Die Erfindung betrifft einen zum Kühlen eines elektrischen und/oder elektronischen Bauelements dienenden Kühlkörper. Das Wärme abgebende und zu kühlende Bauelement kann zum Beispiel aus einem Halbleiterbauelement mit einem einzelnen Halbleiter oder auch aus einer Einheit und/oder einem Gerät mit mehreren zusammengebauten Komponenten bestehen.
Bekannte Kühlkörper mit einer Tragplatte und Kühlplatten bestehen je aus einem einstückigen Körper, der von einem Leichtmetall-Profilstab abgeschnitten ist. Wenn derartige Kühlkörper viele Kühlplatten aufweisen sollen, ist jedoch zum Strangpressen von Profilstäben ein sehr grosses und teures Strangpress-Werkzeug erforderlich. Ferner werden für unterschiedliche Anzahlen von Kühlplatten auch unterschiedliche Werkzeuge benötigt. Zudem kann der Abstand aufeinander folgender Kühlplatten aus herstellungstechnischen Gründen oft nicht so klein gemacht werden, wie es für eine wirkungsvolle Kühlung erwünscht wäre.
Andere bekannte Kühlkörper besitzen eine einstückige Tragplatte mit zueinander parallelen Nuten und ursprünglich separaten Kühlplatten, von denen jede einen in eine der Nuten der Tragplatte eingepressten Abschnitt hat. Derartige Kühlkörper haben den Nachteil, dass grosse und relativ teure Tragplatten mit einer Vielzahl von Nuten hergestellt werden müssen, wobei für verschieden grosse Kühlkörper unterschiedliche Tragplatten herzustellen sind. Diese Kühlkörper haben ferner und vor allem den Nachteil, dass die zum Kühlen abzuführende Wärme auf ihrem Weg von der Tragplatte in die Kühlplatten Übergänge zwischen Flächen der Tragplatte und Flächen der aus separaten Teilen bestehenden Kühlplatten und häufig sogar stellenweise Luftspalte passieren muss. Dies verschlechtert die Wärmeabfuhr.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Kühlkörper zu schaffen, der Nachteile der bekannten Kühlkörper vermeidet und insbesondere auch bei einer grossen Anzahl Kühl-Tragplatten wirtschaftlich herstellbar ist sowie eine gute Wärmeübertragung von der Traglatte in die Kühlplatten ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen Kühlkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung betrifft ferner einen Einzelteil und ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers, wobei der Einzelteil und das Verfahren erfindungsgemäss die Merkmale des Anspruchs 6 bzw. 10 aufweisen.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Gemäss der Erfindung ist der Kühlkörper aus mehreren, d.h. zwei oder mehr einstückigen Einzelteilen zusammengesetzt, von denen jeder einen Tragplattenabschnitt und eine oder eventuell mehrere Kühlplatte(n) bildet. Dies ermöglicht, aus relativ kleinen Einzelteilen einen grossen Kühlkörper zu bilden. Jeder Einzelteil kann aus einem Stück eines Profilstabs bestehen, der mit einem relativ kleinen und entsprechend kostengünstigen Werkzeug durch Warm-Umformen, beispielsweise Strangpressen, oder eventuell Stranggiessen oder dergleichen geformt und hergestellt wurde. Die zur Profilstab-Längsrichtung und Kühlplatten-Längsrichtung parallele Abmessung des Kühlkörpers kann durch Abschneiden von Profilstab-Stücken gewünschter Länge nach Belieben festgelegt werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Einzelteile derart ausgebildet, dass beliebig viele Einzelteile aneinander gereiht und starr miteinander verbunden werden können. Dadurch kann die senkrecht zur Kühlplatten-Längsrichtung gemessene Abmessung des Kühlkörpers stufenweise beliebig gross gemacht werden.
Der Kühlkörper kann bei seiner Verwendung derart an einem Halbleiterbauelement oder sonstigen Wärme abgebenden Bauelement angeordnet und befestigt werden, dass die Tragplatte mit einer den Kühlplatten abgewandten Auflage- und/oder Grundfläche am Bauelement anliegt, wobei diese Fläche aus Auflage- und/oder Grundflächen aller Einzelteile gebildet ist. Es kann dann Wärme von dem zu kühlenden Bauelement in die Tragplattenabschnitte der verschiedenen Einzelteile des Kühlkörpers und von diesen in die Kühlplatten fliessen. Diese Wärme braucht dabei zwischen den Tragplattenabschnitten und den mit diesen zusammenhängenden Kühlplatten keine Grenzflächen sowie vor allem auch keine Spalte zu passieren und erfolgt also überall durch Wärmeleitung im zusammenhängenden Material eines Einzelteils des Kühlkörpers.
Der Wärmewiderstand zwischen der Tragplatte und den Kühlplatten ist daher sehr klein, sodass sich eine optimale Wärmeableitung von der Tragplatte in die Kühlplatten ergibt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes besitzt der Kühlkörper mehrere identische Einzelteile, von denen jeder nur eine einzige Kühlplatte aufweist. Dies ermöglicht, die Kühlplatten gewünschtenfalls sehr nahe beieinander anzuordnen, ohne dadurch Probleme beim Strangpressen oder sonstigen Formen eines Profilstabs oder mehrerer Profilstäbe zu schaffen.
Der Erfindungsgegenstand wird anschliessend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine Schrägansicht eines aus Einzelteilen mit je einer einzigen Kühlplatte zusammengesetzten Kühlkörpers,
Fig. 2 eine Seitenansicht von einem Abschnitt eines Einzelteils des Kühlkörpers,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Verbindung von zwei Einzelteilen des Kühlkörpers,
Fig. 4 eine Seitenansicht eines Kühlkörpers mit hohlen Kühlplatten,
Fig. 5 eine Seitenansicht eines Kühlkörpers, dessen Einzelteile je mehrere Kühlplatten aufweisen, und
Fig. 6 eine Ansicht des mittleren Einzelteils des Kühlkörpers gemäss Fig. 5 in grösserem Massstab.
Der in Fig. 1 ersichtliche Kühlkörper 1 ist aus einer Anzahl von identisch ausgebildeten, einstückigen Einzelteilen 3 oder Kühl-Elementen zusammengesetzt. Einer der Einzelteile 3 ist noch zum Teil separat in Fig. 2 dargestellt. Jeder Einzelteil 3 besitzt einen Sockel oder Tragplattenabschnitt 5 sowie eine und nur eine Kühlplatte 7, die vom Sockel oder Tragplattenabschnitt 5 wegragt.
Die Kühlplatte 7 jedes Einzelteils 3 hat zum Beispiel zwei ebene, vom Sockel oder Tragplattenabschnitt 5 weg ein wenig zueinander hin geneigte Seitenflächen, am freien Ende, d.h. beim Scheitel, eine im Querschnitt (durch die Kühlplatten) gebogene Scheitelfläche sowie einen vollen, hohlraumfreien Querschnitt. Jeder Einzelteil und seine Kühlplatte 7 sind länglich und definieren eine Einzelteil-Längsrichtung bzw. Kühlplatten-Längsrichtung, wobei sich die Kühlplatte über die ganze Länge des Einzelteils erstreckt.
Der Sockel oder Tragplattenabschnitt 5 jedes Einzelteils 3 hat auf seiner der Kühlplatte 7 abgewandten Seite eine ebene Auflage- und/oder Grundfläche 11 und auf der sich in den Fig. 1, 2 links befindenden Längsseite eine teilweise ebene und zur Auflage- und/oder Grundfläche 11 senkrechte Seitenfläche 12, von der ungefähr in der Mitte zwischen der Wurzel der Kühlplatte 7 sowie der Grund- und/oder Auflagefläche 11 eine rippenförmige Feder 13 bzw. eine Verbindungsrippe wegragt. Die Feder erstreckt sich in der Kühlplatten-Längsrichtung über die ganze Länge des Einzelteils 3 und hat ein freies Federende 14 und zwei einander abgewandte Feder-Seitenflächen 15. Das Federende 14 hat eine Ebene, zur Auflage- und/oder Grundfläche 11 senkrechte Stirnfläche.
Jede Feder-Seitenfläche 15 hat mindestens eine in der Kühlplatten-Längsrichtung verlaufende Pressrippe, besser mindestens zwei solche und nämlich zum Beispiel drei Pressrippen 16, 17, 18. Die Pressrippen 16, 17, 18 ragen von einer zwischen den beiden Feder-Seitenflächen 15 hindurch verlaufenden Feder-Mittelebene weg und sind bezüglich der Letzteren spiegelsymmetrisch zueinander, sodass die bei den beiden Feder-Seitenflächen 15 vorhandenen Pressrippen einander paarweise gegenüberstehen.
Jede Pressrippe 16, 17, 18 bildet im Querschnitt eine asymmetrische Welle und hat eine sich näher beim freien Federende 14 befindende Vorderflanke und eine dem freien Federende abgewandte Hinterflanke. Die beiden Flanken jeder Pressrippe sind in einem durch den Einzelteil 3 und dessen Feder 13 verlaufenden Querschnitt mindestens zum Teil eben, zu den Scheiteln der Pressrippen hin zueinander hin geneigt und durch eine gebogene Pressrippen-Scheitelfläche stetig miteinander verbunden. Ferner sind die Flanken der einander benachbarten Pressrippen paarweise durch gebogene Grundflächen stetig miteinander verbunden. Der ebene Abschnitt der Hinterflanke ist steiler als der ebene Abschnitt der Vorderflanke und bildet also mit der Feder-Mittelebene einen grösseren Winkel als der ebene Abschnitt der Vorderflanke.
Zwischen den Abschnitten der Seitenflächen 12 und den sich am nächsten bei dieser befindenden Pressrippe 18 sowie zwischen den einander benachbarten Pressrippen 16, 17, 18 ist jeweils eine Nut vorhanden. Die Gründe bzw. tiefsten Stellen der einander gegenüberstehenden Nuten haben voneinander mindestens annähernd den gleichen Grundabstand, der in Fig. 2 mit g bezeichnet ist. Die einander gegenüberstehenden Pressrippen definieren ein vom Scheitel zu Scheitel der Pressrippen und senkrecht zur Feder-Mittelebene gemessenes Scheitelmass. Dieses ist in Fig. 2 für die sich am nächsten beim freien Federende 14 befindenden Pressrippen 16 mit s16 und für die am weitesten vom Feder-Scheitel entfernten Pressrippen 18 mit s18 bezeichnet. Das Scheitelmass s16 ist vorzugsweise ein wenig, zum Beispiel ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 0,6 mm kleiner als das Scheitelmass s18.
Bei den Scheiteln der beiden mittleren Pressrippen 17 ist das Scheitelmass beispielsweise ungefähr gleich dem Mittelwert der beiden Scheitelmasse s<8> und s18. Der Mittelwert aller drei Scheitelmasse liegt zum Beispiel im Bereich von 6 mm bis 12 mm. Die parallel zur Auflage- und/oder Grundfläche 11 und senkrecht zu den ebenen Abschnitten der Seitenflächen 12 gemessene Abmessung oder Höhe der Feder 13 beträgt mindestens 4 mm und zum Beispiel 5 mm bis 6 mm . Der Sockel oder Tragplattenabschnitt 5 jedes Einzelteils 3 hat eine der Seitenfläche 12 abgewandte, ebenfalls teilweise ebene, zu dieser parallele Seitenfläche 19, die ungefähr in der Mitte mit einer in der Kühlplatten-Längsrichtung verlaufenden Nut 20 versehen ist, die sich über die ganze Länge des Tragplattenabschnitts 5 erstreckt.
Die Nut 20 hat einen Nut-Grund 21, der im Wesentlichen eben und senkrecht zur Auflage- und/oder Grundfläche 11 ist. Die Nut 20 hat ferner zwei einander gegenüberstehende Nut-Seitenflächen 22. Diese sind im Wesentlichen eben, fast parallel zur Auflage- und/oder Grundfläche 14 und nämlich vom Nut-Grund 21 weg ganz leicht voneinander weggeneigt. Die Nut 20 hat bei ihrem Grund 21 eine Breite bg und bei ihrer Mündung eine Breite bm. Die Letztere ist ein wenig, beispielsweise etwa 0,1 mm bis 0,5 mm grösser als die Breite bg. Beide Breiten bg und bm sind grösser als die Grundabmessung g der Feder 14 und kleiner als die Scheitelmasse aller Paare von Pressrippen 16, 17, 18. Die mittlere Breite der Ausnehmung 20 ist beispielsweise ungefähr gleich dem Mittelwert aus der Grundabmessung g und dem mittleren Scheitelmass der drei Pressrippen-Paare.
Die Tiefe der Nut 20 ist ein wenig grösser als die Höhe der Feder 13.
Die Sockel oder Tragplattenabschnitte 5 der verschiedenen Einzelteile 3 sind aneinander gereiht und paarweise durch eine Feder/Nut-Verbindung starr miteinander verbunden. Die entlang der Reihe aufeinander folgenden Tragplattenabschnitte 5 liegen paarweise mit ihren Seitenflächen 12 bzw. 19 aneinander an. Die Feder 13 jedes Einzelteils 3 mit Ausnahme des sich in Fig. 1 am linken Ende des Kühlkörpers befindenden Einzelteils 3 und also mindestens jedes sich zwischen zwei anderen Einzelteilen befindenden Einzelteils 3 ragt in die Nut 20 eines benachbarten Einzelteils 3 hinein und ist in diese eingepresst. In Fig. 3 sind Bereiche zwei Einzelteile 3 ersichtlich, deren Sockel oder Tragplattenabschnitte 5 ineinander eingreifen. Die Feder 13 und die Nut 20 sind dabei jedoch noch mit ihren vor dem Einpressen der Feder vorhandenen Formen und Abmessungen dargestellt.
In diesem fiktiven Einpress- bzw. Verbindungszustand würden die Scheitel der Pressrippen 16, 17, 18 durch die Seitenflächen 22 der Nut 20 hindurchdringen. Der die Letztere aufweisende Einzelteil 3 ist daher in Fig. 3 strichpunktiert dargestellt. In Wirklichkeit werden die ineinander eingreifenden Bereiche der Tragplattenabschnitte 5 beim Einpressen plastisch verformt. Dabei werden insbesondere die Pressrippen 16, 17, 18 deformiert, nämlich flach gedrückt und verbreitert. Die Einzelteile 3 liegen dann insbesondere bei den Scheiteln der Pressrippen 16, 17, 18 mit grossen Druckspannungen aneinander an und werden beim Einpressen wahrscheinlich mindestens stellenweise auch durch Kaltschweissen miteinander verbunden.
Die einander benachbarten Sockel oder Tragplattenabschnitte 5 des fertigen, zusammengesetzten Kühlkörpers 1 sind also durch Pressverbindungen und/oder Kaltschweissverbindungen starr, stabil und praktisch unlösbar miteinander verbunden.
Die Sockel oder Tragplattenabschnitte 5 der Einzelteile 3 des fertigen Kühlkörpers 1 bilden zusammen eine Tragplatte 25. Diese bildet im Umriss ein rechtwinkliges Parallelogramm und ist zum Beispiel rechteckförmig, könnte aber stattdessen quadratisch sein. Die Tragplatte 25 hat zwei zueinander parallele, erste Tragplattenränder 26 und zwei zueinander parallele, zweite Tragplattenränder 27. Die zwei ersten Tragplattenränder 26 erstrecken sich in der Kühlplatten-Längsrichtung und sind durch einander abgewandte Flächen der beiden am weitesten voneinander entfernten Einzelteile 3 gebildet. Die beiden zweiten Tragplattenränder 27 sind durch die beiden Endflächen aller aneinander gereihten und miteinander verbundenen Einzelteile 3 gebildet.
Die Auflage-und/oder Grundflächen der Einzelteile 3 bilden zusammen eine im Wesentlichen ebene und mindestens annähernd kompakte Auflage- und/oder Grundfläche 28 der Tragplatte 25. Zwischen den gegenüber der Auflage- und/oder Grundfläche 28 von der Tragplatte 25 wegragenden Kühlplatten 7 sind Zwischenräume vorhanden.
In Fig. 1 ist noch das Rastermass c angegeben, das zwischen einander entsprechenden Stellen - zum Beispiel den Scheiteln - der Kühlplatten von zwei aufeinander folgenden Einzelteilen 3 gemessen ist. Das Rastermass c beträgt vorzugsweise höchstens 25 mm, besser höchstens 15 mm und zum Beispiel ungefähr 10 mm bis 12 mm. Der Abstand der einander zugewandten Seitenflächen der Kühlplatten 7 von aufeinander folgenden Einzelteilen 3 beträgt dann in halber Höhe der Kühlplatten vorzugsweise höchstens 22 mm, vorzugsweise höchstens 12 mm und zum Beispiel ungefähr 5 mm bis 10 mm. Das Rastermass c wird durch den Abstand der einander gegenüberstehenden, ebenen Abschnitte der beiden Seitenflächen 12 und 19 des Tragplattenabschnitts 5 festgelegt und ist mindestens annähernd identisch mit diesem Abstand. Dieser Abstand ist daher in Fig. 2 ebenfalls mit c bezeichnet.
Die Einzelteile 3 und der ganze Kühlkörper 1 bestehen aus einem metallischen Material, nämlich Leichtmetall, zum Beispiel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Für die Herstellung eines Kühlkörpers wird durch plastisches Warmverformen, beispielsweise Strangpressen oder dergleichen, mindestens ein Profilstab geformt, dessen Profilform und Profilabmessungen der Querschnittsform und den Querschnittsabmessungen der Einzelteile 3 entsprechen. Der Profilstab hat dementsprechend einen Sockel oder Tragplattenabschnitt und eine Kühlplatte, wobei die Kühlplatten-Längsrichtung selbstverständlich in der Profilstab-Längsrichtung verläuft. Zur Bildung jedes Einzelteils 3 wird dann ein Stück von dem bzw. einem Profilstab abgeschnitten. Danach werden die Einzelteile 3 nebeneinander angeordnet und miteinander verbunden.
Dabei wird eine Feder 13 in der in Fig. 3 durch einen Pfeil bezeichneten Schubrichtung 30 mithilfe einer Pressvorrichtung in eine Nut 20 hineingepresst. Die Schubrichtung 30 ist parallel zur Auflage- und/oder Grundfläche 11 und senkrecht zur Kühlplatten-Längsrichtung sowie zur Längsrichtung der ganzen Einzelteile 3. Die Einzelteile 3 können zum Beispiel sukzessive einzeln nacheinander ineinander hineingepresst werden. Eventuell können jedoch mehrere oder sogar alle zur Bildung des Kühlkörpers bestimmten Einzelteile 3 in einer Reihe angeordnet und gleichzeitig ineinander hineingepresst werden. Beim Einpressen werden die ineinander eingreifenden Bereiche der Tragplattenabschnitte bei der Feder/Nut-Verbindung - wie schon erwähnt - plastisch verformt, und zwar durch Kaltverformen.
Die Tragplattenabschnitte sind dann bei den Feder/Nut-Verbindungen durch Pressverbindungen und/oder stellenweise durch Kaltschweissverbindungen starr und mindestens annähernd unlösbar miteinander verbunden.
Der in Fig. 4 ersichtliche Kühlkörper 41 besitzt eine Reihe von identischen, einstückigen Einzelteilen 43, von denen jeder einen Sockel oder Tragplattenabschnitt 45 und eine Kühlplatte 47 aufweist. Jede Kühlplatte 47 hat zwei ebene und ungefähr oder genau zueinander parallele Seitenwände 48, die beim Scheitel der Kühlplatte durch eine Scheitelwand 49 miteinander verbunden sind. Die zwei Seitenwände 48 und die Scheitelwand 49 begrenzen zusammen mit dem Tragplattenabschnitt 45 einen freien im Querschnitt allseitig umschlossenen, aber bei den beiden Schmalseiten der Kühlplatte offenen. Hohlraum 50. Die Tragplattenabschnitte 45 sind weit gehend ähnlich ausgebildet wie die Tragplattenabschnitte 5 und unterscheiden sich von diesem im Wesentlichen nur dadurch, dass sie - entsprechend der Breite der Kühlplatte 47 - breiter als die Tragplattenabschnitte 7 der Einzelteile 3 sind.
Die einander zugewandten äusseren Seitenflächen der Kühlplatten 47 von einander benachbarten Einzelteilen 45 stehen von einander in einem Abstand, der zum Beispiel etwa 6 mm bis 8 mm beträgt und also zum Beispiel eine ähnliche Grösse hat wie der Abstand der einander zugewandten Aussenflächen von einander benachbarten Kühlplatte 7 des in Fig. 1 dargestellten Kühlkörpers 1. Die Tragplattenabschnitte 45 der einander benachbarten Einzelteile 43 sind ineinander eingepresst und bilden zusammen eine Tragplatte 55.
Der in Fig. 5 ersichtliche Kühlkörper 61 ist aus drei einstückigen Einzelteilen, nämlich aus einem mittleren Einzelteil 63 und zwei bei dessen Enden angeordneten End-Einzelteilen 64 zusammengesetzt. Das mittlere Einzelteil 63 besitzt einen Sockel oder Tragplattenabschnitt 65. Jedes der beiden Einzelteile 64 hat einen Sockel oder Tragplattenabschnitt 66. Jedes der drei Einzelteile besitzt ferner mehrere Kühlplatten 67, nämlich mindestens fünf und zum Beispiel zehn bis dreissig Kühlplatten 67.
Der Sockel oder Tragplattenabschnitt 65 des mittleren, noch separat in Fig. 6 dargestellten Einzelteils 63 besitzt zwei einander abgewandte Seitenflächen, von denen jede mit einer rippenförmigen Feder 73 versehen ist. Jede Feder 73 ist ähnlich ausgebildet und profiliert wie eine Feder 13 von einem der Einzelteile 3. Die beiden Einzelteile 64 sind identisch ausgebildet, aber spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet. Der Tragplattenabschnitt 66 von jedem der beiden Einzelteile 66 hat eine den Tragplattenabschnitt 65 des mittleren Einzelteils 63 zugewandte Seitenfläche. Diese ist mit einer Nut 80 versehen, die gleich oder ähnlich ausgebildet ist wie die Nut 20 eines Einzelteils 3. Jede Feder 73 ist in eine der Nuten 80 eingepresst, sodass die Tragplattenabschnitte des mittleren Einzelteils 63 und der zwei End-Einzelteile 64 zusammen eine Tragplatte 85 bilden.
Die dem mittleren Einzelteil 63 abgewandten Seitenflächen der Tragplattenabschnitte 66 der zwei End-Einzelteile 64 sind vollständig eben sowie senkrecht zur Auflage- und/oder Grundfläche der Tragplatte 85 und schliessen zum Beispiel ungefähr bündig an die äusseren Seitenflächen der beiden äussersten bzw. letzten Kühlplatten an.
Die Kühlkörper und ihre Einzelteile können noch auf andere Arten geändert werden. Eine Seitenfläche eines Tragplattenabschnitts kann beispielsweise statt nur einer einzigen Feder bzw. einer einzigen Nut zwei oder noch mehr Federn bzw. Nuten oder sowohl mindestens eine Feder als auch mindestens eine Nut aufweisen. Eventuell könnte nur eine der beiden Feder-Seitenflächen mit mindestens einer Pressrippe versehen sein. Des Weiteren könnte mindestens eine der beiden Nut-Seitenflächen und vorzugsweise jede Nut-Seitenflächen mit mindestens einer Pressrippe und beispielsweise mehreren solchen versehen sein. Die Seitenflächen der Federn können dann glatt und eben sein oder eventuell ebenfalls Pressrippen aufweisen.
Die Kühlplatten können ferner Seitenflächen aufweisen, die in an sich bekannter Weise gewellt oder sonst in irgendeiner Art profiliert sind.
Ferner können Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden. Beim in Fig. 1 ersichtlichen Kühlkörper 1 könnte zum Beispiel an jedem der beiden Enden ein von den anderen Einzelteilen verschiedener End-Einzelteil angeordnet werden, dessen Tragplattenabschnitt analog wie bei den in Fig. 5 ersichtlichen End-Einzelteilen 64 am betreffenden Ende des Kühlkörpers eine ebene Seitenfläche, aber nur eine einzige Kühlplatte oder gar keine solche hat. Der in Fig. 5 ersichtliche Kühlkörper 61 könnte umgekehrt dahingehend geändert werden, dass der mittlere Einzelteil 63 durch einen Einzelteil ersetzt wird, der mehrere Kühlplatten, aber nur bei einer Seitenfläche des Tragplattenabschnitts eine Feder und dafür bei der anderen Seitenfläche des Tragplattenabschnitts eine Nut besitzt.
Der Tragplattenabschnitt des in Fig. 5 des rechten Endes des Kühlkörpers bildenden Einzelteils wäre dann statt mit einem Feder mit einer Nut zu versehen. Diese Modifikation würde zudem ermöglichen, statt nur eines einzigen mittleren Einzelteils mehrere gleich wie dieser ausgebildete, innere Einzelteile miteinander zu verbinden.
The invention relates to a heat sink used to cool an electrical and / or electronic component. The component that emits and cools heat can consist, for example, of a semiconductor component with a single semiconductor or also of a unit and / or a device with several assembled components.
Known heat sinks with a support plate and cooling plates each consist of a one-piece body which is cut off from a light metal profile rod. If such heat sinks are to have many cooling plates, however, a very large and expensive extrusion tool is required for the extrusion of profile bars. Furthermore, different tools are required for different numbers of cooling plates. In addition, the spacing between successive cooling plates can often not be made as small as would be desired for effective cooling for manufacturing reasons.
Other known heat sinks have a one-piece carrier plate with mutually parallel grooves and originally separate cooling plates, each of which has a section pressed into one of the grooves of the carrier plate. Such heat sinks have the disadvantage that large and relatively expensive support plates with a large number of grooves have to be produced, different support plates having to be produced for heat sinks of different sizes. These heat sinks also have and above all the disadvantage that the heat to be dissipated for cooling has to pass on the way from the support plate into the cooling plates, transitions between surfaces of the support plate and surfaces of the cooling plates consisting of separate parts and often even air gaps in places. This worsens the heat dissipation.
The invention is based on the object of providing a heat sink which avoids the disadvantages of the known heat sinks and, in particular, can be produced economically even with a large number of cooling support plates and enables good heat transfer from the support batten into the cooling plates.
According to the invention, this object is achieved by a heat sink with the features of claim 1.
The invention further relates to an individual part and a method for producing a heat sink, the individual part and the method according to the invention having the features of claims 6 and 10, respectively.
Advantageous developments of the subject matter of the invention emerge from the dependent claims.
According to the invention, the heat sink is made up of several, i.e. assembled two or more one-piece parts, each of which forms a support plate section and one or possibly more cooling plate (s). This enables a large heat sink to be formed from relatively small individual parts. Each individual part can consist of a piece of a profiled rod which has been shaped and manufactured using a relatively small and correspondingly inexpensive tool by hot-working, for example extrusion, or possibly continuous casting or the like. The dimension of the heat sink parallel to the longitudinal direction of the profile bar and the longitudinal direction of the cooling plate can be determined at will by cutting off sections of profile bar of the desired length.
In a preferred embodiment, the individual parts are designed such that any number of individual parts can be strung together and rigidly connected to one another. As a result, the dimension of the heat sink measured perpendicular to the longitudinal direction of the cooling plate can be made arbitrarily large in steps.
When used, the heat sink can be arranged and fastened to a semiconductor component or other heat-emitting component in such a way that the support plate rests on the component with a support and / or base surface facing away from the cooling plates, this surface consisting of support and / or base surfaces of all individual parts is formed. Heat can then flow from the component to be cooled into the support plate sections of the various individual parts of the heat sink and from these into the cooling plates. This heat does not have to pass through any interfaces between the support plate sections and the cooling plates connected with them and, above all, no gaps and is therefore produced everywhere by heat conduction in the connected material of an individual part of the heat sink.
The thermal resistance between the support plate and the cooling plates is therefore very small, so that there is optimal heat dissipation from the support plate into the cooling plates.
In an advantageous embodiment of the subject matter of the invention, the heat sink has several identical individual parts, each of which has only a single cooling plate. This makes it possible, if desired, to arrange the cooling plates very close to one another without creating problems with extrusion or other forms of a profiled bar or several profiled bars.
The subject matter of the invention is subsequently explained on the basis of exemplary embodiments shown in the drawings. In the drawings shows
1 is an oblique view of a heat sink composed of individual parts, each with a single cooling plate,
2 is a side view of a portion of an individual part of the heat sink,
3 shows a schematic representation of the connection of two individual parts of the heat sink,
4 is a side view of a heat sink with hollow cooling plates,
5 is a side view of a heat sink, the individual parts of which each have a plurality of cooling plates, and
FIG. 6 is a view of the central individual part of the heat sink according to FIG. 5 on a larger scale.
The heat sink 1 shown in FIG. 1 is composed of a number of identically designed, one-piece individual parts 3 or cooling elements. One of the individual parts 3 is still partly shown separately in FIG. 2. Each individual part 3 has a base or support plate section 5 and one and only one cooling plate 7 which protrudes from the base or support plate section 5.
The cooling plate 7 of each individual part 3 has, for example, two flat side surfaces slightly inclined towards one another away from the base or support plate section 5, at the free end, i.e. at the apex, an apex surface curved in cross section (through the cooling plates) and a full, void-free cross section. Each individual part and its cooling plate 7 are elongated and define a longitudinal direction of the individual part or longitudinal direction of the cooling plate, the cooling plate extending over the entire length of the individual part.
The base or support plate section 5 of each individual part 3 has on its side facing away from the cooling plate 7 a flat support surface and / or base surface 11 and on the longitudinal side located on the left in FIGS. 1, 2 a partially flat surface and for the support surface and / or base surface 11 vertical side surface 12, from which a rib-shaped spring 13 or a connecting rib protrudes approximately in the middle between the root of the cooling plate 7 and the base and / or support surface 11. The spring extends in the longitudinal direction of the cooling plate over the entire length of the individual part 3 and has a free spring end 14 and two spring side surfaces 15 facing away from one another. The spring end 14 has a plane end surface perpendicular to the support and / or base surface 11.
Each spring side surface 15 has at least one pressing rib running in the longitudinal direction of the cooling plate, better at least two such ribs, namely, for example, three pressing ribs 16, 17, 18. The pressing ribs 16, 17, 18 protrude from one between the two spring side surfaces 15 extending spring center plane and are mirror-symmetrical to each other with respect to the latter, so that the pressing ribs present in the two spring side surfaces 15 are opposed to one another in pairs.
Each pressing rib 16, 17, 18 forms an asymmetrical shaft in cross section and has a front flank located closer to the free spring end 14 and a rear flank facing away from the free spring end. The two flanks of each press rib are at least partially flat in a cross section running through the individual part 3 and its spring 13, inclined towards the apices of the press ribs and are continuously connected to one another by a curved press rib apex surface. Furthermore, the flanks of the adjacent pressing ribs are continuously connected to one another in pairs by curved base surfaces. The flat section of the rear flank is steeper than the flat section of the front flank and therefore forms a larger angle with the spring center plane than the flat section of the front flank.
A groove is provided between the sections of the side surfaces 12 and the press rib 18 closest to it and between the adjacent press ribs 16, 17, 18. The reasons or deepest points of the mutually opposing grooves have at least approximately the same basic distance from one another, which is denoted by g in FIG. 2. The opposing press ribs define a crest dimension measured from vertex to vertex of the press ribs and perpendicular to the spring center plane. This is designated in FIG. 2 for the press ribs 16 closest to the free spring end 14 with s16 and for the press ribs 18 furthest from the spring apex with s18. The vertex dimension s16 is preferably a little, for example approximately 0.1 mm to approximately 0.6 mm smaller than the vertex dimension s18.
At the apexes of the two middle press ribs 17, the apex dimension is, for example, approximately equal to the mean value of the two apex masses s <8> and s18. For example, the average of all three crest masses is in the range from 6 mm to 12 mm. The dimension or height of the spring 13 measured parallel to the support and / or base surface 11 and perpendicular to the flat sections of the side surfaces 12 is at least 4 mm and for example 5 mm to 6 mm. The base or support plate section 5 of each individual part 3 has a side surface 19 facing away from the side surface 12, also partially flat, parallel to this, which is provided approximately in the middle with a groove 20 running in the longitudinal direction of the cooling plate, which extends over the entire length of the Carrier plate section 5 extends.
The groove 20 has a groove base 21 which is essentially flat and perpendicular to the support and / or base surface 11. The groove 20 also has two mutually opposing groove side surfaces 22. These are essentially flat, almost parallel to the support and / or base surface 14 and namely inclined slightly away from the groove base 21. The groove 20 has a width bg at its base 21 and a width bm at its mouth. The latter is a little, for example about 0.1 mm to 0.5 mm larger than the width bg. Both widths bg and bm are larger than the basic dimension g of the spring 14 and smaller than the crown mass of all pairs of press ribs 16, 17, 18. The mean width of the recess 20 is, for example, approximately equal to the mean value from the basic dimension g and the mean crown dimension of the three pairs of press ribs.
The depth of the groove 20 is a little larger than the height of the tongue 13.
The base or support plate sections 5 of the various individual parts 3 are strung together and rigidly connected in pairs by a tongue and groove connection. The support plate sections 5 which follow one another along the row bear against one another in pairs with their side surfaces 12 and 19. The spring 13 of each individual part 3, with the exception of the individual part 3 located at the left end of the heat sink in FIG. 1, and thus at least each individual part 3 located between two other individual parts, projects into the groove 20 of an adjacent individual part 3 and is pressed into it. In Fig. 3 areas two individual parts 3 can be seen, the base or support plate sections 5 engage each other. However, the tongue 13 and the groove 20 are still shown with their shapes and dimensions before the tongue is pressed in.
In this fictitious press-in or connection state, the apexes of the press ribs 16, 17, 18 would penetrate through the side surfaces 22 of the groove 20. The individual part 3 having the latter is therefore shown in dash-dot lines in FIG. 3. In reality, the mutually engaging areas of the support plate sections 5 are plastically deformed when pressed in. In particular, the press ribs 16, 17, 18 are deformed, namely pressed flat and widened. The individual parts 3 then lie against one another with large compressive stresses, in particular at the apices of the press ribs 16, 17, 18, and are probably also connected to one another at least in places by cold welding when pressed in.
The mutually adjacent base or support plate sections 5 of the finished, assembled heat sink 1 are thus rigidly, stably and practically permanently connected to one another by press connections and / or cold welding connections.
The base or support plate sections 5 of the individual parts 3 of the finished heat sink 1 together form a support plate 25. This forms a rectangular parallelogram in outline and is, for example, rectangular, but could instead be square. The support plate 25 has two mutually parallel, first support plate edges 26 and two mutually parallel, second support plate edges 27. The two first support plate edges 26 extend in the longitudinal direction of the cooling plate and are formed by mutually facing surfaces of the two most distant individual parts 3. The two second support plate edges 27 are formed by the two end faces of all the individual parts 3 which are lined up and connected to one another.
The support and / or base surfaces of the individual parts 3 together form an essentially flat and at least approximately compact support and / or base surface 28 of the support plate 25. Between the cooling plates 7 projecting from the support plate 25 opposite the support and / or base surface 28 Gaps exist.
In Fig. 1, the grid dimension c is also specified, which is measured between corresponding points - for example the vertices - of the cooling plates of two successive individual parts 3. The grid dimension c is preferably at most 25 mm, more preferably at most 15 mm and for example approximately 10 mm to 12 mm. The distance between the mutually facing side surfaces of the cooling plates 7 from successive individual parts 3 is then at most half the height of the cooling plates, preferably at most 22 mm, preferably at most 12 mm and for example approximately 5 mm to 10 mm. The grid dimension c is determined by the distance between the opposing, flat sections of the two side surfaces 12 and 19 of the support plate section 5 and is at least approximately identical to this distance. This distance is therefore also designated c in FIG. 2.
The individual parts 3 and the entire heat sink 1 consist of a metallic material, namely light metal, for example of aluminum or an aluminum alloy. For the production of a heat sink, at least one profile rod is formed by plastic thermoforming, for example extrusion or the like, the profile shape and profile dimensions of which correspond to the cross-sectional shape and the cross-sectional dimensions of the individual parts 3. The profile bar accordingly has a base or support plate section and a cooling plate, the longitudinal direction of the cooling plate naturally extending in the longitudinal direction of the profile bar. To form each individual part 3, a piece is then cut off from the or a profile bar. The individual parts 3 are then arranged next to one another and connected to one another.
A spring 13 is pressed into a groove 20 in the thrust direction 30 indicated by an arrow in FIG. 3 with the aid of a pressing device. The thrust direction 30 is parallel to the support and / or base surface 11 and perpendicular to the longitudinal direction of the cooling plate and to the longitudinal direction of the entire individual parts 3. The individual parts 3 can, for example, be successively pressed one after the other into one another. However, possibly several or even all of the individual parts 3 intended to form the heat sink can be arranged in a row and pressed into one another at the same time. When pressing in, the intermeshing areas of the support plate sections in the tongue and groove connection - as already mentioned - are plastically deformed, namely by cold forming.
The support plate sections are then rigidly and at least approximately non-detachably connected in the tongue and groove connections by press connections and / or in places by cold-welded connections.
The heat sink 41 shown in FIG. 4 has a series of identical, one-piece individual parts 43, each of which has a base or support plate section 45 and a cooling plate 47. Each cooling plate 47 has two flat and approximately or exactly parallel side walls 48 which are connected to one another at the apex of the cooling plate by an apex wall 49. The two side walls 48 and the apex wall 49, together with the support plate section 45, delimit a free cross section which is enclosed on all sides but is open on the two narrow sides of the cooling plate. Cavity 50. The support plate sections 45 are largely similar to the support plate sections 5 and differ from it essentially only in that - corresponding to the width of the cooling plate 47 - they are wider than the support plate sections 7 of the individual parts 3.
The mutually facing outer side surfaces of the cooling plates 47 of individual parts 45 which are adjacent to one another are at a distance from one another which is, for example, approximately 6 mm to 8 mm and thus, for example, has a size similar to the distance between the mutually facing outer surfaces of adjacent cooling plate 7 1. The support plate sections 45 of the adjacent individual parts 43 are pressed into one another and together form a support plate 55.
The heat sink 61 shown in FIG. 5 is composed of three one-piece individual parts, namely a central single part 63 and two end individual parts 64 arranged at the ends thereof. The middle individual part 63 has a base or support plate section 65. Each of the two individual parts 64 has a base or support plate section 66. Each of the three individual parts furthermore has a plurality of cooling plates 67, namely at least five and, for example, ten to thirty cooling plates 67.
The base or support plate section 65 of the central individual part 63, which is still shown separately in FIG. 6, has two side surfaces facing away from one another, each of which is provided with a rib-shaped spring 73. Each spring 73 is designed and profiled like a spring 13 of one of the individual parts 3. The two individual parts 64 are of identical design, but are arranged mirror-symmetrically to one another. The support plate section 66 of each of the two individual parts 66 has a side surface facing the support plate section 65 of the central individual part 63. This is provided with a groove 80, which is of the same or similar design as the groove 20 of an individual part 3. Each tongue 73 is pressed into one of the grooves 80, so that the support plate sections of the central individual part 63 and the two end individual parts 64 together form a support plate 85 form.
The side surfaces of the support plate sections 66 of the two end individual parts 64 facing away from the central individual part 63 are completely flat and perpendicular to the support and / or base surface of the support plate 85 and are, for example, approximately flush with the outer side surfaces of the two outermost or last cooling plates.
The heat sink and its individual parts can be changed in other ways. A side surface of a support plate section can, for example, instead of only a single tongue or a single groove, have two or more tongues or grooves or both at least one tongue and at least one groove. Possibly only one of the two spring side surfaces could be provided with at least one press rib. Furthermore, at least one of the two groove side surfaces and preferably each groove side surface could be provided with at least one press rib and, for example, several of these. The side surfaces of the springs can then be smooth and flat or possibly also have press ribs.
The cooling plates can furthermore have side faces which are corrugated in a manner known per se or are profiled in some other way.
Furthermore, features of the different exemplary embodiments can be combined with one another. In the heat sink 1 shown in FIG. 1, for example, an end individual part different from the other individual parts could be arranged at each of the two ends, the supporting plate section of which, as in the end individual parts 64 shown in FIG. 5, a flat end at the relevant end of the heat sink Side surface, but has only a single cooling plate or none at all. The heat sink 61 shown in FIG. 5 could conversely be changed in such a way that the central individual part 63 is replaced by a single part which has a plurality of cooling plates, but only a spring on one side surface of the support plate section and a groove for this on the other side surface of the support plate section.
The support plate section of the individual part forming the right end of the heat sink in FIG. 5 would then be provided with a groove instead of a spring. This modification would also make it possible to connect a plurality of inner individual parts, which are designed the same way, instead of just a single middle single part.