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POLY-01: Polyvalente Kühlung Ein Substrat für die Montage von Halbleiterbauelementen umfasst Kühlkanäle abseits der Projektion des Halbleiterbauelementes und kann direkt durch ein Kühlmittel oder durch einen separaten Kühlkörper gekühlt werden |
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Patentansprüche (PCT-Anmeldung WO 2009 103 531 A1): 1. Wärmeübertragungsvorrichtung (15) mit wenigstens einem Halbleiterbauelement (10) und wenigstens einem Wärmeleitkörper (20), wobei das Halbleiterbauelement (10) wenigstens einen im Betrieb des Halbleiterbauelementes Wärme erzeugenden pn-Übergang und einen, alle im Betrieb des Halbleiterbauelementes (10) Wärme erzeugen-den pn-Übergänge im Halbleiterbauelement einschließenden, Wärmequellenbereich sowie wenigstens eine Kontaktfläche (11, 12) aufweist und der Wärmeleitkörper (20) sowohl wenigstens eine Aufnahmefläche (21), die in wenigstens einer stoffschlüssigen Verbindung mit der Kontaktfläche (11, 12) des Halbleiterbauelementes (10) steht, als auch wenigstens eine Kanalstruktur (30, 31) aufweist, die für eine konvektive Wärmeübertragung an wenigstens ein erstes, durch die Kanalstruktur (30, 31) leitbares, Kühlmittel vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalstruktur (30, 31) des Wärmeleitkörpers (20) vollständig außerhalb einer sich senkrecht zur Kon-taktfläche (11, 12) erstreckenden Wärmequellenprojektion (22) des Wärmequellenbereiches angeordnet ist, und der Wärmeleitkörper (20) wenigstens eine Anbindungsfläche (23) aufweist, über die wenigstens eine konduktive Wärmeübertragung an wenigstens einen Wärmeabfuhrkörper (98) vorgesehen ist, der wenig-stens eine Wärmeübertragungsstruktur (35) aufweist, wobei wenigstens eine konvektive Wärmeübertragung wahlweise wenigstens an das erste Kühlmittel oder an wenigstens ein zweites Kühlmittel erfolgt, das durch die Wärmeübertragungsstruktur (35) strömt. 2. Wärmeübertragungsvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung (15) zwei oder mehr Halbleiterbauelemente (10) aufweist, die jeweils wenigstens einen im Betrieb des Halbleiterbauelementes (10) Wärme erzeugenden pn-Übergang aufweisen und sich der Wärmequellenbereich über wenigstens zwei Halbleiterbauelemente (10) erstreckt. 3. Wärmeübertragungsvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die konduktive Wärmeübertragung von der Anbindungsfläche (23) an den Wärmeabfuhrkörper (98) über wenigstens einen Wärmeaufnahmekörper (90) erfolgt, der wenigstens eine Anschlussfläche für die konduktive Wärmeübertragung an den Wärmeabfuhrkörper (98) besitzt, wobei die Anschlussfläche des Wärmeaufnahmekörpers (90) größer ist als die Anbindungsfläche des Wärmeleitkörpers (20), der Wärmeaufnahmekörper (90) in wenigstens einer stoffschlüssigen Verbindung mit der Anbindungsfläche (23) steht. 4. Wärmeübertragungsvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungsstruktur (35) des Wärmeabfuhrkörpers (98) wenigstens eine Kanalstruktur mit mehreren Kanälen aufweist und/ oder zumindest abschnittsweise in einer Rippen- und/ oder Säulenstruktur vorliegt. 5. Wärmeübertragungsvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kühlmittel sowohl durch die Kanalstruktur (30, 31) als auch durch die Wärmeübertragungsstruktur (35) strömt. 6. Wärmeübertragungsvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die konvektive Wärmeübertragung sowohl an das erste Kühlmittel als auch an das zweite Kühlmittel erfolgt. 7. Wärmeübertragungsvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kühlmittel gasförmig ist. 8. Wärmeübertragungsvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung der Aufnahmefläche (21) mit der Kontaktfläche (11, 12) wenigstens einen Übergangskörper aufweist. 9. Wärmeübertragungsvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalstruktur (30, 31) zwei oder mehr Kanäle aufweist, die im Wärmeleitkörper angeordnet sind und mit wenigstens einer Zulauföffnung (40) und/oder wenigstens einer Ablauföffnung (50) in Verbindung stehen. 10. Wärmeübertragungsvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungsfläche (23), die Aufnahmefläche (21) und die Wärmeübertragungsstruktur (35) des Wärmeabfuhrkörpers (98) zumindest abschnittsweise in der Wärmequellenprojektion (22) angeordnet sind. 11. Wärmeübertragungsvorrichtung (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungsfläche (23) auf einer gegenüber der Kontaktfläche (11, 12) um zumindest näherungsweise 90° geneigten Endfläche angeordnet ist 12. Wärmeübertragungsvorrichtung (15) nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wärmequellenprojektion (22) bis zur Endfläche erstreckt. 13. Wärmeübertragungsvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement (10) ein kantenemittierendes elektro-optisches Bauelement mit einer ersten Kontaktfläche (11) und wenigstens einer, der ersten Kontaktfläche (11) zumindest abschnittsweise gegenüberliegenden, zweiten Kontaktfläche (12) und mit wenigstens einer Lichtaustrittsfläche ist, die zwischen den beiden Kontaktflächenebenen angeordnet ist, bezüglich der Kontaktflächen (11, 12) um einen Winkel von zumindest näherungsweise 90° geneigt ist und eine Lichtemissionsrichtung (13) definiert, die senkrecht zur Lichtaustrittsfläche in vom Halbleiterbauelement (10) abgewandter Richtung orientiert ist. 14. Wärmeübertragungsvorrichtung (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalstruktur (30,31) aus einer Vielzahl von zumindest abschnittsweise länglichen Kanälen besteht, deren Längsachsen senkrecht zur Kontaktfläche (11, 12) angeordnet sind und die sich von einer zur Kontaktfläche parallelen Oberseite des Wärmeleitkörpers (20) zu einer der Oberseite ge-genüberliegenden Unterseite des Wärmeleitkörpers (20) erstrecken. 15. Wärmeübertragungsvorrichtung (15) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalstruktur (30, 31) im Wärmeleitkörper (20) durch mehrere von zueinander parallelen, geneigten oder sich überkreuzenden Nuten ausgebildet ist, die in den Oberflächenbereich einer dem Halbleiterbauelement (10) zugewandten Seite des Wärmeleitkörpers (20) eingebracht sind, die im wesentli-chen parallel zur Kontaktfläche (11, 12) ausgerichtet ist, wobei die Nuten durch ein Deckelement (60, 80) zumindest abschnittsweise abgeschlossen sind und ein erster Abschnitt der Nuten mit einem ersten Durchbruch (61, 47) im Deckelement in Verbindung steht und ein zweiter Abschnitt der Nuten mit einem zweiten Durchbruch (62, 57) im Deckelement (60, 80) in Verbindung steht. 16. Verfahren, insbesondere Testverfahren, zum Einrichten und Betreiben einer Wärmeübertragungsvorrichtung (15) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Schritten: a) Stoffschlüssiges Verbinden des wenigstens einen Halbleiterbauelementes (10) mit dem Wärmeleitkörper (20), b) Durchströmen der Kanalstruktur (30, 31) des WärmeableitkörperWärmeleitkörpers (20) mit einem flüssigen, ersten Kühlmittel und testweises Betreiben des wenigstens einen Halbleiterbauelementes (10), insbesondere zur Durchführung von Funktionstests des wenigstens einen Halbleiterelements (10), verbunden mit der Erfassung wenigstens eines Parameters, c) Anschließen des Wärmeabfuhrkörpers (98) an den Wärmeleitkörper (20), d) Betreiben des Halbleiterbauelementes (10) wahlweise unter Durchströmung der Kanalstruktur (30, 31) des Wärmeleitkörpers (20) mit dem flüssigen, ersten Kühlmittel oder unter Beströmung der Wärmeübertragungsstruktur (35) des Wärmeabfuhrkörpers (98) mit dem flüssigen, ersten Kühlmittel oder einem zweiten Kühlmittel. 17. Verfahren, insbesondere Testverfahren, zum Einrichten und Betreiben einer Wärmeübertragungsvorrichtung (15) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, mit folgenden Schritten: a) Stoffschlüssiges Verbinden des wenigstens einen Halbleiterbauelementes (10) mit dem Wärmeleitkörper (20), b) Einrichten einer lösbaren Verbindung zwischen dem Wärmeleitkörper (20) und einer Wärmeabfuhrvorrichtung, c) Beströmen der Wärmeabfuhrvorrichtung mit einem ersten Kühlmittel und testweises Betreiben des wenigstens einen Halbleiterbauelements (10), insbesondere zur Durchführung von Funktionstests des wenigstens einen Halbleiterbauelements (10), verbunden mit der Erfassung wenigstens eines Parameters, d) Lösen der Verbindung zwischen dem Wärmeleitkörper und der Wärmeabfuhrvorrichtung, e) Einrichten einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Wärmeleitkörper (20) und dem Wärmeabfuhrkörper (98), f) Betreiben des Halbleiterbauelementes (10) wahlweise unter Durchströmung der Kanal-struktur (30, 31) des Wärmeleitkörpers (20) oder unter Beströmung der Wärmeübertragungsstruktur (35) des Wärmeabfuhrkörpers (98) mit dem ersten oder einem zweiten Kühlmittel. 18. Verfahren, insbesondere Testverfahren, zum Einrichten und Betreiben einer Wärmeübertragungsvor-richtung (15) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, mit folgenden Schritten: a) Stoffschlüssiges Verbinden des wenigstens einen Halbleiterbauelementes (10) mit dem Wärmeleitkörper (20), b) Einrichten einer Verbindung zwischen dem Wärmeleitkörper (20) und dem Wärmeabfuhr-körper (98), c) Durchströmen der Kanalstruktur des Wärmeleitkörpers (20) mit einem flüssigen, ersten Kühlmittel, Beströmen der Wärmeübertragungsstruktur (35) des Wärmeabfuhrkörpers (98) mit dem flüssigen ersten Kühlmittel oder einem zweiten Kühlmittel und testweises Betreiben des wenigstens einen Halbleiterbauelements (10), insbesondere zur Durchführung von Funktionstests des wenigstens einen Halbleiterbauelements (10), verbunden mit der Erfassung wenigstens eines Parameters, d) Betreiben des Halbleiterbauelementes (10) entweder unter Durchströmung der Kanalstruktur (30, 31) des Wärmeleitkörpers mit dem flüssigen, ersten Kühlmittel oder unter Beströmung der Wärmeübertragungsstruktur (35) des Wärmeabfuhrkörpers (98) mit dem flüssigen, ersten Kühlmittel oder einem zweiten Kühlmittel. 19. Verfahren zum Einrichten und Betreiben einer Wärmeübertragungsvorrichtung (15) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Verfahren nach den Ansprüchen 16 bis 18 angewendet werden. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement (10) ein elektro-optisches Bauelement ist und in wenigstens einem Testbetrieb wenigstens einer der folgenden Parameter des elektro-optischen Bauelementes erfasst wird: a) elektrischer Betriebsstrom, b) elektrische Betriebsspannung, c) emittierte Strahlungsleistung und d) Spektrum der emittierten Strahlung. |
