DE10014458A1

DE10014458A1 - Kühlkörper

Info

Publication number: DE10014458A1
Application number: DE2000114458
Authority: DE
Inventors: Ulrich Grauvogel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2001-10-04

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper mit einem Grundkörper und einen Zwischenelement zur Aufnahme eines elektronischen Bauelementes oder einer elektronischen Schaltung. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Zwischenelement durch Umform- oder Urformverfahren zumindest teilweise in den Kühlkörper eingebracht worden ist. Hierdurch wird ein inniger Kontakt zwischen dem Zwischenelement und dem Grundkörper bewirkt, so daß die Wärmeableitung verbessert werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper mit einem Grundkörper und einem Zwischenelement zur Aufnahme eines elektronischen Bauelementes oder einer elektrischen Schaltung, das beziehungsweise die Wärme abgibt.

Derartige Kühlkörper sind allgemein bekannt. Sie werden beispielsweise für die Kühlung von Schaltungsanordnungen benutzt, die für die Gebläsesteuerung für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden. Dabei ist auf der einen Seite des Grundkörpers die Schaltungsanordnung montiert. Auf der anderen Seite sind Kühlrippen oder Kühldome vorgesehen, die in einen Lüftungskanal hineinragen, so daß die Wärme der elektronischen Schaltung abgeführt werden kann.

Ein solcher Kühlkörper mit einer solchen Schaltungsanordnung ist beispielsweise aus der EP 0 682 467 A2 bekannt. Hier ist die Anordnung im einzelnen so getroffen, daß zwischen dem wärmeerzeugenden elektrischen Bauelement ein Metallblech als Wärmespreizer angeordnet ist. Die Fläche des Metallbleches ist dabei größer als die des elektronischen Bauelementes und kleiner als die Grundfläche des Grundkörpers. Dadurch soll eine bessere Wärmeeinleitung in den Grundkörper bewirkt werden. Das Metallblech besitzt keine besondere Verbindung zum Grundkörper, und es ist vorgesehen, daß zwischen dem Metallblech und dem Grundkörper eine Wärmeleitpaste vorhanden ist. Das elektronische Bauelement und das Metallblech werden mittels eines Spannbügels an dem Grundkörper gehalten. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß die Wärmeleitung zwischen dem Metallblech und dem Grundkörper trotz der Wärmeleitpaste beeinträchtigt ist. Ferner sind viele Einzelteile erforderlich, um die Schaltungsanordnung über das Metallblech an dem Grundkörper zu halten. Der Montageaufwand ist entsprechend groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlkörper, insbesondere für eine Schaltungsanordnung zur Gebläsesteuerung von Kraftfahrzeugen, der eingangs geschilderten Art so auszubilden, daß eine verbesserte Wärmeeinleitung von dem elektronischen Bauelement beziehungsweise der elektronischen Schaltung zum Grundkörper erreicht wird. Dennoch soll der Kühlkörper leicht herstellbar sind.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Zwischenelement durch Umform- oder Urformverfahren zumindest teilweise in den Kühlkörper eingebracht worden ist. Dies hat den Vorteil, daß bereits nach der Herstellung des Kühlkörpers eine feste Verbindung zwischen dem Zwischenelement und dem Grundkörper bereitgestellt ist. Zusätzliche Hilfsmittel, insbesondere Wärmeleitpasten oder Klebstoffe sind nicht erforderlich. Das elektronische Bauelement bzw. die elektronische Schaltung kann dann unmittelbar auf das Zwischenelement gelötet werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Zwischenelement in den Grundkörper eingepreßt ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Grundkörper ein Fließpreßteil ist und das Zwischenelement beim Fließpressen des Grundkörpers in diesen eingebracht wird. Dies hat den Vorteil, daß der gesamte Kühlkörper in einem Arbeitsgang hergestellt werden kann.

Es kann vorgesehen werden, daß das Zwischenelement bündig mit der Oberfläche des Grundkörpers abschließt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Stempel des Fließpreßwerkzeugs eine ebene Oberfläche besitzt. Es kann aber auch zweckmäßig sein, wenn da Zwischenelement aus dem Grundkörper teilweise hervorragt. Dies kann dann erreicht werden, wenn der Stempel des Fließpreßwerkzeuges eine Vertiefung aufweist, in die das Zwischenelement eingesetzt werden kann.

Es ist grundsätzlich zweckmäßig, wenn das Zwischenelement eine höhere Druckfestigkeit als der Grundkörper besitzt. Dadurch wird erreicht, daß das Zwischenelement beim Fließpressen im wesentlichen seine Kontur beibehält.

Das Zwischenelement dient insbesondere zur Wärmespreizung zwischen dem elektronischen Bauelement bzw. der elektronischen Schaltung einerseits und dem Grundkörper des Kühlkörpers andererseits. Es ist günstig, wenn die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Grundkörpers, des Zwischenelementes und des elektronischen Bauelementes bzw. der elektronischen Schaltung aufeinander abgestimmt sind. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn der Wärmeausdehungskoeffizient des Zwischenelementes zwischen dem des Grundkörpers und dem des elektronischen Bauelementes bzw. der elektronischen Schaltung liegt. Bei den zur Zeit üblichen Werkstoffen für elektronische Bauelemente einerseits und den Grundkörpern für Kühlkörper andererseits werden die Wärmeausdehungskoeffizienten in der Regel so gewählt werden, daß der Wärmeausdehungskoeffizient des Zwischenelementes größer als der des elektronischen Bauelementes und kleiner als der des Grundkörpers sein wird.

Grundsätzlich ist die Wahl des Materials des Zwischenelementes beliebig, solange die gestellte Aufgabe gelöst wird. Es kann beispielsweise vorgesehen werden, daß das Zwischenelement lediglich als Haltemittel für die elektronische Schaltung dienen soll. Um jedoch der Aufgabe sowohl als Haltemittel als auch als Wärmespreizer gerecht zu werden, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß das Zwischenelement aus einem metallischen Material, insbesondere aus einem Kupferwerkstoff besteht. Dies hat den Vorteil, daß zum einen das elektronische Bauelement aufgelötet werden kann. Zum anderen besitzt ein Kupferwerkstoff hervorragende Wärmeleiteigenschaften. Damit wird erreicht, daß die abgegebene Wärme gut abgeleitet und in den Grundkörper eingeleitet werden kann.

Es kann zudem vorgesehen werden, daß der Grundkörper des Kühlkörpers aus einem Aluminiumwerkstoff besteht. Dieser Werkstoff weist gute Wärmeleiteigenschaften auf und ist weiterhin relativ leicht verarbeitbar. Insbesondere ist eine Herstellung durch Fließpressen möglich. Auch wird bei der Verwendung eines Aluminiumwerkstoffes und eines kupferhaltigen Werkstoffes für das Zwischenelement die gewünschte Abstufung bezüglich der Wärmeausdehnungskoeffizienten erreicht. So liegt der Wärmeausdehungskoeffizient des elektronischen Bauelementes häufig in der Größenordnung von 9 bis 12 × 10^-6 1/K, die des kupferhaltigen Werkstoffs zwischen 17 und 19 × 10^-6 1/K und die des Aluminiumwerkstoffes im Bereich von 22 bis 25 × 10^-6 1/K. Es ist offensichtlich, daß bei einer derartigen Abstufung der Wärmeausdehungskoeffizienten Wärmespannungen zwischen den einzelnen Elementen vermieden oder zumindest reduziert werden können.

Es kann zweckmäßig sein, wenn die dem Grundkörper zugekehrte Oberfläche des Zwischenelementes profiliert und/oder rauh ausgebildet ist. Hierdurch kann eine vergrößerte Kontaktfläche zwischen dem Grundkörper einerseits und dem Zwischenelement anderseits erzielt werden, wodurch zum einen ein festerer mechanischer Halt gewährleistet wird. Zum anderen kann die Wärmeübertragung verbessert werden.

Weiterhin kann vorgesehen werden, daß die umlaufende Stirnkante des Zwischenelementes einen polygonzug- oder polynomzugförmigen Verlauf aufweist, um die Kontaktfläche entlang der Stirnkante zum Grundkörper zu erhöhen. So kann beispielsweise vorgesehen werden, daß anstelle einer einfachen rechteckigen Kontur eine sternförmige Kontur verwendet wird, so daß die Kontaktfläche als Wärmeübertragungsfläche einerseits und mechanische Verbindungsfläche andererseits erhöht wird. Insbesondere wenn die mechanische Festigkeit des Zwischenelementes größer ist als die des Grundkörpers wird erreicht, daß die Kontur auch nach dem Fließpreßvorgang im wesentlichen aufrechterhalten bleibt.

Gemäß einer weitergehenden Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die dem Grundkörper abgekehrte Oberfläche des Zwischenelementes mit einer von einer ebenen Fläche abweichenden Oberfläche, insbesondere mit einer Topographie zur Aufnahme des elektronischen Bauelementes bzw. der elektronischen Schaltung versehen ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß ein entsprechend konturiertes Zwischenelement in eine entsprechend konturierte Aufnahme des Stempels des Fließpreßwerkzeuges eingesetzt wird. Die Kontur des Zwischenelementes bleibt somit auch nach dem Fließpreßvorgang erhalten, so daß beispielsweise Vorsprünge oder Vertiefungen zum Halten des elektronischen Bauelementes gleich mit angeformt werden können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht eines Kühlkörpers mit einem elektronischen Bauelement, teilweise im Schnitt, und

Fig. 2 die Draufsicht auf den Kühlkörper gemäß Fig. 1.

Der in der Zeichnung dargestellte Kühlkörper weist einen Grundkörper 11 auf, der eine Oberfläche 12 besitzt, auf der ein elektronisches Bauelement 13 oder eine elektronische Schaltung plaziert ist. Auf seiner der Oberfläche 12 abgekehrten Seite ist der Grundkörper 11 mit einer Vielzahl von Kühldomen 14 versehen, die in bekannter Weise mittels Fließpreßen hergestellt worden sind. Aus diesem Grunde können die Dome eine im wesentlichen zylindrische Gestalt haben.

In der Basisplatte 15 des Grundkörpers 11 ist ein Zwischenelement 16 eingelassen, auf dem das elektronische Bauelement 13 befestigt ist. Im einzelnen ist die Anordnung so getroffen, daß das Zwischenelement 16 in den Grundkörper 11 eingepreßt worden ist. Dies ist vorzugsweise beim Fließpressen des gesamten Grundkörpers erfolgt. Das Zwischenelement 16 wird hierbei vor dem Fließpressen auf den Rohling gelegt, so daß beim Fließpreßvorgang das Zwischenelement in den betreffenden Bereich eingedrückt wird. Es wird eine innige Verbindung zwischen dem Zwischenelement 16 einerseits und dem Grundkörper 11 anderseits bewirkt. Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß hierdurch ein so fester mechanischer Halt erzeugt wird, der mit herkömmlichen Mitteln nicht mehr lösbar ist. Weiterhin ist es offensichtlich, daß durch den innigen Kontakt zwischen dem Zwischenelement 16 und dem Grundkörper 11 hervorragende Wärmeübergangsbedingungen geschaffen werden.

Das Zwischenelement 16 kann beispielsweise aus einem Kupferwerkstoff bestehen, während der Grundkörper 11 aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt wird. Der Kupferwerkstoff weist eine höhere Druckfestigkeit als der Aluminiumwerkstoff auf, so daß beim Fließpressen die Form des Zwischenelementes 16 trotz der sehr hohen wirkenden mechanischen Kräfte nicht oder nur kaum verändert wird. Der Aluminiumwerkstoff umfließt teilweise das Zwischenelement, wodurch der feste Halt erzeugt wird. Die Verwendung eines kupferhaltigen Werkstoffes für das Zwischenelement hat zudem den Vorteil, daß das elektronische Bauelement 13 oder eine elektronische Schaltung unmittelbar aufgelötet werden können. Weitere Halte- oder Fixiermittel sind nicht erforderlich.

Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn das Zwischenelement die Form eines quaderförmigen Plättchens aufweist. Es kann jedoch zweckmäßig sein, wenn die dem Grundkörper zugewandte Oberfläche 17 des Zwischenelementes 16 profiliert ausgebildet ist. Diese Möglichkeit ist in Fig. 1 gestrichelt dargestellt, wobei dieser Zustand dem vor dem Fließpressen entspricht. Durch die Profilierung können besonders gute Eigenschaften in Bezug auf die mechanische Verbindung und der Wärmeübertragung erreicht werden.

Weiterhin kann vorgesehen werden, daß die umlaufende Stirnkante 18 zumindest teilweise polygonzug- oder polynomzugförmig ausgebildet ist. Diese Ausführungsform ist in Fig. 2 gestrichelt dargestellt. Hierdurch kann ebenfalls eine Erhöhung der Kontaktfläche zwischen dem Zwischenelement 16 einerseits und dem Grundkörper andererseits bewirkt werden.

Es ist offensichtlich, daß mit einem derartigen Kühlkörper eine verbesserte Kühlung der elektronischen Schaltung bzw. des elektronischen Bauelementes möglich ist. Es sind keine Wärmeübertragungsmittel zwischen dem Zwischenelement und dem Grundkörper erforderlich. Weiterhin ist es nicht notwendig, die elektronische Schaltung mit Haltemitteln oder Fixiermitteln an dem Grundkörper zu befestigen. Es kann ausreichend sein, wenn die elektronische Schaltung über das elektronische Bauelement mit dem Zwischenelement verlötet ist. Hierdurch kann bereits ein ausreichender Halt gewährleistet werden.

Die Herstellung des Kühlkörpers ist entsprechend einfach. Es ist lediglich erforderlich, vor dem Fießpreßvorgang des Grundkörpers das metallische Zwischenelement an die gewünschte Stelle auf den Grundkörper zu legen. Hierbei kann es zweckmäßig sein, wenn der Rohling eine entsprechende Vertiefung aufweist, so daß ein Verrutschen des Zwischenelementes nicht zu befürchten ist. Nach dem Fließpreßvorgang schließt das Zwischenelement, je nach Ausführungsform des Stempels, bündig mit der Oberfläche 12 des Grundkörpers ab oder ragt ein wenig hervor. Im letzteren Fall kann die Montage des elektronischen Bauelementes vereinfacht werden.

Claims

1. Kühlkörper mit einem Grundkörper (11) und einem Zwischenelement (16) zur Aufnahme eines elektronischen Bauelementes (13) oder einer elektronischen Schaltung, das bzw. die Wärme abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenelement (16) zumindest teilweise in den Grundkörper (11) eingebracht worden ist.

2. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenelement durch Umform- oder Urformverfahren in den Grundkörper eingebracht worden ist.

3. Kühlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenelement (16) in den Grundkörper (11) eingepreßt ist.

4. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (11) ein Fließpreßteil ist und daß das Zwischenelement beim Fließpressen des Grundkörpers in diesen eingebracht worden ist.

5. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenelement (16) bündig mit der Oberfläche (12) des Grundkörpers (11) abschließt.

6. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenelement (16) aus dem Grundkörper (11) teilweise hervorragt.

7. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenkanten des Zwischenelementes in der eingebrachten Lage zumindest abschnittsweise über einen Teil der Höhe mit dem Grundkörper in Kontakt stehen.

8. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenelement (16) eine höhere Druckfestigkeit als der Grundkörper (11) besitzt.

9. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Grundkörpers (11), des Zwischenelementes (16) und des elektronischen Bauelementes (13) bzw. der elektronischen Schaltung aufeinander abgestimmt sind.

10. Kühlkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des Zwischenelementes (16) zwischen dem des Grundkörpers (11) und dem des elektronischen Bauelementes (13) bzw. der elektronischen Schaltung liegt und insbesondere kleiner als der des Grundkörpers und größer als der des elektronischen Bauelementes (13) bzw. der elektronischen Schaltung ist.

11. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenelement (16) aus einem metallischem Material, insbesondere einem Kupferwerkstoff, besteht.

12. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (11) aus einem Aluminium- und/oder Magnesiumwerkstoff besteht.

13. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Grundkörper (11) zugekehrte Oberfläche (17) des Zwischenelementes (16) profiliert und/oder rauh ausgebildet ist.

14. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Stirnkante (18) des Zwischenelementes (16) zumindest teilweise einem Polygonzug oder einem Polynom entspricht, um die Kontaktfläche entlang der Stirnkante zwischen dem Grundkörper und dem Zwischenelement zu erhöhen.

15. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Grundkörper (11) abgekehrte Oberfläche des Zwischenelementes (16) mit einer von einer ebenen Fläche abweichenden Topographie zur Aufnahme des elektronischen Bauelementes (13) bzw. der elektronischen Schaltung versehen ist.

16. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Bauelement bzw. die elektronische Schaltung mit dem Zwischenelement verlötet ist.