具有c形歧管和毫通道冷卻的熱沉的製作方法

2023-06-16 06:00:16

專利名稱：具有c形歧管和毫通道冷卻的熱沉的製作方法
技術領域：
本發明大體涉及功率電子設備，且更具體地涉及用於功率電子設備的先進的冷卻。
背景技術：
大功率轉換器諸如中壓工業驅動器、用於油和氣體的變頻器、牽引驅動器、柔性AC 傳輸(FACT)裝置和其它大功率轉換設備，例如整流器和變換器，典型地包括具有液體冷卻的壓裝功率裝置。功率裝置的非限制性示例包括集成門極換流晶閘管(IGCT)、二極體、絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)、晶閘管和門極可關斷晶閘管(GTO)。壓裝裝置在大功率應用中特別有利，並且壓裝的好處包括雙側冷卻，以及在故障期間不存在等離子爆炸事件。為了使用壓裝裝置構造大功率轉換器電路，典型地夾入熱沉和壓裝裝置以形成疊層。現有技術的功率轉換器疊層典型地採用具有直徑較大冷卻通道的傳統的液體冷卻式熱沉。在某些應用中，熱脂層設置在壓裝裝置和傳統的液體冷卻式熱沉的相應者之間。在其它應用中，至少一些層是僅由壓力簡單地保持在一起的，而在它們之間沒有熱脂。這種布置引起顯著的熱接觸電阻。期望提供改進的熱沉設計，其防止在裝配、拆卸或保養期間冷卻劑洩漏到電子設備上。還期望提供改進的熱沉設計，其使熱擴散效果能夠用於增強功率電子設備的冷卻。此外，還期望具有較低的生產成本和增強的熱傳遞的改進的熱沉設計。

發明內容
本發明的一個方面在於一種用於冷卻至少一個電子裝置包裝的熱沉。電子裝置包裝具有上接觸表面和下接觸表面。熱沉包括由至少一種導熱材料形成的下蓋、上蓋以及主體。主體設置在下蓋與上蓋之間且對下蓋和上蓋密封，且限定構造成接收冷卻劑的錐形進口分配室、構造成從錐形進口分配室接收冷卻劑的許多C形進口歧管以及構造成排出冷卻劑的許多反轉的C形出口歧管。C形進口歧管和反轉的C形出口歧管相互交替且以環形布置設置，而反轉的C形出口歧管僅圍繞主體的一部分延伸且鄰近錐形進口室的相對側終止。主體還限定錐形出口室，其構造成從反轉的C形出口歧管接收冷卻劑。C形進口歧管僅圍繞主體的一部分延伸，且鄰近錐形出口室的相對側終止。毫通道形成在主體中或形成在下蓋和上蓋中的至少一個中，且構造成從C形進口歧管接收冷卻劑和將冷卻劑輸送至反轉的C形出口歧管。毫通道以徑向布置設置，且毫通道和C形進口歧管及反轉的C形出口歧管進一步構造成冷卻電子裝置包裝的上接觸表面和下接觸表面中的一個。本發明另一方面在於一種用於冷卻電子裝置包裝的熱沉。該熱沉包括由至少一種導熱材料形成的蓋和主體。主體對蓋密封且限定構造成接收冷卻劑的錐形進口分配室、構造成從錐形進口分配室接收冷卻劑的許多C形進口歧管以及構造成排出冷卻劑的許多反轉的C形出口歧管。C形進口歧管和反轉的C形出口歧管相互交替，且以環形布置設置。反轉的C形出口歧管僅圍繞主體的一部分延伸，且鄰近錐形進口室的相對側終止。主體還限定錐形出口室，其構造成從反轉的C形出口歧管接收冷卻劑。C形進口歧管僅圍繞主體的一部分延伸，且鄰近錐形出口室的相對側終止。毫通道形成在主體或蓋中，且構造成從C形進口歧管接收冷卻劑和將冷卻劑輸送至反轉的C形出口歧管。毫通道以徑向布置設置，且毫通道和C形進口歧管及出口歧管進一步構造成冷卻電子裝置包裝的上接觸表面或下接觸表面中的一個。本發明的又一方面在於一種用於直接地冷卻至少一個電子裝置包裝的熱沉。該熱沉包括由至少一種導熱材料形成的主體，其中主體限定構造成接收冷卻劑的錐形進口分配室、構造成從錐形進口分配室接收冷卻劑的許多C形進口歧管以及構造成排出冷卻劑的許多反轉的C形出口歧管。C形進口歧管和反轉的C形出口歧管相互交替，且以環形布置設置。反轉的C形出口歧管僅圍繞主體的一部分延伸，且鄰近錐形進口室的相對側終止。主體還限定錐形出口室，其構造成從反轉的C形出口歧管接收冷卻劑。C形進口歧管僅圍繞主體的一部分延伸，且鄰近錐形出口室的相對側終止。主體還限定許多毫通道，毫通道構造成從C形進口歧管接收冷卻劑和將冷卻劑輸送至反轉的C形出口歧管。毫通道以徑向布置設置，且毫通道和C形進口歧管及反轉的C形出口歧管進一步構造成直接地冷卻電子裝置包裝的上接觸表面和下接觸表面中的一個。


當參考附圖來閱讀以下詳細描述時，本發明的這些及其它特徵、方面和優點將變得更容易理解，所有附圖中相似的標號表示相似的零件，在附圖中圖1描繪了具有上熱沉和下熱沉的電子裝置包裝；圖2為單側熱沉的橫截面圖，其中徑向毫通道形成在上蓋中；圖3為雙側熱沉的橫截面圖，其中徑向毫通道形成在下蓋和上蓋中；圖4示出了增加徑向毫通道數目的熱沉設計；圖5為具有C形歧管和楔形進口室和出口室的熱沉主體的頂視圖；圖6為具有C形歧管且具有形成在蓋中的徑向通道的雙側熱沉的反轉的模型；圖7為具有C形歧管的熱沉主體的透視圖；圖8為單側熱沉的橫截面圖，其中徑向毫通道形成在主體中；圖9為具有C形歧管和楔形進口室及出口室且具有形成在主體中的徑向毫通道的熱沉主體的頂視圖；圖10示出了不包括蓋的熱沉構造；圖11示出對圖13的雙側熱沉的密封布置；圖12為具有C形歧管以及相對於相應的進口壓力室和出口壓力室成直線地布置的楔形進口室和出口室的熱沉主體的頂視圖；圖13示出了不包括蓋的雙側熱沉構造；圖14示出了不包括蓋的單側熱沉構造；以及圖15為雙側熱沉的橫截面圖，其中徑向毫通道形成在主體中。部件列表2 熱沉主體的第一表面4 熱沉主體的第二表面
12下蓋
14上蓋
16主體
20電子裝置包裝
21(多個)半導體裝置
22上接觸表面
23曰t±" 日日/T
24下接觸表面
25上CTE匹配板
26殼體
27下CTE匹配板
28上電極
29下電極
34徑向毫通道
40進口壓力室
42出口壓力室
60主體中具有C形歧管
70蓋中具有C形歧管和
80沒有蓋的主體中具有
130C形進口歧管
131錐形出口室的相對側
132反轉的C形出口歧管
133錐形出口室的相對側
135錐形進口室的相對側
136錐形進口分配室
137錐形進口室的相對側
140錐形出口室
302凹槽
304墊片
具體實施例方式參考圖1至圖9和圖15描述了用於冷卻至少一個電子裝置包裝20的熱沉60、70。 例如，如圖1中所示，示例性電子裝置包裝20具有上接觸表面22和下接觸表面24。對於圖3和圖6中所示的示例性布置，熱沉60、70包括由至少一種導熱材料形成的下蓋12、上蓋 14和主體16。導熱材料選自銅、鋁、鎳、鉬、鈦、銅合金、鎳合金、鉬合金、鈦合金、鋁矽碳化物 (AlSiC)、鋁石墨和氮化矽陶瓷組成的集合。對於特定的構造，下蓋12和上蓋14及主體16 由相同的導熱材料形成。然而，對於其它布置，可使用不同的材料。對於圖3和圖6中所示的構造，主體16設置在下蓋12與上蓋14之間，且對下蓋 12和上蓋14密封。蓋12、14可焊接、銅焊或擴散結合到主體16上，且可採用傳統的焊接、
7硬焊或擴散結合技術。例如，如圖7中所示，主體16限定構造成接收冷卻劑的錐形進口分配室136。冷卻劑的非限制性示例包括去離子的水及其它非導電液體。此外，對於某些應用而言，冷卻劑可包括導電液體。例如，如圖7中所示，主體16還限定構造成從錐形進口分配室136接收冷卻劑的許多C形進口歧管130和構造成排出冷卻劑的許多反轉的C形出口歧管132。C形進口歧管130和反轉的C形出口歧管132相互交替(相間)，且以環形布置設置，本文中也稱為軸向的。如本文所使用的短語"環形布置"和"軸向布置"應當理解為包含連接徑向通路的彎曲的和直的"環形"通路。例如，如圖5中所示，反轉的C形出口歧管132僅圍繞主體16的一部分延伸，且鄰近錐形進口室136的相對側135、137終止。例如，如圖7中所示，主體16還限定構造成從反轉的C形出口歧管132接收冷卻劑的錐形出口室138。例如，如圖5中所示，C形進口歧管130僅圍繞主體16的一部分延伸，且鄰近錐形出口室138的相對側131、133終止。對於圖6、圖7和圖9中所示的示例性構造，錐形進口室136和錐形出口室138為楔形的。然而，錐形的進口室136和出口室138也可具有其它形狀。取決於特定的構造，許多毫通道34形成在主體16中和/或形成在下蓋12和上蓋 14中的至少一個中，且構造成從C形進口歧管130接收冷卻劑和將冷卻劑輸送至反轉的C 形出口歧管132。儘管未清楚地示出，但毫通道34可形成在主體16和蓋12、14中的一個或兩個中，以便最大化徑向通道的數目，從而導致壓降的進一步降低。例如，如圖4、圖6和圖9中所示，毫通道34以徑向布置設置。毫通道34和C形進口歧管130和反轉的C形出口歧管132進一步構造成冷卻如圖1中示意性地示出的電子裝置包裝20的上接觸表面22 和下接觸表面M中的一個。這些內部流動結構從進口室136獲取冷卻劑，且為了均勻的熱性能橫跨整個冷卻表面分配冷卻劑。冷卻劑穿過C形歧管130，然後穿過徑向毫通道34到達反轉的C形歧管 132的組，且返回穿過徑向毫通道34到達出口室138。歧管和毫通道被機加工或鑄造到基礎材料中。主體16和蓋12、14可為鑄造和/或機加工的。例如，件12、14、16可被鑄造且然後機加工以進一步限定細微特徵和表面要求。對於此布置，流動通路(歧管和毫通道) 由蓋12、14密閉地密封。有利的是，通過使用蓋和使熱沉密閉地密封，允許冷卻通道延伸超過正被冷卻的裝置的極面。這允許利用熱擴散效果，且有助於在拆卸和保養期間防止冷卻劑洩漏。對於特定的實施例，C形歧管130、132具有比毫通道34相對更大的橫截面面積。 在一個非限制性示例中，毫通道的寬度在大約0. 5mm至大約2. Omm的範圍中，而毫通道的深度在大約0. 5mm至大約2mm的範圍中。具體而言，通道的橫截面面積可被確定以確保半導體上的壓力均勻。通過使半導體上的壓力分布更加均勻，半導體的性能不受到損害。另外，應當注意的是，毫通道34和C形歧管130、132可具有多種橫截面形狀，包括但不限於，圓形的、環形的、梯形的、三角形的和正方形/矩形的橫截面。通路形狀基於應用和製造限制進行選擇，且影響適用的製造方法以及冷卻劑流。有利地，將毫通道34結合到熱沉60、70中顯著地增大從半導體裝置20到冷卻劑的熱傳導的表面積。此外，對於特定的布置，C形進口歧管130和反轉的C形出口歧管132中的至少一個可具有可變的深度。例如，C形進口歧管130的深度可在錐形進口室136處具有最大值， 而在錐形出口室138的側部131、133處具有最小值。類似地，反轉的C形出口歧管132的深度可在錐形進口室136的側部135、137具有最小值，而在錐形出口室138處具有最大值。 有利地，該錐形布置實現了通過冷卻迴路的更均勻的流動分布。圖4示出了增加徑向通道數目以有助於減小壓降且相應地改善冷卻效率的設計。 更具體地，對於圖6中所示的示例性布置，在主體16的圓周附近的徑向毫通道34的數目比在主體16的中心附近的徑向毫通道34數目更大。該布置對於給定的空間限制和機加工限制容許包含附加的徑向通道。對於特定的構造，熱沉60、70構造成用於冷卻許多電子裝置包裝20。圖6示出了示例性雙側熱沉70構造，其中毫通道34形成在蓋12、14中。圖15示出了示例性雙側熱沉 60，其中毫通道34形成在主體中。對於圖8和圖15中所示的示例性構造，毫通道34形成在主體16中。對於圖15中的布置，C形進口歧管130及反轉的C形出口歧管132和毫通道34的第一子集形成在主體16的第一表面2中，而進口歧管130及出口歧管132和毫通道34的第二子集形成在主體16的第二表面4中，如圖15中所示意性示出的。如圖1中所示意性地繪出的，進口歧管130及出口歧管132和毫通道34的第一子集構造成利用冷卻劑冷卻一個電子裝置包裝20的上接觸表面22，而進口歧管130及出口歧管132和毫通道34 的第二子集構造成利用冷卻劑冷卻另一電子裝置包裝20的下接觸表面M。應注意的是，圖1中示出的特定布置僅為例證性的，而取決於特定的應用，任何數目的電子裝置包裝20和用於冷卻該電子裝置包裝的對應的熱沉60、70可結合到給定的疊層中。本發明的許多好處中的一個在於冷卻所期望數目的裝置包裝的靈活性和模塊性。類似地，對於圖3和圖6中所示的雙側熱沉70構造，毫通道34形成在下蓋12和上蓋14中的每個中。例如，如圖6和圖7中所示，C形進口歧管130和反轉的C形出口歧管132的第二子集形成在主體16的第二表面4中(見圖7)，而毫通道34的第二子集形成在上蓋14中(見圖6)。類似於圖7中所示的布置，進口歧管130和出口歧管132的第一子集形成在主體16的第一表面2中，而如圖6中所示，毫通道34的第一子集形成在下蓋12 中。如圖1中示意性地示出的，進口歧管130及出口歧管132和毫通道34的第一子集構造成利用冷卻劑冷卻一個電子裝置包裝20的上接觸表面22，而進口歧管130及出口歧管132 和毫通道34的第二子集構造成利用冷卻劑冷卻另一電子裝置包裝20的下接觸表面M。對於圖12中所繪的布置，主體16還限定進口壓力室40，其構造成將冷卻劑供應給錐形進口分配室136，其中錐形進口室136和進口壓力室40成直線地布置。主體16還限定出口壓力室42，其構造成從錐形出口室138接收冷卻劑，其中錐形出口室138和出口壓力室 42成直線地布置。如這裡所使用的，術語"成直線地"應理解為包含腔室136、138相對於相應的壓力室40、42彼此在正或負十度(+/-10° )內的定向。本發明不限於進口室136和出口室138及相應的進口壓力室和出口壓力室的特定相對定向。例如，圖5和圖6示出了腔室和相應壓力室的垂直構造。對於圖5和圖6中所示的示例性構造，主體16還限定進口壓力室40，其構造成將冷卻劑供應給錐形進口室136， 其中錐形進口分配室136和進口壓力室40垂直地布置。主體16還限定出口壓力室42，其構造成從錐形出口室138接收冷卻劑，其中錐形出口室138和出口壓力室42垂直地布置。 如本文所使用的，術語"垂直地"應理解為包含錐形室136、138相對於相應的壓力室40、 42彼此在(90° +/-10° )內的定向。有利地，通過將冷卻劑進口壓力室40和出口壓力室 42置於同一面，簡化了流體連接。例如，該構造可能需要鑽取四個孔來用於流體的輸送和移
9除，其中的兩個稍後會被塞住。熱沉60、70可為單側的或雙側的。用於冷卻電子裝置包裝20的一側的熱沉構造 60,70參考圖2和圖8進行描述。熱沉60、70包括由至少一種導熱材料形成的蓋12、14，以及由至少一種導熱材料形成的主體16。主體16對蓋12、14密封，而在上文中描述了蓋和主體的結構。例如，如圖7中所示，主體16限定構造成接收冷卻劑的錐形進口分配室136、 構造成從錐形進口分配室136接收冷卻劑的許多C形進口歧管130和構造成排出冷卻劑的許多反轉的C形出口歧管132。例如，如圖8中所示，進口歧管130和出口歧管132相互交替(相間)，且以環形布置設置。如圖5中所示，反轉的C形出口歧管132僅圍繞主體16的一部分延伸，且鄰近錐形進口室136的相對側135、137終止。例如，如圖7中所示，主體16 還限定構造成從反轉的C形出口歧管132接收冷卻劑的錐形出口室138。如圖5中所示，C 形進口歧管130僅圍繞主體16的一部分延伸，且鄰近錐形出口室138的相對側131、133終止。對於圖2和圖8中所示的單側的布置，毫通道34形成在主體16中(圖8)或蓋12、14 中(圖2)，且構造成從C形進口歧管130接收冷卻劑和將冷卻劑輸送至反轉的C形出口歧管132。此外，儘管並未清楚地示出，但毫通道34可形成在主體16和蓋12、14兩者中，以便最大化徑向通道的數目，從而導致壓降的進一步降低。毫通道34以徑向布置設置，且毫通道34和進口歧管130及出口歧管132進一步構造成冷卻電子裝置包裝20的上接觸表面 22和下接觸表面M中的一個，如圖1中所示意性地繪出的。對於圖9中所示的示例性構造，毫通道34形成在主體16中。更具體地，例如如圖 8中所示，進口歧管130及出口歧管132和徑向毫通道34形成在主體16的第一表面2或第二表面4中的僅一個中(對於圖8的情況在第二表面4上)，使得熱沉60為單側的熱沉 60。對於圖2中所示的示例性構造，毫通道34形成在蓋14中。有利地，將徑向通道置於蓋中通過將冷卻劑放置得更接近電子裝置包裝20而減小了熱阻。更具體地，例如如圖2 中所示，進口歧管130和出口歧管132形成在主體16的第一表面2或第二表面4中的僅一個中(對於圖2的情況在第二表面4上)，使得熱沉70為單側的熱沉70。有利地，對於這些布置，冷卻輸送/移除系統布置成使得需要在較少的側部進行機加工。從一個面向材料的中點鑽取孔。然後，孔從主表面向下鑽取以與其它孔相接。通過磨削工藝，切割出楔形室(其也可為矩形的)，其與面向左或面向右交替的C形歧管和反轉的C形歧管交叉，使得每隔一個連接到進口室而剩餘的連接到出口室。然後，徑向毫通道可切到主體或蓋中，且所有件都通過硬焊、焊接或其它方法附連，諸如擴散結合。因此，這些實施方式通過需要僅在三個表面(用於冷卻，用於電連接的附加表面)上製造而降低了製造成本。對於上面參考圖1至圖9和圖15所述的示例性實施例，上接觸表面22和下接觸表面M可為環形橫截面，而主體16可為柱形(即，碟式或冰球式布置)。然而，可採用其它幾何形狀，包括但不限於正方形和矩形橫截面。對於圖1中所描繪的示例性布置，電子裝置包裝20為壓緊包裝20。儘管本發明不限於任何特定的裝置結構，為了說明的目的下面提供了示例性壓緊包裝構造。在示例中，壓緊包裝20包括形成在晶片23上的至少一個半導體裝置21、上熱膨脹係數(CTE)匹配板25和下熱膨脹係數匹配板27以及上電極觀和下電極四。例如如圖1中所示，晶片23設置在CTE板25、27之間，上電極28設置在上CTE板25上方，而下CTE板27設置在下電極四的上方。對於壓緊包裝實施例，晶片23、CTE板 25、27及電極觀、29中的每個可具有環形橫截面。半導體裝置的非限制性示例包括IGCT、 GTO和IGBT。本發明應用於由多種半導體製成的半導體裝置，半導體的非限制性示例包括矽(Si)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)以及砷化鎵(GaAs)。例如如圖1中所示，壓緊包裝典型地包括絕緣(例如，陶瓷)殼體26。儘管圖1示出為熱沉60、70延伸到殼體沈外，但在其它實施例中，熱沉60、70的主體16設置在殼體沈內。而且，電極觀、四可豎直地延伸超過殼體沈的範圍，例如，順應性密封件設置在電極觀(和四)的外圓周與殼體沈之間。此外，熱沉60、70可延伸出殼體(如所示)，以使能夠進行電連接和用於放置需要冷卻的其它裝置。因此，主體16可具有大於殼體沈的直徑。有利地，通過形成密閉密封，熱沉60、70防止在裝配、拆卸或保養期間洩漏冷卻劑到電子設備上。此外，熱沉60、70提供以均勻的方式橫跨電子裝置包裝20的極面的高性能冷卻。除上述構造外，無蓋式構造可用於直接冷卻。因此，參考圖5、圖7及圖9至圖14 描述了另一熱沉80構造。例如如圖1中所示，提供熱沉80，用於冷卻至少一個電子裝置包裝20。如圖1中所示，電子裝置包裝具有上接觸表面22和下接觸表面24。例如如圖10中所示，熱沉80包括由至少一種導熱材料形成的主體16。如圖7中所示，主體16限定構造成接收冷卻劑的錐形進口分配室136、構造成從錐形進口分配室136接收冷卻劑的C形進口歧管130以及構造成排出冷卻劑的反轉的C形出口歧管132。例如如圖5中所示，進口歧管130和出口歧管132相互交替(相間)，且以環形(軸向)布置設置。如還在圖6中所示，反轉的C形出口歧管132僅圍繞主體16的一部分延伸且鄰近錐形進口室136的相對側 135、137終止。如圖7中所示，主體16還限定構造成從出口歧管132接收冷卻劑的錐形出口室138。例如如圖5中所示，C形進口歧管130僅圍繞主體16的一部分延伸且鄰近錐形出口室138的相對側131、133終止。對於所示的示例，錐形進口室136和出口室138為楔形的。然而，錐形室136、138可具有其它形狀。如例如在圖9和圖11中所示，主體16還限定構造成從C形進口歧管130接收冷卻劑和將冷卻劑輸送至出口歧管132的毫通道34。如圖1中所示意性地示出的，毫通道34 以徑向布置設置，且毫通道34和進口歧管130及出口歧管132進一步構造成直接地冷卻電子裝置包裝20的上接觸表面22和下接觸表面M中的一個。上文提出了歧管130、132和毫通道34的示例性尺寸和橫截面。此外，且如上文所述，進口歧管130和出口歧管132中的至少一個可具有可變的深度。有利地，這種錐形布置實現通過冷卻迴路的更均勻的流動分布。有利地，通過將毫通道和進口 /出口歧管結合到主體16中，簡化了裝配過程。具體而言，該單件式構造消除了結合兩個構件的需要。對於圖4中所示的示例性構造，相對於在主體16的中心附近的徑向毫通道34的數目，徑向毫通道34的數目在主體16的圓周附近更大。如上文所述，圖4中所示的布置通過對於給定的空間限制和機加工限制容許包含附加的徑向通道而提供了增強的冷卻。儘管該布置對於圖10和圖11的無蓋式構造並未清楚地示出，但它對於圖6中的C形歧管的情況示出。對於圖10和圖11中所示的示例性布置，主體16還限定了用於接收墊片304的凹槽302。對於特定的布置，墊片304包括0形環。有利地，該裝配過程相對簡單且穩固，需要較少的製造步驟且消除了對更加複雜的裝配技術(諸如焊接或其它金屬結合技術)的需求。對於圖12中所示的示例性布置，主體16還限定構造成將冷卻劑供應給錐形進口分配室136的進口壓力室40和構造成從錐形出口室138接收冷卻劑的出口壓力室42。例如如圖12中所示，錐形進口室136和進口壓力室40可成直線地布置，且錐形出口室138和出口壓力室42可成直線地布置。如圖9中所示，對於其它構造，錐形進口室136和進口壓力室40可垂直地布置，且錐形出口室138和出口壓力室42可垂直地布置。對於特定的構造，熱沉80構造成用於冷卻許多電子裝置包裝20。圖10和圖13示意性地示出了示例性雙側熱沉80構造。對於該布置，如圖13中所示，進口歧管130及出口歧管132和毫通道34的第一子集形成在主體16的第一表面2中，而進口歧管130及出口歧管132和毫通道34的第二子集形成在主體16的第二表面4中。歧管130、132和毫通道 34的第一子集構造成利用冷卻劑來直接地冷卻一個電子裝置包裝20的上接觸表面22 (圖 1)，而歧管130、132和毫通道34的第二子集構造成利用冷卻劑直接地冷卻另一電子裝置包裝20的下接觸表面M (圖1)。對於其它構造，熱沉80構造為單側的熱沉。對於圖14中所示的示例性布置，進口歧管130和出口歧管132形成在主體16的第一表面2或第二表面4中的僅一個中(對於圖14的情況在第二表面4上)，使得熱沉80為單側的熱沉80。有利地，熱沉80利用穩固和簡單的密封布置提供相對於功率裝置的傳統的冷卻增強了的熱傳遞。例如，熱沉80可使用相對簡單的0形環組件到對鄰近的裝置包裝20密封。熱沉80集成到壓緊包裝中，利用冷卻劑的直接接觸直接地冷卻功率裝置，因此增強熱傳遞。此外，熱沉80通過減少為包含冷卻劑所需的硬焊(或其它機械附連方式)的數目而降低了洩漏或疲勞失效的風險和成本。此外，相互交替的C形進口通道和出口通道將冷卻劑均勻地輸送到待冷卻的裝置表面上，且毫通道增大了從功率裝置至該集成的熱沉中的冷卻劑的熱傳導表面積。而且，將毫通道和進口 /出口歧管結合到主體16中簡化了裝配過程。通過由於改善的熱性能而提供更高的穩定性和更大的操作裕度，熱沉60、70、80 對於要求非常高的穩定性的應用是特別希望的，諸如油氣液化天然氣(LNG)和管線驅動器，油氣海底傳輸和分配，以及驅動器。此外，熱沉60、70、80可在多種應用中採用，其中的非限制性示例包括大功率應用，諸如金屬軋機、造紙機和牽引裝置等。儘管本文中僅示出和描述了本發明的某些實施例，但本領域的技術人員可想到許多修改和變化。因此，應理解的是，所附權利要求意圖覆蓋屬於本發明的真正精神內的所有的這些修改和變化。
1權利要求
1.一種用於冷卻至少一個電子裝置包裝00)的熱沉(60，70)，所述電子裝置包裝具有上接觸表面0 和下接觸表面(M)，所述熱沉包括下蓋(12)，其由至少一種導熱材料形成；上蓋(14)，其由至少一種導熱材料形成；以及主體(16)，其由至少一種導熱材料形成，其中所述主體(16)設置在所述下蓋和所述上蓋(12，14)之間且對所述下蓋和所述上蓋(12，14)密封，且所述主體(16)限定進口分配室(136)，其構造成接收冷卻劑的錐形，多個C形進口歧管(130)，其構造成從所述錐形進口分配室(136)接收所述冷卻劑，多個反轉的C形出口歧管(132)，其構造成排出所述冷卻劑的，其中所述C形進口歧管和所述反轉的C形出口歧管(130，132)相互交替且以環形布置設置，且所述反轉的C形出口歧管(13 僅圍繞所述主體(16)的一部分延伸，且鄰近所述錐形進口室(136)的相對側 (135,137)終止，以及錐形出口室(138)，其構造成從所述反轉的C形出口歧管(132)接收所述冷卻劑，其中所述C形進口歧管(130)僅圍繞所述主體(16)的一部分延伸，且鄰近所述錐形出口室 (138)的相對側(131，133)終止，並且其中，多個毫通道(34)形成在所述主體(16)中或形成在所述下蓋(1 和所述上蓋 (14)中的至少一個中，且構造成從所述C形進口歧管(130)接收所述冷卻劑和將所述冷卻劑輸送至所述反轉的C形出口歧管(132)，其中所述毫通道(34)以徑向布置設置，且所述毫通道(34)和所述C形進口歧管及所述反轉的C形出口歧管(130，132)進一步構造成冷卻所述電子裝置包裝00)的上接觸表面和下接觸表面02二4)中的一個。
2.根據權利要求1所述的熱沉(60)，其特徵在於，所述毫通道(34)形成在所述主體 (16)中，且其中所述毫通道(34)還形成在所述下蓋和所述上蓋(12，14)中的至少一個中。
3.根據權利要求1所述的用於冷卻多個電子裝置包裝00)的熱沉(60)，其特徵在於， 所述毫通道(34)形成在所述主體(16)中，其中所述主體(16)具有第一表面( 和第二表面G)，其中，所述C形進口歧管及所述反轉的C形出口歧管(130，132)和所述毫通道(34) 的第一子集形成在所述主體(16)的第一表面O)中，所述C形進口歧管及所述反轉的C形出口歧管(130,13 和所述毫通道(34)的第二子集形成在所述主體的第二表面(4)中，其中所述C形進口歧管及所述反轉的C形出口歧管(130，132)和所述毫通道(34)的所述第一子集構造成利用所述冷卻劑冷卻所述電子裝置包裝00)中的一個的上接觸表面(22)， 而C形進口歧管及反轉的C形出口歧管(130，132)和所述毫通道(34)的所述第二子集構造成利用所述冷卻劑冷卻所述電子裝置包裝00)中的另一個的下接觸表面04)。
4.根據權利要求1所述的用於冷卻多個電子裝置包裝00)的熱沉(70)，其中所述毫通道(34)形成在所述下蓋和所述上蓋(12，14)中的每個中，其中所述主體(16)具有第一表面(2)和第二表面G)，所述C形進口歧管和所述反轉的C形出口歧管(130，132)的第一子集形成在所述主體(16)的第一表面( 中而所述毫通道(34)的第一子集形成在所述下蓋(12)中，所述C形進口歧管和所述反轉的C形出口歧管(130，132)的第二子集形成在所述主體的第二表面中而所述毫通道(34)的第二子集形成在所述上蓋(14)上，其中所述C形進口歧管(130)及所述反轉的C形出口歧管(130，132)和所述毫通道的第一子集構造成利用所述冷卻劑冷卻所述電子裝置包裝00)中的一個的上接觸表面(22)，而C形進口歧管及反轉的C形出口歧管(130，132)和所述毫通道(34)的第二子集構造成利用所述冷卻劑冷卻所述電子裝置包裝00)的另一個的下接觸表面04)。
5.根據權利要求1所述的熱沉(60，70)，其特徵在於，所述錐形進口分配室(136)和所述錐形出口室(138)是楔形的，並且其中所述毫通道(34)的橫截面和所述C形進口歧管及所述反轉的C形出口歧管(130，132)的橫截面選自由圓形的、環形的、梯形的、三角形的和矩形的橫截面組成的集合。
6.根據權利要求1所述的熱沉(60，70)，其特徵在於，所述主體(16)還限定 進口壓力室(40)，其構造成將所述冷卻劑供送給所述錐形進口分配室(136)；以及出口壓力室(42)，其構造成從所述錐形出口室(138)接收所述冷卻劑，其中(a)所述錐形進口室(136)和所述進口壓力室00)成直線地布置，且所述錐形出口室(138)和所述出口壓力室02)成直線地布置，或(b)所述錐形進口室(136)和所述進口壓力室GO)垂直地布置，且所述錐形出口室(138)和所述出口壓力室0 垂直地布置。
7.根據權利要求1所述的熱沉(60，70)，其特徵在於，所述C形進口歧管和所述反轉的 C形出口歧管(130，132)中的至少一個具有可變的深度。
8.一種用於冷卻電子裝置包裝O0)的熱沉(60，70)，所述電子裝置包裝具有上接觸表面0 和下接觸表面(M)，所述熱沉包括蓋(12，14)，其由至少一種導熱材料形成；以及主體(16)，其由至少一種導熱材料形成，其中所述主體(16)對所述蓋(12，14)密封，且其中所述主體(16)限定錐形進口分配室(136)，其構造成接收冷卻劑，多個C形進口歧管(130)，其構造成從所述錐形進口分配室(136)接收所述冷卻劑， 多個反轉的C形出口歧管(132)，其構造成排出所述冷卻劑，其中所述C形進口歧管和所述反轉的C形出口歧管(130，132)相互交替且以環形布置設置，而所述反轉的C形出口歧管(13 僅圍繞所述主體(16)的一部分延伸，且鄰近所述錐形進口室(136)的相對側 (135,137)終止，以及錐形出口室(138)，其構造成從所述反轉的C形出口歧管(132)接收所述冷卻劑，其中所述C形進口歧管(130)僅圍繞所述主體(16)的一部分延伸，且鄰近所述錐形出口室 (138)的相對側(131，133)終止，並且其中多個毫通道(34)形成在所述主體(16)中或所述蓋(12，14)中，且構造成從所述C 形進口歧管(130)接收所述冷卻劑和將所述冷卻劑輸送至所述反轉的C形出口歧管(132)， 其中所述毫通道(34)以徑向布置設置，且所述毫通道(34)和所述C形進口歧管及出口歧管(130,13 進一步構造成冷卻所述電子裝置包裝O0)的上或下接觸表面02二4)中的一個。
9.一種用於直接冷卻至少一個電子裝置包裝00)的熱沉(80)，所述電子裝置包裝具有上接觸表面0 和下接觸表面(M)，所述熱沉包括主體(16)，其由至少一種導熱材料形成，其中所述主體(16)限定 錐形進口分配室(136)，其構造成接收冷卻劑，多個C形進口歧管(130)，其構造成從所述錐形進口分配室(136)接收所述冷卻劑， 多個反轉的C形出口歧管(132)，其構造成排出所述冷卻劑，其中所述C形進口歧管和所述反轉的C形出口歧管(130，132)相互交替且以環形布置設置，而所述反轉的C形出口歧管(13 僅圍繞所述主體(16)的一部分延伸，且鄰近所述錐形進口室(136)的相對側 (135,137)終止，錐形出口室(138)，其構造成從所述反轉的C形出口歧管(132)接收所述冷卻劑，其中所述C形進口歧管(130)僅圍繞所述主體(16)的一部分延伸，且鄰近所述錐形出口室 (138)的相對側(131，133)終止，以及多個毫通道(34)，其構造成從所述C形進口歧管(130)接收所述冷卻劑且將所述冷卻劑輸送至所述反轉的C形出口歧管(132)，其中所述毫通道(34)以徑向布置設置，且所述毫通道(34)和所述C形進口歧管及所述反轉的C形出口歧管(130，132)進一步構造成直接冷卻所述電子裝置包裝00)的上接觸表面和下接觸表面02二4)中的一個。
10.根據權利要求9所述的熱沉(80)，其特徵在於，所述主體(16)還限定用於接收墊片(304)的凹槽(302)，其中所述錐形進口分配室(136)和所述錐形出口室(138)是楔形的，且所述毫通道(34)的橫截面和所述進口歧管及所述出口歧管(130,13 的橫截面選自圓形的、環形的、梯形的、三角形的和矩形的橫截面組成的集合。
全文摘要
本發明涉及一種用於冷卻至少一個電子裝置包裝的具有C形歧管和毫通道冷卻的熱沉，其包括由至少一種導熱材料形成的下蓋、上蓋和主體。主體設置在下、上蓋之間且對它們密封，且限定錐形進口分配室、C形進口歧管、反轉的C形出口歧管。進、出口歧管相互交替且以環形布置。出口歧管僅圍繞主體的一部分延伸且鄰近進口室的相對側終止。主體還限定從出口歧管接收冷卻劑的錐形出口室，進口歧管僅圍繞主體的一部分延伸且鄰近錐形出口室的相對側終止。毫通道形成在主體或至少一個蓋中，且構造成從進口歧管接收冷卻劑和將其輸送至出口歧管。毫通道徑向布置且和進、出口歧管進一步構造成冷卻電子裝置包裝的上、下接觸表面中的一個。還提供一種無蓋式熱沉。
文檔編號H01L23/427GK102316706SQ201110192448
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月29日 優先權日2010年6月29日
發明者A·G·保特施, P·J·拉扎丁, S·S·岡圖裡 申請人:通用電氣公司