE3433213C2
DE3433213C2 DE3433213A DE3433213A DE3433213C2 DE 3433213 C2 DE3433213 C2 DE 3433213C2 DE 3433213 A DE3433213 A DE 3433213A DE 3433213 A DE3433213 A DE 3433213A DE 3433213 C2 DE3433213 C2 DE 3433213C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat
cooling
cooling tubes
ratio
block
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE3433213A
Other languages
English (en)
Other versions
DE3433213A1 (de
Inventor
Takashi Yokohama Kanagawa Jp Murase
Tatsuya Tokio/Tokyo Jp Koizumi
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.)
Furukawa Electric Co Ltd
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Furukawa Electric Co Ltd, Fuji Electric Co Ltd filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
Publication of DE3433213A1 publication Critical patent/DE3433213A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3433213C2 publication Critical patent/DE3433213C2/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlrohr-Wärmeableiter für Halbleiterbausteine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In jüngerer Zeit werden zum Kühlen von Halbleiterbausteinen, beispielsweise Thyristoren, Dioden etc., Wärmesenken eingesetzt, die von den ausgezeichneten Wärmeübertragungseigenschaften und Wärmeaufnahme- und -abgabefähigkeit von Kühlrohren Gebrauch machen. Diese Wärmesenken oder Wärmeableiter weisen eine bessere Abstrahlungscharakteristik auf als herkömmliche, luftgekühlte Wärmesenken aus Extrusionsprofilen und wassergekühlte Wärmesenken etc., und sie besitzen im übrigen eine geringere Größe und ein geringeres Gewicht. Wie in Fig. 1A und B der Zeichnung, auf die bereits hier zur Erläuterung des Standes der Technik Bezug genommen werden soll, gezeigt ist, weisen die eingangs erwähnten Wärmesenken einen wärmeaufnehmenden Bereich 3 mit einer Anzahl von parallel in einer Reihe angeordneten Kühlrohren 2 auf, die in einen Block 1 zur Aufnahme einer Halbleitervorrichtung a eingelassen sind. Eine große Anzahl von Strahlungs-Kühlrippen 5 ist rechtwinklig zu den Kühlrohren 2 im wärmeabgebenden Bereich 4 der Kühlrohre angebracht, der aus dem Block 1 in einer Reihe herausragt.
Der Block 1 und die Kühlrippen 5 bestehen aus Kupfer oder Aluminium, und die Kühlrohre 2 sind Kupfer/Wasser-Rohre oder Aluminium/Freon-Rohre. Üblicherweise sind gemäß Fig. 2 zwei Wärmesenken oder Wärmeableiter parallel zueinander angeordnet, und elektrisch isolierende Platten 6, 6′ und 6′′ befinden sich zwischen den Rippen jeder Wärmesenke. Die Halbleitervorrichtung a liegt zwischen den Blöcken 1 und 1′, in die die wärmeaufnehmenden Bereiche 3 und 3′ der Kühlrohre 2 und 2′ eingebettet sind. Die durch die Halbleitervorrichtung a erzeugte Wärme wird auf die Kühlrohre 2 und 2′ über die Blöcke 1 und 1′ übertragen und durch die Rippen 5 und 5′ in den wärmeabgebenden Bereichen 4 und 4′ abgestrahlt. Dadurch kann die Wärme verstärkt durch Hindurchleiten von Luft entsprechend dem Pfeil A in Fig. 1 abgeführt werden. Damit der thermische Übergangswiderstand von der Halbleitervorrichtung zu den Kühlrohren 2 in dem Block 1 auf ein Minimum gebracht werden kann, liegen die Kühlrohre 2 so dicht wie für die Erhaltung der mechanischen Festigkeit möglich an der Ebene des Blockes 1, auf der die Halbleitervorrichtung a montiert ist, und die Kühlrohre 2 werden in geeigneten Abständen in dem Block 1 vorgesehen.
Für eine ausreichende Kühlung von Halbleitervorrichtungen großer Kapazität werden Wärmesenken gemäß Fig. 3A und 3B verwendet. eine Anzahl von Kühlrohren 2 ist parallel in zwei Reihen angeordnet. Die wärmeaufnehmenden Bereiche 3 liegen in dem Block 1, und eine große Anzahl von Kühlrippen 5 ist rechtwinklig zu den Kühlrohren 2 auf deren in zwei Reihen angeordneten, außerhalb des Blockes 1 liegenden, wärmeabgebenden Bereichen 4 angeordnet.
Obgleich diese Wärmesenken eine bessere Abstrahlung ermöglichen als herkömmliche luftgekühlte oder wassergekühlte Wärmesenken, werden weitere Verbesserungen angestrebt.
Aus dem IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 24, Nr. 3, August 1981, Seiten 1668/1669 sowie aus der Druckschrift EP 09 54 539 A2 sind Wärmeableiter für Halbleitervorrichtungen bekannt, bei denen stab- oder rohrförmige Kühlelemente in mehreren parallelen Reihen von einem mit dem Halbleiterbaustein in thermischem Kontakt stehenden Block vorspringen. Die Kühlelemente sind einer Kühlluftströmung ausgesetzt und sind sowohl in Strömungsrichtung der Kühlluft als auch senkrecht dazu ohne Versatz in Reihen ausgerichtet. Bei dem Wärmeableiter gemäß EP 00 54 539 A2 sind die stabförmigen Kühlelemente mit rechtwinklig zu diesen orientierten Rippen versehen.
In der GB-PS 7 67 085 wird ein Wärmetauscher mit in parallelen Reihen angeordneten, ein flüssiges Wärmeübertragungsmedium enthaltenden Kühlrohren beschrieben. Die Kühlrohre sind sowohl in Strömungsrichtung der Kühlluft als auch rechtwinklig dazu auf Lücke angeordnet, und die Mittenabstände zwischen den in Strömungsrichtung verlaufenden Reihen stimmen im wesentlichen mit den Mittenabständen zwischen den rechtwinklig zur Strömungsrichtung verlaufenden Reihen überein. Die Kühlrohre sind jeweils mit zwei in Längsrichtung der Kühlrohre orientierten Kühlrippen versehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlwirkung von Wärmeableitern der eingangs genannten Gattung zu verbessern.
Erfindungsgemäße Lösungen dieser Aufgabe sind in den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 2 angegeben.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung wird gegenüber herkömmlichen Wärmesenken für Halbleiter eine wirksamere Konvektion im Bereich der Kühlrippen und somit ein geringerer thermischer Übergangswiderstand der gesamten Wärmesenke erreicht, so daß sich, bezogen auf das Volumen der Wärmesenke einschließlich des Zwischenraums zwischen den Rippen, eine verbesserte Kühlwirkung ergibt.
Spezielle Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1A und 1B zeigen ein Beispiel einer herkömmlichen Wärmesenke in Vorderansicht (A) und Seitenansicht (B);
Fig. 2 ist eine Seitenansicht zur Veranschaulichung des Einsatzes einer Wärmesenke gemäß Fig. 1;
Fig. 3A und 3B zeigen ein weiteres Beispiel einer herkömmlichen Wärmesenke in Draufsicht (A) und Vorderansicht (B);
Fig. 4A und 4B zeigen eine erfindungsgemäße, in Beispiel 1 beschriebene Wärmesenke in Draufsicht (A) und Vorderansicht (B);
Fig. 5A und 5B zeigen die in Beispiel 2 angegebene Wärmesenke in Draufsicht (A) und Vorderansicht (B);
Fig. 6A und 6B zeigen die in Beispiel 3 dargestellte Wärmesenke in Draufsicht (A) und Vorderansicht (B);
Fig. 7 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Wirkung des Verhältnisses P₁/D₀ auf den thermischen Übergangswiderstand im Falle der Wärmesenke gemäß Beispiel 1, mit P₁ als Teilung der Kühlrohre in Richtung senkrecht zur Luftstromrichtung und D₀ als Durchmesser der Kühlrohre.
Fig. 4A und 4B zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Wärmesenke oder eines Wärmeableiters gemäß der Erfindung. Mit a ist wiederum eine Halbleitervorrichtung, mit 1 ein Block zur Aufnahme der Halbleitervorrichtung, mit 2 ein Kühlrohr und mit 5 eine Anzahl von Kühlrippen bezeichnet. Die Kühlrohre 2 sind in versetzter Anordnung dargestellt, und zwar zick-zack-förmig quer zu der Strömungsrichtung des Luftstromes A versetzt. Die wärmeaufnehmenden Bereiche 3 liegen innerhalb des Blockes 1, und die große Anzahl der Kühlrippen 5 ist quer zu den Kühlrohren 2 in den wärmeabgebenden Bereichen 4 außerhalb des Blockes angeordnet.
Durch die Anordnung der Kühlrohre in den wärmeabgebenden Bereichen in einer zick-zack-förmigen Reihe, bezogen auf die Richtung des Luftstromes A, wird eine Turbulenz in dem Luftstrom um die wärmeabgebenden Bereiche herum erzeugt, ohne daß der thermische Widerstand im Blockbereich verschlechtert wird, und der Zwangskonvektionseffekt wird wesentlich verbessert, so daß neben der Senkung des thermischen Übergangswiderstandes der gesamten Wärmesenke deren Leistungsfähigkeit, bezogen auf den eingenommenen Raum, gesteigert wird.
Wenn eine weitere Verbesserung der Leistungsfähigkeit, bezogen auf das Raumvolumen der Wärmesenke, erwünscht ist, kann der Durchmesser der wärmeaufnehmenden Bereiche 3 der Kühlrohre 2 innerhalb des Blockes 1 größer als derjenige der wärmeabgebenden Bereiche 4 ausgeführt werden, wie in Fig. 5A und 5B gezeigt ist. Wenn eine erfindungsgemäße Wärmesenke für Halbleitervorrichtungen großer Leistung verwendet wird, können die Kühlrohre 2 parallel und zick-zack- förmig in mehreren Reihen angeordnet werden, wie es in Fig. 6A und 6B gezeigt ist. Hier liegen jeweils abwechselnd zwei Rohre neben- oder übereinander und sodann ein Rohr zwischen den beiden ersten Rohren und so fort, jeweils bezogen auf die Luftströmungsrichtung A.
Beispiel 1
Fünf Kupfer/Wasser-Rohre mit einem Durchmesser von 15,8 mm und einer Länge von 370 mm liegen parallel zueinander und in zick-zack-förmiger oder versetzter Anordnung mit ihren wärmeaufnehmenden Bereichen innerhalb eines Blockes aus Aluminium, der zur Aufnahme einer Halbleitervorrichtung dient und eine Höhe von 120 mm, eine Breite von 130 mm und eine Dicke von 30 mm aufweist. 115 blattförmige Kühlrippen aus Aluminium mit einer Länge von 190 mm, einer Breite von 40 mm und einer Dicke von 0,5 mm wurden mit einem Abstand von 2 mm auf die wärmeabgebenden Bereiche der Kühlrohre außerhalb des Blockes aufgebracht. In den wärmeabgebenden Bereichen sind die Kühlrohre naturgemäß ebenfalls zick- zack-förmig angeordnet, und sie bilden im übrigen eine zick- zack-förmige Reihe, wie in Fig. 4A und 4B gezeigt ist. Die Teilung (der Mittenabstand) der Rohre in Richtung senkrecht zu der Luftströmungsrichtung A, die in Fig. 4 mit P₁ bezeichnet ist, betrug 8 mm und somit das Verhältnis der Teilung oder des Mittenabstandes zum Rohrdurchmesser P₁/D₀=0,50. Die Teilung oder der Mittenabstand in Richtung des Luftstromes A, die mit P₂ bezeichnet ist, betrug 25 mm und damit das Verhältnis zum Durchmesser P₂/D₀= 1,57.
Zwei derartige Wärmesenken wurden parallel zueinander angeordnet und ein Thyristor mit einem Leistungsverlust von 1000 W wurde zwischen die Blöcke gelegt. Sodann wurden die Umgebungstemperatur Ta (°C), die Temperatur der Aufnahmefläche der Blöcke für den Thyhristor Tb (°C) und die Temperatur der Kühlrohre Thp (°C) gemessen bei einer Zuströmgeschwindigkeit von Luft von 3 m/sec, und der thermische Übergangswiderstand wurde nach den folgenden Formeln berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben und mit denen herkömmlicher Wärmesenken gemäß Fig. 1A und 1B verglichen worden. Die Vergleiche beziehen sich auf Wärmesenken gleichen Raumvolumens, gleicher Blöcke und gleicher Kühlrohre.
Thermischer Widerstand im Blockbereich:
rb = (Tb-Thp)/Q
Thermischer Widerstand im Rippenbereich:
rf = (Thp-Ta)/Q
Thermischer Widerstand insgesamt:
R = rb + rf
  = (Tb-Ta)/Q
Q gibt den Wärmeleistungsverlust des Thyristors (W) an.
Tabelle 1
Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, ergibt sich bei einer erfindungsgemäßen Wärmesenke eine Erhöhung des thermischen Widerstandes im Block (rb) aufgrund der zick-zack-förmigen Anordnung der Kühlrohre, die jedoch gering ist. Andererseits beträgt der thermische Widerstand im Bereich der Rippen rf nur 0,0150°C/W im Vergleich zu 0,0180°C/W bei herkömmlichen Wärmesenken, so daß hier der Effekt der Turbulenz des Luftstromes deutlich wird, und der gesamte thermische Widerstand R wird um 9% verbessert.
Anschließend wurde die Beziehung zwischen dem Verhältnis des Mittenabstandes im rechten Winkel zum Luftstrom zu dem Durchmesser der Kühlrohre, also das Verhältnis P₁/D₀, und die Beziehung zum thermischen Widerstand in den verschiedenen Bereichen untersucht. Ein Beispiel, bei dem das Verhältnis des Mittenabstandes der Rohre in Richtung des Luftstroms zu dem Durchmesser der Rohre, also das Verhältnis P₂/D₀, 1,57 beträgt, ist in Fig. 7 gezeigt. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, gibt es eine Korrelation zwischen dem thermischen Widerstand im Blockbereich (rb), dem thermischen Widerstand im Bereich der Flügel (rf) und dem gesamten thermischen Widerstand R sowie dem Verhältnis P₁/D₀.
Es ist erkennbar, daß der gesamte thermische Widerstand R ein Minimum erreicht, wenn das Verhältnis P₁/D₀ zwischen 0,5 und 0,75 liegt, und der Gesamtwiderstand R nähert sich dem Wert herkömmlicher Wärmesenken, wenn sich P₁/D₀ dem Wert 1 nähert. Es ist daher vorzuziehen, das Verhältnis P₁/D₀ im Bereich von 0,5 bis 0,75 zu wählen, damit der thermische Gesamtwiderstand möglichst gering ist. Im übrigen ist es vorteilhaft, das Verhältnis P₂/D₀ bei 1,5 bis 2,0 anzusetzen, obgleich hier keine bestimmten Grenzen bestehen.
Beispiel 2
Fünf Kupfer/Wasser-Rohre mit einer Gesamtlänge von 370 mm und einem zweistufigen Durchmesser wurden als Kühlrohre verwendet. Die wärmeaufnehmenden Bereiche innerhalb des Blockes besaßen eine Länge von 115 mm und einen Durchmesser von 19,05 mm. Die wärmeabgebenden Bereiche, auf denen die Rippen vorgesehen werden, besaßen einen Durchmesser von 12,7 mm. Die Kühlrohre lagen in zick-zack-förmiger Anordnung innerhalb eines Blockes aus Aluminium zur Aufnahme einer Halbleitervorrichtung. Der Block besaß eine Höhe von 120 mm, eine Breite von 130 mm und eine Dicke von 30 mm. 115 blattförmige Rippen aus Aluminium mit einer Länge von 190 mm, einer Breite von 40 mm und einer Dicke von 0,5 mm wurden mit einer Teilung (Mittenabstand) von 2 mm auf den wärmeabgebenden Bereichen der Kühlrohre außerhalb des Blockes angebracht. Die zick-zack-förmige Anordnung der Kühlrohre ergibt sich aus Fig. 5A.
Der Mittenabstand der Kühlrohre im rechten Winkel zur Richtung des Luftstromes, nämlich der Wert P₁, wurde mit 8 mm angesetzt, so daß das Verhältnis zum Durchmesser der Kühlrohre im Bereich der Rippen P₁/D₀=0,63 betrug. Der Mittenabstand in Richtung des Luftstromes (P₂) wurde auf 25 mm festgelegt. Daraus ergibt sich das Vehrältnis P₂/D₀= 1,97 für den Bereich der Rippen.
Zwei derartige Wärmesenken wurden parallel zueinander verwendet, und ein Thyristor mit einem Leistungsverlust von 1000 W wurde zwischen die Blöcke gelegt. Sodann wurden ähnliche Messungen wie bei Beispiel 1 durchgeführt. Der zugeführte Luftstrom besaß eine Geschwindigkeit von 2 m/sec, die der Berechnung des thermischen Widerstandes zugrunde gelegt wurde. Die Ergebnisse sind in Fig. 2 im Vergleich zu den Ergebnissen einer herkömmlichen Wärmesenke gemäß Fig. 1 gezeigt. Die herkömmliche Wärmesenke besaß das gleiche Gesamtvolumen, gerade Kühlrohre mit einem Durchmesser von 15,88 mm und im übrigen einen gleichen Block und gleiche Rippen.
Tabelle 2
Aus Tabelle 2 geht hervor, daß durch Vergrößerung des Durchmessers des wärmeaufnehmenden Bereiches der Kühlrohre innerhalb des Blockes die Verschlechterung des thermischen Widerstandes im Blockbereich (rb) aufgrund der zick-zack- förmigen Anordnung der Kühlrohre nicht zu beobachten ist. Durch die Verringerung des Durchmessers der wärmeabgebenden Bereiche der Kühlrohre wurde der thermische Widerstand im Bereich der Rippen (rf) wesentlich aufgrund der Turbulenz der Luft und der Vergrößerung der effektiven Wärmeübertragungsfläche verbessert, und der Gesamtwiderstand R wurde gesenkt auf 0,0265°C/W oder um 16%.
Wie zuvor angegeben wurde, ist es bei erfindungsgemäßen Wärmesenken gemäß Beispiel 1 und 2, die Kühlrohre in einer parallel-zick-zack-förmigen Reihe aufweisen, vorzuziehen, das Verhältnis P₁/D₀ bei 0,5 bis 0,75 und das Verhältnis P₂/D₀ bei 1,5 bis 2,0 anzusetzen, wenn ein besonders günstiger Gesamtwiderstand erzielt werden soll.
Beispiel 3
Acht Kupfer/Wasser-Rohre mit einem Durchmesser von 12,7 mm und einer Länge von 380 mm wurden parallel-zick-zack- förmig in zwei Stufen, also jeweils abwechselnd zwei nebeneinanderliegende und sodann ein Rohr etc., verwendet, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Die wärmeaufnehmenden Bereiche lagen innerhalb eines Blockes zur Aufnahme einer Halbleitervorrichtung, der eine Höhe von 120 mm, eine Breite von 120 mm und eine Dicke von 60 mm aufwies. 120 blattförmige Kühlrippen aus Kupfer mit einer Länge von 185 mm, einer Breite von 75 mm und einer Dicke von 0,4 mm wurden auf die wärmeabgebenden Bereiche der Kühlrohre außerhalb des Blockes mit einem Mittenabstand von 1,9 mm aufgebracht. Der Mittenabstand der Kühlrohre in Richtung senkrecht zum Luftstrom A betrug P₁=12,5 mm, und das Verhältnis P₁/D₀ betrug 0,98. Der Mittenabstand in Richtung des Luftstromes A betrug P₂=22 mm, und das Verhältnis P₂/D₀ betrug 1,72.
Zwei derartige Wärmesenken wurden parallel zueinander beidseitig eines Thyristors mit einem Leistungsverlust von 1500 W angeordnet. Sodann wurden ähnliche Messungen wie bei Beispiel 1 durchgeführt, und der thermische Widerstand wurde für einen Luftstrom mit einer Geschwindigkeit von 3 m/sec berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt und werden mit den Ergebnissen einer herkömmlichen Wärmesenke gemäß Fig. 3 verglichen. Dabei wird wiederum hinsichtlich des Volumens, der Kühlrohre, des Blockes und der Rippen von gleichen Bedingungen ausgegangen.
Tabelle 3
Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, ergibt sich bei dieser erfindungsgemäßen Wärmesenke eine Vergrößerung des thermischen Widerstandes im Bereich des Blockes (rb) aufgrund der Anordnung der Kühlrohre in paralleler, versetzter Anordnung in zwei Stufen. Die Vergrößerung des Widerstandes im Block ist jedoch gering, während der thermische Widerstand im Bereich der Rippen (rf) wesentlich verbessert wird. Der Gesamtwiderstand R wird gesenkt von 0,0245°C/W im Falle einer herkömmlichen Wärmesenke auf 0,0201°C/W. Dies bedeutet eine Verbesserung von 18%.
Im übrigen wird durch die Vergrößerung der Anzahl von Stufen oder Reihen der Kühlrohre in parallel-versetzter Anordnung gemäß Beispiel 3 die zulässige obere Grenze des Verhältnisses P₁/D₀ im Vergleich zu den Beispielen 1 und 2 erhöht.
Bei der Ausführung gemäß Fig. 6 und Beispiel 3 liegt das Verhältnis P₁/D₀ vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 1,25, wenn ein optimaler thermischer Widerstand erzielt werden soll.
Im übrigen können der Block, die Art des Materials und die Abmessungen der einzelnen Teile entsprechend der Wärmeleistung des Thyristors ausgewählt werden. Die Kühlrohre müssen nicht notwendig Kupfer/Wasser-Rohre sein, sondern es kann sich um Rohre aus verschiedenen Materialien und mit verschiedenen Kühlflüssigkeiten handeln. Die Größe und Form der Rohre kann ebenfalls nach den Bedürfnissen bestimmt werden.
Die erfindungsgemäße Wärmesenke weist eine erhebliche Wärmeabstrahlung auf, da der thermische Widerstand im Bereich der Rippen durch die Erzeugung von Turbulenzen im Luftstrom um die Rippen herum und damit der thermische Gesamtwiderstand verringert werden.

Claims (6)

1. Wärmeableiter für Halbleiterbausteine, mit mehreren in einer Luftströmung zur Unterstützung der Wärmeabfuhr angeordneten Kühlrohren (2), die rechtwinklig zur Strömungsrichtung ausgerichtet und in parallel zur Strömungsrichtung verlaufenden Reihen angeordnet sind, einem den Halbleiterbaustein (a) aufnehmenden Block (1), in den die wärmeaufnehmenden Bereiche der Kühlrohre (2) eingebettet sind, während die wärmeabgebenden Bereiche der Kühlrohre von dem Block abstehen, und mit einer Vielzahl von quer zu den wärmeabgebenden Berichen der Kühlrohre orientierten und an diesen befestigten Kühlrippen (5), dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre zwei parallele Reihen bilden und senkrecht zur Strömungsrichtung und zur Längsachse der Kühlrohre gesehen derart auf Lücke angeordnet sind, daß die folgenden Beziehungen erfüllt sind: 0,5 P₁/D₀ 0,751,5 P₂/D₀ 2,0wobei D₀ der Außendurchmesser der wärmeabgebenden Bereiche der Kühlrohre (2) ist,
P₁ der Mittenabstand der beiden parallelen Reihen von Kühlrohren ist und
P₂ der parallel zur Strömungsrichtung gemessene Mittenabstand zwischen einem Kühlrohr der einen Reihe und dem nächsten Kühlrohr der benachbarten Reihe ist.
2. Wärmeableiter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre (2) wenigstens drei parallele Reihen bilden und senkrecht zur Strömungsrichtung und zur Längsachse der Kühlrohre gesehen derart auf Lücke angeordnet sind, daß die folgenden Beziehungen erfüllt sind: 0,5 P₁/D₀ 1,251,5 P₂/D₀ 2,0wobei D₀ der Außendurchmesser der wärmeabgebenden Bereiche der Kühlrohre (2) ist,
P₁ der Mittenabstand zwischen den in Strömungsrichtungverlaufenden Reihen von Kühlrohren ist und
P₂ der in Strömungsrichtung gemessene Mittenabstand zwischen einem Kühlrohr einer Reihe und dem nächsten Kühlrohr der benachbarten Reihe ist.
3. Wärmeableiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Kühlrohre (2) in dem wärmeaufnehmenden Bereich (3) innerhalb des Blockes (1) größer ist als im wärmeabgebenden Bereich (4) außerhalb des Blockes.
4. Wärmeableiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis P₁/D₀ gleich 0,50 und das Verhältnis P₂/D₀ gleich 1,57 ist.
5. Wärmeableiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis P₁/D₀ gleich 0,63 und das Verhältnis P₂/D₀ gleich 1,97 ist.
6. Wärmeableiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis P₁/D₀ gleich 0,98 und das verhältnis P₂/D₀ gleich 1,72 ist.
DE19843433213 1983-09-09 1984-09-10 Kuehlrohr-waermeableiter fuer halbleitervorrichtungen Granted DE3433213A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58166253A JPS6057956A (ja) 1983-09-09 1983-09-09 半導体用ヒ−トパイプ放熱器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3433213A1 DE3433213A1 (de) 1985-03-28
DE3433213C2 true DE3433213C2 (de) 1990-04-12

Family

ID=15827951

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19843433213 Granted DE3433213A1 (de) 1983-09-09 1984-09-10 Kuehlrohr-waermeableiter fuer halbleitervorrichtungen

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4675783A (de)
JP (1) JPS6057956A (de)
DE (1) DE3433213A1 (de)
GB (1) GB2148594B (de)

Families Citing this family (54)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6258289A (ja) * 1985-09-09 1987-03-13 鈴木　正夫 高度技術集積都市のイメ−ジ模型
US4912548A (en) * 1987-01-28 1990-03-27 National Semiconductor Corporation Use of a heat pipe integrated with the IC package for improving thermal performance
US4982274A (en) * 1988-12-14 1991-01-01 The Furukawa Electric Co., Ltd. Heat pipe type cooling apparatus for semiconductor
DE69023925T2 (de) * 1989-02-06 1996-05-23 Furukawa Electric Co Ltd Herstellungsverfahren einer halbleiter-kühlanordnung vom wärmerohr-typ.
DE8915913U1 (de) * 1989-02-25 1992-02-13 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Anordnung zur Kühlung von Leistungshalbleitern über Wärmerohre
US5283464A (en) * 1989-06-08 1994-02-01 The Furukawa Electric Co., Ltd. Electrically insulated heat pipe type cooling apparatus for semiconductor
WO1991010346A1 (en) * 1989-12-28 1991-07-11 Alcatel N.V. Cooling system
ES2065606T3 (es) * 1991-02-25 1995-02-16 Bell Telephone Mfg Sistema de refrigeracion.
US5233160A (en) * 1992-06-22 1993-08-03 The Lincoln Electric Company Cored electrode with fume reduction
US5365036A (en) * 1992-06-22 1994-11-15 The Lincoln Electric Company Flux cored gas shielded electrode
US5699853A (en) * 1996-08-30 1997-12-23 International Business Machines Corporation Combined heat sink and sink plate
US5815371A (en) * 1996-09-26 1998-09-29 Dell U.S.A., L.P. Multi-function heat dissipator
US5828549A (en) * 1996-10-08 1998-10-27 Dell U.S.A., L.P. Combination heat sink and air duct for cooling processors with a series air flow
US5901040A (en) * 1997-07-30 1999-05-04 Hewlett-Packard Company Heat sink and Faraday Cage assembly for a semiconductor module and a power converter
US6191945B1 (en) 1997-07-30 2001-02-20 Hewlett-Packard Company Cold plate arrangement for cooling processor and companion voltage regulator
FR2773941B1 (fr) * 1998-01-19 2000-04-21 Ferraz Echangeur di-phasique pour au moins un composant electronique de puissance
US6084178A (en) * 1998-02-27 2000-07-04 Hewlett-Packard Company Perimeter clamp for mounting and aligning a semiconductor component as part of a field replaceable unit (FRU)
US6122167A (en) * 1998-06-02 2000-09-19 Dell Usa, L.P. Integrated hybrid cooling with EMI shielding for a portable computer
US7147045B2 (en) * 1998-06-08 2006-12-12 Thermotek, Inc. Toroidal low-profile extrusion cooling system and method thereof
US6935409B1 (en) * 1998-06-08 2005-08-30 Thermotek, Inc. Cooling apparatus having low profile extrusion
US6084772A (en) * 1998-09-03 2000-07-04 Nortel Networks Corporation Electronics enclosure for power electronics with passive thermal management
US6125035A (en) * 1998-10-13 2000-09-26 Dell Usa, L.P. Heat sink assembly with rotating heat pipe
US5926370A (en) * 1998-10-29 1999-07-20 Hewlett-Packard Company Method and apparatus for a modular integrated apparatus for multi-function components
US6061235A (en) * 1998-11-18 2000-05-09 Hewlett-Packard Company Method and apparatus for a modular integrated apparatus for heat dissipation, processor integration, electrical interface, and electromagnetic interference management
US6198630B1 (en) * 1999-01-20 2001-03-06 Hewlett-Packard Company Method and apparatus for electrical and mechanical attachment, and electromagnetic interference and thermal management of high speed, high density VLSI modules
US7305843B2 (en) * 1999-06-08 2007-12-11 Thermotek, Inc. Heat pipe connection system and method
US6981322B2 (en) 1999-06-08 2006-01-03 Thermotek, Inc. Cooling apparatus having low profile extrusion and method of manufacture therefor
US6352104B1 (en) 1999-10-19 2002-03-05 International Business Machines Corporation Heat sink with enhanced heat spreading and compliant interface for better heat transfer
JP3563038B2 (ja) * 2001-03-05 2004-09-08 東芝トランスポートエンジニアリング株式会社 電力変換装置
US6595270B2 (en) * 2001-06-29 2003-07-22 Intel Corporation Using micro heat pipes as heat exchanger unit for notebook applications
US7134486B2 (en) * 2001-09-28 2006-11-14 The Board Of Trustees Of The Leeland Stanford Junior University Control of electrolysis gases in electroosmotic pump systems
US6942018B2 (en) 2001-09-28 2005-09-13 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Electroosmotic microchannel cooling system
US7198096B2 (en) * 2002-11-26 2007-04-03 Thermotek, Inc. Stacked low profile cooling system and method for making same
US9113577B2 (en) 2001-11-27 2015-08-18 Thermotek, Inc. Method and system for automotive battery cooling
US7857037B2 (en) 2001-11-27 2010-12-28 Thermotek, Inc. Geometrically reoriented low-profile phase plane heat pipes
US6606251B1 (en) 2002-02-07 2003-08-12 Cooligy Inc. Power conditioning module
US6785140B2 (en) 2002-08-28 2004-08-31 Dell Products L.P. Multiple heat pipe heat sink
US7090001B2 (en) * 2003-01-31 2006-08-15 Cooligy, Inc. Optimized multiple heat pipe blocks for electronics cooling
CN100356557C (zh) * 2003-09-05 2007-12-19 良维科技股份有限公司 加热除气式的导热管制法
US7616444B2 (en) 2004-06-04 2009-11-10 Cooligy Inc. Gimballed attachment for multiple heat exchangers
GB0501163D0 (en) * 2005-01-20 2005-03-02 Lamb Leo An improved radiator
US7913719B2 (en) * 2006-01-30 2011-03-29 Cooligy Inc. Tape-wrapped multilayer tubing and methods for making the same
DE112007000768T5 (de) 2006-03-30 2009-02-12 Cooligy, Inc., Mountain View Integriertes Modul für die Flüssigkeits-Luft-Leitung
US20090195066A1 (en) * 2006-06-23 2009-08-06 Mitsubishi Electric Corporation Power converter
DE102007010357A1 (de) * 2007-03-03 2008-09-04 Jungheinrich Aktiengesellschaft Antriebseinheit insbesondere für Flurförderzeug
US20090225514A1 (en) 2008-03-10 2009-09-10 Adrian Correa Device and methodology for the removal of heat from an equipment rack by means of heat exchangers mounted to a door
US9297571B1 (en) 2008-03-10 2016-03-29 Liebert Corporation Device and methodology for the removal of heat from an equipment rack by means of heat exchangers mounted to a door
US8254422B2 (en) 2008-08-05 2012-08-28 Cooligy Inc. Microheat exchanger for laser diode cooling
US9170057B2 (en) * 2011-02-16 2015-10-27 Thermal Resource Technologies, Inc. Evacuated tubes for solar thermal energy collection
CN103167780B (zh) * 2011-12-16 2016-06-08 台达电子企业管理（上海）有限公司 功率模块用复合式散热器组件
FR2995877B1 (fr) * 2012-09-21 2014-10-24 Thales Sa Structure meca-thermique adaptee pour un environnement spatial
CN203934263U (zh) * 2014-07-04 2014-11-05 讯凯国际股份有限公司 具有毛细构件的散热装置
US10453592B1 (en) * 2018-05-07 2019-10-22 Microsoft Technology Licensing Llc Reducing losses in superconducting cables
CN114871538B (zh) * 2022-06-20 2024-01-30 上海亘满科技有限公司 镁氨热管焊接方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB767085A (en) * 1950-10-06 1957-01-30 Andre Huet Improvements in heat exchangers
GB835160A (en) * 1957-10-21 1960-05-18 Roland Lee Lincoln Heat exchanger
DE2902771A1 (de) * 1978-07-21 1980-01-31 Bbc Brown Boveri & Cie Kuehlvorrichtung fuer halbleiterbauelemente
EP0054539A2 (de) * 1980-02-29 1982-06-23 Fujitsu Limited Integriertes Halbleiterbauelement mit Wärmesenke

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3656035A (en) * 1971-05-04 1972-04-11 Gen Electric Heat pipe cooled capacitor
DE2341097A1 (de) * 1973-08-14 1975-02-27 Siemens Ag Kuehlanordnung fuer flache halbleiterbauelemente, insbesondere fuer scheibenzellen-thyristoren
US3951470A (en) * 1973-08-23 1976-04-20 Bralorne Resources Limited Drill steel idler guide
SE440274B (sv) * 1977-01-31 1985-07-22 Furukawa Electric Co Ltd Cylindrisk vermevexlare
GB1602719A (en) * 1978-05-30 1981-11-18 Curwen & Newberry Ltd Sealing constructions for finned heat pipes
JPS56989A (en) * 1979-06-19 1981-01-08 Kobe Steel Ltd Thermosiphon-type heat exchanger
JPS56112947U (de) * 1980-01-31 1981-08-31
JPS56112947A (en) * 1980-02-08 1981-09-05 Japan Synthetic Rubber Co Ltd Rubber composition
JPS5825411B2 (ja) * 1980-12-27 1983-05-27 株式会社フジクラ 釣り紐の製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB767085A (en) * 1950-10-06 1957-01-30 Andre Huet Improvements in heat exchangers
GB835160A (en) * 1957-10-21 1960-05-18 Roland Lee Lincoln Heat exchanger
DE2902771A1 (de) * 1978-07-21 1980-01-31 Bbc Brown Boveri & Cie Kuehlvorrichtung fuer halbleiterbauelemente
EP0054539A2 (de) * 1980-02-29 1982-06-23 Fujitsu Limited Integriertes Halbleiterbauelement mit Wärmesenke

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"IBM TDB", Vol. 24, No. 3, 1981, S. 1668/1669 *
"IBM TDB", Vol. 6, No. 2, 1963, S. 1 *

Also Published As

Publication number Publication date
GB2148594A (en) 1985-05-30
DE3433213A1 (de) 1985-03-28
JPS6057956A (ja) 1985-04-03
GB2148594B (en) 1987-09-30
GB8422702D0 (en) 1984-10-10
US4675783A (en) 1987-06-23
JPS6361780B2 (de) 1988-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3433213C2 (de)
DE69031047T2 (de) Verdampfer für Kühler in Kraftwagen
DE68912636T2 (de) Wärmeaustauscherkern.
DE864560C (de) Waermeaustauschvorrichtung
DE3331268C2 (de) Konvektionsheizkörper
DE3020424C2 (de) Wärmetauscher
DE4131739C2 (de) Kühleinrichtung für elektrische Bauelemente
DE19519633C2 (de) Ladeluftkühler
DE3305471C2 (de) Wärmetauscher mit einem Fliessbett
DE2305056A1 (de) Rippenrohr-waermeaustauscher
EP0658934B1 (de) Kühlkörper
DE2450093A1 (de) Waermetauscher
DE102021105437A1 (de) Mehrkanal-wasserkühlungsradiator mit hohem wirkungsgrad
DE2318462A1 (de) Waermeaustauscher
DE4421025C2 (de) Kühlkörper mit mindestens einem Kühlkanal
DE2313117B2 (de) Thermoelektrische einrichtung mit heizrohren als waermeaustauscher
DE19651625A1 (de) Wärmeübertrager
DE3212727C2 (de) Wärmeaustauscher
DE3713813A1 (de) Waermeuebertragungsrippe
DE68923778T2 (de) Halbleitermodul.
DE10007763A1 (de) Brennstoffzellenanordnung
DE19606972A1 (de) Kühlkörper zum Kühlen von Leistungsbauelementen
DE3783571T2 (de) Waermeaustauscher und verfahren zum herstellen desselben.
EP0004333A2 (de) Verfahren zur Kühlung elektrischer Bauelemente mittels Gas und Kühlkörper
EP2213972A1 (de) Kühleinrichtung mit einem Rippenkühlkörper

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee