專利名稱：用于冷卻半導(dǎo)體管芯的冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于冷卻半導(dǎo)體管芯的冷卻裝置。具體而言(但并非排他地)，本發(fā)明 涉及用于冷卻光學(xué)器件的LED的半導(dǎo)體冷卻裝置。
背景技術(shù)：
在諸如集成電路(IC)或發(fā)光二極管(LED)之類的半導(dǎo)體器件中，性能和器件壽命 受所述半導(dǎo)體管芯或芯片的PN結(jié)的溫度的影響。因此，半導(dǎo)體器件的溫度管理在維持可靠 性能和長期運行方面具有重要意義。半導(dǎo)體器件的這種熱管理對具有長壽命要求的應(yīng)用和 包括多個半導(dǎo)體器件的應(yīng)用尤其重要。例如，在發(fā)光應(yīng)用中，諸如照明設(shè)備之類的光學(xué)器件可包括諸如LED之類的光源 的陣列。LED的數(shù)目以及它們彼此靠近導(dǎo)致更為顯著的發(fā)熱。因此，實現(xiàn)所述裝置的冷卻對 于長期可靠運行變得越來越至關(guān)重要。已提出用于冷卻半導(dǎo)體器件的各種方案。例如，W02008/037992描述了熱管理燈 組件，其中在殼體內(nèi)安裝了許多高功率LED。因為氣流從一個LED熱沉組件流向另一 LED熱 沉組件，W02008/037992中描述的系統(tǒng)的缺陷是熱傳遞效率不理想。此外，在所述裝置的運 行過程中，灰塵可被抽入所述殼體。所存在的這些灰塵對于所述LED的性能可能是有害的。 在一種具體的構(gòu)造中，每個LED設(shè)有風(fēng)扇以產(chǎn)生氣體流從而冷卻相應(yīng)的LED。這種布局因下 列缺陷而受損風(fēng)扇產(chǎn)生的噪聲產(chǎn)生了通常是嘈雜的環(huán)境，并且該噪聲可對所述半導(dǎo)體器 件的性能有害。此外，鑒于使用多個風(fēng)扇，整個裝置可能是昂貴且笨重的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，提供一種具有改進的冷卻效率的半導(dǎo)體冷卻裝置是有利的。提供一種如下 的半導(dǎo)體冷卻裝置也是理想的該半導(dǎo)體冷卻裝置能以降低灰塵吸入、降低噪聲的方式運 行，并且該半導(dǎo)體冷卻裝置尺寸緊湊并且成本降低。為了更好地說明一個或多個上述關(guān)心事項，依據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種 用于冷卻半導(dǎo)體管芯的冷卻裝置，所述裝置包括用于熱耦合至半導(dǎo)體管芯的散熱器，所述 散熱器設(shè)置成消散來自半導(dǎo)體部件的熱量；殼體，所述散熱器安裝于所述殼體內(nèi)；用于在 所述殼體內(nèi)提供受迫流體流的第一流體流通道；以及流體流通路，所述流體流通路設(shè)置成 沿第一方向在所述第一流體流通道和所述散熱器之間引導(dǎo)流體，并還設(shè)置成迫使流體在第 二方向沿所述散熱器流動，所述第二方向與所述第一方向不同。在本發(fā)明的一種實施方式中，所述殼體包括用于支撐所述半導(dǎo)體管芯的第一板； 以及與所述第一板相對的第二板，所述第二板具有孔，所述孔設(shè)置成容納通過所述孔的散 熱器，其中至少部分的所述流體流通路被所述孔的壁和所述消散器的壁限定，所述至少部 分的所述流體流通路用于在所述第二方向上引導(dǎo)所述流體沿所述散熱器流動。在一種具體的實施方式中，所述第一流體流通道布置于所述殼體的橫向壁上，所 述橫向壁垂直于所述第一板和所述第二板。
在另一實施方式中，用于接收所述散熱器的孔形成用于從所述殼體排出所述流體 流的第二流體流通道。因此，在這個實施方式中，迫使流體通過沿所述散熱器流動離開所述 殼體。所述第二流體流通道還可用于接收流體流進入所述殼體。在一種實施方式中，所述散熱器從所述半導(dǎo)體管芯延伸通過所述孔，這樣所述散 熱器與所述殼體外的流體介質(zhì)接觸。所述流體流通路可被流體通道組件限定。舉例而言，所述通道組件可被前板和背 板所限定。在一種實施方式中，所述第一流體流通道與脈沖式噴氣產(chǎn)生器流體連通。在一種 具體的實施方式中，所述消散器的空芯與所述脈沖式噴氣產(chǎn)生器流體連通。在一種實施方式中，所述散熱器通過卡扣結(jié)構(gòu)可與所述殼體連接。在一種具體的實施方式中，所述半導(dǎo)體冷卻裝置包括至少一個散熱器以及至少一 個孔，所述散熱器可熱耦合至多個半導(dǎo)體管芯，所述至少一個孔限定于所述殼體內(nèi)用于容 納至少一個散熱器，并且流體流通路設(shè)置成將流體從所述第一流體流通道導(dǎo)至所述散熱器 上或?qū)е撩總€散熱器上。在一種實施方式中，所述裝置可包括多個散熱器并且每個散熱器 可熱耦合至對應(yīng)的半導(dǎo)體管芯，并且所述裝置還可包括多個孔，其中每個孔可設(shè)置成容納 通過所述孔的對應(yīng)的散熱器。舉例而言，所述多個散熱器可設(shè)置成矩陣形式。依據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種電子設(shè)備，該電子設(shè)備包括半導(dǎo)體部件和冷 卻裝置，所述冷卻裝置如前所述地用于冷卻所述半導(dǎo)體部件。本發(fā)明的又一方面提供了光學(xué)器件，該光學(xué)器件包括至少一個半導(dǎo)體管芯，所述 至少一個半導(dǎo)體管芯具有光發(fā)射性能。舉例而言，所述半導(dǎo)體管芯可以是LED。依據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種冷卻半導(dǎo)體管芯的方法，所述方法包括將散 熱器熱耦合至所述半導(dǎo)體部件以消散來自所述半導(dǎo)體部件的熱量；將所述半導(dǎo)體部件安裝 至殼體；在所述殼體內(nèi)提供受迫流體流；沿流體通路以第一方向在限定于所述殼體上的第 一孔和所述散熱器之間弓I導(dǎo)所述受迫流體流，并沿所述散熱器在第二方向上引導(dǎo)所述受迫 流體，所述第二方向與所述第一方向不同。舉例而言，在所述殼體內(nèi)提供受迫流體流可包括 產(chǎn)生受迫流體流和接收所述受迫流體流進入所述殼體。在一個具體實施方式
中，迫使所述流體流沿所述散熱器在第二方向上通過第二孔 排出所述殼體，所述散熱器被容納于所述第二孔中。在又一實施方式中，以脈沖式流體射流的形式提供所述受迫氣流。流體可從所述 散熱器周圍吸入并排至所述散熱器上。流體可從所述散熱器的空芯的周圍吸入并通過所述 散熱器的空芯排出。


現(xiàn)僅通過實施例并參考下列附圖描述本發(fā)明的實施方式，其中圖1是依據(jù)本發(fā)明第一實施方式的半導(dǎo)體冷卻裝置的示意圖；圖2是圖1的半導(dǎo)體冷卻裝置的熱沉的橫截面圖；圖3是圖1半導(dǎo)體冷卻裝置的通道組件的示意圖；圖4A是依據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的半導(dǎo)體冷卻裝置的示意圖，該圖顯示了流 體流方向；
圖4B是與圖4A的示意圖相垂直的視圖，該圖顯示了所述流體流方向；圖5是依據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的半導(dǎo)體冷卻裝置的示意圖；圖6A是依據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的半導(dǎo)體冷卻裝置的示意圖，該圖顯示了吸 氣沖程期間的流體流方向；圖6B是依據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的半導(dǎo)體冷卻裝置的示意圖，該圖顯示了吹 氣沖程期間的流體流方向；圖7是依據(jù)本發(fā)明第三實施方式的半導(dǎo)體冷卻裝置的示意圖；圖8A是依據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的半導(dǎo)體冷卻裝置的示意圖，該圖顯示了運 行的第一階段期間的流體流方向；圖8B是依據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的半導(dǎo)體冷卻裝置的示意圖，該圖顯示了運 行的第二階段期間的流體流方向；圖9是依據(jù)本發(fā)明第四實施方式的LED消散器組件的立體圖；圖10是依據(jù)本發(fā)明第四實施方式的LED消散器組件的示意圖；圖IlA是依據(jù)本發(fā)明第四實施方式的半導(dǎo)體冷卻裝置的示意圖；圖IlB是圖IlA的半導(dǎo)體冷卻裝置的示意圖，該圖顯示了流體流；圖12A是依據(jù)本發(fā)明第五實施方式的半導(dǎo)體冷卻裝置的示意圖；圖12B是圖12A的半導(dǎo)體冷卻裝置的示意圖，該圖顯示了流體流；圖13A是依據(jù)本發(fā)明第六實施方式的半導(dǎo)體冷卻裝置的示意圖；圖13B是圖13A的半導(dǎo)體冷卻裝置的示意圖，該圖顯示了流體流；圖14A是圖13A的半導(dǎo)體器件的前板的外側(cè)的平面圖；圖14B是圖13A的半導(dǎo)體器件的前板的內(nèi)側(cè)的平面圖，該圖顯示了通道組件的布 局；圖15是依據(jù)本發(fā)明又一實施方式的半導(dǎo)體冷卻裝置的分解圖；以及圖16是依據(jù)本發(fā)明的一個備選實施方式的半導(dǎo)體冷卻裝置的分解圖。
具體實施例方式參考圖1至圖4B描述依據(jù)本發(fā)明第一實施方式的半導(dǎo)體冷卻裝置。參考圖1，依據(jù)本發(fā)明第一實施方式的半導(dǎo)體冷卻裝置100包括安裝于殼體組件 150內(nèi)的LED消散器組件110。LED消散器組件110包括待冷卻的LED元件111，LED元件 111安裝于熱沉112上，熱沉112用于消散LED元件111的熱量。如圖2所示，熱沉112具 有總體標(biāo)示為附圖標(biāo)記1121的冷卻扇葉，冷卻扇葉1121從熱沉112徑向延伸以增加用于 散熱的熱沉112的表面面積，熱沉112還具有空芯區(qū)域1122。在本實施方式中，熱沉112具 有約Icm的直徑。熱沉112通過由金屬制成的或諸如塑料或陶瓷之類的任何合適的熱傳導(dǎo) 材料制成的散熱塊114熱耦合至LED元件111，以將熱量從LED元件111傳導(dǎo)出來。殼體組件150包括前板151、背板152和設(shè)于殼體組件150的側(cè)面壁巧4上的氣流 入口 153，氣流入口 153用于接收形式為受迫氣體流的受迫流體流進入殼體150并使得能夠 在前板151和背板152之間產(chǎn)生冷卻氣體流，LED消散器組件110安裝于殼體組件150中。 前板151具有外部表面1511和內(nèi)部表面1512。LED元件111安裝成從外部表面1511面 朝外。散熱塊114形成部分的前板151并將LED元件11通過前板151熱耦合至熱沉112。
6LED元件111通過前板151中的電連接(圖中未示)被供電。前板151可由PCB形成或支 持與LED元件111電連接的任何合適的基底形成。在這個實施方式中，所述散熱器可通過 焊接或任何合適的固定方法安裝在所述前板上。前板151的內(nèi)表面1512具有通道組件155，通道組件155用于在前板151和背板 152之間將通過氣流入口 153來自殼體150的側(cè)面154的氣流橫向地引導(dǎo)至熱沉112上。 通過諸如焊接之類的任何適合的固定方式將通道組件155連接至前板151。通道組件155 和前板151之間的密封是氣密的，從而最小化流向熱沉112的氣體的損失。圖3是通道組 件155的平面圖。通道組件155布置成引導(dǎo)氣流從氣體入口 153流至圍繞熱沉112的外緣 區(qū)域，這樣就將氣體導(dǎo)至熱沉112上的靠近LED元件111的上部區(qū)域。可選擇所述通道組 件的長度和截面以調(diào)整所述流。在這個具體的實施方式中，通道組件155由塑料制成并通 過注模制造。這有助于降低所述裝置的制造成本。背板152具有孔1522，孔1522設(shè)置成以如下方式容納熱沉112 熱沉112從LED 元件111處延伸通過孔1522，這樣熱沉112與殼體150外的氣體接觸。因此，熱量可從熱 沉112傳遞至所述殼體外部的氣體?？?522的壁和熱沉112的壁限定讓所述氣流沿散熱 器112流出所述殼體的通道。氣流由與氣體入口 153流體連通的氣流產(chǎn)生器(圖中未示)生成。來自氣流產(chǎn)生 器的氣流通過氣流入口 153進入殼體150并被通道組件155引導(dǎo)，通道組件155限定在前 板151和背板152之間通過殼體150流至LED元件111的熱沉112上的流體通路。在本發(fā) 明的這個實施方式中的氣流產(chǎn)生器可以是風(fēng)扇、泵或本領(lǐng)域內(nèi)已知的可產(chǎn)生受迫的穩(wěn)定氣 流的任何類似的氣流發(fā)生設(shè)備。還可以理解，通過通道組件150流向熱沉112的穩(wěn)定氣流 可由任何合適的裝置生成，所述任何合適的裝置產(chǎn)生氣流入口和氣流出口之間的壓差，迫 使氣體從所述入口沿所述熱沉流向所述出口。參考圖4A和圖4B，從氣流入口 153通過通道組件155到達熱沉112的外緣區(qū)域 的氣流被引導(dǎo)至熱沉112的靠近LED元件111的上部區(qū)域，從而沿?zé)岢?12的長度方向或 主軸在扇葉1121間在從前板151向背板152的軸向上流動，并通過形成所述氣流出口的孔 1522排出殼體150。熱量從熱沉112傳遞至所述氣流從而冷卻LED元件111。由于在這個實施方式 中，迫使冷卻氣流沿?zé)岢?12的長度方向到達孔出口 1522以排出殼體150，所述氣流和熱 沉112之間的接觸得以增加并實現(xiàn)了冷卻效率的提高。此外，由于無需提供冷卻氣流的內(nèi) 部風(fēng)扇，整個裝置可以更為輕巧并且噪聲更少。由于通過所述殼體的側(cè)面壁上的入口接收 氣流，所述氣流產(chǎn)生器可置于所述裝置的該側(cè)部，從而得到總體上更為平整、更為緊湊的裝 置。此外，相對于現(xiàn)有技術(shù)的裝置，可降低所述裝置的灰塵吸入。在本發(fā)明的備選實施方式中，可以以脈沖式氣體或噴射式氣體的形式向所述熱沉 提供所述氣流。例如，參考圖5，在本發(fā)明的第二實施方式中，半導(dǎo)體冷卻裝置200與第一實 施方式的半導(dǎo)體冷卻組件相似，但是第一實施方式的氣流產(chǎn)生器替換為合成射流激勵器部 件220，并且從殼體250的側(cè)面壁2M上的氣流入口 253至熱沉212的流體通路由前板251 和背板252限定。合成射流激勵器部件產(chǎn)生形式為湍流脈沖噴射氣流(turbulent pulsated air jet)的可被引導(dǎo)至熱沉212的氣流。在運行過程中，如圖6A所示，在吸氣沖程期間， 由合成射流激勵器部件220沿流體通路吸入冷卻氣體，所述冷卻氣體從熱沉212附近通過由扇葉2121和孔2522限定的空間，從而將熱量從熱沉212處移除。如圖6B所示，在運行 過程的吹氣沖程期間，氣體在類似噴射的朝外的方向上沿流體通路經(jīng)過熱沉212排出，這 提供了沿?zé)岢?12通過由扇葉2121和孔2522限定的空間的氣流，從而再次將熱量從熱沉 212處轉(zhuǎn)移并因此從LED元件211處轉(zhuǎn)移。可調(diào)整所述合成射流激勵器的運行參數(shù)以控制所述氣流。由合成射流激勵器組件220生成的氣流湍流導(dǎo)致了熱量從熱沉212向所述氣流的 更有效率的轉(zhuǎn)移。因為熱效率更高，冷卻同樣的熱負(fù)載所需的氣流的量得以減少。此外，所 述氣流的脈沖性質(zhì)提高了邊界層和中間流之間的混合。在第二實施方式中，使用合成射流激勵器組件220導(dǎo)致了更高效的熱轉(zhuǎn)移。此外， 這種組件相比風(fēng)扇或泵提供了更為安靜的運行，降低了功耗、具有更緊湊的尺寸和更為長 久的壽命?，F(xiàn)參考圖7至圖8B描述本發(fā)明的第三實施方式。第三實施方式與第二實施方式類 似。在這個實施方式中，使用與第二實施方式的合成射流激勵器組件220類似的合成射流 激勵器組件320，并且流體通道組件由背板352和前板351限定。然而在第三實施方式中， 合成產(chǎn)生器320通過其前側(cè)部連接至殼體350的側(cè)面壁3M上的流體流入口 353，并且合成 產(chǎn)生器320經(jīng)由其后側(cè)部通過流體通道322連接至熱沉312的空芯3122。在這種布局中， 合成射流激勵器組件320的兩側(cè)以如下方式均可被利用除了熱沉312的扇葉3121之外， 以與之前實施方式相類似的方式通過吸入或排出氣體也可冷卻芯3122 (也可具有扇葉)。 從熱沉芯3122的氣體吸入可與氣體排至熱沉扇葉3121同時發(fā)生，反之亦可。額外的優(yōu)勢 是，由于噴射不同相，可消除驅(qū)動頻率噪聲。以這種方式，熱轉(zhuǎn)移的效率可進一步提高，并且 噪聲可以進一步降低。這個實施方式的裝置的設(shè)計使得減少或阻止與吸入的冷卻氣體的吸 入同時的受熱的排出氣體的吸入?，F(xiàn)參考圖9至圖IlB描述依據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的半導(dǎo)體冷卻裝置400。在 本發(fā)明的這個實施方式中，LED消散器組件410包括熱耦合至LED元件411的散熱器412， 并且LED消散器組件410還具有塑料支撐元件413，塑料支撐元件413具有側(cè)面延伸部4131 和電接觸元件4132，側(cè)面延伸部4131用以提供對殼體組件450的卡合，電接觸元件4132用 于將電能從合適的電源(圖中未示)通過前板451傳遞至LED元件411。如圖IlA所示，第二實施方式的LED消散器組件410通過卡合安裝結(jié)構(gòu)可移除地 安裝至殼體組件450的前板451。側(cè)面延伸部4131提供與前板451協(xié)作以將所述LED消散 器組件連接至前板451的結(jié)構(gòu)。固定機構(gòu)4134將通道組件455固定至前板451。通道組件 455具有與第一實施方式的通道組件155相同的布局。安裝消散器組件410使得熱沉412 從LED元件411延伸通過背板452的孔4522，這樣熱沉412與殼體450外部的空氣接觸。與氣體入口(與第一實施方式的氣體入口 153類似)流體連通的氣流產(chǎn)生器(圖 中未示)產(chǎn)生氣流。所述氣流產(chǎn)生器可以是與第一實施方式的氣流產(chǎn)生器類似的產(chǎn)生流向 熱沉412的穩(wěn)定氣流的氣流產(chǎn)生器。備選地，類似于第二實施方式和第三實施方式的合成 射流產(chǎn)生器的脈沖式氣流產(chǎn)生器可提供氣體脈沖形式的氣流。如圖IlB所示，氣流被通道 組件455引導(dǎo)在橫向上通過前板451和背板452之間的殼體450，直至LED元件411的熱沉 412的上部區(qū)域。然后，縱向地迫使氣流沿扇葉4121間的熱沉412的長度方向軸向地從頂 部板451流向底部板452，并通過形成氣流出口的孔4522排出殼體450。
熱量從熱沉412傳遞至所述氣流，從而冷卻LED元件411。由于在本實施方式中， 迫使冷卻氣體軸向地沿所述散熱器到達殼體450的出口，可實現(xiàn)冷卻效率的提高?，F(xiàn)參考圖12A和圖12B描述依據(jù)本發(fā)明的第五實施方式的半導(dǎo)體冷卻裝置500。半導(dǎo)體冷卻裝置500類似于第四實施方式的半導(dǎo)體冷卻裝置400。除了用于將LED 消散器組件510安裝至前板551的卡合結(jié)構(gòu)5131之外，支撐元件513還具有下側(cè)面延伸部 5133以將LED消散器組件510連接至通道組件555。這種布置有助于進一步地將通道組件 555固定至前板551。在前板551中還限定了孔556以提供從通道組件555至熱沉512的上部區(qū)域的氣 流通路。所述氣流通路通過支撐元件513的額外的側(cè)面延伸部5135密封。以這種方式，第 一板限定了形成部分的流體流通路的孔556，所述流體流通路用于迫使流體流至散熱 器512的靠近LED元件411的端部區(qū)域上，并且側(cè)面的延伸部構(gòu)成了用于密封所述流體流 通路的密封元件。與氣體入口流體連通的氣流產(chǎn)生器(圖中未示)產(chǎn)生氣流，所述氣體入口與第一 實施方式的氣體入口 153相似。所述氣流產(chǎn)生器可以是與第一實施方式的氣流產(chǎn)生器類似 的產(chǎn)生流向熱沉512的穩(wěn)定氣流的氣流產(chǎn)生器。備選地，脈沖式氣流產(chǎn)生器可提供氣體脈 沖形式的氣流，所述脈沖式氣流產(chǎn)生器類似于第二實施方式和第三實施方式的合成射流產(chǎn) 生器。引導(dǎo)氣流通過前板551和背板552之間的通道組件555，并通過孔556流至LED元件 511的熱沉512的上部區(qū)域上。然后，迫使所述氣流沿扇葉5121間的熱沉512的長度方向 軸向地從頂部板551流向底部板552，并通過孔5522排出殼體550。現(xiàn)參考圖13A至圖14B描述本發(fā)明的第六實施方式。在第六實施方式中，多個LED 消散器組件610以陣列的方式安裝至殼體組件650內(nèi)。每個LED消散器組件610類似于第 一實施方式的LED消散器組件110，并且每個LED消散器組件610包括通過散熱塊614熱耦 合至相應(yīng)熱沉612的LED元件611。殼體組件650包括前板651、背板652和在殼體組件的側(cè)面壁6M上提供的氣流入 口 653，氣流入口 653用于接收受迫氣體流進入殼體650并使得能夠在前板651和背板652 之間產(chǎn)生冷卻氣流。印刷電路板(PCB)或任何合適的類似基底形成具有外部表面6511和 內(nèi)部表面6512的前板651。每個LED元件611安裝成從外部表面6511處面朝外，并且通過 前板651中的電連接向每個LED元件611供電。前板651的內(nèi)部表面6512具有通道組件655，用于將氣流從公共的熱沉入口 653 引導(dǎo)至每個熱沉612上。通道組件655和前板651之間的密封是氣密的，從而最小化流向 熱沉612的冷卻氣體的損失。圖14B是前板651的下側(cè)6512的平面圖，該圖給出了通道組件655的平面圖。通 道組件655配置成提供從氣體入口 653流向圍繞每個熱沉612的外緣區(qū)域的氣流通路，這 樣氣體被引導(dǎo)至每個熱沉612上的靠近各自的LED元件611的上部區(qū)域。殼體650的背板652具有多個孔6522，對應(yīng)的熱沉612分別從各個LED元件611 延伸穿過每個孔6522，這樣每個熱沉與所述殼體外的氣體接觸，從而使得熱量能夠從每個 熱沉612轉(zhuǎn)移至所述殼體外的氣體。與氣體入口 653流體連通的氣流產(chǎn)生器產(chǎn)生氣流。氣流產(chǎn)生器可以是與第一實施 方式的氣流產(chǎn)生器類似的向各熱沉612提供穩(wěn)定氣流的氣流產(chǎn)生器。備選地，脈沖式氣流產(chǎn)生器可提供氣體脈沖形式的氣流，所述脈沖式氣流產(chǎn)生器類似于第二實施方式和第三實 施方式的合成射流產(chǎn)生器。可按如下方式選擇形成通道組件655的通道的長度和截面用 于產(chǎn)生氣流的合成射流激勵器的驅(qū)動功率被最小化。由通道組件655引導(dǎo)的氣流橫向地通 過前板651和背板652之間的殼體650流至對應(yīng)的LED元件611的每個熱沉612上。引導(dǎo) 受迫的氣流流至每個熱沉612的上部區(qū)域，從而沿扇葉6121間的熱沉612的長度方向軸向 地從頂部板651流向底部板652，并分別通過孔6522排出殼體650。每個孔6522形成氣流 出口。熱量從每個熱沉612轉(zhuǎn)移至所述氣流，從而冷卻每個LED元件611。由于在這個實 施方式中，冷卻氣體受迫沿每個熱沉612的長度方向流至對應(yīng)的孔6522，可實現(xiàn)冷卻效率 的提高。此外，由于不需要內(nèi)部風(fēng)扇以向每個LED元件提供冷卻氣流，整個裝置可更為輕巧 并減少噪音。此外，每個熱沉縮減了的尺寸讓LED能夠彼此更靠近地放置，從而實現(xiàn)更高密 度的LED封裝。在這個實施方式中，鑒于多個LED產(chǎn)生的熱量以及它們彼此相近地放置，LED元件 的高效冷卻尤其是理想的。由于冷卻氣體受迫流至每個熱沉上并受迫沿?zé)岢亮鲃右耘懦鏊?述殼體，可實現(xiàn)有效冷卻。由于熱沉612共享公共的氣流入口 653，所述裝置的總體尺寸得 以降低。此外，由于氣流入口 653布置于所述殼體的側(cè)面壁肪4上，可得到總體上更為扁平 的裝置。雖然在第六實施方式中，LED消散器組件類似于第一實施方式的LED消散器組件， 可以理解，所述裝置可具有多個類似于第四實施方式或第五實施方式的LED消散器組件的 LED消散器組件，其中LED消散器組件具有卡合結(jié)構(gòu)。圖14示出了本發(fā)明的另一實施方式。這個實施方式類似于本發(fā)明的第六實施方 式，不同之處在于前板751和背板752之間的殼體750的內(nèi)部空間形成通道，該通道提供從 氣流入口 753流向每個熱沉712的流體通路。在這個實施方式中，所述殼體形成提供前板 751和背板752之間整個內(nèi)部空間的均勻氣壓的集氣室。通過入口 753流入所述殼體的氣 體通過所述集氣室被引導(dǎo)至孔7522并沿對應(yīng)的熱沉712的長度方向流動，將熱量從熱沉 712轉(zhuǎn)移至所述氣流。雖然在前面的實施方式中，所述殼體具有單個氣流入口，可以理解，所述殼體可具 有任何數(shù)目或任何布置的氣流入口。例如，圖16示出了一種備選實施方式。這個實施方式 類似于圖15的實施方式，但是具有在所述殼體850的相對的壁上的兩個氣流入口 853。雖然在本發(fā)明的前述實施方式中，每個LED元件具有各自的散熱器，可以理解，在 本發(fā)明的備選實施方式中，散熱器可被兩個或更多個LED元件所共享。此外，可以理解，所 述兩個或更多個散熱器可延伸通過相同的孔。這個實施方式既可應(yīng)用于半導(dǎo)體管芯的數(shù)量以及它們的彼此靠近需要有效冷卻 的高通量場合，也可應(yīng)用于具有長壽命要求因而熱管理對于穩(wěn)定運行具有重要意義的低通 量場合。盡管參考具體實施方式
在上文中描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于所述具體實施 方式，并且本發(fā)明保護范圍內(nèi)的改變對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。舉例而言，盡管在本發(fā)明的前述實施方式中，結(jié)合冷卻LED描述了所述裝置，可以 理解，這種冷卻裝置可用于冷卻其他種類的固態(tài)光源或半導(dǎo)體管芯或芯片。例如所述組件可用于從集成電路(IC)處轉(zhuǎn)移出熱量。在本發(fā)明的一種備選實施方式中，熱沉可由導(dǎo)熱塑料或?qū)崽沾芍瞥?。在這種實 施方式中，所述熱沉可通過注射成型制成。在本發(fā)明的又一實施方式中，所述散熱塊可由單 獨部件提供而非形成為所述PCB的一部分。還可以理解，在本發(fā)明的一些實施方式中，可能 不存在散熱塊?？梢岳斫猓鰺岢敛⒉幌拗茷閳D中所示的形式，而是可采用用于將熱量從其表 面消散的任何合適形式。例如，所述熱沉可以不是空心的并且/或者可以具有不同布局的 扇葉。在本發(fā)明的備選實施方式中，所述熱沉可安裝有用于將熱量從所述半導(dǎo)體管芯處 轉(zhuǎn)移出以提高熱轉(zhuǎn)移效率的熱管。盡管在第四和第五實施方式中，LED消散器組件具有支撐元件，可以理解，在本發(fā) 明的備選實施方式中，熱沉和散熱塊可形成LED消散器組件的支撐裝置。在又一實施方式 中，所述支撐裝置可與所述背板協(xié)作或者同時與所述前板和所述背板協(xié)作。雖然針對氣流描述了前述實施方式，可以理解，冷卻流體流可以是液體流或任何 其他合適的氣體。還應(yīng)理解，在本發(fā)明的備選實施方式中，可以以與前述實施方式的氣流方向相反 的軸向沿所述熱沉弓I導(dǎo)所述流體流。還可以理解，所述氣流產(chǎn)生器可在流體通路的任何位 置連接，使得所述氣流產(chǎn)生器與所述熱沉流體連通。盡管前述實施方式具有用于以軸向?qū)⑺鰵饬鲝乃錾崞鞯囊欢藢?dǎo)向另一端 的孔，可以理解，可使用提供沿所述散熱器長度方向的氣流通道的任何合適結(jié)構(gòu)。盡管在一些前述實施方式中，通道組件提供在前板上，將理解在其他實施方式中 通道組件可以提供在背板上。在借鑒前述實施方式之后，許多進一步的修改和變化對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言都 是易于想到的。僅通過實施例的方式給出了前述實施方式，并且前述實施方式并不意于限 制本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明的保護范圍僅由所附權(quán)利要求確定。具體而言，不同實施方 式中的不同特征在合適的情況下可交換。在權(quán)利要求中，詞語“包括”并不排除其他元件或步驟，并且未指明數(shù)目則意味著 可以是一個也可以是多個。在彼此不同的從屬權(quán)利要求中羅列的不同特征并不表明這些特 征的組合不能被有利地使用。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)被解釋為對本發(fā)明的保護 范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于冷卻半導(dǎo)體管芯的冷卻裝置，所述裝置包括可熱耦合至半導(dǎo)體管芯(111)的散熱器(112)，所述散熱器(11 設(shè)置成消散來自所述 半導(dǎo)體管芯(111)的熱量；殼體(150)，所述散熱器(11 安裝至所述殼體(150)；用于在所述殼體(150)內(nèi)提供受迫流體流的第一流體流通道(15 ；以及流體流通路，所述流體流通路設(shè)置成以第一方向在所述第一流體流通道(15 和所述 散熱器(11 之間引導(dǎo)流體，并還設(shè)置成迫使流體以與所述第一方向不同的第二方向沿所 述散熱器(11 流動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的冷卻裝置，其中所述殼體(150)包括用于支撐所述半導(dǎo)體管芯(111)的第一板(151)；以及與所述第一板(151)相對的第二板(152)，所述第二板(15 具有孔(1522)，所述孔 (1522)設(shè)置成容納通過所述孔(152 的所述散熱器(112)，其中至少部分的所述流體流通 路由所述孔(152 的壁和所述散熱器(11 的壁限定，所述至少部分的所述流體流通路用 于迫使所述流體流沿所述散熱器(11 在所述第二方向上流動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的冷卻裝置，其中所述第一流體流通道(15 布置在所述殼體 (150)的側(cè)面壁(154)上，所述側(cè)面壁(154)垂直于所述第一板(151)和所述第二板(152)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的冷卻裝置，其中用于容納所述散熱器(112)的所述孔(1522)形成 第二流體流通道，所述第二流體流通道用于將流體流從所述殼體(150)排出或?qū)⒘黧w流接 收進入所述殼體(150)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的冷卻裝置，其中所述散熱器(112)從所述半導(dǎo)體管芯(111)延伸 通過所述孔(1522)，使得所述散熱器(11 與所述殼體(150)外的流體介質(zhì)接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的冷卻裝置，其中至少部分的所述流體流通路由通道組件(155)限定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的冷卻裝置，其中所述第一流體流通道(25 與脈沖式噴氣產(chǎn)生器 (220)流體連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的冷卻裝置，其中所述散熱器(312)的空芯(3122)與所述脈沖式噴 氣產(chǎn)生器(320)流體連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的冷卻裝置，其中所述散熱器(11 可通過卡合結(jié)構(gòu)耦合至所述殼 體(150)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的冷卻裝置，包括可熱耦合至多個半導(dǎo)體管芯(611)的至少一個散 熱器(612)、以及限定在所述殼體(150)上的用于容納至少一個散熱器(612)的至少一個孔 (6522)，其中所述流體流通路設(shè)置成在所述第一流體流通道(65 和所述散熱器(612)之 間引導(dǎo)流體，或在所述第一流體流通道(65 和每個散熱器(61 之間引導(dǎo)流體。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的冷卻裝置，包括多個散熱器(612)，每個散熱器(61 可熱耦合至對應(yīng)的半導(dǎo)體管芯(611)；以及多個孔(6522)，每個孔(652 設(shè)置成容納對應(yīng)的通過所述孔(652 的散熱器(612)。
12.一種電子設(shè)備，包括至少一個半導(dǎo)體管芯(111)和根據(jù)權(quán)利要求1的用于冷卻所述 至少一個半導(dǎo)體管芯(111)的冷卻裝置。
13.一種光學(xué)器件，包括至少一個具有光發(fā)射特性的半導(dǎo)體管芯(111)和根據(jù)權(quán)利要求1的用于冷卻所述至少一個半導(dǎo)體管芯(111)的冷卻裝置。
14.一種冷卻半導(dǎo)體管芯(111)的方法，所述方法包括將散熱器(112)熱耦合至所述半導(dǎo)體管芯(111)以消散來自所述半導(dǎo)體管芯(111)的熱量；將所述散熱器(11 安裝至殼體(150)； 在所述殼體(150)內(nèi)提供受迫的流體流；沿流體通路以第一方向在第一孔(15 和所述散熱器(11 之間引導(dǎo)所述殼體內(nèi)的受 迫流體流，所述第一孔(153)限定于所述殼體上；以及沿所述散熱器(11 在第二方向上引導(dǎo)所述受迫流體，所述第二方向與所述第一方向 不同。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中迫使所述流體流沿所述散熱器(11 在第二方向上 通過第二孔(152 排出所述殼體(150)，所述第二孔(152 容納所述散熱器(112)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中以脈沖式噴射流體的形式提供所述受迫的流體流。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，還包括從所述散熱器(21 周圍吸入流體和/或沿所述 散熱器012)排出流體。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，還包括從所述散熱器(312)的空芯(3122)吸入流體和/ 或排出流體至所述散熱器(312)的空芯(3122)。
全文摘要
一種用于轉(zhuǎn)移來自半導(dǎo)體管芯(111)的熱量的半導(dǎo)體冷卻裝置。所述半導(dǎo)體冷卻裝置包括可熱耦合至待冷卻的半導(dǎo)體管芯部件(111)的散熱器(112)，用于消散來自所述半導(dǎo)體管芯(111)的熱量；殼體(150)，所述半導(dǎo)體管芯(111)安裝至所述殼體(150)之中或之上；用于在所述殼體(150)內(nèi)提供受迫流體流的流體流通道(153)；以及布置成引導(dǎo)所述受迫流體流以第一方向在所述流體流通道(153)和所述散熱器(112)之間流動并設(shè)置成引導(dǎo)所述流體流沿所述散熱器(112)在不同于所述第一方向的第二方向上流動的流體流通路(155)。在一種特定實施方式中，所述半導(dǎo)體冷卻裝置用于消散來自LED陣列的熱量。
文檔編號H01L33/64GK102105980SQ200980128995
公開日2011年6月22日 申請日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者B-H·修斯曼, C·J·M·拉桑斯, H·J·埃金克, N·米尼奧 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司