WO2009052814A2 - Kühlvorrichtung für halbleiterbauelemente, halbleiter-kühlanordnung und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Kühlvorrichtung für halbleiterbauelemente, halbleiter-kühlanordnung und verfahren zu deren herstellung Download PDF

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    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar

Definitions

  • Semiconductor device cooling device semiconductor cooling device, semiconductor cooling device, and method of manufacturing the same
  • the invention relates to a cooling device for semiconductor devices, cooling device for at least one heat generating semiconductor device in its operation with at least one, at least one mounting surface for material attachment of at least one semiconductor device having, simultaneouslyleit Scheme and at least one cooling channel structure, at least partially facing away from the mounting surface side the nickelleit Schemees is arranged and with at least one coolant inlet and at least one coolant outlet fluidly connected, wherein the cooling channel structure at least partially cohesively bonded to the heat conduction region and wegriad from the sauit Scheme cooling fins.
  • microchannel heat sinks which are usually made of copper for cost reasons and because of the required high thermal conductivity, are not resistant to corrosion for a variety of reasons, especially since copper is susceptible to corrosion, for example, compared to oxygen-containing water as coolant pH of the water deviates from 9.
  • JP 2003 273 441 A therefore, it is proposed to provide the inner wall surface of the cooling channel with a protective layer consisting of two partial layers, which forms a coolant contact of the Interior wall surface prevented.
  • a first layer which contains gold, silver or alloys of these precious metals as main components, is in contact with the cooling liquid as the actual protective layer and a second layer, which is composed of the main components Ni, Mo, W or Ti, lies as a diffusion barrier between the first Layer and the inner wall surface.
  • a disadvantage of this solution is that the sensitive noble metal layer forms a local element in case of injury with the underlying second layer and this can then be resolved by pitting.
  • At least one core region of the cooling ribs consists predominantly of tantalum and / or niobium in terms of atomic, weight and / or volume fractions.
  • the cooling fins themselves are corrosion resistant.
  • the thermal conductivity of these metals compared to copper is only one-seventh (copper 400 W / m / K, tantalum of 57 W / m / K), but it has been shown that the thermal resistance of two cooling fin structures of different materials whose thermal conductivity around a factor x have the same thermal resistance when the rib widths differ from each other by the factor of the square root of this factor x.
  • Equation 3 is the heat transfer coefficient at the cooling rib flanks.
  • ⁇ s is the thermal conductivity of the cooling fluid, that is, the hydraulic diameter of the cooling channels associated with the fin structure, and Nu the Nusselt number of the flow of the cooling fluid.
  • the heat transfer area, which is larger than a flat area A, of a cooling rib which protrudes from this flat area can be described by an effective heat transfer coefficient aeff of this area, so that equation 1 can also be described as
  • Equation 3 Equation 3
  • This function is plotted in FIG. 4 for the cooling medium water as a function of the thermal conductivity of the ribs As with different channel / rib widths b as parameters.
  • the thermal resistance of cooling fins of copper (Cu) having a width of about 0.3 mm can be reproduced by tantalum (Ta) cooling fins having a width of 0.1 mm (lower double arrow in FIG. 4).
  • the thermal resistance of cooling fins of copper (Cu) having a width of about 0.15 mm can be reproduced by tantalum (Ta) cooling fins having a width of 0.05 mm (upper double-headed arrow in Fig. 4) for cooling fins from the slightly cheaper niobium (Nb).
  • cooling fins are not limited to a specific geometry, as suggested, for example, by the cited publications.
  • the cooling fins can be formed as threads, domes and rods with any, along the extension direction constant or variable, cross-sectional profile.
  • cross-sectional profiles are rectangles, circles, squares, crosses, triangles, rhombuses, trapezoids, spherical or cylindrical shell sections, and so forth.
  • a cooling rib for example a cooling web, or the juxtaposition of a plurality of cooling rib sections parallel to a connection surface to the sauceleit Scheme set: straight as well as zigzag, serpentine, U or sinusoidal and other gradients are suitable, one or more in the extension direction to limit, enclose or form superimposed cooling channels or cooling channel sections between the cooling fins or their sections.
  • the cooling fin ends can lie freely in the space provided for the flow of the cooling medium (free end) or open into a solid region of the cooling device opposite the heat-conducting region or abut against it, wherein they are connected to this solid-state region thermally (preferably firmly bonded) (bound end).
  • the cooling fins have a high aspect ratio and the area between the mounting surface and the cooling channel structure has sufficient heat spread. This can be achieved in that the total height of the cooling fins between the fin base and fins fin is at least three times as large as the fulcrum width and less than the thickness of the heat sink area between the mounting surface and the cooling channel structure.
  • the cooling rib width should be less than 200 microns.
  • the cooling fin height is in the range of 100 microns to 600 microns.
  • tantalum and niobium have thermal expansion coefficients which approximately correspond to those of semiconductor components, in particular those of GaAs (tantalum: 6.3 ppm / K, niobium: 7.3 ppm / K), which is thermomechanically favorable on temperature-dependent bonding methods, such as soldering or welding the cooling fin structure with a heat-spreading carrier for the semiconductor device having a coefficient of thermal expansion similar to that of the semiconductor device.
  • the invention thus fulfills the thermally conductive and connection-technical aspects of a quality-compliant design of microchannel heat sinks.
  • a semiconductor cooling device for example a diode laser component in the case in which the heat generating during operation
  • Semiconductor device is a laser diode element.
  • Cooling rib geometry achieve better heat dissipation in the cooling channel structure than the solution according to the invention.
  • the distance from the heat source to the cooling channel structure caused by the inventive heat conduction region is preferably greater in the cooling arrangement according to the invention than in cooling arrangements according to the prior art, which are provided with cooling ribs of higher thermal conductivity.
  • a heat-conducting region or body is present between the cooling ribs and the semiconductor component, which preferably has a higher thermal conductivity than the core regions of the cooling ribs or the cooling ribs themselves. Preferably, it extends beyond the mounting surface in at least one direction parallel to the mounting surface and has one
  • Thickness which is preferably at least three times as large as the height of the cooling fins, in order to spread or distribute the heat generated by the semiconductor device over a large cooling fin area.
  • a heat-spreading region or body consists of a highly thermally conductive composite whose thermal expansion coefficient - as well as that of tantalum and niobium - approximately that of the semiconductor device - for example, a laser diode element based on GaAs - corresponds.
  • Expansion coefficients makes it possible to produce both the joint connection between heat spreader and semiconductor device and the joint connection with the microchannel heat sink or the cooling fin structure alone with a reliable high gold-containing gold-tin solder when using a heat spreader.
  • the mounting surface of the heat-conducting region, a cooling fin body having the cooling fins on an adhesive bonding surface facing the heat-conducting region and / or the cooling fins including their base and their ends on the surfaces carry an electrically insulating layer.
  • the electrical insulation of the cooling fins reference is made to the German patent application 10 2007 051 797.3, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.
  • cooling fins or a cooling fin body of tantalum and / or niobium with a tantalum oxide and / or niobium oxide layer, for example by oxidation of the tantalum and / or the niobium of the cooling fin body or of the cooling fins.
  • FIG. 1 shows a section through a first embodiment of a cooling device according to the invention
  • FIG. 2 shows a cooling rib structure
  • Fig. 3 is a section through a second embodiment of a cooling device according to the invention.
  • Equation (8) is a graphical representation of equation (8), which has already been explained.
  • a heat spreader 1 made of a silver-diamond composite material has a mounting surface 2 for a semiconductor component 3 to be cooled and a connection surface 4 opposite the mounting surface 2 for a cooling rib structure 5 a.
  • the cooling rib structure 5a is produced by introducing 50 ⁇ m wide microgrooves into a 0.3 mm thick tantalum sheet by laser cutting or reactive ion etching, wherein an unstructured edge region 6 surrounding the microgrooves remains in the tantalum sheet.
  • the microgrooves extend over the entire thickness of the tantalum sheet, so that elongated holes are formed in the tantalum sheet with cooling fins 7 .mu.m high in height.
  • the microgrooves end 50 microns before they open the opposite side of the tantalum, so that 250 micron high cooling fins 7 arise.
  • the cooling rib structure 5b has a cooling rib base plane B, oriented parallel to the sheet surface, on which the heat is introduced and a plane E opposite the cooling rib base plane B, in which the cooling ribs 7 end and which coincides with sections of the sheet metal surface (FIG. 2).
  • the cooling rib structure 5b is fastened to the joining surface 4 of the heat spreader 1, preferably with a solder 8, by means of the joining surface 13 contained in the base-side sheet metal surface.
  • an electrically insulating layer 9 is applied to the base-side sheet metal surface of the cooling fin structure 5b according to the second embodiment, which is subsequently metallized in a solderable manner, wherein the solderable metallization has the joining surface 13.
  • connection component 10 is placed on the cooling rib structure 5a / 5b fastened to the heat spreader 1 so that the cooling rib structure 5a / 5b is closed and a cooling channel structure is formed within a microchannel heat sink.
  • a cohesive connection is produced between the connection component 10 and the cooling rib structure 5a / 5b, wherein the joining zone 11 is located in the region of the unstructured edge region 6 of the tantalum sheet.
  • the connection component 10 is preferably a plate made of LTC (low-temperature cofired) ceramic with at least one inlet channel 12 for supplying a coolant to the cooling channel structure and at least one flow channel, not shown, for discharging the coolant from the cooling channel structure.
  • the outlet channel opens into a coolant outlet (both not shown).
  • the semiconductor device 3 for example, a laser diode bar - attached to the mounting surface 2 of the microchannel heat sink by means of a solder cohesively.
  • the cooling rib structure 5b from FIG. 2 is first connected to the connection component 10 on the cooling rib side, as a result of which a microchannel heat sink according to the invention having a joining surface 13 is produced.
  • a laser diode bar formed semiconductor device 3 is connected by its contact surface 14 cohesively via a solder joint with the heat spreader 1.
  • the heat spreader 1 is connected by its side opposite the laser diode bar attachment surface 4 cohesively via a solder joint with the joint surface 13 of the microchannel heat sink.

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Abstract

Bei einer Kühlvorrichtung für Halbleiterbauelemente besteht die Aufgabe, die Wirksamkeit des Korrosionsschutzes zu erhöhen und die Lebensdauer der Kühlvorrichtung durch eine verringerte Korrosionsanfälligkeit der Kühlkanäle zu verlängern und dabei die Zuverlässigkeitsaspekte für das Halbleiterbauelement zu berücksichtigen. Das wird dadurch erreicht, dass eine von der Montagefläche für das Halbleiterbauelement durch einen Wärmeleitbereich beabstandete Kühlkanalstruktur stoffschlüssig an den Wärmeleitbereich angebundene Kühlrippen aufweist, die zumindest in einem Kernbereich überwiegend Tantal und/oder Niob enthalten.

Description

Kühlvorrichtung für Halbleiterbauelemente, Halbleiter-Kühlanordnung und Verfahren zu deren Herstellung
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2007 051 796.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung für Halbleiterbauelemente, Kühlvorrichtung für wenigstens ein in seinem Betrieb Wärme erzeugendes Halbleiterbauelement mit wenigstens einem, wenigstens eine Montagefläche zur stoffschlüssigen Befestigung wenigstens eines Halbleiterbauelementes aufweisenden, Wärmeleitbereich und wenigstens einer Kühlkanalstruktur, die zumindest abschnittsweise auf einer der Montagefläche abgewandten Seite des Wärmeleitbereiches angeordnet ist und mit wenigstens einem Kühlmitteleinlass und wenigstens einem Kühlmittelauslass strömungstechnisch in Verbindung steht, wobei die Kühlkanalstruktur zumindest abschnittweise stoffschlüssig an den Wärmeleitbereich angebundene und von dem Wärmeleitbereich wegstehende Kühlrippen aufweist.
Zur Kühlung von Halbleiterbauelementen mit - zu dieser Gruppe von Kühlvorrichtungen gehörigen - Mikrokanalwärmesenken wurden, ausgehend von Kühlrippen aus Silizium (D. B. Tuckerman, R. F. W. Pease: "High Performance Heat Sinking for VLSI", IEEE Electron. Dev. Lett. 2 (5), 126-129 (1981)), zur Verbesserung der Kühlung mit fortschreitender Zeit Kühlrippenmaterialien mit höherer Wärmeleitfähigkeit als Silizium vorgeschlagen: nämlich Kühlrippen aus Kupfer (V. Krause et al.: "MicroChannel Coolers for high-power laser diodes in copper technology", Proc. SPIE 2148, 351-358 (1994)) und aus Diamant (K. E. Goodson et al.: "Improved Heat Sinking for Laser-Diode Arrays Using Microchannels in CVD Diamond", IEEE Trans. Comp. Hyb. Manuf. Tech. B 20 (1), 104-109 (1997)).
Es ist bekannt, dass Mikrokanalwärmesenken, die aus Kostengründen und wegen der geforderten hohen Wärmeleitfähigkeit in der Regel aus Kupfer bestehen, aus verschiedenen Gründen nicht korrosionsbeständig sind, insbesondere da Kupfer zum Beispiel gegenüber sauerstoffhaltigem Wasser als Kühlmittel korrosionsempfindlich ist und zwar umso mehr, je weiter der pH-Wert des Wassers von 9 abweicht.
In der JP 2003 273 441 A wird deshalb vorgeschlagen, die Innenwandoberfläche des Kühlkanals mit einer aus zwei Teilschichten bestehenden Schutzschicht zu versehen, die einen Kühlmittelkontakt der Innenwandoberfläche verhindert. Eine erste Schicht, die Gold, Silber oder Legierungen dieser Edelmetalle als Hauptkomponenten enthält, steht als eigentliche Schutzschicht im Kontakt mit der Kühlflüssigkeit und eine zweite Schicht, die sich aus den Hauptkomponenten Ni, Mo, W oder Ti zusammensetzt, liegt als Diffusionsbarriere zwischen der ersten Schicht und der Innenwandoberfläche. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die empfindliche Edelmetallschicht bei Verletzung ein Lokalelement mit der darunter liegenden zweiten Schicht bildet und diese anschließend durch Lochfraß aufgelöst werden kann.
Überdies ist generell die Aufbringung einer Korrosionsschutzschicht auf die besonders korrosionsempfindlichen Kühlrippen einer Kühlkanalstruktur aufgrund von materialtechnisch und/ oder aufbautechnisch bedingten Prozessinkompatibilitäten sowie im Zusammenhang mit der Erreichbarkeit der Kühlrippen in der Kühlvorrichtung zur Beschichtung oftmals nicht in befriedigender Weise durchführbar oder gar unmöglich.
Es besteht deshalb die Aufgabe, die Wirksamkeit des Korrosionsschutzes zu erhöhen und die Lebensdauer der Kühlvorrichtung durch eine verringerte Korrosionsanfälligkeit der Kühlkanäle zu verlängern, und dabei einen niedrigen thermischen Widerstand einer Halbleiter-Kühlanordnung mit einer solchen Kühlvorrichtung und einem zu kühlenden Halbleiterbauelement und eine hohe die Zuverlässigkeit der Fügeverbindung zwischen der Kühlvorrichtung und dem Halbleiterbauelement sowie der des Halbleiterbauelementes selbst zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bei einer Mikrokanalwärmesenke der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass jeweils wenigstens ein Kernbereich der Kühlrippen hinsichtlich Atom-, Gewichts- und/ oder Volumenanteilen überwiegend aus Tantal und/ oder Niob besteht.
Es ist aus den Pourbaix-Diagrammen bekannt, dass die einander chemisch sehr ähnlichen Refraktärmetalle Tantal und Niob die größte Korrosionsresistenz aller bekannten Nichtedelmetalle insbesondere gegenüber wässrigen Kühlflüssigkeiten besitzen.
Damit sind - im Gegensatz zu der bekannten Lösung, korrosionsempfindliche Kühlrippen zu schützen - die Kühlrippen selbst korrosionsunempfindlich ausgeführt. Zwar beträgt die Wärmeleitfähigkeit dieser Metalle gegenüber Kupfer nur ein Siebentel (Kupfer 400 W/m/K, Tantal von 57 W/m/K), jedoch hat es hat sich gezeigt, dass der thermische Widerstand zweier Kühlrippenstrukturen unterschiedlicher Materialien, deren Wärmeleitfähigkeiten sich um einen Faktor x unterscheiden, denselben thermischen Widerstand aufweisen, wenn sich die Rippenbreiten um den Faktor des Kehrwertes der Quadratwurzel aus diesem Faktor x voneinander unterscheiden.
Folgende Herleitung rechtfertigt diese Aussage: Von den Seiten 49-50 der Dissertation von Dirk Lorenzen ("Methoden zur zuverlässigkeitsorientierten Optimierung der Aufbau- und Verbindungstechnik von Hochleistungs-Diodenlaserbarren", Technische Universität Berlin, 2003, ISBN 3-89574-502-2) ist bekannt, dass der thermische Widerstand Rm einer Kühlrippe der Höhe h, der Breite b, der Länge L » b und der Wärmeleitfähigkeit λs des Kühlrippenmaterials bei thermisch isoliertem Rippenende
coth( mh) ,r*t ■ u i \
Rth = , \ / (Gleichung 1) λsmbL mit
m = \— (Gleichung 2)
ist, wobei
a = - (Gleichung 3)
der Wärmeübergangskoeffizient an den Kühlrippenflanken ist. In Gleichung 3 ist λs die Wärmeleitfähigkeit des Kühlfluids, dh der hydraulische Durchmesser der mit der Kühlrippenstruktur assoziierten Kühlkanäle und Nu die Nusseltzahl der Strömung des Kühlfluids. Die gegenüber einer ebenen Fläche A vergrößerte Wärmeübertragungsfläche einer aus dieser ebenen Fläche hervorstehenden Kühlrippe lässt sich durch einen effektiven Wärmeübergangskoeffizienten aeff dieser Fläche beschreiben, so dass sich Gleichung 1 auch als
RΛ = — — (Gleichung 4) aeff A formulieren lässt. Nimmt man an, daß die Kanalbreite w gleich der Rippenbreite b ist, und kein Wärmeübergang an der Rippenbasis stattfindet, so ist die Wärmeeintragsfläche A in die Kühlkanalstruktur im Mittel 2bL und es ergibt sich mit Gleichung 1 aeff = -^ tanh(/?iÄ) . (Gleichung 5)
Sei nun die Strömung sei laminar und die Höhe der Kanäle h wesentlich größer als die Breite b: h » b. Dann ist dh = 2b und näherungsweise Nu = 9. Somit ist Gleichung 3 zu
Ci = --!- (Gleichung 6)
approximierbar und Gleichung 2 zu
Hi = - 3 M μ.- . (Gleichung 7)
Für das Kühlfluid Wasser ist nun Af = 0,6 W/m/K. Die Tangenshyperbolicus-Funktion tanh kann für Argumente größer als 1 ,5 näherungsweise gleich 1 gesetzt werden (tanh(1 ,5) = 0,91). Nimmt man im Fall von Wasser an, dass h = 5b, trifft dies zu im Falle, dass λs < 100 Af ist [λs < 60 W/m/K). Für A5 > 400 Af {As > 240 W/m/K) ist dann vorauszusetzen, dass h > 10b ist. Unter diesen Einschränkungen gilt abschließend in einfacher Weise für Gleichung 5 die Näherung
aeff = ^-^Äμ; . (Gleichung 8)
Diese Funktion ist in Fig. 4 für das Kühlmedium Wasser als Funktion der Wärmeleitfähigkeit der Rippen As mit verschiedenen Kanal-/ Rippenbreiten b als Parameter aufgetragen.
Demnach kann der thermische Widerstand von Kühlrippen aus Kupfer (Cu) mit einer Breite von ca. 0,3 mm durch Kühlrippen aus Tantal (Ta) mit einer Breite von 0,1 mm reproduziert werden (unterer Doppelpfeil in Fig. 4). Genauso kann der thermische Widerstand von Kühlrippen aus Kupfer (Cu) mit einer Breite von ca. 0,15 mm durch Kühlrippen aus Tantal (Ta) mit einer Breite von 0,05 mm reproduziert werden (oberer Doppelpfeil in Fig. 4) Das gleiche gilt für Kühlrippen aus dem etwas kostengünstigeren Niob (Nb).
Dabei ist die Form der Kühlrippen nicht auf eine bestimmte Geometrie beschränkt, wie sie beispielsweise durch die eingangs zitierten Publikationen nahe gelegt ist. Unter Kühlrippen werden im Sinne der Erfindung alle Arten von, von dem Wärmeleitbereich ausgehenden Erhebungen, verstanden, die die Oberfläche an der Schnittstelle zwischen Wärmeleitbereich und Kühlmedium gegenüber einer ebenen Wärmeübergangsfläche vergrößern, insbesondere solche, deren Höhen, die durch den Abstand ihrer vom Wärmeleitbereich wegweisenden Enden (Kühlrippenende) vom Wärmeleitbereich (Kühlrippenbasis) definiert sind, größer sind als wenigstens eine ihrer lateralen Abmessungen senkrecht zur ihrer vom Wärmeleitbereich wegstehenden Erstreckung.
So können die Kühlrippen als Fäden, Domen und Stäbe mit beliebigem, entlang der Erstreckungsrichtung konstanten oder variablen, Querschnittsprofil ausgebildet sein. Beispiele für solche Querschnittsprofile sind Rechtecke, Kreise, Quadrate, Kreuze, Dreiecke, Rhomben, Trapeze, Kugel- oder Zylinderschalenabschnitte und so weiter. Ebensowenig ist die Ausprägung des Verlaufs einer Kühlrippe, beispielsweise eines Kühlsteges, beziehungsweise der Aneinanderreihung mehrerer Kühlrippenabschnitte parallel zu einer Anbindungsfläche an den Wärmeleitbereich festgelegt: Geradlinige sowie Zickzack-, Schlangenlinien-, U- oder sinusförmige und andere Verläufe sind geeignet, einen oder mehrere in Erstreckungsrichtung übereinander angeordnete Kühlkanäle oder Kühlkanalabschnitte zwischen den Kühlrippen oder ihren Abschnitte zu begrenzen, einzuschließen oder auszubilden. Die Kühlrippenenden können frei im für die Strömung des Kühlmediums vorgesehenen Raum liegen (freies Ende) oder in einen dem Wärmeleitbereich gegenüberliegenden Festkörperbereich der Kühlvorrichtung münden oder an diesen stoßen, wobei sie thermisch, vorzugsweise stoffschlüssig, an diesen Festkörperbereich angebunden sind (gebundenes Ende).
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kühlrippen ein hohes Aspektverhältnis und der Bereich zwischen der Montagefläche und der Kühlkanalstruktur eine ausreichende Wärmespreizung aufweisen. Das kann dadurch erreicht werden, dass die Gesamthöhe der Kühlrippen zwischen Kühlrippenbasis und Kühlrippenende mindestens drei mal so groß ist wie die Kühlrippenbreite und geringer ist als die Dicke des Wärmesenkenbereiches zwischen der Montagefläche und der Kühlkanalstruktur. Insbesondere sollte die Kühlrippenbreite kleiner sein als 200 μm. Vorzugsweise liegt die Kühlrippenhöhe im Bereich von 100 μm bis 600 μm.
Vorteilhaft wirkt sich außerdem aus, dass Tantal und Niob thermische Ausdehnungskoeffizienten besitzen, die näherungsweise denen von Halbleiterbauelementen, insbesondere denen aus GaAs, entsprechen (Tantal: 6,3 ppm/K, Niob: 7,3 ppm/K), was sich thermomechanisch günstig auf temperaturabhängige Verbindungsverfahren, wie das Löten oder Schweißen der Kühlrippenstruktur mit einem wärmespreizenden Träger für das Halbleiterbauelement auswirkt, das einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das Halbleiterbauelement aufweist.
Die Erfindung erfüllt somit die wärmeleittechnischen und verbindungstechnischen Aspekte einer qualitätsgerechten Konstruktion von Mikrokanalwärmesenken.
Mit der Befestigung des Halbleiterbauelementes an der dafür vorgesehenen Montagefläche der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung entsteht eine erfindungsgemäße Halbleiter-Kühlanordnung, beispielsweise ein Diodenlaserbauelement in dem Fall, in dem das das im Betrieb Wärme erzeugende
Halbleiterbauelement ein Laserdiodenelement ist.
Es ist unstrittig, dass Materialien mit höherer thermischer Leitfähigkeit als Tantal und Niob bei gleicher
Kühlrippengeometrie eine bessere Wärmeabfuhr in der Kühlkanalstruktur erzielen als die erfindungsgemäße Lösung.
Aus diesem Grunde ist der durch den erfindungsgemäßen Wärmeleitbereich bedingte Abstand von der Wärmequelle zu der Kühlkanalstruktur bei der erfindungsgemäßen Kühlanordnung vorzugsweise größer als bei Kühlanordnungen nach dem Stand der Technik, die mit Kühlrippen höherer Wärmeleitfähigkeit versehen sind.
In der erfindungsgemäßen Kühlanordnung ist zwischen den Kühlrippen und dem Halbleiterbauelement ein Wärmeleitbereich oder -körper vorhanden, der vorzugsweise eine höhere thermische Leitfähigkeit besitzt als die Kernbereiche der Kühlrippen oder die Kühlrippen selbst. Vorzugsweise erstreckt er sich in wenigstens einer zur Montagefläche parallelen Richtung über die Montagefläche hinaus und weist eine
Dicke auf, die vorzugsweise wenigstens drei mal so groß ist wie die Höhe der Kühlrippen, um die von dem Halbleiterbauelement erzeugte Wärme über einen großen Kühlrippenbereich zu spreizen beziehungsweise zu verteilen. Vorzugsweise besteht ein solcher Wärmespreizbereich oder -körper aus einem hoch wärmeleitfähigen Verbundwerkstoff, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient - ebenso wie derjenige von Tantal und Niob - näherungsweise dem des Halbleiterbauelementes - beispielsweise einem Laserdiodenelement auf Basis von GaAs - entspricht. Diese Anpassung der thermischen
Ausdehnungskoeffizienten gestattet es, bei der Verwendung eines Wärmespreizkörpers sowohl die Fügeverbindung zwischen Wärmespreizkörper und Halbleiterbauelement als auch die Fügeverbindung mit der Mikrokanalwärmesenke oder der Kühlrippenstruktur allein mit einem zuverlässigen hoch goldhaltigen Gold-Zinn-Lot herzustellen. Zur vorteilhaften elektrischen Isolierung des Halbleiterbauelementes gegenüber dem Kühlmedium können die Montagefläche des Wärmeleitbereiches, eine die Kühlrippen aufweisender Kühlrippenkörper an einer dem Wärmeleitbereich zugewandten Anbindungsfläche und/ oder die Kühlrippen einschließlich ihrer Basis und ihrer Enden an den Oberflächen eine elektrisch isolierende Schicht tragen. Hinsichtlich der elektrischen Isolierung der Kühlrippen wird auf die deutsche Patentanmeldung 10 2007 051 797.3 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Insbesondere ist es vorteilhaft, Kühlrippen oder einen Kühlrippenkörper aus Tantal und/ oder Niob mit einer Tantaloxid- und/ oder Nioboxidschicht zu überziehen, beispielsweise durch Oxidation des Tantals und/ oder des Niob des Kühlrippenkörpers beziehungsweise der Kühlrippen.
Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung und Halbleiter-Kühlanordnung und deren Herstellung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen und den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung, Fig. 2 eine Kühlrippenstruktur,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung und
Fig.4 eine graphische Darstellung von Gleichung (8), die bereits erläutert wurde.
Ein Wärmespreizkörper 1 aus einem Silber-Diamant-Verbundwerkstoff besitzt eine Montagefläche 2 für ein zu kühlendes Halbleiterbauelement 3 und eine der Montagefläche 2 gegenüberliegende Anbindungsfläche 4 für eine Kühlrippenstruktur 5a. Die Kühlrippenstruktur 5a wird dadurch erzeugt, dass in ein 0,3 mm dickes Tantalblech durch Laserschneiden oder reaktives lonenätzen 50 μm breite Mikronuten eingebracht werden, wobei ein die Mikronuten umgebender, unstrukturierter Randbereich 6 im Tantalblech bestehen bleibt. In einer ersten Ausführung erstrecken sich die Mikronuten über die gesamte Dicke des Tantalbleches, so dass Langlöcher im Tantalblech mit 300 μm hohen Kühlrippen 7 gebildet werden.
In einer zweiten Ausführung enden die Mikronuten 50 μm, bevor sie die gegenüberliegende Seite des Tantalbleches öffnen, so dass 250 μm hohe Kühlrippen 7 entstehen.
Die Kühlrippenstruktur 5b besitzt eine parallel zur Blechoberfläche orientierte Kühlrippenbasisebene B, an welcher der Wärmeeintrag erfolgt sowie eine der Kühlrippenbasisebene B gegenüberliegende Ebene E, in der die Kühlrippen 7 enden und die mit Abschnitten der Blechoberfläche übereinstimmt (Fig. 2).
Die Kühlrippenstruktur 5b wird mit der in der basisseitigen Blechoberfläche enthaltenden Fügefläche 13 an der Anbindungsfläche 4 des Wärmespreizkörpers 1 vorzugsweise mit einem Lot 8 befestigt.
In einer dritten Ausführung wird auf der basisseitigen Blechoberfläche der Kühlrippenstruktur 5b gemäß der zweiten Ausführung eine elektrisch isolierende Schicht 9 aufgebracht, die anschließend lötfähig metallisiert wird, wobei die lötfähige Metallisierung die Fügefläche 13 aufweist.
Schließlich wird auf die an dem Wärmespreizkörper 1 befestigte Kühlrippenstruktur 5a/ 5b ein Anschlussbauteil 10 aufgesetzt, so dass die Kühlrippenstruktur 5a/ 5b verschlossen wird und sich eine Kühlkanalstruktur innerhalb einer Mikrokanalwärmesenke ausbildet. Zwischen dem Anschlussbauteil 10 und der Kühlrippenstruktur 5a/5b wird eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt, wobei sich die Fügezone 11 im Bereich des unstrukturierten Randbereiches 6 des Tantalbleches befindet. Das Anschlussbauteil 10 ist bevorzugt eine Platte aus LTC(low-temperature cofired)-Keramik mit wenigstens einem Zulaufkanal 12 zur Zuführung eines Kühlmittels zu der Kühlkanalstruktur sowie wenigstens einem nicht dargestellten Ablaufkanal zur Abführung des Kühlmittels aus der Kühlkanalstruktur. Während der Zulaufkanal 12 mit einem Kühlmitteleinlass in Verbindung steht, mündet der Ablaufkanal in einen Kühlmittelauslass (beide nicht dargestellt). Anschließend wird das Halbleiterbauelement 3 - beispielsweise ein Laserdiodenbarren - an der Montagefläche 2 der Mikrokanalwärmesenke mit Hilfe eines Lotes stoffschlüssig befestigt.
In einer zweiten Variante dieses Ausführungsbeispiels wird die Kühlrippenstruktur 5b aus Fig. 2 zunächst kühlrippenseitig mit dem Anschlussbauteil 10 verbunden, wodurch eine erfindungsgemäße Mikrokanalwärmesenke mit einer Fügefläche 13 hergestellt wird. Ein als Laserdiodenbarren ausgebildetes Halbleiterbauelement 3 wird seitens seiner Kontaktfläche 14 stoffschlüssig über eine Lötfuge mit dem Wärmespreizkörper 1 verbunden. Anschließend wird der Wärmespreizkörper 1 seitens seiner dem Laserdiodenbarren gegenüberliegenden Anbindungsfläche 4 stoffschlüssig über eine Lötfuge mit der Fügefläche 13 der Mikrokanalwärmesenke verbunden.

Claims

Patentansprüche:
1. Kühlvorrichtung für wenigstens ein in seinem Betrieb Wärme erzeugendes Halbleiterbauelement mit
- wenigstens einem, wenigstens eine Montagefläche zur stoffschlüssigen Befestigung wenigstens eines Halbleiterbauelementes aufweisenden, Wärmeleitbereich und
- wenigstens einer Kühlkanalstruktur, die zumindest abschnittsweise auf einer der Montagefläche abgewandten Seite des Wärmeleitbereiches angeordnet ist und mit wenigstens einem Kühlmitteleinlass und wenigstens einem Kühlmittelauslass strömungstechnisch in Verbindung steht, wobei die Kühlkanalstruktur zumindest abschnittweise stoffschlüssig an den Wärmeleitbereich angebundene und von dem Wärmeleitbereich wegstehende Kühlrippen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils wenigstens ein Kernbereich der Kühlrippen hinsichtlich Atom-, Gewichts- und/ oder
Volumenanteilen überwiegend aus Tantal und/ oder Niob besteht.
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen vollständig aus wenigstens einem Material bestehen, das hinsichtlich Atom-, Gewichts- und/ oder Volumenanteilen überwiegend Tantal und/oder Niob enthält.
3. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Kernbereich der Kühlrippen vollständig aus Tantal und/ oder Niob besteht.
4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen vollständig aus Tantal und/ oder Niob bestehen
5. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippenbreite kleiner ist als 200 μm und/ oder die Kühlrippenhöhe zwischen 100 μm und 600 μm liegt.
6. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen Bestandteile eines Kühlrippenkörpers sind.
7. Kühlvorrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlrippenkörper vollständig aus Tantal und/ oder Niob besteht.
8. Kühlvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitbereich 5 zumindest abschnittsweise Teil des Kühlrippenkörpers ist.
9. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlrippenkörper über an eine Anbindungsfläche stoffschlüssig an den Wärmeleitbereich angebunden ist.
10
10. Kühlvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlrippenkörper wenigstens eine parallel und/ oder senkrecht zur Anbindungsfläche gerichtete Kühlrippenverbindungsplatte aufweist, über die die Kühlrippen miteinander verbunden sind.
15 11. Kühlvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen eine Kühlrippenhöhe von der Ausdehnung der Kühlrippen senkrecht zur Anbindungsfläche aufweisen, die mindestens drei mal so groß ist wie die Kühlrippenbreite der kleineren Ausdehnung einzelner Kühlrippen parallel zur Anbindungsfläche.
20 12. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen zumindest abschnittsweise in Projektion der Montagefläche senkrecht zur Montagefläche liegen und eine Kühlrippenhöhe von der Ausdehnung der Kühlrippen senkrecht zur Montagefläche aufweisen, die mindestens drei mal so groß ist wie die Kühlrippenbreite der kleineren Ausdehnung einzelner Kühlrippen parallel zur Montagefläche.
25
13. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen der Montagefläche und der Kühlkanalstruktur liegende Wärmeleitbereich überwiegend aus einem Werkstoff besteht, dessen thermische Leitfähigkeit größer ist als die der Kernbereiche der Kühlrippen.
30
14. Kühlvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen zumindest abschnittsweise in Projektion der Montagefläche senkrecht zur Montagefläche liegen und der Abstand der Montagefläche von den Kühlrippen mindestens drei mal so groß ist wie die Kühlrippenhöhe von der Ausdehnung der Kühlrippen senkrecht zur Montagefläche.
15. Kühlvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen der Montagefläche und der Kühlkanalstruktur liegende Wärmeleitbereich überwiegend aus einem
Verbundwerkstoff besteht, dessen mittlerer thermischer Ausdehnungskoeffizient annähernd dem des Halbleiterbauelementes entspricht.
16. Kühlvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Material des Verbundwerkstoffes wenigstens ein Metall der Gruppe Kupfer, Silber und Aluminium enthält und wenigstens ein zweites Material des Verbundwerkstoffes wenigstens einen Werkstoff der Gruppe Wolfram, Molybdän, Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid und Kohlenstoff.
17. Kühlvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff wenigstens zwei der Materialien Silizium, Siliziumkarbid und Kohlenstoff enthält.
18. Kühlvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlenstoff wenigstens in einer der Modifikationen Diamant, Graphit, Graphen, Kohlenstofffaser und Kohlenstoffnanoröhrchen vorliegt.
19. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen an ihrer Oberfläche zumindest abschnittsweise eine elektrisch isolierende Schicht tragen.
20. Kühlvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht Tantaloxid und/ oder Nioboxid aufweist oder aus Tantal und/ oder Nioboxid besteht.
21. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Montagefläche und den Kühlrippen wenigstens eine elektrisch isolierende Schicht angeordnet ist, die das Halbleiterbauelement und die Kühlrippen elektrisch voneinander isoliert.
22. Kühlvorrichtung nach der Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen Bestandtteile eines Kühlrippenkörpers mit Kühlrippenverbindungsplatte sind, über die die Kühlrippen miteinander verbunden sind, und die Kühlrippenverbindungsplatte die elektrisch isolierende Schicht auf einer der dem Montagefläche und/ oder dem Wärmeleitbereich zugewandten Seite trägt.
23. Halbleiter-Kühlanordnung mit einer Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22 und 5 wenigstens einem stoffschlüssig über die Montagefläche mit der Kühlvorrichtung verbundenen
Halbleiterbauelement.
24. Halbleiter-Kühlanordnung nach Anspruch 23 dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung von Halbleiterbauelement und Kühlvorrichtung nur eine Fügezone zwischen dem
10 Halbleiterbauelement und der Kühlvorrichtung aufweist.
25. Halbleiter-Kühlanordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügezone die Elemente Gold und Zinn enthält.
15 26. Verfahren zur Herstellung einer Kühlvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Herstellung eines Anschlussbauteils,
Herstellung eines Kühlrippenkörpers mit einer Kühlrippenstruktur, die Kühlrippen aufweist, die jeweils wenigstens in einem Kernbereich hinsichtlich Atom-, Gewichts- und/ oder Volumenanteilen 20 überwiegend aus Tantal und/ oder Niob bestehen, wobei der Kühlrippenkörper und das Anschlussbauteil gemeinsam wenigstens zwei Öffnungen aufweisen,
Herstellung einer Mikrokanalwärmesenke durch stoffschlüssiges Verbinden des
Kühlrippenkörpers mit dem Anschlussbauteil, wobei die Kühlrippenstruktur durch das
25 Anschlussbauteil verdeckt und zu einer Kühlkanalstruktur ausgebildet wird, die in strömungstechnischer Verbindung mit beiden Öffnungen steht, von denen eine erste als
Kühlmitteleinlass und eine zweite als Kühlmittelauslass wirkt.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippenstruktur dadurch erzeugt 30 wird, dass eine Vielzahl von Mikronuten durch Laserschneiden oder reaktives lonenätzen in eine
Platte, die im überwiegend aus Tantal und/oder Niob besteht, eingebracht werden.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Nuten umgebender, unstrukturierter Randbereich der Platte bestehen bleibt.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des Kühlrippenkörpers die Verbindung der Kühlrippenstruktur mit einem Wärmeleitkörper beinhaltet, der die Montagefläche umfasst.
30. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, gekennzeichnet durch ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 28 und die stoffschlüssige Verbindung des Halbleiterbauelementes mit der
Kühlvorrichtung
31. Verfahren nach Anspruch 30 gekennzeichnet durch und folgende zusätzliche Schritte:
Herstellen eines Wärmeleitkörpers, - stoffschlüssiges Verbinden des Halbleiterbauelementes mit dem Wärmeleitkörper, stoffschlüssiges Verbinden des Wärmeleitkörpers mit der Mikrokanalwärmesenke.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet dass die Reihenfolge der beiden Verbindungsschritte beliebig ist.
33. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, gekennzeichnet durch ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlvorrichtung nach Anspruch 29 und die stoffschlüssige Verbindung des Halbleiterbauelementes mit der Kühlvorrichtung, wobei der Verbindung des Kühlrippenkörpers mit dem Anschlussbauteil die stoffschlüssigen Verbindung des Halbleiterbauelementes mit dem Kühlrippenkörper vorangeht.
34. Verfahren nach Anspruch 33 dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindung der Kühlrippenstruktur mit dem Wärmeleitkörper die stoffschlüssige Befestigung des Halbleiterbauelementes an der Montagefläche des Wärmeleitkörpers vorangeht.
35. Verfahren nach Anspruch 30 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Herstellung der Mikrokanalwärmesenke die stoffschlüssige Befestigung des Halbleiterbauelementes auf der Montagefläche anschließt.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011009680A3 (de) * 2009-07-21 2011-03-31 Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronische baueinheit und verfahren zur herstellung einer solchen baueinheit
US20130157100A1 (en) * 2011-12-15 2013-06-20 GM Global Technology Operations LLC Carbon fiber thermal interface for cooling module assembly
CN103887703A (zh) * 2014-03-27 2014-06-25 北京牡丹电子集团有限责任公司 一种带石墨烯层的半导体激光器热沉及其制作方法
CN112382921A (zh) * 2020-10-22 2021-02-19 山东大学 一种可改善半导体激光芯片热传导效率的热沉及制备方法
CN116014540A (zh) * 2023-01-05 2023-04-25 中国电子科技集团公司第十一研究所 一种激光晶体冷却热沉及其复合过渡层的制备方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015013511B3 (de) 2015-10-15 2017-03-16 Jenoptik Laser Gmbh Laserstrahlungsquelle und Verfahren zur Herstellung einer Laserstrahlungsquelle und Verwendung eines Lötprozesses
DE102016218522B3 (de) 2016-09-27 2017-06-22 Jenoptik Laser Gmbh Optische oder optoelektronische Baugruppe und Verfahren zur Herstellung dafür

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3243713C2 (de) * 1982-11-26 1985-05-15 Fr. Kammerer GmbH, 7530 Pforzheim Flachwärmetauscherplatte und Verfahren zu deren Herstellung
DE10011568C1 (de) * 2000-03-09 2001-06-13 Gea Canzler Gmbh Wärmetauscherelement
CN1392219A (zh) * 2001-06-15 2003-01-22 独立行政法人产业技术综合研究所 高热导性复合材料及其制备方法
US6452798B1 (en) * 2001-09-12 2002-09-17 Harris Corporation Electronic module including a cooling substrate having a fluid cooling circuit therein and related methods
JP2003273441A (ja) 2002-03-15 2003-09-26 Hamamatsu Photonics Kk ヒートシンク並びにこれを用いた半導体レーザ装置及び半導体レーザスタック装置
US6988534B2 (en) * 2002-11-01 2006-01-24 Cooligy, Inc. Method and apparatus for flexible fluid delivery for cooling desired hot spots in a heat producing device
JP2006511098A (ja) * 2002-10-11 2006-03-30 チエン−ミン・ソン 炭素質熱スプレッダー及び関連する方法
US7044196B2 (en) * 2003-01-31 2006-05-16 Cooligy,Inc Decoupled spring-loaded mounting apparatus and method of manufacturing thereof
JP4419742B2 (ja) * 2004-07-28 2010-02-24 ブラザー工業株式会社 電子部品搭載基板及びインクジェットヘッド
US7673389B2 (en) * 2005-07-19 2010-03-09 International Business Machines Corporation Cold plate apparatus and method of fabrication thereof with a controlled heat transfer characteristic between a metallurgically bonded tube and heat sink for facilitating cooling of an electronics component

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011009680A3 (de) * 2009-07-21 2011-03-31 Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronische baueinheit und verfahren zur herstellung einer solchen baueinheit
US20130157100A1 (en) * 2011-12-15 2013-06-20 GM Global Technology Operations LLC Carbon fiber thermal interface for cooling module assembly
US8945749B2 (en) * 2011-12-15 2015-02-03 GM Global Technology Operations LLC Carbon fiber thermal interface for cooling module assembly
CN103887703A (zh) * 2014-03-27 2014-06-25 北京牡丹电子集团有限责任公司 一种带石墨烯层的半导体激光器热沉及其制作方法
CN112382921A (zh) * 2020-10-22 2021-02-19 山东大学 一种可改善半导体激光芯片热传导效率的热沉及制备方法
CN116014540A (zh) * 2023-01-05 2023-04-25 中国电子科技集团公司第十一研究所 一种激光晶体冷却热沉及其复合过渡层的制备方法

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