KR101269805B1 - 반도체소자 특히 광전자 반도체소자를 냉각하는 냉각장치 - Google Patents

반도체소자 특히 광전자 반도체소자를 냉각하는 냉각장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 부분영역에서 제 1층, 제 2층, 및 방열을 위한 장치(4)를 포함하는 반도체소자(1), 특히, 광전자 반도체소자를 냉각하는 냉각장치에 관한 것으로, 상기 제1 층 및 제2 층은 편평하게 서로 겹쳐서 배치되고, 적어도 부분영역에서 상기 층들 중의 하나의 층은, 상기 방열을 위한 장치(4)를 수용하기 위해서 형성된 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
광학반도체소자, 열 사이펀, 히트 파이프, 서멀 베이스, 방열채널

Description

반도체소자 특히 광전자 반도체소자를 냉각하는 냉각장치{Cooling device for cooling a semiconductor component, in particular, an optoelectronic semiconductor component}
본 발명은 열을 운반하기 위해서 액체 및 가스 형태의 매체를 사용할 때 반도체소자, 특히, 광학반도체소자를 냉각하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 모든 종류의 반도체소자의 성능이 향상됨에 따라, 방열(waste heat)이 그에 따라 증가하는 것이 주요 문제점 중의 하나이다. 반도체소자를 과열하는 것은 피해야 하는데, 이는, 과열이 주로 기능을 약화시키고 심한 과열시 상기 반도체소자도 파괴될 수 있기 때문이다.
전기적 반도체소자에 대한 다양한 냉각기술의 적용이 이미 알려져 있다. 미국 특허명세서 US 6,252,726 B1으로부터, 광학소자에서 방출되는 열을 운반하기 위한 소위 히트파이프(heat pipe)의 사용이 개시되어 있다.
특허명세서 US 2003/0151896 A1에는, 특별히 배열된 반도체소자의 과잉 열 에너지를 주변 공기쪽으로 방출하기 위한 열 사이펀(thermosiphon)의 적용이 언급되어 있다. 이때, 열 전도체 및 응축영역과 같은 다양한 부분들을 갖는 냉각장치가 추가적으로 구성된다.
상대적으로 큰 출력을 갖는 발광 다이오드(LED), 레이저 또는 LED 필드 장치 내지 레이저 필드 장치와 같은 광전자 반도체소자의 적용은 일상사용에서 의미가 커진다. 광전자 반도체소자는 종래기술에 따른, 자동차 구조, 전자오락기구에서의 공간조명의 발광체에 사용되거나 레이저 광의 효율적인 광원으로 사용된다. 손실출력에 의하여 발생되는 열을 보다 잘 방출하기 위해서, 지금까지, 광전자 반도체소자는 금속 격자, 전기코드로 알루미늄 또는 금속 코어 플레이트 위에 설치되었다. 비용의 이유로, 일반적인 활성(active) 냉각시스템은 사용되지 않는다.
출력에 따라서, 빛의 흐름 및 소자의 조명밀도에 대한 요구가, 종래기술에 따른 냉각이 히트 싱크(heat sink)에 의하여 더 이상 충분하지 않을 만큼 증가되었다.
열 전도(히트 파이프, 열 사이펀) 및 응축기를 구비한, 종래기술에 따른 개별적인 냉각장치가 실현됨으로써, 그 공간요구에 의하여 물론 광전자 반도체소자의 사용가능성이 약화된다. 상기 냉각장치의 추가적인 부분은 공간을 필요로 하고, 추가적인 중량을 유발하며, 형태의 자유를 제한하고, 높은 비용과 연관되어 있다. 이러한 사실은 광전자 반도체소자의 상대적으로 폭넓은 상업적 적용을 제한하는 요소를 나타낸다.
본 발명의 목적은 간단하게 가변적으로 사용가능하거나 다중으로 통합될 수 있는 냉각장치를 제공하는 데에 있다. 특히, 냉각시스템의 구성요소들은 반도체소자, 특히, 광전자 반도체소자와 함께 기능적으로 통합되어야 한다. 여기서, 바람직하게는, 또 다른 기능을 추가적으로 충족시킬 수 있는 냉각시스템의 구성요소들은 반도체소자와 함께 통합될 수 있다.
상기 목적은 특허청구범위 제1항에 따른 특징들을 갖는 냉각장치에 의하여 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항들의 주제이다.
이러한 냉각장치는 반도체소자, 특히, 광전자 반도체소자를 냉각하기 위해서 형성되며, 적어도 하나 또는 다수의 부분영역에서 제1 층 및 제2 층, 및 방열을 위한 장치를 포함하며, 상기 제1 층 및 제2 층은 편평하게 서로 겹쳐서 배치되고, 적어도 부분영역에서 상기 층들 중의 하나의 층은, 상기 방열을 위한 장치를 수용하기 위해서 형성된 구조를 포함한다.
여기서, 통합형 방열채널을 구비한 이중벽 구조의 층 체계의 사용은 특히 바람직하다. 층 체계는 구조화되고 구조화되지 않은 층들로부터 결합될 수 있다. 상기 층 체계는 열 전도체(히트 파이프) 또는 열 사이펀(thermosiphon) 또는 통합형 다공성 고체와 연관하여 서말 베이스(thermal base) 또는 응축영역으로 사용될 수 있다. 동시에, 개별적인 층들만이 또는 또 다른 기능과 연관하여, 예를 들어, 차량 차체부, 전등 갓, 스탠드 발(stand foot), 스탠드(stand), 장치 하우징, 반사경, 광전소자 또는 지지부로도 실현될 수 있다.
이러한 기능적인 이중 개념은 다수의 장점을 갖는다. 즉, 추가적인 부분의 사용은 감소되거나 방지된다. 이는, 상기 냉각장치가, 하나 또는 다수의 반사경 또는 하우징에 통합될 수 있는 냉각할, 반도체소자를 포함하는 반도체장치의 하나 또는 다수의 부분들에 통합될 수 있기 때문이며, 여기서, 상기 부분들은 상기 반도체 장치에서 여하간 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 중량은 이에 따라 감소되거나 발생하지 않을 수 있다. 냉각장치 및 광전자 반도체소자의 사용가능성이 증가되는데, 이는 상대적으로 큰 출력 처리율(throughput)이 상대적으로 작은 공간에서 간소화되어 실현되기 때문이다.
본 발명의 바람직한 실시예는 냉각을 위해서 열 사이펀의 통합을 제공한다. 열 사이펀에서, 냉각액체의 응축물은 중력에 의하여 응축영역으로부터 증발부로 운반된다. 따라서, 열원 또는 적어도 증발부는, 지구의 중심점에 관한 액체거울의 작동상태에서 냉각할 대상의 상부에 위치하도록 상기 응축영역의 하부에 위치해야한다. 본 발명에 따른 서로 다른 실시예들에서, 상기 응축영역, 상기 증발부, 상기 연결하는 방열채널 또는 이러한 장치들의 단지 부분들도 하나 또는 다수의 이중벽 층 체계 안으로 통합될 수 있다. 특별한 경우, 상기 전체 열 사이펀도 이중벽 층 체계 안에 포함될 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예가 히트 파이프의 통합에 의하여 특징지워진다. 이러한 열 전도체에서, 액체 또는 가스 형태의 매체가 열 운반을 위해서 사용된다. 열 사이펀 및 히트 파이프의 열 전도 효율성은 위상전환으로 인해, 최선의 고체 열 전도체에 대해서 4000 내지 7000W/m*K의 열 전도값을 갖는 것이 중요하다. 비교하자면, 다이아몬드의 열 전도값은 단지 1000 내지 2000W/m*K이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는, 상기 장치가 상기 광전자 반도체소자의 열을 양호한 열 전위를 갖는 위치로 효율적으로 방출하는 데에 사용되는 히트 파이프를 포함하는 경우에 적용된다. 열 에너지를 수용할 때 자체의 고유온도가 단지 천천히 또는 적게 변하는 장치가 양호한 열 전위이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는, 상기 장치가 상기 광전자 반도체소자의 열을 양호한 열 전위를 갖는 위치로 효율적으로 방출하는 데에 사용되는 열 사이펀을 포함하는 경우에 적용된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는, 상기 장치가 서멀 베이스를 포함하는 경우에 적용된다. 서멀 베이스는 작동방식이 열 사이펀과 유사한 냉각장치이다. 상기 서멀 베이스는 물론 추가적으로 다공성 충진재를 포함하고, 그 모세관 효과는 상기 중력과 무관한 액체 운반을 가능케 한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는, 상기 장치가 응축영역을 포함하는 경우에 적용된다. 상기 응축영역에는 증발된 냉각액체를 응축할 수 있으므로, 사전에 수용된 열 에너지의 대부분이 예를 들어, 외부 열 저장탱크로 방출될 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는, 상기 장치가 부분적으로 또는 완전히 상기 광전자 반도체소자를 포함하는 하우징 또는 하우징부에 통합되는 경우에 적용된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는, 상기 광전자 반도체소자를 상기 장치의 층들 위에 직접 설치할 때 효율적인 방열이 보장되므로 상기 층들의 부분영역을 마운트 플레이트로 형성하는 경우에 적용된다. 또한, 상기 층들의 부분영역은 상기 광전자 반도체소자를 포함하는 장치의 또 다른 구성요소를 위한 마운트 플레이트로도 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는, 하나 또는 다수의 냉각액체의 방열채널이 일측면으로 또는 이중측면으로 상기 층들에 통합되는 경우에 적용된다. 특히, 일측면 통합시, 채널을 구비하지 않은 편평한 층의 일측면이, 예를 들어, 상기 반도체소자를 위한 설치면으로 구비될 수 있다. 이중측면 통합시, 간단한 방식으로 대칭적이거나 상대적으로 큰 횡단면, 특히, 상기 방열채널의 상대적으로 큰 횡단면을 실현할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는, 상기 냉각장치가 응축영역을 포함하고 이러한 응축영역이 횡단면의 적어도 하나 또는 다수의 부분영역들 안에서 곡류(meander) 무늬 형태의 구조를 구비하는 경우에 적용된다. 이와 상관없이, 상기 응축영역에 인접하는, 상기 하우징의 부분영역도 특히 양호한 열 전위(thermopotential)로 기능하기 위해서 이러한 구조를 구비할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는, 상기 냉각장치의, 상기 냉각할 광전자 반도체소자가 LED 어레이이거나 다수의 광학반도체(opto-semiconductor) 칩을 포함하는 경우에 적용된다. 그러나, 상기 광전자 반도체는 반도체 레이저 또는 개별적인 종래기술에 따르거나 유기 LED를 포함할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는, 하나 또는 다수의 방열채널이 하나 또는 다수의 깊은 그루브(groove)에 의하여 하나 또는 두 개의 층 안에서 실현되는 경우에 적용된다. 그루브를 깊게 형성함으로써, 특히, 하나 또는 다수의 금속층에서 간단하고 비용이 저렴한 제조방법을 실현할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는, 다공성 고체물질이 상기 장치의 하나 또는 다수의 방열채널에 삽입되는 경우에 적용된다. 이에 따라, 서멀 베이스의 구조가 실현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는, 상기 장치 안에서의 냉각액체로서 물, 유기용매, 에탄올, 트리에틸렌글리콜, 불화탄화수소 또는 염화탄화수소, 특히, 불화탄소, 염화탄소 또는 프레온(Freon)과 같은 염화불화탄소로 이루어진 그룹의 하나의 또는 다수의, 특히, 서로 다른 원소 또는 그 조합이 사용되는 경우에 적용된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는, 상기 방열을 위한 장치가 상기 방열채널을 형성할 수 있는 다수의 그루브를 포함하는 경우에 적용된다. 이러한 그루브는 예를 들어, 평행하게 배치되거나 물고기 뼈와 유사한 패턴으로 배치될 수 있다. 물론, 또 다른 실시예는 또 다른 적합한 기하학적 패턴을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 하나 또는 다수의 층들 또는 상기 층들은 금속, 복수의 금속, 금속 합금 또는 복수의 금속 합금, 플라스틱 또는 복수의 플라스틱 또는 세라믹 또는 복수의 세라믹을 포함한다. 마찬가지로, 두 개의 층들은 서로 다른 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는, 지구의 중심점에서 볼 때, 작동상태에 있는 냉각장치의 액체거울이 상기 광전자 반도체소자의 배치의 상부, 특히, 상기 반도체 소자 상부에 위치하는 경우에 적용된다. 이에 따라, 응축물은 중력구동되어 상기 냉각할 반도체소자로 돌아가 흐르므로 다시 방열(heat dissipation)에 사용될 수 있다. 따라서, 열 사이펀이 실현된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는, 상기 냉각장치의 하나 또는 다수의 부분이 상기 광전자 반도체소자를 포함하는 장치의 구성요소에 통합되는 경우에 적용된다. 광전자 반도체소자의 다중 적용가능성으로 인해, 예를 들어, 프로젝터의 하우징, 램프의 하우징, 서치라이트의 하우징, 및 흙받이, 보네트, 도어 또는 지붕부재와 같은 차량 차체부가 언급될 수 있다. 상기 냉각장치가 반사경, 필터 또는 발광수단과 같은 상기 반도체소자의 광학부재에 통합될 수도 있다. 또한, 스탠드(stand) 또는 스탠드 발(stand foot)과 같은 발광장치의 지지부재에 본 발명에 따른 장치가 통합될 수 있다. 기본적으로, 상기 냉각장치는 광학반도체를 포함하는 장치의 구성요소들의 편평하거나 굽어진 모든 면에 통합될 수 있다.
반사경은 바람직하게는, 반도체소자에서 발생한 방사선을 반사하는 데에 적합하거나 형성된 적어도 하나의 굽어진 면을 포함한다. 상기 반사경을 사용하여, 상기 반도체소자에서 발생한 방사선이 반사될 수 있는데, 특히, 소정의 방향으로 편향될 수 있다. 바람직하게는, 상기 냉각장치는 적어도 부분적으로 상기 반사경또는 상기 반사경을 포함하는 장치의 편평한 (부분)평면에 통합된다. 편평한 면은 상기 반도체소자를 설치하는 데에 적합하며, 굽어진 면은 방사선 편향에 특히 적합하다. 특히 바람직하게는, 상기 냉각장치는 서치라이트의 반사경에 통합된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는, 상기 사용된 냉각액체가, 상기 광전자 반도체의 작동점 온도의 영역에 있는 비등점을 갖는 경우에 적용된다. 이에 따라, 상기 냉각장치의 적합한 치수에서 거의 일정한 온도가 상기 작동점으로 유지될 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는, 하나 또는 다수의 층들이 딥 드로잉(deep-drawing), 절단(cutting), 사출성형(injection molding), 벤딩(bending), 몰딩(molding), 스탬핑(stamping), 식각(etching) 또는 또 다른 소성변형(plastic deformation) 방법에 의하여 구성되는 경우에 적용된다. 특히, 영역별로, 고압을 연결된 층들에 적용함으로써, 그루브 또는 방열채널을 상기 이중벽 구성 내부에 형성할 수 있다. 이를 위해, 예를 들어, 롤러 본딩 또는 Z 본딩방법을 사용하여 이중벽 구성 내부에 채널을 형성하는 것을 언급할 수 있다.
하나 또는 다수 채널의 상기 횡단면, 특히, 상기 횡단면 면은 열 운반매체의 종류 및/또는 그 양에 적합화될 수 있을 뿐만 아니라 원하는 열운반 성능에도 적합화될 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는, 상기 냉각장치의 하나 또는 다수의 층들이 완전히 또는 부분적으로 또 다른 물질로 코팅되는 경우에 적용된다. 상기 냉각장치가 부분적이거나 완전히 발광장치의 서로 다른 구성요소에 통합될 수 있으므로, 대부분의 경우 추가적인 코팅이 바람직하다. 예를 들어, 상기 냉각장치는 반사경에 통합될 수 있고 상기 반사경의 표면은 보다 적합한 반사도를 가지며 바람직하게는 반사도가 상승하게 작용하는 추가적인 반사층을 구비할 수 있다. 외부면 안에 통합형 냉각장치를 포함하는 조명장치에서, 미관상 이유로 바람직하게는, 채색층 또는 라커층이 배치될 수 있다.
상기 냉각장치의 구성요소의 기능에 따라서, 접착층, 발광수단코팅, 반사 오염방지, 자기세정, 전기적 및/또는 열적 도전코팅이 바람직할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는, 상기 냉각장치의 층이 적어도 하나 또는 다수의 부분영역에서 연결되는 경우에 적용된다. 이러한 부분영역에 상기 반도체 소자를 냉각하기 위한 장치가 통합될 수 있다. 이와는 달리, 연결되지 않은 상기 층의 부분영역이 구성에 적합하게 마찬가지로 바람직할 수 있다. 따라서, 상기 층들도 모든 영역에서 편평하게 서로 겹쳐서 배치되어서는 안된다. 이에 따라, 하나 또는 다수의 방열채널을 실질적으로 밀폐되도록 형성하는 것은 바람직하게는 어렵지 않아야 한다. 연결을 위한 기술로서, 현재 모든 연결기술, 예를 들어, 접착연결, 용접결합, 누설연결, 고정연결, 납땜연결, 및 열상승연결이 언급될 수 있다. 용접연결은 확산용접연결로 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는, 상기 연결된 층들이 상기 냉각액체 및 이의 가스를 적어도 하나 또는 다수의 부분영역으로 밀폐되도록 환류시키는 경우에 적용된다. 이에 따라, 상기 냉각공정은 회로보다 간단하게 형성될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 냉각장치는 적어도 부분적으로 하나의 정보재생장치에 통합될 수 있다. 이는, 상기 정보재생장치가 표시장치, 예를 들어, 이미지재생장치를 포함하는 경우에 특히 바람직한데, 이는, 거기서 조명의 경우, 대량의 폐열이 발생할 수 있기 때문이다.
프로젝션 장치, 특히, 후방 프로젝션 장치(TV)는 바람직하게는, 본 발명에 따른 하나 또는 다수의 냉각장치를 구비할 수 있다. 거기서, 본 발명에 따른 냉각장치가 적어도 부분적으로 상기 프로젝션 장치 안에 통합되기 위해서, 특별한 프레임, 마운트 플레이트 형태, 편향거울, 및 거울고정부가 적합하다.
도 1은 두 개의 구조화된 단계를 갖는 냉각장치의 구성원리를 나타낸다.
도 2는 구조화되거나 구조화되지 않은 층을 갖는 냉각장치의 구성원리를 나타낸다.
도 3은 통합형 냉각장치를 갖는 하우징 형태의 예를 도시한다.
도 4는 통합형 냉각장치를 갖는 하우징 형태의 예를 도시한다.
도 5는 반사경에 통합된 냉각장치를 갖는 발광장치의 사시도(도 5a) 및 횡단면도(도 5b)이다.
도 6은 반사경에 통합된 냉각장치를 갖는 발광장치의 횡단면도이다.
이하, 본 발명은 도 1 내지 도 6을 참조로 하여 바람직한 실시예들이 보다 상세히 설명될 것이다. 도면은 단지 개략적으거나 사시적이며 정확한 축척으로 표시되지 않았다.
도 1은 통합형 방열채널을 구비한 냉각장치의 바람직한 실시예를 간단히 도시하고 있다. 여기서, 삽입된 그루브를 갖는 두 개의 구조화된 층들(2, 2')이 서로 설치되어 개방된 측면을 갖는 상기 두 개의 그루브들이 서로 적합하게 위치하므로, 방열을 위한 장치(4)를 수용하는 데에 적합한 방열채널을 형성한다. 바람직한 본 실시예에서, 상기 그루브의 횡단면은 반원 형태로 형성된다.
그러나, 또 다른 실시예들은 또 다른 횡단면 기하학적 크기로 구현될 수 있는데, 예를 들어, 여기서 삼각형 또는 사각형 형태가 언급될 수 있다. 원리를 간단히 도시하기 위해서, 도 1에는 단지 단일의 방열채널이 도시되어 있다.
그러나, 바람직한 실시예들은 다수의 이러한 방열채널을 포함할 수 있다. 이러한 방열채널은, 서로 다른 기하학적 패턴에 적용함으로써 설치될 수 있다. 물고기 뼈 패턴 및 채널의 평행하고, 주기적인 배치를 고려할 수 있지만, 예를 들어, 상기 장치의 안정성을 지지하는 불규칙적인 배치도 고려할 수 있다.
상기 그루브 또는 리세스(recess)를 삽입하기 위해서, 이러한 거울대칭적으로 서로 적합하게 형성되는 것을 주지할 필요가 있으므로, 상기 각각의 층들(2, 2')을 설치할 때 상기 리세스를 서로 적합하게 배치하고 방열채널을 형성하게 된다. 특별한 실시예에서, 상기 구조의 배치는, 상기 두 개의 층들(2, 2')이 단지 하나의 형태를 부여하는 도구에 의하여 실현되도록 형성될 수 있다. 설치시, 상기 두 개의 층들(2)은 서로 연결되므로, 상기 발생하는 방열채널이 밀폐되도록 연결되고 이중벽 구성이 형성된다. 이때, 상기 연결된 층들은 상기 구성의 벽을 형성한다. 연결을 형성하기 위해서, 일반적인 모든 연결기술, 예를 들어, 하기와 같은 연결기술, 즉, 접착연결, 용접연결, 누설연결, 고정연결, 납땜연결, 및 열상승연결이 언급될 수 있다.
도시되지 않은 실시예에서, 상기 방열채널을 밀폐하거나 상기 층들을 연결하기 위해서, 상기 리세스의 위치에서 적어도 부분영역에서 중단되어 실현되는 추가적인 층이 상기 층들(2, 2') 내지 (2, 3) 사이에 삽입될 수 있다. 이러한 추가적인 층은, 상기 방열채널을 밀폐할 수 있도록, 하나 또는 다수의 소성 및/또는 탄성물질로 이루어질 수 있다. 또한, 추가적인 층은 상기 두 개의 외부층들 사이의 연결을 형성하거나 도울 수 있는데, 예를 들어, 상기 층은 양측으로 접착될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른, 방열채널의 리세스가 단지 일측으로 하나의 층 안에 삽입되는 구성원리의 또 다른 실시예를 간단히 도시한다. 이에 따라, 상기 편평한 층(3)은, 예를 들어, 설치면으로 사용될 수 있다. 또 다른 실시예들은 도 1 및 도 2에 도시된 혼합형태일 수도 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 따른 방열채널들은 서로 섞이거나 서로 평행하게 배치될 수 있다. 도 2에는, 도 1과 유사하게 단지 하나의 개별적인 방열채널이 도시되었다. 도 2의 원리에 따른 다수의 채널을 구비한 또 다른 실시예와 관련하여, 여기서도, 도 1의 설명에 언급된 배치가 실현가능하다. 상기 발생한 방열채널은 개방 및 폐쇄된 냉각시스템이 형성될 수 있는 방열을 위한 장치를 수용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예를 나타낸다. 여기서, 반도체(1), 특히, 광학반도체는 적어도 상기 반도체(1)의 하부에서 도 2의 구성원리에 상응하는 하나의 층(3) 위에 설치된다. 그리고 나서, 잔여 하우징은 도 1 또는 도 2의 구성원리에 상응하게 구성될 수 있다. 상기 반도체 하부의 방열채널은 채널, 실제적으로 하우징과 연통한다. 이러한 연통은 열 사이펀(thermosiphon) 또는 서멀 베이스(thermal base)의 형태로 형성될 수 있다. 층들(2 또는 3)은 상응하는 반대편과 함께 상기 이중벽 하우징 구조(5)를 형성한다.
도 4는 도 3과 유사하게 적어도 부분영역으로 이중벽으로 구현된 하우징 구조를 도시하는데, 여기서, 하우징부(6)는 곡류(meander) 무늬 형태로 구현된다. 본 실시예는 상대적으로 큰 표면을 포함하므로, 이러한 영역에서 방열이 증가된다.
상기 곡류 무늬 형태의 하우징부(6)는 단일 벽 또는 이중벽으로 통합된 냉각장치를 구비하거나 구비하지 않고서 구현될 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 하우징은 예를 들어, LED 프로젝션의 구성으로 적합하다. 상기 광학반도체(1)의 냉각장치는 두 가지 경우에서 기능적으로 상기 하우징 구조에 통합된다.
도 5a)는 반사경(7)으로서 응축영역의 기능적인 실시예를 나타낸다. 상기 방열채널은 본 발명에 따른 반사경(7)의 이중벽 또는 이중층 구성 내부에서 진행한다. 상기 반사경(7)의 내측은 추가적으로 반사강화물질로 코팅되거나, 예를 들어, 알루미늄과 같은 블랭크 금속의 반사도만을 이용할 수 있다.
상기 광학반도체(1) 하부에 설치영역을 실현하는 것은 도 2의 구성원리에 상응한다. 상기 잔여영역은 도 1 및/또는 도 2의 구성원리와 유사하게 구현될 수 있다.
도 5b)는 상기 반도체소자(1)를 통한 단면에서의 도 5a)의 실시예의 횡단면을 나타낸다. 여기서, 상기 반사경 구조는, 중력구동된 응축물 후방안내부를 갖는 열 사이펀 및 다공성 충진물질 및 특히, 중력에 대항한 모세관힘으로 구동된 응축물 후방안내부를 갖는 서멀 베이스로 형성될 수 있는 것이 바람직하다. 상기 반사경의 외측은 추가적으로 냉각 리브(rib)를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 열 사이펀으로서 반사경의 또 다른 실시예의 횡단면을 나타낸다. 상기 반사경(7)의 부분은, 상기 방열채널이 포함된 액체와 함께 열 사이펀을 나타내는 도 1 및 도 2의 원리에 따른 상부영역 안에서 구현된다.
상기 광학반도체(1)는 도 2에 따른 원리에 상응하는 상기 반사경(7)의 영역에 설치된다. 상기 반사경(7)의 하부(8)는 종래기술에 따라 추가적인 기능을 나타내지 않는데, 이는, 중력에 관한 열 사이펀의 열 수용영역 및 증발영역이 이미 열원 하부에 위치하기 때문이다. 여기서, 상기 반사경(7)의 하부(8)는 냉각장치로 사용되지 않으므로, 이중벽 형태를 필요로 하지 않는다.
본 특허출원은 2004년 12월 30일자 독일 특허출원 DE 10 2004 063 558.7의 우선권을 청구하며, 그 전체 개시내용은 본원을 재귀적으로 살펴봄으로써 명백하게 기재되어 있다.
본 발명은 상기 실시예들을 참조로 한 설명부에 의하여 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명은 특허청구범위 또는 실시예들에 명백하지 않게 제공되지 않더라도 각각의 새로운 특징뿐만 아니라, 특허청구범위의 특징들의 각각의 조합을 포함하는 특징들의 각각의 조합을 포함한다.

Claims (23)

  1. 광전자 반도체 소자(1)를 포함하는 장치에 있어서,
    냉각장치가 상기 광전자 반도체 소자를 포함하는 장치에 통합되고,
    상기 냉각장치는 적어도 부분영역에서 제1층, 제2층 및 방열을 위한 장치(4)를 포함하고,
    상기 제1층 및 제2층은 편평하게 서로 겹쳐서 배치되고,
    적어도 부분영역에서 상기 제1층 및 제2층 중 하나의 층은, 상기 방열을 위한 장치(4)를 수용하기 위해서 형성된 구조를 포함하고,
    상기 방열을 위한 장치(4)는 열 운반매체를 포함하는 적어도 하나의 방열채널로 형성되고,
    상기 방열채널은 그루브(groove)에 의하여 상기 제1층 및 제2층 중 적어도 하나의 층에 형성되고,
    상기 제1층 및 제2층 중 하나의 층은 적어도 부분영역에서 상기 광전자 반도체 소자가 장착되는 마운트 플레이트로 형성되고,
    서치라이트 또는 램프의 하우징부에 상기 냉각장치의 적어도 일부가 통합되고,
    상기 냉각장치의 적어도 일부는 상기 광전자 반도체 소자를 위한 반사경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자를 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각장치는 열 사이펀(thermosiphon), 히트 파이프(heat pipe), 서멀 베이스(thermal base), 및 응축영역으로 이루어진 그룹의 적어도 하나의 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자를 포함하는 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    곡류(meander) 무늬 형태의 냉각 리브(rib) 영역을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자를 포함하는 장치.
  8. 삭제
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    냉각되는 반도체소자(1)는 LED 어레이 또는 적어도 하나의 광학반도체(opto-semiconductor) 칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자를 포함하는 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 방열채널은 적어도 부분적으로 다공성 고체로 채워지는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자를 포함하는 장치.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 방열을 위한 장치(4)는, 열 운반매체로서, 물, 유기용매, 에탄올, 트리에틸렌글리콜, 불화탄화수소 및 염화불화탄소로 이루어진 그룹의 하나의 원소 또는 그 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자를 포함하는 장치.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1층 및 제2층은 금속, 금속 합금, 플라스틱, 및 세라믹으로 이루어진 그룹의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자를 포함하는 장치.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1층 및 제2층 중 적어도 하나의 층은 적어도 부분적으로 또 다른 층으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자를 포함하는 장치.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1층 및 제2층은 적어도 부분적으로, 접착, 용접, 누설, 고정, 납땜, 및 열 상승으로 이루어진 그룹의 하나 또는 다수의 연결기술에 연결되는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자를 포함하는 장치.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1층 및 제2층은 적어도 부분영역에서 액체 또는 가스를 밀폐되도록 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자를 포함하는 장치.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉각장치의 적어도 하나의 부분은 정보재생장치의 구성요소 안에 통합되는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자를 포함하는 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 정보재생장치는 이미지 재생을 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자를 포함하는 장치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 정보재생장치는 후방 프로젝션 TV인 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자를 포함하는 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 냉각장치의 적어도 하나의 부분은, 프레임, 마운트 플레이트, 편향거울, 및 상기 후방 프로젝션 TV의 거울고정부로 이루어진 그룹의 구성요소 안에 통합되는 것을 특징으로 하는 광전자 반도체 소자를 포함하는 장치.
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