用于冷却半导体元件特别是光电子半导体元件的冷却装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种冷却装置，用于冷却半导体元件（１）特别是光电子半导体元件，该装置至少在一些局部区域中具有一第一层和一第二层及一用于散热的装置（４），在该冷却装置上，第一层和第二层是平面地彼此叠置的，至少在一些局部区域中两个层中的一层具备了这样一种结构，该结构用于容纳散热装置（４）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种冷却装置，用于冷却一种半导体元件特别是一种光学半导体元件，采用液态和气态介质以实现热传递。在各种半导体元件普遍地不断提高效率的情况下，如何相应地提高散热便成了主要问题之一。半导体元件的过热是必须加以防止的，这是因为它首先会损害其功能，而且在严重的过热情况下半导体元件也可能受损。迄今已知对电学半导体元件可用不同的冷却技术。在专利文献US6,252,726 B1中公开了使用所谓的热管，以便在光学半导体元件情况下实现耗散性的热传递。在专利文献US 2003/0151896 A1中公开了一种温差环流系统的应用，借以将一种特制的半导体元件的多余的热能释放到环境空气中。于此，要附带地设立一冷却装置，该冷却装置配有不同部分如导热体和冷凝区。具有较大功率的光电子半导体元件的应用，如发光二极管(LEDs)、激光器或LED-或激光器-场装置，在日常使用中日益受到重视。光电子半导体元件作为备件，可用于室内照明方面的传统发光体，用于汽车制造业，娱乐电子工业，或者用作为激光的有效源。迄今都将光电子半导体元件安置在金属栅板上、铝花线上或金属芯板上，以便能够更好地排去由于损耗功率产生的热量。出于成本原因，通常不使用有源的冷却系统。随着功率的提高，在一定程度上对半导体元件的光通量和光流密度的要求也提高了，所以通过散热的传统冷却方法就不再够用了。配有导热体(热管、温差环流系统)和冷凝器的传统上分开的冷却装置的实施，由于其占地较大之故，总归妨碍光电子半导体元件的使用可能性。这种冷却装置的各附属部分都要占用场地，造成该装置的附加重量，限制其结构设计的自由度，而且会涉及生产成本增高。上述这些事实就是对光电子半导体元件扩大商业用途的限制因素。本专利技术的任务是提供一种简化的可灵活使用的或者可多方面集成的冷却装置。尤其是，一种冷却系统的各组成部分应当与一种半导体元件特别是与一种光电子半导体元件在功能上相集成。依此，一冷却系统的能附带地完成另一种功能的组成部分最好能与一种半导体元件相集成。上述任务是通过具有权利要求1中所述特征的一种冷却装置加以解决的。本专利技术的各项优选方案是各项从属权利要求的主题。这种冷却装置是为了一种半导体元件、特别是一种光电子半导体元件的冷却而设计的，它至少在一个或多个局部范围内具有一第一层和一第二层及一用于散热的装置，其上的第一层和第二层是彼此平面地相互叠置的，而且至少在一个或多个局部范围内，两个层中的一层配有这样一种结构，该结构是为了支承散热用的装置而设计的。使用带有集成的排放通道的双壁式的层系统是特别有利的。层系统可以由结构化的和非结构化的层组合而成。它们可以用作为导热体(热管)或用作为温差环流系统，或者与一种集成的疏松透气的固体物相结合而用作为热基或用作为冷凝区。与此同时，各个层还可以单独地或者联合地执行其它功能，例如作为汽车车体部分，灯罩，支脚，支架，仪器外壳，反射器，光学部件，以及支持部。这种功能上的二元概念具有若干优点可以减少或不需使用附加的部分，因为冷却装置可以与一要被冷却的、具有一半导体元件的半导体装置的一部分或多个部分相结合，例如与一个或多个反射体相结合，或者与一外壳相结合，其中，这些部分总是优选为半导体装置配备的。还可借此减小或避免附加的重量。冷却装置和光电子半导体元件的使用可能性在不断增加，因为在越来越小的体积上可以简单地实现越来越大的效率。本专利技术的一种优选的实施方式为冷却提供了温差环流系统的结合。在采用一种温差环流系统的情况下，冷却液的冷凝物借助其重力从一冷凝区被送回到一蒸发单元。因此，热源或者至少是蒸发单元必须处于冷凝区的下方，以便在工作状态中时，冷却液的液面针对地心而言处于被冷却物的上方。根据根据本专利技术的不同实施方式，冷凝区、蒸发单元、相互连通的排放通道或者只是这些装置的某部分都可集成在一个或多个双壁式的层系统中。在这种特定情况下，整个温差环流系统也可以包含在一双壁式的层系统中。本专利技术的另一种优选的实施方式的特征在于集成了一热管。在这样一种热导体中，使用液态或气态介质来实现热传递。温差环流系统和热管的传热效率因为相变换之故，其热传导系数为4000～7000W/m*K，大大高于最佳固体热导体的热传导系数。试比较金刚石的热传导系数仅为1000至2000W/m*K。本专利技术的另一种优选的实施方式在于该装置包含一热管，该热管用来将光电子半导体元件的废热有效地排除到一具有良好热势的地方。那些在吸收热能时仅仅缓慢地或微小地改变其本征温度的装置，都是良好的热势。本专利技术的另一种优选的实施方式在于该冷却装置包含一温差环流系统，该温差环流系统用来将光电子半导体元件的废气有效地排除到一具有良好热势的地方。本专利技术的另一种优选的实施方式在于该冷却装置包含一热基。一热基础。一热基就是一种冷却装置，其作用原理与一种温差环流系统的作用原理相似。热基总附带地包含一种疏松的填充物，填充物的毛细作用可实现一种与重力无关的液体输运。本专利技术的另一种优选的实施方式在于该冷却装置包含一冷凝区。在该冷凝区中，已汽化的冷却液会冷凝，从而将原先所吸收的热能的大部分排放到一例如外部的热存储器。本专利技术的另一种优选的实施方式在于该冷却装置部分地或完全地集成到一含有光电子半导体元件的外壳中或外壳结构部分中。本专利技术的另一种优选的实施方式在于各个层的局部区域都是作为安装板设计的，因为在将光电子半导体元件直接安装在该装置的层上时，必须保证有效的导热。此外，各个层的局部区域也可用作为安装板，以用于包含有光电子半导体元件的装置的其它组成部分。本专利技术的另一种优选的实施方式在于冷却液的一个或多个排放通道单侧地或双侧地集成到各个层中。特别在单侧集成的情况下，可将平坦的不配有排放通道的层的一侧面用作为安装面，以例如用于半导体元件。在双侧集成的情况下，可以简单地实现所述一个或多个排放通道的对称的和/或较大的横截面，尤其是一种更大的横截面积。本专利技术的另一种优选的实施方式在于冷却装置包含一冷凝区，该冷凝区至少在一个或几个横截面分区中具有一种曲折形结构。与此与关地，外壳的一与该结构相毗连的冷凝区段也可以具有这样一种结构，借以特别起着良好热势的作用。本专利技术的另一种优选的实施方式在于冷却装置的待冷却的光电子半导体元件是一种发光二极管阵列(LED-Array)或者含有多个光电半导体芯片(Optohalbleiterchip)。光电子半导体元件但也可以包含半导体激光器或某种单个的常规的或有机的LEDs(发光二极管)。本专利技术的另一种优选的实施方式在于一个或多个排放通道可以在一个或两个层上通过一个或多个深拉的凹槽予以实现。深拉凹槽的制造，特别是在一个或多个金属层上，提供了一种简单的而成本上合算的制造方法。本专利技术的另一种优选的实施方式在于在装置上的一个或多个排放通道中填入一种疏松的固体材料。这样就可实现建立一热基。本专利技术的另一种优选的实施方式在于在所述装置中用作为冷却液的是一种要素或者一种或多种要素的联合，特别是包括下述要素的组中的不同要素的组合水，有机溶剂，乙醇，三甘醇(Triethylenglykol)，氟化的和/或氯化的碳氢化合物，特别是一种氟碳氢化合物，一种氯碳氢化合物或一种氟氯碳氢化合物例如氟氯烷。本专利技术的另一种优选的实施方式在于用于散热的装置包含许多可本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于对于一种半导体元件（１）、特别是一种光电子半导体元件进行冷却的冷却装置，该冷却装置至少在局部区域内具有一第一层和一第二层及一用于散热的装置（４），其中第一层和第二层是彼此平面地叠置的，而且至少在部分区域中，所述层中的一个层配有一种结构，该结构用于容纳散热装置（４）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2004-12-30 102004063558.71.用于对于一种半导体元件(1)、特别是一种光电子半导体元件进行冷却的冷却装置，该冷却装置至少在局部区域内具有一第一层和一第二层及一用于散热的装置(4)，其中第一层和第二层是彼此平面地叠置的，而且至少在部分区域中，所述层中的一个层配有一种结构，该结构用于容纳散热装置(4)。2.按权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，冷却装置包含选自温差环流系统、热管、热基和冷凝区中的至少一种要素。3.按权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，至少一个热管将半导体元件同一良好的热势连接起来。4.按权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，至少一个温差环流系统将半导体元件同一良好的热势连接起来。5.按以上权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，冷却装置被集成在一包含半导体元件的外壳(5)中。6.按以上权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述层中的一个层至少在局部区域中作为用于光学半导体元件的安装板。7.按以上权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于一曲折形的冷却沟槽区。8.按以上权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于一附加的换热器。9.按以上权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，要被冷却的半导体元件(1)包含一LED阵列或至少一个光电半导体芯片。10.按以上权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，散热装置(4)是由至少一个排放通道所形成的，该排放通道含有一种冷却介质。11.按权利要求10所述的冷却装置，其特征在于，排放通道是利用一沟槽在所述两个层中的至少一个层上形成的。12.按权利要求10或11所述的冷却装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：G博格纳，H布伦纳，S格罗特施，G勒夫兰克，
申请(专利权)人：奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]