FI12341U1 - Heat sink - Google Patents
Heat sink Download PDFInfo
- Publication number
- FI12341U1 FI12341U1 FIU20184218U FIU20184218U FI12341U1 FI 12341 U1 FI12341 U1 FI 12341U1 FI U20184218 U FIU20184218 U FI U20184218U FI U20184218 U FIU20184218 U FI U20184218U FI 12341 U1 FI12341 U1 FI 12341U1
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- heat sink
- recess
- cooling plate
- heat
- capillary structure
- Prior art date
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 32
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 5
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000002051 biphasic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the groups H01L21/18 - H01L21/326 or H10D48/04 - H10D48/07
- H01L21/4814—Conductive parts
- H01L21/4871—Bases, plates or heatsinks
-
- 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
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
- H01L23/3672—Foil-like cooling fins or heat sinks
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/20845—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for automotive electronic casings
- H05K7/20854—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
- H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
- H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Description
Jäähdytys levyCooling plate
Keksinnön alaField of the Invention
Keksintö liittyy jäähdytyslevyihin ja erityisesti jäähdytyslevyyn, joka on tarkoitettu yhden tai useamman tehopuolijohteen jäähdyttämiseen.The invention relates to heat sinks, and in particular to a heat sink for cooling one or more power semiconductors.
Keksinnön taustaBackground of the Invention
Tehopuolijohdekomponenttien jäähdyttämiseen käytetään tyypillisesti jäähdytyslevyjä tai vastaavia, joissa tehopuolijohteiden lämpöä siirtävä pinta yhdistetään lämpöä johtavalla tavalla jäähdytyslevyn pintaa vasten. Lämpö siirtyy tehopuolijohdekomponentista jäähdytyslevyyn ja poistetaan siitä edelleen ympäristöön. Jäähdytyslevy voi sisältää piikkejä tai ripoja levyn tehollisen pinta-alan lisäämiseksi, jolloin lämpö siirtyy tehokkaammin ympäröivään ilmaan. Vastaavasti, lämpöä voidaan poistaa jäähdytyslevystä käyttämällä virtaavaa väliainetta, johon lämpöä siirretään jäähdytyslevyssä.Cooling plates or the like are typically used to cool the power semiconductor components, wherein the heat transfer surface of the power semiconductors is thermally bonded against the surface of the heat sink. The heat is transferred from the power semiconductor component to the heat sink and further removed from the environment. The heat sink may include spikes or ribs to increase the effective surface area of the plate so that heat is more effectively transferred to the surrounding air. Similarly, heat can be removed from the heat sink using a fluid to which heat is transferred to the heat sink.
Nykyiset puolijohdekomponentit tuottavat merkittävästi häviöitä, jotka tulee poistaa komponentista tämän lämpötilan pitämiseksi sallitun rajan alapuolella. Tehopuolijohdekomponentit kykenevät kytkemään satojen ampeerien virran jännitteillä, jotka ovat yli tuhat volttia. Lisäksi kyseiset komponentit toimivat suurella kytkentä taajuudella, jolloin tehohäviöt ovat merkittävät.Current semiconductor components produce significant losses which must be removed from the component to maintain this temperature below the allowable limit. Power semiconductor components are capable of switching on hundreds of amps at voltages greater than one thousand volts. In addition, these components operate at high switching frequency, whereby power losses are significant.
Yksittäisten tehopuolijohdekomponenttien lisäksi yleisesti on käytössä tehopuolijohdemoduuleita, joissa on kaksi tai useampia tehopuolijohdekom-ponentteja kytkettynä toisiinsa sisäisesti siten, että näitä moduuleita voidaan käyttää valmiina rakenneosina. Tehopuolijohdemoduulit voivat sisältää esimerkiksi yhden tai useamman valmiin siltakytkennän, joista voidaan muodostaa esimerkiksi vaihtosuuntaajan tehoaste.In addition to individual power semiconductor components, power semiconductor modules having two or more power semiconductor components interconnected internally so that these modules can be used as prefabricated components are commonly used. The power semiconductor modules may include, for example, one or more ready-made bridge connections, for example to convert the power of the inverter.
Tunnetuilla jäähdytysratkaisuilla ei välttämättä pystytä takaamaan sitä, että tehopuolijohteita ja tehopuolijohdemoduuleita voidaan käyttää koko niiden virta- ja jännitealueella ilman lämpötilan liiallista nousua. Toisin sanottuna tehopuolijohteiden sähköisiä ominaisuuksia ei voida hyödyntää täysimääräisesti nykyisillä jäähdytysratkaisuilla.Known cooling solutions may not guarantee that power semiconductors and power semiconductor modules can be used throughout their current and voltage range without excessive temperature rise. In other words, the electrical properties of power semiconductors cannot be fully exploited with current cooling solutions.
Keksinnön lyhyt selostusBrief Description of the Invention
Keksinnön tavoitteena on siten kehittää jäähdytyslevy siten, että yllä mainittu ongelma saadaan ratkaistua. Keksinnön tavoite saavutetaan jäähdytys-levyllä, jolle on tunnusomaista se, mitä sanotaan itsenäisessä suojavaatimuksissa.It is thus an object of the invention to provide a heat sink so that the above problem can be solved. The object of the invention is achieved by a cooling plate, which is characterized by what is stated in the independent claims.
Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten suojavaatimusten kohteena.Preferred embodiments of the invention are the subject of dependent claims.
Keksintö perustuu siihen, että jäähdytyslevyyn on muodostettu yksi tai useampi syvennys, jotka on muodostettu toimimaan höyrykammiona lämmön siirtämiseksi tehokkaasti lämmönlähteestä jäähdytyslevyyn ja parantamaan jääh-dytyslevyn suorituskykyä.The invention is based on forming one or more recesses in the heat sink, which are formed to serve as a steam chamber for efficiently transferring heat from the heat source to the heat sink and improving the performance of the heat sink.
Kun höyrykammio on muodostettu suoraan jäähdytyslevyyn, sen sijaan että siihen asennetaan erillinen höyrykammio esimerkiksi juottamalla, rakenteessa ei ole materiaalien rajapinnoista johtuvia lämpöresistansseja. Näin jäähdytyslevyllä aikaansaatava lämmönsiirtyminen jäähdytyslevyyn ja lämmön-levitys jäähdytyslevyn pohjalevyssä ovat mahdollisimman tehokkaita. Höyry-kammiot on muodostettu suoraan metallilevyyn, ja näiden muotoa ei ole rajattu. Vapaan muotoilun ansiosta jäähdytyksessä voidaan huomioida jäähdytettävän komponentin rakenne muodostamalla höyrykammioita haluttuihin sijainteihin jäähdytyslevyllä.When the steam chamber is formed directly on the heat sink instead of installing a separate steam chamber, for example by soldering, the structure has no thermal resistance due to the interfaces of the materials. In this way, heat transfer to the heat sink by the heat sink and heat application to the heat sink bottom plate are as effective as possible. The steam chambers are formed directly on the metal plate and are not limited in shape. The free design allows cooling to take into account the structure of the component to be cooled by forming steam chambers at desired locations on the heat sink.
Kuvioiden lyhyt selostusBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:The invention will now be further described in connection with preferred embodiments, with reference to the accompanying drawings, in which:
Kuvio 1 esittää poikkileikkausta keksinnön erään suoritusmuodon jäähdytyslevystä; jaFig. 1 is a cross-sectional view of a heat sink of an embodiment of the invention; and
Kuvio 2 esittää esimerkkiä jäähdytyslevystä sekä poikkileikkauksia esimerkin jäähdytyslevystä.Figure 2 shows an example of a heat sink and cross-sections of an example heat sink.
Keksinnön yksityiskohtainen selostusDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Kuviossa 1 on esitetty esimerkki keksinnön suoritusmuodon mukaisen jäähdytyslevyn poikkileikkauksesta. Yleisesti ottaen jäähdytyslevy on muodostettu särmiöstä, joka voi olla suorakulmainen särmiö. Tämä kappale on metallia, edullisesti esimerkiksi alumiinia. Kappaleen yhdellä pinnalla on kuvan 1 esimerkissä jäähdytysrivat 1. Keksinnön mukaisesti jäähdytyslevy käsittää ensimmäisen pinnan 2, joka on sovitettu vastaanottamaan jäähdytettävän komponentin 3. Jäähdytyslevy käsittää lisäksi syvennyksen 4, joka käsittää sisäpinnan 5. Kuviossa 1 on esitetty, että erillisiä syvennyksiä olisi kolme kappaletta. Kuvio 1 leikkaus on kuitenkin tehty kohdasta, jossa on erään suoritusmuodon mukaisia pylväitä tai vastaavia tukirakenteita, joten syvennysten määrä voi olla myös yksi.Figure 1 shows an example of a cross section of a heat sink in accordance with an embodiment of the invention. Generally, the heat sink is formed of a rectangle, which may be a rectangular rectangle. This body is made of metal, preferably aluminum, for example. In accordance with the invention, the cooling plate comprises a first surface 2 adapted to receive a component to be cooled 3. The cooling plate further comprises a recess 4 comprising an inner surface 5. Figure 1 shows that there are three separate recesses. However, the cut in Figure 1 is made at a point having columns or similar support structures according to one embodiment, so that the number of recesses can also be one.
Edelleen, keksinnön mukaisessa jäähdytyslevyssä syvennyksen sisäpinta käsittää kapillaarirakenne on muodostettu syvennyksen sisäpinnalle ja on esitetty kuviossa 1 tummennetuilla syvennyksen reunoilla. Kuviossa 1 on esitetty, kuinka jäähdytyslevy käsittää lisäksi kannen 6, joka on sovitettu sulkemaan hermeettisesti mainitun syvennyksen. Keksinnön jäähdytyslevyssä on lisäksi suljettava aukko nesteen lisäämiseksi jäähdytyslevyn syvennykseen. Syvennykseen voidaan lisätä nestettä silloin, kun syvennys on suljettu mainitulla kannella 6. Edelleen, keksinnön mukaisesti mainittu ensimmäinen pinta 2 on sovitettu muodostumaan ainakin osittain mainitusta kannesta. Toisin sanottuna, jäähdytettävä komponentti on ainakin osittain tarkoitettu asennettavaksi kantta 6 vasten.Further, in the heat sink of the invention, the inner surface of the recess comprises a capillary structure formed on the inner surface of the recess and is shown in Figure 1 with the shaded edges of the recess. Figure 1 illustrates how the cooling plate further comprises a lid 6 which is adapted to hermetically close said recess. The heat sink of the invention further comprises a closure opening for adding fluid to the well of the heat sink. Liquid may be added to the cavity when the cavity is closed by said lid 6. Further, according to the invention, said first surface 2 is adapted to be formed at least partially from said lid. In other words, the component to be cooled is at least partially intended to be mounted against the cover 6.
Keksinnön mukainen rakenne muodostaa hermeettisesti kannella suljetun ontelon tai vastaavan, jonka sisään on laitettu nestettä, kuten tislattua vettä. Kun jäähdytettävä komponentti lämpenee, se lämmittää ontelossa tai syvennyksessä olevaa nestettä, joka höyrystyy ja tiivistyy ontelon viileämmälle pinnalle. Höyrystyessään neste sitoo lämpöä ja puolestaan vapauttaa sitä tiivistyessään. Näin hermeettisesti suljettu ontelo, joka on muodostettu suljetusta syvennyksestä, muodostaa faasimuutokseen perustuvan lämmönsiirtiminen. Syvennyksen sisäpinnoille muodostettu kapillaarirakenne edistää tiivistyneen nesteen kulkeutumista takaisin kuumemmalle alueelle, josta neste taas haihtuu lämmön vaikutuksesta. Tällainen kaksifaasinen lämmönsiirrin on erityisen nopea reagoimaan muuttuvaan lämpötilaan, ja pystyy siten jäähdyttämään tehokkaasti myös dynaamisissa lämpötilanvaihteluissa.The structure according to the invention forms a hermetically sealed cavity or the like in which a liquid, such as distilled water, is inserted. As the component to be cooled heats up, it heats up the fluid in the cavity or cavity, which evaporates and condenses on the cooler surface of the cavity. When evaporated, the liquid traps heat and then releases it as it condenses. Thus, the hermetically sealed cavity formed by the sealed recess forms a heat transfer based on phase change. The capillary structure formed on the inner surfaces of the cavity promotes the transport of condensed liquid back to the hotter region, where it is evaporated by heat. Such a biphasic heat exchanger is particularly fast in responding to changing temperatures, and is thus capable of efficient cooling also in dynamic temperature fluctuations.
Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaan jäähdytyslevy käsittää lisäksi tukielimiä 7, jotka on järjestetty kannen 6 ja syvennyksen sisäpinnan välille. Tukielimet ovat esimerkiksi pilareita tai vastaavia tukia, jotka on järjestetty sisäpintaa vasten siten, että tuen toisen pään ollessa sisäpinnassa kiinni, on tuen toinen pää samalla tasolla kuin jäähdytyslevyn ensimmäinen pinta, eli tuen toinen pää on vasten jäähdytyslevyn kantta. Tukielimien 7 tarkoituksena on antaa kannelle tukea silloin, kun jäähdytettävä komponentti asennetaan tiiviisti ensimmäistä pintaa vasten. Edelleen, tukielin johtaa lämpöä suoraan ensimmäiseltä pinnalta jäähdytyslevyn rakenteeseen ja syvennykseen. Myös tukielimet voivat käsittää kapillaarirakenteen pinnallaan. Kuviossa 1 on esitetty leikkauskuva tukielimien kohdalta, joten tukielimien rakenne ei ilmene kuvasta. Tukielimet voivat olla esimerkiksi suorakulmaisen särmiön muotoisia tai lieriön muotoisia.According to a preferred embodiment of the invention, the cooling plate further comprises support members 7 arranged between the lid 6 and the inner surface of the recess. The support members are, for example, pillars or similar supports arranged against the inner surface such that when one end of the support is attached to the inner surface, the other end of the support is at the same level as the first surface of the heat sink, i.e., The purpose of the support members 7 is to provide support to the deck when the component to be cooled is mounted tightly against the first surface. Further, the support member conducts heat directly from the first surface to the heat sink structure and recess. The supporting members may also comprise a capillary structure on its surface. Fig. 1 is a sectional view of the support members, so that the structure of the support members is not illustrated. The supporting members may be, for example, rectangular or cylindrical.
Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti syvennyksen sisäpinnan kapillaarirakenne on muodostettu suoraan jäähdytyslevyn syvennyksen sisäpinnalle. Kun metalliseen jäähdytyslevyyn on muodostettu syvennys haluttuun muotoon, muodostetaan kapillaarirakenne suoraan muodostettuun syven- nyksen sisäpintaa. Aikaisemmissa tunnetuissa ratkaisuissa kapillaarirakenne on voitu tehdä erilliseen koteloon. Tällaisia erillisiä koteloita on puolestaan voitu sijoittaa haluttuihin sijainteihin. Erilliset kotelot on kuitenkin pitänyt tehdä pääasiallisesti poikki- ja halkileikkaukseltaan neliönmuotoisiksi. Edullisen suoritusmuodon mukaisella rakenteella saavutetaan siten mahdollisuus muodostaa höy-rykammiotyyppinen rakenne, jonka muoto on vapaammin suunniteltavissa kuin aikaisemmin tunnettujen ratkaisuiden muoto.According to a preferred embodiment of the invention, the capillary structure of the inner surface of the recess is formed directly on the inner surface of the recess of the heat sink. Once the recess in the metal heat sink is formed into the desired shape, a capillary structure is formed directly on the inner surface of the recess formed. In prior art solutions, the capillary structure may have been made in a separate housing. Such separate housings, in turn, may have been located at desired locations. However, the individual enclosures have to be made essentially square and cross-sectional. The construction according to the preferred embodiment thus achieves the possibility of forming a steam-chamber type structure which is more freely conceivable than the shape of previously known solutions.
Erään suoritusmuodon mukaisesti jäähdytyslevyn syvennyksen sisäpinta käsittää nikkelipinnoituksen. Vastaavasti, myös syvennyksen ja kannen väliin järjestetty yksi tai useampi tukielin käsittää nikkelipinnoituksen. Nikkelipin-noitus, joka on järjestetty syvennykseen ja mahdollisiin tukielimiin mahdollistaa kapillaarirakenteen erityisen tehokkaan muodostamisen syvennyksen pinnalle ja mahdollisille tukielimille.According to one embodiment, the inner surface of the cooling plate recess comprises a nickel plating. Correspondingly, one or more support members arranged between the recess and the cover also comprise a nickel plating. The nickel plating provided in the recess and any supporting members allows a particularly efficient formation of the capillary structure on the surface of the recess and on any supporting members.
Erään suoritusmuodon mukaisesti kapillaarirakenne on muodostettu laser-sintraamalla. Laser-sintrauksella saadaan aikaan huokoinen rakenne, joka toimii kapillaarisena rakenteena ontelon sisällä olevalle tiivistyneelle nesteelle kuljettaen sitä takaisin kohti lämpimämpää aluetta. Edullisesti kapillaarirakenne, joka on muodostettu ontelon sisälle, on laser-sintrattua kuparia tai alumiinia. Sinänsä tunnetulla sintrausmenetelmällä voidaan muodostaa suoraan jäähdytyslevyyn muodostettuun syvennykseen huokoinen pinta, joka toimii kapillaarisena rakenteena. Laser-sintrauksella on mahdollista valmistaa niin huokoisia kuin kaa-sutiiviitä (hermeettisiä) rakenteita. Siten menetelmällä voidaan toteuttaa höyry-kammion kapillaarirakenteet, mahdolliset tukirakenteet, kuin kammion tiivistä-minenkin.According to one embodiment, the capillary structure is formed by laser sintering. Laser sintering provides a porous structure that acts as a capillary structure for the condensed fluid inside the cavity, transporting it back to the warmer region. Preferably, the capillary structure formed inside the cavity is laser-sintered copper or aluminum. A sintering process known per se can be used to form a porous surface directly in the recess formed in the cooling plate and serving as a capillary structure. With laser sintering it is possible to produce both porous and gas-tight (hermetic) structures. Thus, the method can realize the vapor chamber capillary structures, any supporting structures, as well as the chamber sealing.
Kuviossa 1 on esitetty lisäksi, kuinka jäähdytettävän komponentin, eli lämmönlähteen, ja jäähdytyslevyn väliin on sijoitettu terminen väliainekalvo (TIM) 8. Väliainekalvo voi olla esimerkiksi hyvin kokoonpuristuva ja tiheydeltään pieni grafiittimateriaalikalvo. Tällaisen kalvon tarkoituksena on mahdollistaa lämmön siirtyminen jäähdytettävästä komponentista mahdollisimman tehokkaasti jäähdytyslevyyn.Figure 1 further shows how a thermal fluid film (TIM) 8 is disposed between the component to be cooled, i.e. the heat source, and the cooling plate. The media may be, for example, a highly compressible film of low density graphite material. The purpose of such a membrane is to allow heat transfer from the component to be cooled to the cooling plate as efficiently as possible.
Keksinnön mukainen jäähdytyslevy on erityisen soveltuva tehopuoli-johdemoduulien jäähdyttämiseen. Tällaisessa moduulissa on useita lämpöä tuottavia kytkinelimiä, ja keksinnön jäähdytyslevyllä on mahdollista toteuttaa tehokas jäähdytys huomioiden lämpöä tuottavien komponenttien sijoittuminen suhteessa moduulin pintaan. Lämmön siirtyminen jäähdytyslevyyn voidaan tehdä selektiiviseksi siten, että toisista paikoista tasoa lämpöä ei siirry niin paljoa kuin toisista paikoista. Tämä voi olla edullista lämmön tasaiseksi jakaantumiseksi jäähdytyslevyssä, mikä mahdollistaa lämmön tehokkaan siirtymisen jäähdytyslevystä edelleen ympäröivään ilmaan esimerkiksi jäähdytysripojen kautta.The heat sink according to the invention is particularly suitable for cooling power half conductor modules. Such a module has a plurality of heat-producing switching members, and it is possible to provide effective cooling on the heat sink of the invention, taking into account the location of the heat-producing components relative to the surface of the module. The heat transfer to the heat sink can be made selective so that there is not as much heat transfer from one place to another as from other places. This may be advantageous for the even distribution of heat in the heat sink, allowing efficient heat transfer from the heat sink to the surrounding air, for example, through heat sinks.
Kuviossa 2 on esitetty esimerkki keksinnön jäähdytyslevyn rakenteesta. Kuviossa 2A on esitetty jäähdytyslevyn pinta siten, että siinä on esitetty jäähdytyslevyyn muodostettujen syvennysten sijainti. Kuten kuviosta 2A nähdään, syvennysten muoto voi olla vaihteleva. Esimerkiksi jäähdytyslevyyn muodostettu syvennys 21 käsittää levyn päältä katsottuna muodon, jossa on pitkänomainen osauus ja suorakulmainen osuus, joka on lähes neliömäinen. Pitkänomainen osuus muodostaa käytännössä lämpöputkirakenteen (heat pipe), joka siirtää lämpöä tehokkaasti pituutensa suunnassa. Neliömäinen osuus puolestaan muodostaa höyrykammiota muistuttavan lämmönsiirtoelimen. Höyrykammion etuna on suuri tilavuus, mikä mahdollistaa nopean lämmön siirtymisen pois lämpöäläh-teeltä, kuten esimerkiksi tehopuolijohdemoduulilta. Kuvio 2B on poikkileikkaus kuvion 2A linjaa A-A pitkin. Kuviosta ilmenee, kuinka pitkänomainen osuus ja suorakulmainen osuus muodostavat yhteisen kaasuthan. Kuvion 2B esittämällä tavalla, pitkänomainen osuus ei ole yhtä syvä kuin neliömäinen osuus.Figure 2 shows an example of the structure of a heat sink of the invention. Figure 2A shows the surface of a heat sink showing the location of the recesses formed in the heat sink. As shown in Figure 2A, the shape of the recesses may be variable. For example, the recess 21 formed in the heat sink comprises, from the top of the plate, a shape having an elongate portion and a rectangular portion which is almost square. In practice, the elongated portion forms a heat pipe, which effectively transfers heat along its length. The square portion, in turn, forms a heat transfer element resembling a steam chamber. The steam chamber has the advantage of having a large volume which allows rapid heat transfer from a heat source such as a power semiconductor module. Figure 2B is a cross-sectional view taken along line A-A of Figure 2A. The figure shows how the elongated portion and the rectangular portion form a common gas. As shown in Figure 2B, the elongate portion is not as deep as the square portion.
Kuviossa 2C on esitetty poikkileikkaus kuvion 2A linjaa B-B pitkin. Kuviossa 2C on vastaava syvennys 21 kuin kuviossa 2B. Kuviosta 2C puolestaan ilmenee myös syvennys 22, mikä on esillä kuvion 2A tasonäkymässä. Kuviossa 2 on esitetty kaksi erillistä lämmönlähdettä 23, 24 yhdistettynä samaan jäähdytyslevyyn·Figure 2C is a cross-sectional view taken along line B-B of Figure 2A. Fig. 2C has a corresponding depression 21 as in Fig. 2B. Fig. 2C, in turn, also shows a recess 22, which is shown in the plan view of Fig. 2A. Figure 2 shows two separate heat sources 23, 24 connected to the same heat sink ·
Kuvion 2 tarkoiteuksena on esittää, että keksinnön mukainen jäähdytyslevy, johon on muodostettu syvennyksiä, mahdollistaa eri tyyppisten jäähdy-tysrakenteiden aikaansaamisen erilaisia käyttötarkoituksia varten.The purpose of Fig. 2 is to illustrate that the cooling plate according to the invention, in which the recesses are formed, enables different types of cooling structures to be provided for different applications.
Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.It will be obvious to a person skilled in the art that as technology advances, the basic idea of the invention can be implemented in many different ways. The invention and its embodiments are thus not limited to the examples described above, but may vary within the scope of the claims.
Claims (9)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FIU20184218U FI12341U1 (en) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | Heat sink |
| DE202019107089.7U DE202019107089U1 (en) | 2018-12-20 | 2019-12-18 | cooling plate |
| CN201922297995.3U CN211858626U (en) | 2018-12-20 | 2019-12-19 | Cooling plate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FIU20184218U FI12341U1 (en) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | Heat sink |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI12341U1 true FI12341U1 (en) | 2019-04-15 |
Family
ID=66087647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FIU20184218U FI12341U1 (en) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | Heat sink |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN211858626U (en) |
| DE (1) | DE202019107089U1 (en) |
| FI (1) | FI12341U1 (en) |
-
2018
- 2018-12-20 FI FIU20184218U patent/FI12341U1/en active IP Right Grant
-
2019
- 2019-12-18 DE DE202019107089.7U patent/DE202019107089U1/en active Active
- 2019-12-19 CN CN201922297995.3U patent/CN211858626U/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE202019107089U1 (en) | 2020-01-21 |
| CN211858626U (en) | 2020-11-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11215403B2 (en) | High performance two-phase cooling apparatus | |
| US9913411B2 (en) | Thermal capacitance system | |
| EP3174093B1 (en) | Cooled power electronic assembly | |
| KR101934592B1 (en) | Power semiconductor system | |
| CN108700282B (en) | High performance two-phase cooling device for portable applications | |
| US9326383B2 (en) | Heat spreader with high heat flux and high thermal conductivity | |
| US7607470B2 (en) | Synthetic jet heat pipe thermal management system | |
| US20080225489A1 (en) | Heat spreader with high heat flux and high thermal conductivity | |
| US20150022975A1 (en) | Method and system for an immersion boiling heat sink | |
| US11764422B2 (en) | Thermal management of energy storage devices via oscillating heat pipes | |
| GB2542696A (en) | Thermal management system | |
| US20190373761A1 (en) | Heatsink and method of manufacturing a heatsink | |
| WO2018106554A2 (en) | Lost wax cast vapor chamber device | |
| US20150013738A1 (en) | Thermoelectric energy conversion using periodic thermal cycles | |
| US11895810B2 (en) | Cooling arrangement | |
| CN114096795A (en) | Heat transfer system and electrical or optical component | |
| FI12341U1 (en) | Heat sink | |
| CA2898052A1 (en) | Heat-wing | |
| CN112584671A (en) | Vapor chamber for cooling electronic components | |
| EP4109688B1 (en) | Integrated heat spreader | |
| CN216624252U (en) | Heat radiator for sealing device | |
| CN111818756A (en) | Heat exchanger with integrated two-phase radiator | |
| ES2961388T3 (en) | Device to generate cold and electricity according to the Peltier effect | |
| KR20240027376A (en) | Vapor chamber for transfering heat from heat source | |
| EP3633302A1 (en) | Heat exchanger and method of manufacturing a heat exchanger |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FGU | Utility model registered |
Ref document number: 12341 Country of ref document: FI Kind code of ref document: U1 |