[发明专利]阵列半导体辐射发射装置的分布冷却

说明书

本申请案是基于2010年6月1日申请的第61/350,352号美国临时申请案且主张所述临时申请案的优先权，所述临时申请案以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

当前所描述的实施例大体上涉及用于从固态半导体阵列蒸煮系统移除废热的新颖系统配置及相关联方法，且特定来说，涉及通过与冷却系统接触的散热片从所述装置阵列传导废热。此外，本申请案包括可适用于冷却多个固态半导体阵列辐照源的多头冷却系统的设计。

背景技术

使用由半导体装置的阵列产生的辐照进行加热及蒸煮的优点已有充分的文件证明。举例来说，现有专利—第7,425,296号美国专利揭示此类优点。增加的装置寿命、更大的输出能量控制、提高的能量效率、紧凑的大小及提高的可重复性均为用于民用应用、商用应用或工业应用的加热、固化及蒸煮过程中的合意特性。然而，这些装置的效率及寿命与成功地移除在电转换成电磁或其它辐照能量期间产生的废热的能力紧密相关。事实上，任何半导体装置的初始失效模式为可在过热期间发生的损害。

用于半导体装置的当前冷却方法包括金属散热片、强制通风系统及封闭及开放泵送液体热交换器系统。金属散热片及强制通风系统具有低冷却容量的缺点，其中最佳可能温度设置在局部环境温度，而泵送液体系统需要较大的储水池、庞大的泵且在维持冷却剂温度接近或低于环境时仅提供低相对效率。20世纪60年代以来，已出现对用于电子电路组件及需要移除大量废热的其它电力电子设备的汽相冷却的使用。

先前系统主要涉及双相冷却回路的设计及实施，其中至少一者甚至指定对用于固态电路组件的冷却系统的使用。此外，当前可购买到的双相系统通常针对具有数十千瓦的典型容量的工业应用而定大小。

发明内容

在当前描述的实施例的一个方面中，所述系统包含：安装衬底，基于半导体的辐射发射装置的阵列安装到所述安装衬底的第一表面上，所述安装衬底包括具有高导电性的第一材料及具有电绝缘特征的第二材料中的至少一者；热交换体，其连接到所述安装衬底的第二表面；热交换流体腔，其在所述热交换体内，所述热交换流体腔操作以维持热交换流体在所述热交换体中的流动；及流体连接，其提供到所述热交换流体腔的入口及出口。

在当前描述的实施例的另一方面中，所述系统包含冷却系统，其连接到所述流体连接。

在当前描述的实施例的另一方面中，所述冷却系统为汽相冷却系统、基于水的冷却系统、基于空气的冷却系统或基于制冷剂的冷却系统中的至少一者。

在当前描述的实施例的另一方面中，基于半导体的辐射发射装置在红外线范围、紫外线范围及可见光范围中的一者中以窄带发射能量。

在当前描述的实施例的另一方面中，所述窄带小于300nm，半最大值全宽(full widthhalf max)。

在当前描述的实施例的另一方面中，所述基于半导体的辐射发射装置在微波范围中发射能量。

在当前描述的实施例的另一方面中，所述安装衬底由铜材料、金刚石材料、纳米导体复合材料中的至少一者或其合金形成或包含铜材料、金刚石材料、纳米导体复合材料中的至少一者或其合金。

在当前描述的实施例的另一方面中，所述安装衬底及所述热交换体形成一体。

在当前描述的实施例的另一方面中，所述系统进一步包含控制器，其操作以控制流体到所述热交换流体腔的流动。

在当前描述的实施例的另一方面中，所述系统进一步包含流体调节器及温度传感器中的至少一者。

在当前描述的实施例的另一方面中，所述阵列是二维的。

在当前描述的实施例的另一方面中，所述阵列是X乘Y阵列，其中X及Y两者均大于1。