DE10031465B4

DE10031465B4 - Cooling device for a circuit arrangement

Info

Publication number: DE10031465B4
Application number: DE2000131465
Authority: DE
Inventors: Jens Thurau
Original assignee: EUPEC GmbH
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: DE10031465A1

Abstract

Kühleinrichtung für eine Schaltungsanordnung, insbesondere für eine Leistungshalbleiteranordnung, mit:
– einem Kühlkörper (2), welcher mindestens eine Oberseite (2a), durch welche die Kühleinrichtung (10) im Betrieb mit einer zu entwärmenden Schaltungsanordnung (1) mechanisch und thermisch kontaktierbar ist, und eine Unterseite (2b) aufweist und welcher zur Aufnahme von Wärmemenge von der im Betrieb kontaktierten Schaltungsanordnung (1) ausgebildet ist, und
– einer Kühlelementeanordnung (3), welche zumindest an der Unterseite (2b) vorgesehen ist und welche zur Abgabe von vom Kühlkörper (2) im Betrieb aufgenommener Wärmemenge an die Umgebung ausgebildet ist,
– wobei der Kühlkörper (2), das Profil seiner Unterseite (2b) und/oder die Kühlelementeanordnung (3) eine Geometrie aufweisen, durch welche individuellen Bereichen (5-1, 5-2, 5-3) des Kühlkörpers (2) zur individuellen Entwärmung jeweils angepaßte effektive Entwärmungsflächen über entsprechende Anzahlen von Kühlelementen (4) der Kühlelementeanordnung (3) zugeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Übergang zwischen direkt benachbarten individuellen Bereichen (5-1, 5-2, 5-3) des...Cooling device for a circuit arrangement, in particular for a power semiconductor arrangement, with:
- A heat sink (2), which at least one upper side (2a) through which the cooling device (10) in operation with a circuit to be Entwärmenden circuit (1) is mechanically and thermally contacted, and a bottom (2b) and which for receiving Amount of heat from the contacted in operation circuit arrangement (1) is formed, and
A cooling element arrangement (3) which is provided at least on the underside (2b) and which is designed to deliver heat absorbed by the heat sink (2) during operation to the environment,
- Wherein the heat sink (2), the profile of its underside (2b) and / or the cooling element arrangement (3) have a geometry through which individual areas (5-1, 5-2, 5-3) of the heat sink (2) Individual cooling corresponding to each adapted effective Entwärmungsflächen over corresponding numbers of cooling elements (4) of the cooling element arrangement (3) are assigned,
characterized,
that in the transition between directly adjacent individual areas (5-1, 5-2, 5-3) of the ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a cooling device for one Circuit arrangement according to the preamble of Claim 1.

Bei Schaltungsanordnungen, insbesondere bei Leistungshalbleiteranordnungen oder dergleichen, sind für eine verläßliche Funktion und eine hohe Lebensdauer beim Betrieb der Schaltungsanordnungen die dabei entstehenden Verlustleistungen in Form von entstehenden Wärmemengen abzuführen, um ein Überhitzen der jeweiligen Bauelemente innerhalb der Schaltungsanordnung beim Betrieb zu vermeiden.at Circuit arrangements, in particular with power semiconductor arrangements or the like, are for a reliable function and a long life in the operation of the circuit arrangements the resulting losses in the form of resulting amounts of heat dissipate, overheating the respective components within the circuit arrangement at To avoid operation.

Im Stand der Technik sind dazu zum Beispiel für bestimmte Bauelemente der Schaltungsanordnung individuell zugeschnittene Kühleinrichtungen oder Kühler vorgesehen. Andererseits werden aufgrund der gestiegenen Anforderungen hinsichtlich der Handhabbarkeit der Schaltungsanordnungen, aber auch hinsichtlich einer kostengünstigen Entwicklung und Produktion, Kühleinrichtungen vorgesehen, welche die Schaltungsanordnung, die zum Beispiel auf einem Substrat aufgebracht ist, als Ganzes entwärmen und somit die insgesamt entstehende Verlustleistung oder Verlustwärme an die Umgebung abführen.in the State of the art are, for example, for certain components of Circuit arrangement individually tailored cooling devices or cooler provided. On the other hand, due to the increased requirements regarding the Handling of the circuit arrangements, but also in terms a cost-effective Development and production, cooling equipment provided, which the circuit arrangement, for example a substrate is applied, as a whole, and thus the total dissipate the resulting power loss or heat loss to the environment.

Bei gängigen Konzepten der globalen Entwärmung von Schaltungsanordnungen auf Substraten ist dabei problematisch, dass die im Stand der Technik vorgesehenen Kühleinrichtungen entlang ihrer lateralen Ausdehnung eine im wesentlichen gleichmäßige Entwärmungskapazität oder Entwärmungsfähigkeit besitzen. Bei üblichen Schaltungsanordnungen, die ebenfalls in lateraler Ausdehnung auf einem Substrat angeordnet sind, ist die laterale Verteilung der entstehenden Verlustleistung oder Verlustwärme aber durchaus unterschiedlich. So gibt es Bauteile, die nur wenig Verlustleistung aufweisen, wogegen andere Bauteile zu einer starken Erwärmung neigen.at common Concepts of Global Heat Dissipation Circuitry on substrates is problematic here, that provided in the prior art cooling devices along their lateral expansion, a substantially uniform cooling capacity or Entwärmungsfähigkeit have. At usual Circuit arrangements, which are also in a lateral extent on a Substrate are arranged, the lateral distribution of the resulting Power loss or heat loss but quite different. So there are components that only a little Have power loss, whereas other components to a strong warming tend.

Darüber hinaus sind die in lateraler Nachbarschaft befindlichen und direkt benachbarten elektronischen Bauteile aufgrund des sie verbindenden Substrats, der mechanischen Ankopplung der Bauteile auf dem Substrat und insbesondere über die gemeinsam genutzte Kühleinrichtung thermisch miteinander gekoppelt. Dies führt zum Beispiel bei einer lateralen Verteilung identischer Leistungshalbleiterbauelemente dazu, dass im Randbereich des die Bauelemente aufnehmenden Substrats lokal weniger Verlustwärme entsteht als im zentralen Bereich, weil im zentralen Bereich neben der dort direkt entstehenden Verlustwärme auch noch eine thermische Einkopplung der im Randbereich entstehenden Verlustwärme erfolgt.Furthermore are the laterally adjacent and directly adjacent ones electronic components due to the substrate connecting them, the mechanical coupling of the components on the substrate and in particular on the shared cooling device thermally coupled with each other. This leads for example to a lateral distribution of identical power semiconductor components in that in the edge region of the substrate receiving the components locally less heat loss arises as in the central area, because in the central area next to the directly resulting heat loss there is also a thermal Coupling of the resulting heat loss in the edge region takes place.

Demzufolge müßte für eine gleichmäßige Entwärmung aller Bereiche der Schaltungsanordnung dem unterschiedlichen, lateral variierenden Wärmeaufkommen oder Aufkommen an Verlustleistung beim Einsatz der entsprechenden Kühleinrichtung Rechnung getragen werden.As a result, would need for a uniform cooling of all Areas of the circuit arrangement the different, lateral varying heat consumption or amount of power loss when using the appropriate cooling device Be taken into account.

Kühleinrichtungen aus dem Stand der Technik weisen einen Kühlkörper und eine Kühlelementeanordnung auf. Der Kühlkörper besitzt mindestens eine Oberseite, durch welche die Kühleinrichtung im Betrieb mit der zu entwärmenden Schaltungsanordnung mechanisch und thermisch kontaktierbar ist. Der Kühlkörper dient im Betrieb der Aufnahme von Wärmemenge von der im Betrieb kontaktierten Schaltungsanordnung. Ferner weist der Kühlkörper eine Unterseite auf, an welcher die Kühlelementeanordnung vorgesehen ist, die ihrerseits zur Abgabe von vom Kühlkörper im Betrieb aufgenommener Wärmemenge an die Umgebung ausgebildet ist.cooling equipment From the prior art have a heat sink and a cooling element assembly on. The heat sink has at least one upper side through which the cooling device is in operation with the one to be cooled Circuit arrangement is mechanically and thermally contacted. Of the Heat sink is used in operation, the absorption of heat from the contacted during operation circuitry. Further points the heat sink a Bottom on, on which the cooling element arrangement is provided, in turn, for dispensing from the heat sink in Operation of absorbed heat is formed to the environment.

Diese bekannten Kühleinrichtungen besitzen entlang ihrer lateralen Ausdehnung hinweg z. B. eine im wesentlichen gleichmäßige Entwärmungskapazität und können deshalb einem lateral variierenden Wärmeaufkommen nicht Rechnung tragen.These known cooling devices have along their lateral extent away z. B. an im essential uniform cooling capacity and therefore can a laterally varying heat do not take into account.

Aus der JP 06283874 A ist ein Wärmedissipationselement bekannt, welches dazu ausgebildet ist, auf der Grundlage einer gegebenen Temperaturverteilung eines Wärme erzeugenden Mechanismus die entstandene Wärme besonders wirkungsvoll zu dissipieren und zu verteilen. Dazu ist eine Mehrzahl Wärmedissipationsstifte auf einer wärmeleitfähigen Platte vorgesehen und zwar in einer Anordnung, die entsprechend der Temperaturverteilung gewählt wird.From the JP 06283874 A For example, a heat dissipation element is known, which is designed to dissipate and distribute the resulting heat particularly effectively on the basis of a given temperature distribution of a heat-generating mechanism. For this purpose, a plurality of heat dissipation pins is provided on a thermally conductive plate in an arrangement which is selected according to the temperature distribution.

Aus der JP 10092985 A ist ein Wärmesenke bekannt, bei welcher auf einem Grundkörper Mehrzahlen unterschiedlich langer Stiftelemente vorgesehen sind. Die unterschiedliche Wahl der Längen der Stiftelement entspricht der jeweils im Hinblick auf die Grundplatte gewünschten Entwärmung.From the JP 10092985 A a heat sink is known in which plural numbers of different length pin elements are provided on a base body. The different choice of lengths of the pin element corresponds to the desired in each case with regard to the base plate heat dissipation.

Aus der DE 196 35 468 A1 ist ein Kühlkörper zum Kühlen von Elementen bekannt. Dabei ist ein Basisprofil ausgebildet, mit welchem Kühlrippen verbunden sind. Das Basisprofil weist verschiedene Bereiche im Sinne einer unterschiedlichen Profilierung auf, wobei mit der Oberfläche jedes Bereichs unterschiedliche Kühlrippen verbunden sind, die eine unterschiedliche Länge derart aufweisen, dass sie in ihrer Gesamtheit für alle Bereiche gemeinsam miteinander bündig abschließen.From the DE 196 35 468 A1 For example, a heat sink for cooling elements is known. In this case, a base profile is formed, with which cooling fins are connected. The base profile has different areas in the sense of a different profiling, with the surface of each area different cooling fins are connected, which have a different length such that they complete together in their entirety for all areas together flush with each other.

Aus der EP 0 253 126 A1 ist eine Wärmesenke bekannt, bei welcher eine Mehrzahl Kühlfinger ausgebildet ist, die sich von einem Grundkörper aus einem wärmeleitfähigen Material aus erstrecken. Um den unterschiedlichen Entwärmungsanforderungen zu entsprechen, sind die wärmeleitenden Finger mit unterschiedlicher Form und mit unterschiedlichem Querschnitt ausgebildet. Darüber hinaus hat auch der Grundkörper dieser Wärmesenke einen zentralen Bereich mit einer erhöhten Schichtdicke sowie Randbereiche mit verringerten Schichtdicken.From the EP 0 253 126 A1 a heat sink is known in which a plurality of cold fingers is formed, which extend from a base body made of a thermally conductive material. In order to meet the different cooling requirements, the thermally conductive fingers are formed with different shape and with different cross-section. In addition, the main body of this heat sink has a central area with an increased layer thickness and edge areas with reduced layer thicknesses.

Aus der EP 0 658 934 A2 ist ein Kühlkörper bekannt, der aus einem Rippengrund als Grundkörper und darauf angebrachten Kühlrippen besteht, die sämtlich die gleiche Höhe besitzen.From the EP 0 658 934 A2 is known a heat sink, which consists of a rib base as a base body and mounted thereon cooling fins, which all have the same height.

Der Rippengrund selbst hat einen entsprechend profilierten Querschnitt, so dass im Hinblick auf die Dicke des Rippengrundes unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlicher Entwärmungskapazität bereitgestellt werden. Aufgrund der Gleichartigkeit der Kühlrippen folgen diese in ihrer Gesamtheit dem Querschnittsprofil des Rippengrundes.Of the Rib base itself has a correspondingly profiled cross section, so that with regard to the thickness of the ribbed bottom different areas provided with different cooling capacity become. Due to the similarity of the cooling fins follow this in their Entity of the cross-sectional profile of the ribbed bottom.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühleinrichtung für eine Schaltungsanordnung bereitzustellen, bei welcher dem örtlich variierenden Wärmeaufkommen im Betrieb Rechnung besonders wirkungsvoll getragen werden kann.Of the The invention has for its object to provide a cooling device for a circuit arrangement, at which the local varying heat consumption can be worn particularly effectively during operation.

Die Aufgabe wird bei einer Kühleinrichtung für eine Schaltungsanordnung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.The Task is at a cooling device for a circuit arrangement according to the invention the characterizing features of claim 1 solved. Advantageous developments the cooling device according to the invention are the subject of the dependent Dependent claims.

Es ist bei der Kühleinrichtung für eine Schaltungsanordnung, insbesondere für eine Leistungshalbleiteranordnung, vorgesehen, dass der Kühlkörper, das Profil seiner Unterseite und/oder die Kühlelementeanordnung eine Geometrie aufweisen, durch welche individuellen Bereichen des Kühlkörpers zur individuellen Entwärmung jeweils angepaßte effektive Entwärmungsflächen über entsprechende Anzahlen von Kühlelementen der Kühlelementeanordnung zugeordnet sind.It is at the cooling device for one Circuit arrangement, in particular for a power semiconductor arrangement, provided that the heat sink, the Profile of its bottom and / or the radiator assembly a geometry have, through which individual areas of the heat sink to the individual Cooling each adapted effective cooling surfaces over appropriate Number of cooling elements associated with the cooling element arrangement are.

Bei der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung ist es vorgesehen, dass im Übergangsbereich zwischen direkt benachbarten individuellen Bereichen des Kühlkörpers Ausnehmungen und/oder Hohlräume im Inneren des Kühlkörpers ausgebildet sind, durch welche direkt benachbarte individuelle Bereiche des Kühlkörpers zumindest teilweise thermisch entkoppelt sind. Die vorgesehenen inneren Hohlräume oder Ausnehmungen bewirken eine Unterbrechung der Wärmeleitung, insbesondere dann, wenn der Kühlkörper als solches aus einem thermisch gut leitenden Material, insbesondere aus einem Metall, ausgebildet ist.at the cooling device according to the invention it provided that in the transition area between directly adjacent individual areas of the heat sink recesses and / or cavities formed inside the heat sink are through which directly adjacent individual areas of the At least partially thermally decoupled. The provided internal cavities or Recesses cause an interruption of the heat conduction, in particular, if the heat sink as such of a thermally highly conductive material, in particular made of a metal, is formed.

Dadurch wird ein grundsätzliches Problem der Kühleinrichtungen aus dem Stand der Technik gelöst, das darin besteht, dass direkt benachbarte individuelle Bereiche des Kühlkörpers thermisch aneinander gekoppelt sind und dass folglich zentrale Bereiche einer Schaltungsanordnung und somit auch des daran angekoppelten Kühlkörpers Wärmeeinträge aus der Nachbarschaft erfahren, so dass sich gerade die Zentren der Schaltungsanordnung bzw. des Kühlkörpers im Übermaß aufheizen können.Thereby becomes a fundamental Problem of cooling equipment solved from the prior art, which is that directly adjacent individual areas of the heat sink thermally are coupled to each other and that consequently central areas of a Circuitry and thus also the heat sink coupled thereto heat entries from the Neighborhood experienced, so that is just the centers of the circuit or the heat sink in excess heat can.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung ist es vorgesehen, dass die Kühlelemente jeweils, zumindest im Querschnitt, ein proximales Ende und ein distales Ende aufweisen. Mit dem proximalen Ende sind die Kühlelemente der Kühlelementeanordnung an der Unterseite des Kühlkörpers angeordnet. Das distale, also beabstandete, Ende der Kühlelemente ist jeweils im wesentlichen frei und der Unterseite des Kühlkörpers gegenüberliegend oder von dieser entfernt ausgebildet.at a particularly preferred embodiment the cooling device according to the invention it provided that the cooling elements each, at least in cross section, a proximal end and a distal one Have end. At the proximal end are the cooling elements the cooling element arrangement on the underside of the heat sink arranged. The distal, so spaced, end of the cooling elements is in each case substantially free and opposite the bottom of the heat sink or formed away from this.

Die Enden der Kühlelemente sind je nach Geometrie der Kühlelemente auch als Abschnitte oder Endbereiche aufzufassen.The Ends of the cooling elements are depending on the geometry of the cooling elements also as sections or end areas.

Eine besonders platzsparende und eine effektive Wärmeabgabe an die Umgebung fördernde Anordnung der Kühlelemente ergibt sich, wenn die Kühlelemente gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung, insbesondere in bezug auf ihre proximalen und/oder distalen Enden, im wesentlichen äquidistant und/oder im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.A particularly space-saving and effective heat dissipation to the environment promoting arrangement the cooling elements arises when the cooling elements according to a preferred embodiment the cooling device according to the invention, in particular with respect to their proximal and / or distal ends, substantially equidistant and / or are arranged substantially parallel to each other.

Die äquidistante und/oder parallele Anordnung kann dabei auch abschnittsweise vorliegen. So ist es zum Beispiel denkbar, dass gerade die distalen Enden der Kühlelemente der Kühlelementeanordnung, welche ganz wesentlich dem Wärmeübergang an die Umgebung dienen, streng parallel und äquidistant mit einem festen Abstand zueinander angeordnet sind, während die proximalen Enden eine gewisse Neigung zueinander aufweisen, weil sie dem Oberflächenprofil der Unterseite des Kühlkörpers folgen, um an diesem befestigt zu werden.The equidistant and / or parallel arrangement can also be present in sections. For example, it is conceivable that the distal ends of the cooling elements the cooling element arrangement, which very much to the heat transfer serve the environment, strictly parallel and equidistant with a fixed Spaced apart while the proximal ends have a certain inclination to each other because they are the surface profile follow the bottom of the heat sink, to be attached to this.

Durch eine entsprechende Anordnung der Kühlelemente kann quasi eine Aufspreizung der effektiven Entwärmungsflächen zur besseren Wärmeabgabe an die Umgebung erreicht werden, was einen erheblichen Vorteil gegenüber Kühleinrichtungen aus dem Stand der Technik darstellt.By a corresponding arrangement of the cooling elements can quasi one Spreading the effective cooling surfaces to better heat dissipation be achieved to the environment, which is a considerable advantage over cooling devices from the prior art.

Bei Kühleinrichtungen aus dem Stand der Technik werden die Kühlelemente der Kühlelementeanordnung strikt äquidistant und parallel ausgebildet, so dass sich eine gleichmäßige oder uniforme laterale Verteilung der Entwärmungskapazität oder des Entwärmungsvermögens des Kühlkörpers und der Kühlelementeanordnung über die jeweilige laterale Ausdehnung hinweg ergibt.In cooling devices from the prior Technique, the cooling elements of the cooling element assembly are formed strictly equidistant and parallel, so that a uniform or uniform lateral distribution of the Entwärmungskapazität or the Entwärmungsvermögens of the heat sink and the cooling element assembly results over the respective lateral extent.

Demgegenüber sieht eine weiter bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung vor, dass die Kühlelemente, insbesondere in bezug auf ihre proximalen und/oder distalen Enden, im wesentlichen gemäß einer jeweils zuzuordnenden Anzahl von Kühlelementen und/oder gemäß einer jeweils vorzusehenden individuellen Entwärmung der individuellen Bereiche der Unterseite des Kühlkörpers, insbesondere hinsichtlich der mittleren Dichte, moduliert angeordnet sind.In contrast, sees a further preferred embodiment the cooling device according to the invention before that the cooling elements, especially with respect to its proximal and / or distal ends, in the essentially according to a each to be assigned number of cooling elements and / or according to a each to be provided individual cooling of the individual areas the bottom of the heat sink, in particular in terms of mean density, are arranged modulated.

Das bedeutet zum Beispiel, dass Bereiche, bei denen das Verlustwärmeaufkommen geringer ist, eine geringere Anzahl Kühlelemente aufweist. Die Kühlelemente sind in diesen Bereichen der Kühleinrichtung parallel zueinander ausgebildet und wei sen einen relativ großen lateralen Abstand zueinander auf. In Bereichen dagegen, in welchen ein relativ hohes Verlustwärmeaufkommen zu erwarten ist, werden die Kühlelemente der Kühlelementeanordnung dagegen ebenfalls parallel, aber mit einem weitaus geringeren Abstand zueinander angeordnet, so dass die Kühlelementedichte dort höher ausfällt und sich somit eine höhere effektive Entwärmungsfläche allein aus dem Anbringen einer höheren Anzahl von Kühlelementen an dem jeweils vorgesehenen individuellen Bereich des Kühlkörpers an der Unterseite des Kühlkörpers ergibt. Somit ist im Gegensatz zum Stand der Technik bei dieser bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung die Kühlelementeverteilung über die laterale Ausdehnung der Kühleinrichtung hinweg nicht mehr uniform oder gleichmäßig, sondern jeweils dem zu erwartenden Verlustwärmeaufkommen angepaßt.The means, for example, that areas where the heat loss occurs is lower, has a smaller number of cooling elements. The cooling elements are in these areas of the cooling device formed parallel to each other and wei sen a relatively large lateral Distance to each other. In areas, however, in which a relative high heat loss is expected to be the cooling elements the cooling element arrangement against it also parallel, but with a much smaller distance to each other arranged so that the cooling element density higher there fails and thus a higher one effective cooling surface alone attaching a higher one Number of cooling elements at the respectively provided individual area of the heat sink the underside of the heat sink results. Thus, unlike the prior art, this is the preferred one embodiment the cooling device according to the invention the cooling element distribution over the lateral extent of the cooling device no longer uniform or even, but in each case to expected heat loss customized.

Bei dieser Ausführungsform werden somit die zuzuordnenden Anzahlen von Kühlelementen und folglich die zuzuordnenden effektiven Entwärmungsflächen allein über die Geometrie, d.h. also die Dichte der Kühlelemente, der Kühlelementeanordnung realisiert. Der Kühlkörper selbst kann zum Beispiel als Platte konstanter Dicke ausgebildet sein, an welchem dann die Kühlelemente der Kühlelementeanordnung in unterschiedlicher Dichte parallel und äquidistant zueinander angeordnet werden.at this embodiment Thus, the numbers to be allocated of cooling elements and consequently the Effective cooling surfaces attributable solely to the Geometry, i. that is, the density of the cooling elements, the cooling element arrangement realized. The heat sink itself may for example be formed as a plate of constant thickness, where then the cooling elements the cooling element arrangement arranged in different densities parallel and equidistant to each other become.

Zusätzlich oder alternativ kann die zuzuordnende Entwärmungsfläche auch über eine Variation der Länge der Kühlelemente angepaßt werden. Dabei wird dann einem Bereich mit hohem Verlustwärmeaufkommen ein Kühlelementebereich zugeordnet, dessen Kühlelemente länger ausgelegt sind.Additionally or Alternatively, the attributable Entwärmungsfläche can also vary over a length of the cooling elements customized become. This will then be an area with high heat loss a cooling element area assigned, whose cooling elements longer are designed.

Besonders einfache geometrische Verhältnisse ergeben sich bei einer geeigneten Anordnung der Kühlelemente in bezug auf die Unterseite des Kühlkörpers, an dem die Kühlelemente befestigt sind oder werden. Es ist vorgesehen, dass die Kühlelemente zumindest jeweils in bezug auf ihre proximalen Enden mit den jeweiligen Normalen auf der Unterseite des Kühlkörpers je weils einen im wesentlichen höchstens spitzen Winkel, vorzugsweise kleiner als 45°, einschließen. Besonders bevorzugt ist dabei ein Winkel von im wesentlichen 90°, also senkrecht, auf der Unterseite des Kühlkörpers. Durch diese Maßnahmen ergibt sich eine besonders dichte Packungsmöglichkeit der Kühlelemente in der Kühlelementeanordnung, auch wenn diese, insbesondere im Bereich der proximalen Enden, der Kontur der Unterseite des Kühlkörpers zur Befestigung folgen sollte.Especially simple geometric relationships arise with a suitable arrangement of the cooling elements with respect to the underside of the heat sink to which the cooling elements are attached or become. It is envisaged that the cooling elements at least in each case with respect to their proximal ends with the respective Normal on the underside of the heat sink depending Weil a substantially at most acute angle, preferably less than 45 °, include. Particularly preferred while an angle of substantially 90 °, ie perpendicular, on the bottom of the heat sink. By these measures This results in a particularly dense packaging possibility of the cooling elements in the cooling element arrangement, even if these, in particular in the area of the proximal ends, the Contour of the underside of the heat sink to Attachment should follow.

Im Gegensatz zur Vorgehensweise, bei welcher die Zuordnung unterschiedlicher effektiver Entwärmungsflächen und somit unterschiedlicher Anzahlen von Kühlelementen der Kühlelementeanordnung durch eine nicht-uniforme Verteilung parallel zueinander angeordneter Kühlelemente realisiert wird, steht die Maßnahme, bei welcher, gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung, jeder individuelle Bereich des Kühlkörpers, welchem im Vergleich zu einem anderen direkt benachbarten individuellen Bereich des Kühlkörpers eine erhöhte effektive Entwärmungsfläche zuzuordnen ist, eine im Vergleich zu diesem jeweiligen benachbarten Bereich zumindest eine im Mittel gesteigerte Dicke des Kühlkörpers vorgesehen aufweist.in the Contrary to the procedure, in which the assignment of different effective cooling surfaces and thus different numbers of cooling elements of the cooling element arrangement by a non-uniform distribution parallel to each other cooling elements realized, is the measure, in which, according to another embodiment the cooling device according to the invention, each individual area of the heat sink, which compared to another directly adjacent individual Area of the heat sink a increased allocate effective cooling area is one compared to this respective adjacent area Has provided at least one on average increased thickness of the heat sink.

Zum einen wird durch die zumindest im Mittel gesteigerte Dicke des individuellen Bereichs des Kühlkörpers mit im Vergleich zur Nachbarschaft erhöhter effektiver Entwärmungsfläche eine größere Wärmeaufnahmekapazität dieses Bereiches gewährleistet. Zum anderen aber erzwingt die gesteigerte Dicke im Übergang zur Nachbarschaft mit geringerer Dicke einen Übergangsbereich, welcher dann folglich eine Art Rand mit einer geneigten Fläche oder Flanke bildet, welche sich vom Bereich gesteigerter Dicke zum Bereich geringerer Dicke hin erstreckt. Dieser Randbereich oder die Seitenflächen davon allein bilden schon eine zusätzliche Entwärmungsfläche, an welcher zu deren Steigerung weitere Kühlelemente der Kühlelementeanordnung mit ihren proximalen Enden angeordnet und befestigt werden können.To the one is due to the at least on average increased thickness of the individual Area of the heat sink with one compared to the neighborhood of increased effective heat dissipation area greater heat capacity of this Ensured area. On the other hand enforces the increased thickness in the transition to the neighborhood of lesser thickness a transition area, which then thus forms a kind of edge with a sloping surface or flank, which from the region of increased thickness to the region of lesser thickness extends. This border area or the side areas thereof alone already form an additional Entwärmungsfläche, on which To increase this further cooling elements of Cooling element arrangement can be arranged and fastened with their proximal ends.

Dazu ist es insbesondere vorgesehen, dass zwischen direkt benachbarten individuellen Bereichen des Kühlkörpers mit unterschiedlichen zuzuordnenden effektiven Entwärmungsflächen eine Übergangsflanke oder ein Flankenbereich ausgebildet ist und dass sich der Flankenbereich vom individuellen Bereich mit geringerer zuzuordnender effektiver Entwärmungsfläche mit einer geringeren Schichtdicke des Kühlkörpers zum individuellen Bereich mit größerer zuzuordnender effektiver Entwärmungsfläche mit einer größeren Schichtdicke des Kühlkörpers hin erstreckt.For this purpose, provision is made in particular for a transition flank or flank region to be formed between directly adjacent individual regions of the heat sink with different effective heat dissipation surfaces to be assigned and for the flank region to be of individual area with a smaller effective heat dissipation area to be covered with a smaller layer thickness of the heat sink ßers attributable effective Entwärmungsfläche with a greater layer thickness of the heat sink extends.

Dadurch wird erreicht, dass die Flanke vom Bereich geringerer Schichtdicke zum Bereich stärkerer Schichtdicke kontinuierlich oder monoton ansteigt, um somit eine Seitenflanke auszubilden, an welcher auch zusätzliche Kühlelemente anordenbar sind. Dabei wird auf der Grundlage des unterschiedlich verteilten zu erwartenden Verlustwärmeaufkommens zunächst der Kühlkörper in individuelle Bereiche eingeteilt. Jedem individuellen Bereich mit einem im Betrieb zu erwartenden hohen Verlustwärmeaufkommen wird eine stärkere Schichtdicke gegeben als individuellen Bereichen, bei denen im Betrieb nur eine relativ geringe Verlustwärme zu erwarten ist. Benachbarte individuelle Bereiche des Kühlkörpers, welche unterschiedliche, zumindest mittlere, Schichtdicken aufweisen, bei denen also im Betrieb unterschiedliche Verlustwärmeaufkommen zu erwarten sind, werden in ihrem Übergangsbereich mit einer Flanke ausgebildet, die von der geringeren Schichtdicke zur stärkeren Schichtdicke führt, und zwar im wesentlichen monoton.Thereby is achieved that the edge of the area of lesser layer thickness to the area stronger Layer thickness increases continuously or monotonically, thus a Form side edge on which additional cooling elements can be arranged. It is expected on the basis of differently distributed Heat loss volume first the heat sink in divided individual areas. Each individual area with a high loss of heat to be expected during operation becomes a thicker layer thickness given as individual areas where only one relatively low heat loss is to be expected. Adjacent individual areas of the heat sink, which different, at least average, layer thicknesses, at which are to be expected during operation different heat loss, be in their transition area formed with a flank that of the smaller layer thickness to the stronger Layer thickness leads, essentially monotone.

Vorteilhafterweise ist der Flankenbereich dabei im wesentlichen in dem Bereich mit größerer zuzuordnender effektiver Entwärmungsfläche, also im Bereich mit größerer mittlerer Schichtdicke, ausgebildet. Dies hat Vorteile bei der Anordnung der zusätzlich vorzusehenden Kühlelemente im Flankenbereich.advantageously, the flank area is essentially in the area with larger attributable effective cooling surface, so in the area with larger average Layer thickness, formed. This has advantages in the arrangement of additionally to be provided cooling elements in the flank area.

Zwar können die Flankenbereiche auch stufenförmig ausgebildet sein, was einen besonders einfachen Produktionsprozeß des Kühlkörpers und der daran anzuordnenden Kühlelemente ermöglicht. Dennoch wird vorzugsweise das Profil der Unterseite des Kühlkörpers – und somit der Verlauf der Dicke des Kühlkörpers – insbesondere am Übergang bzw. Flankenbereich zwischen den individuellen Bereichen des Kühlkörpers im wesentlichen kontinuierlich verlaufend ausgebildet.Though can the flank areas also stepped be formed, resulting in a particularly simple production process of the heat sink and the cooling elements to be arranged thereon allows. Yet is preferably the profile of the underside of the heat sink - and thus the course of the thickness of the heat sink - in particular at the transition or flank area between the individual areas of the heat sink in formed essentially continuous.

Zur besonders effektiven Kühlung und Abgabe der Verlustwärme an die Umgebung können die Kühlelemente der Kühlelementeanordnung unterschiedliche Formen aufweisen, insbesondere als Kühlrippen, Kühlbleche, Kühlflächen, Kühlstäbe, Kühlfinger und/oder dergleichen ausgebildet sein.to particularly effective cooling and release of heat loss to the environment can the cooling elements the cooling element arrangement have different shapes, in particular as cooling fins, Cooling plates, Cooling surfaces, cooling rods, cold fingers and / or the like.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung auf der Grundlage bevorzugter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung näher erläutert. In dieser istfollowing the invention with reference to a schematic drawing on the Basis of preferred embodiments the cooling device according to the invention explained in more detail. In This is

1 eine geschnittene Seitenansicht einer Kühleinrichtung, 1 a sectional side view of a cooling device,

2 eine geschnittene Seitenansicht einer anderen Kühleinrichtung, 2 a sectional side view of another cooling device,

3A, B geschnittene Seitenansichten von Flankenbereichen zweier Kühleinrichtungen, 3A , B are sectional side views of flank regions of two cooling devices,

4A, B Ansichten von unten zweier Kühleinrichtungen, 4A , B views from below of two cooling devices,

5 eine geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung und 5 a sectional side view of an embodiment of the cooling device according to the invention and

6 eine geschnittene Seitenansicht einer bekannten Kühleinrichtung für eine Schaltungsanordnung. 6 a sectional side view of a known cooling device for a circuit arrangement.

In 6 ist in einer geschnittenen Seitenansicht eine bekannte Kühleinrichtung 40 für eine Schaltungsanordnung aus dem Stand der Technik gezeigt. Diese bekannte Kühleinrichtung 40 weist einen Kühlkörper 42 von plattenförmiger und massiver Gestalt mit einer Oberseite 42a und mit einer Unterseite 42b auf. Die Oberseite 42a dient im Betrieb der mechanischen und thermischen Kontaktierung des Kühlkörpers 40 an einer Schaltungsanordnung, die in 6 nicht dargestellt ist. Die über die mechanische und thermische Kontaktierung aufgenommene Wärme wird dann über eine Kühlelementeanordnung 43 mit Kühlelementen 44, welche an der Unterseite 42b des Kühlkörpers 42 ausgebildet ist, an die Umgebung abgegeben. Die Kühlelemente 44 der Kühlelementeanordnung 43 sind hier als Kühlfinger ode_r Kühlbleche im Querschnitt dargestellt und weisen ein distale_s freies Ende 44a sowie ein der Befestigung dienendes proximales Ende 44b auf.In 6 is a sectional side view of a known cooling device 40 for a circuit arrangement of the prior art. This known cooling device 40 has a heat sink 42 of plate-shaped and solid shape with a top 42a and with a base 42b on. The top 42a is used during operation of the mechanical and thermal contacting of the heat sink 40 on a circuit arrangement which is in 6 not shown. The heat absorbed via the mechanical and thermal contacting is then transmitted via a cooling element arrangement 43 with cooling elements 44 which at the bottom 42b of the heat sink 42 is formed, delivered to the environment. The cooling elements 44 the cooling element arrangement 43 are shown here as a cooling finger or _r cooling plates in cross-section and have a distal _s free end 44a and a proximal end serving for attachment 44b on.

Die Kühlelemente 44 der Kühleinrichtung 40 aus dem Stand der Technik sind hier mit gleicher Länge und parallel und äquidistant zueinander beabstandet. Entsprechend besitzt die Kühleinrichtung 40 aus dem Stand der Technik ein über seine laterale Ausdehnung sich erstreckende uniforme oder gleichmäßige Entwärmungskapazität oder ein entsprechend uniformes Entwärmungsvermögen.The cooling elements 44 the cooling device 40 from the prior art are here with the same length and parallel and equidistant from each other. Accordingly, the cooling device has 40 in the prior art, a uniform or uniform cooling capacity extending over its lateral extent or a correspondingly uniform ability to dissipate heat.

Im Gegensatz zu diesem Stand der Technik besitzt die in geschnittener Seitenansicht dargestellte Kühleinrichtung 10 gemäß 1 einen Kühlkörper 2, welcher über seine laterale Ausdehnung hinweg eine variierende Schichtdicke aufweist. Der Kühlkörper 2 ist in der 1 in drei Bereiche 5-1, 5-2 und 5-3 unterteilt, denen fiktiv unterschiedliche Verlustwärmeaufkommen im Betrieb unterstellt werden.In contrast to this prior art, the cooling device shown in sectioned side view 10 according to 1 a heat sink 2 which has a varying layer thickness over its lateral extent. The heat sink 2 is in the 1 in three areas 5-1 . 5-2 and 5-3 subdivided into which fictitious different heat losses are assumed during operation.

Die Bereiche 5-1 und 5-3 am Rand des Kühlkörpers 2 besitzen eine konstante und relativ geringe Dicke oder Stärke D1. Der zentrale individuelle Bereich 5-2 des Kühlkörpers 2 weist genau im Zentrum eine maximale Dicke oder Stärke D2 auf, die linear und kontinuierlich zu den individuellen Randbereichen 5-1 und 5-3 hin auf den Wert D1 abfällt, wodurch jeweils ein Flankenbereich 6 ausgebildet wird. Auf der Oberseite 2a des Kühlkörpers 2 ist im Betrieb die Schaltungsanordnung angebracht, die in 1 nicht gezeigt ist.The areas 5-1 and 5-3 at the edge of the heat sink 2 have a constant and relatively small thickness or thickness D1. The central individual Be rich 5-2 of the heat sink 2 has exactly in the center a maximum thickness or thickness D2, which is linear and continuous to the individual edge areas 5-1 and 5-3 decreases to the value D1, which in each case a flank area 6 is trained. On the top 2a of the heat sink 2 In operation, the circuit arrangement is mounted in 1 not shown.

Auf der Unterseite 2b ist die Kühlelementeanordnung 3 ausgebildet, deren Kühlelemente 4 mit ihren jeweiligen proximalen Enden 4b an der Unterseite 2b des Kühlkörpers 2 befestigt sind und deren distale Enden 4a freistehend und somit zur Wärmeabgabe an die Umgebung geeignet sind.On the bottom 2 B is the cooling element arrangement 3 formed, the cooling elements 4 with their respective proximal ends 4b on the bottom 2 B of the heat sink 2 are attached and their distal ends 4a detached and thus suitable for heat dissipation to the environment.

Die distalen Enden 4a der Kühlelemente 4 der Kühlelementeanordnung 3 sind parallel zueinander und äquidistant beabstandet. Die proximalen Enden 4b der Kühlelemente 4 stehen jeweils in etwa senkrecht auf der Unterseite 2b des Kühlkörpers 2. Die proximalen Enden 4b folgen der Kontur 8 der Unterseite 2b des Kühlkörpers, wodurch sich die Notwendigkeit ergibt, dass die dem individuellen Bereich 5-2 zugeordneten Kühlelemente 4, die einen Kühlelementebereich 9-2 bilden, in ihrem Verlauf vom distalen Ende 4a zum jeweiligen proximalen Ende 4b hin auf den Kantenbereich 6 des individuellen Bereichs 5-2 hin abknicken. Im Gegensatz dazu verlaufen die Kühlelemente 4 der Kühlelementebereiche 9-1 und 9-3, welche den individuellen Bereichen 5-1 bzw. 5-3 des Kühlkörpers 2 zugeordnet sind, strikt linear, parallel und äquidistant zueinander.The distal ends 4a the cooling elements 4 the cooling element arrangement 3 are parallel to each other and equidistantly spaced. The proximal ends 4b the cooling elements 4 each stand approximately perpendicular to the bottom 2 B of the heat sink 2 , The proximal ends 4b follow the contour 8th the bottom 2 B of the heat sink, thereby resulting in the need for that individual area 5-2 associated cooling elements 4 that has a cooling element area 9-2 form, in their course from the distal end 4a to the respective proximal end 4b towards the edge area 6 of the individual area 5-2 bend down. In contrast, the cooling elements run 4 the cooling element areas 9-1 and 9-3 which the individual areas 5-1 respectively. 5-3 of the heat sink 2 are strictly linear, parallel and equidistant to each other.

Bei der Kühleinrichtung 10 der 1 kann der zentrale individuelle Bereiche 5-2 des Kühlkörpers 2 stärker entwärmt werden, um ein höheres Verlustwärmeaufkommen an die Umgebung abzuführen. Dies wird trotz im wesentlichen uniformer Verteilung der Kühlelemente 4 der Kühlelementeanordnung 3 allein durch die geometrische Ausgestaltung des Dickeprofils des Kühlkörpers 2 und insbesondere durch die Kontur 8 der Unter seite 2b des Kühlkörpers 2 und der daran angebrachten Kühlelemente 4 realisiert.At the cooling device 10 of the 1 can be the central individual areas 5-2 of the heat sink 2 be more strongly cooled, to dissipate a higher heat loss to the environment. This is despite substantially uniform distribution of the cooling elements 4 the cooling element arrangement 3 solely by the geometric configuration of the thickness profile of the heat sink 2 and in particular by the contour 8th the underside 2 B of the heat sink 2 and the cooling elements attached thereto 4 realized.

Im Gegensatz dazu wird die dem zentralen Bereich 5-2 zuzuordnende höhere Anzahl von Kühlelementen 4 bei der Kühleinrichtung 10 der 2 dadurch realisiert, dass die laterale Verteilung der Kühlelemente der Kühlelementeanordnung 3 nicht mehr uniform oder gleichmäßig ist. Während die Kühlelemente 4 in den den individuellen Bereichen 5-1 und 5-3 des Kühlkörpers 2 zugeordneten Kühlelementebereichen 9-1 und 9-3 zueinander einen konstanten Abstand A1 aufweisen, liegen die Kühlelemente 4 im zentralen Bereich 5-2 des Kühlkörpers 2 weitaus näher beieinander, so dass sich in dem Kühlelementebereich 9-2, welcher dem zentralen individuellen Bereich 5-2 des Kühlkörpers 2 zugeordnet ist, eine höhere Kühlelementedichte und somit eine gesteigerte effektive Entwärmungsfläche ergibt.In contrast, that becomes the central area 5-2 attributable higher number of cooling elements 4 at the cooling device 10 of the 2 realized by the fact that the lateral distribution of the cooling elements of the cooling element arrangement 3 no longer uniform or even. While the cooling elements 4 in the individual areas 5-1 and 5-3 of the heat sink 2 associated cooling element areas 9-1 and 9-3 have a constant distance A1 to each other, are the cooling elements 4 in the central area 5-2 of the heat sink 2 much closer together, so that in the cooling element area 9-2 which is the central individual area 5-2 of the heat sink 2 is assigned, a higher cooling element density and thus an increased effective Entwärmungsfläche results.

Bei der Kühleinrichtung 10 der 2 wird somit die erhöhte effektive Entwärmungsfläche allein durch die Geometrie der Kühlelementeanordnung 3 realisiert, wobei der Kühlkörper 2 als massive Platte mit konstanter Dicke D1 ausgebildet ist.At the cooling device 10 of the 2 Thus, the increased effective cooling surface is due solely to the geometry of the cooling element assembly 3 realized, the heat sink 2 is formed as a solid plate with a constant thickness D1.

In den 3A und 3B werden Details des Übergangsbereichs und insbesondere des Flankenbereichs 6 zwischen zwei individuellen und direkt benachbarten Bereichen 5-1 und 5-2 des Kühlkörpers 2 im Hinblick auf die an dessen Unterseite 2b angeordneten Kühlelemente 4 der Kühlelementeanordnung 3 dargestellt. Dort ist jeweils das Profil oder die Kontur 8 des Verlaufs der Dicke des Kühlkörpers 2 dargestellt.In the 3A and 3B become details of the transition region and in particular of the flank region 6 between two individual and directly adjacent areas 5-1 and 5-2 of the heat sink 2 with respect to the underside thereof 2 B arranged cooling elements 4 the cooling element arrangement 3 shown. There is the profile or the contour 8th the course of the thickness of the heat sink 2 shown.

Die durchgezogene Kontur 8 macht im Grenzbereich zwischen den individuellen Bereichen 5-1 und 5-2 auf der Seite des Bereiches 5-2 von der Dicke D1 zur Dicke D2 einen Sprung, so dass der Kantenbereich 6 von einer senkrecht verlaufenden Kante gebildet wird. An dieser senkrecht verlaufenden Kante des Kantenbereichs 6 sind auch Kühlelemente 4 mit ihren proxima len Enden 4b angeordnet, welche auch im Kantenbereich 6 senkrecht auf der Oberfläche 2b stehen.The solid contour 8th makes in the border area between the individual areas 5-1 and 5-2 on the side of the area 5-2 from the thickness D1 to the thickness D2 a jump, so that the edge area 6 is formed by a perpendicular edge. At this vertical edge of the edge area 6 are also cooling elements 4 with their proximal ends 4b arranged, which also in the edge area 6 perpendicular to the surface 2 B stand.

Der Kantenbereich 6 kann auch im Bereich des anderen individuellen Bereichs 5-1 des Kühlkörpers 2 ausgebildet sein, wie das durch die gestrichelte Kontur 8' angedeutet ist.The edge area 6 can also be in the range of the other individual area 5-1 of the heat sink 2 be formed, as by the dashed contour 8th' is indicated.

In der 3B sind ähnliche Verhältnisse gezeigt, wobei aber der Flankenbereich 6 und der dort gezeigte Profilverlauf 8 der Dicke des Kühlkörpers 2 nicht sprunghaft erfolgt, sondern kontinuierlich. Ansonsten sind die Verhältnisse ähnlich zu den in 3A gezeigten und dort beschriebenen. Wiederum gestrichelt als Kontur 8' sind die Verhältnisse angedeutet, bei welchem der Kantenbereich 6 im Bereich des anderen individuellen Bereichs 5-1 des Kühlkörpers 2 liegt.In the 3B Similar conditions are shown, but the flank area 6 and the profile profile shown there 8th the thickness of the heat sink 2 not jumped, but continuously. Otherwise the conditions are similar to those in 3A shown and described there. Again dashed as a contour 8th' the conditions are indicated, in which the edge region 6 in the area of the other individual area 5-1 of the heat sink 2 lies.

Die 4A und 4B zeigen Ansichten von unten zweier verschiedener Kühlelementeanordnungen 3, welche als solche bei der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung zusätzlich Verwendung finden können. Die Kühlelemente 4 der Anordnung der 4A sind in Form von parallel zueinander ausgebildeten Blechen geformt. Dagegen bilden die Kühlelemente 4 der Kühlelementeanordnung 3 der Anordnung der 4B Kühlstäbe oder Kühlfinger von im wesentlichen gleicher Stärke, welche in unterschiedlicher Dichte, nämlich vom Randbereich zum Zentrum hin zunehmend, angeordnet sind.The 4A and 4B show views from below two different cooling element arrangements 3 which can be used as such in the cooling device according to the invention additionally. The cooling elements 4 the arrangement of 4A are shaped in the form of mutually parallel plates. In contrast, form the cooling elements 4 the cooling element arrangement 3 the arrangement of 4B Cooling rods or cooling fingers of substantially equal thickness, which in increasing density, namely from the edge region to the center are increasingly arranged.

Die 5 zeigt in einer ebenfalls geschnittenen Seitenansicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung 10, bei welcher darüber hinaus auch die Schaltungsanordnung 1 mit einem entsprechenden Substrat 11, zum Beispiel einem DCB-Substrat, dargestellt ist. Die Schaltungsanordnung 1 im Ausführungsbeispiel der 5 besteht aus drei im Wesentlichen identisch gestalteten Halbleitermodulen 12-1, 12-2 und 12-3. Diese sind auf einem DCB-Substrat 11 angeordnet, an dessen Unterseite dann die Oberseite 2a des Kühlkörpers 2 der Kühleinrichtung 10 befestigt ist.The 5 shows in a likewise sectional side view of an embodiment of the invention Cooling device according to the invention 10 , in which also the circuit arrangement 1 with a corresponding substrate 11 , for example a DCB substrate. The circuit arrangement 1 in the embodiment of 5 consists of three essentially identically designed semiconductor modules 12-1 . 12-2 and 12-3 , These are on a DCB substrate 11 arranged, at the bottom then the top 2a of the heat sink 2 the cooling device 10 is attached.

Die Unterseite 2b des Kühlkörpers 2 weist eine im Wesentlichen kontinuierlich verlaufende und geschwungene Kontur 8 auf, deren Verlauf so gewählt ist, dass sich im Hinblick auf die Verteilung der Dicke eine Unterteilung des Kühlkörpers 2 in im Wesentlichen drei individuelle und direkt benachbarte Bereiche 5-1, 5-2 und 5-3 ergibt, wobei der zentrale individuelle Bereich 5-2 eine im Mittel stärkere Dicke aufweist, als die Randbereiche 5-1 und 5-3 des Kühlkörpers 2. Das Dickeprofil oder die Kontur 8 ist in ihrem lateralen Verlauf spiegelsymmetrisch zu einer in der Mitte gelegenen Spiegelebene X.The bottom 2 B of the heat sink 2 has a substantially continuous and curved contour 8th whose course is chosen such that, with regard to the distribution of the thickness, a subdivision of the heat sink 2 in essentially three individual and directly adjacent areas 5-1 . 5-2 and 5-3 results, with the central individual area 5-2 has an average thickness greater than the edge areas 5-1 and 5-3 of the heat sink 2 , The thickness profile or the contour 8th is mirror-symmetrical in its lateral course to a mirror plane X lying in the middle.

Die größte Dicke weist der zentrale Bereich 5-2 des Kühlkörpers 2 exakt in seiner Mitte auf, mit zu den benachbarten Bereichen 5-1 und 5-3 hin abfallenden Flankenbereichen 6. Die Kühlelementeanordnung 3 ist an der Unterseite 2b des Kühlkörpers 2 mit ihren Kühlelementen 4 derart ausgebildet, dass aufgrund der Anordnung der proximalen Enden 4b der Kühlelemente 4 auf der Unterseite 2b des Kühlkörpers 2 eine verhältnismäßig hohe Zahl von Kühlelementen 4 dem zentralen individuellen Bereich 5-2 des Kühlkörpers 2 zufallen. Die Zahl der auf die Randbereiche 5-1 und 5-3 des Kühlkörpers 2 entfallenden Kühlelemente 4 ist demgegenüber im Verhältnis geringer. Aufgrund der verhältnismäßig hohen Anzahl von Kühlelementen 4, welche dem zentralen Bereich 5-2 zugeordnet sind, ergibt sich für den zentralen Bereich 5-2 des Kühlkörpers 2 eine im Verhältnis höhere effektive Entwärmungsfläche und somit auch eine höhere Entwärmungsmöglichkeit in diesem zentralen Bereich 5-2.The largest thickness indicates the central area 5-2 of the heat sink 2 exactly in its center, with to the neighboring areas 5-1 and 5-3 sloping flank areas 6 , The cooling element arrangement 3 is at the bottom 2 B of the heat sink 2 with their cooling elements 4 formed such that due to the arrangement of the proximal ends 4b the cooling elements 4 on the bottom 2 B of the heat sink 2 a relatively high number of cooling elements 4 the central individual area 5-2 of the heat sink 2 fall. The number of on the border areas 5-1 and 5-3 of the heat sink 2 attributable cooling elements 4 is relatively lower in comparison. Due to the relatively high number of cooling elements 4 which is the central area 5-2 are assigned, results for the central area 5-2 of the heat sink 2 a relatively higher effective cooling surface and thus a higher heat dissipation in this central area 5-2 ,

Dieser höheren Entwärmungskapazität für den Bereich 5-2 steht eine zuzügliche thermische Entkoppelung der direkt benachbarten Bereiche 5-1, 5-2 und 5-3 des Kühlkörpers 2 aufgrund der im Kühlkörper 2 vorgesehenen Hohlräume 7 im Übergangsbereich zwischen den direkt benachbarten individuellen Bereichen 5-1, 5-2 und 5-3 zur Seite. Durch diese Hohlräume 7, welche ja Ma terialaussparungen darstellen, wird der Prozeß der Wärmeleitung und damit des direkten Wärmeübergangs zwischen den benachbarten individuellen Bereichen unterbunden, so dass aus den einzelnen individuellen Bereichen 5-1, 5-2 und 5-3 jeweils im wesentlichen nur die aufgrund der darüber angeordneten Halbleitermodule 12-1, 12-2 und 12-3 erzeugten und abgegebenen Verlustleistungen oder Verlustwärmen abgeführt werden müssen.This higher cooling capacity for the area 5-2 is an additional thermal decoupling of the directly adjacent areas 5-1 . 5-2 and 5-3 of the heat sink 2 due to the heat sink 2 provided cavities 7 in the transitional area between the directly adjacent individual areas 5-1 . 5-2 and 5-3 to the side. Through these cavities 7 , Which represent Ma terialaussparungen, the process of heat conduction and thus the direct heat transfer between the adjacent individual areas is suppressed, so that from the individual individual areas 5-1 . 5-2 and 5-3 in each case essentially only those due to the semiconductor modules arranged above 12-1 . 12-2 and 12-3 generated and delivered power losses or heat loss must be dissipated.

Aufgrund des erfindungsgemäß vorgeschlagenen optimierten Kühlkonzepts wird eine effizientere Entwärmung von hochkomplexen Modulsystemen erreichbar. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die zunehmende Integrationsdichte mit immer höheren Verlustleistungsdichten von besonderer Bedeutung.by virtue of of the invention proposed optimized cooling concept will be a more efficient heat dissipation reachable from highly complex modular systems. This is special in view of the increasing integration density with ever higher power dissipation densities really important.

11: Schaltungsanordnungcircuitry
22: Kühlkörperheatsink
2a2a: Oberseite Kühlkörpertop heatsink
2b2 B: Unterseite Kühlkörperbottom heatsink
33: KühlelementeanordnungCooling element arrangement
44: Kühlelementcooling element
4a4a: distales Ende Kühlelementdistal End of cooling element
4b4b: proximales Ende Kühlelementproximal End of cooling element
5-15-1: individueller Bereichindividual Area
5-25-2: individueller Bereichindividual Area
5-35-3: individueller Bereichindividual Area
66: Flankenbereich, ÜbergangsbereichFlank area, transition area
77: Hohlraumcavity
88th: Dickeprofilthickness profile
9-19-1: KühlelementebereichCooling elements range
9-29-2: KühlelementebereichCooling elements range
9-39-3: KühlelementebereichCooling elements range
1010: Kühleinrichtungcooling device
1111: DCB-SubstratDCB substrate
12-112-1: HalbleitermodulSemiconductor module
12-212-2: HalbleitermodulSemiconductor module
12-312-3: HalbleitermodulSemiconductor module
4040: Kühleinrichtung Stand der Technikcooling device State of the art
4242: Kühlkörperheatsink
42a42a: Oberseite Kühlkörpertop heatsink
42b42b: Unterseite Kühlkörperbottom heatsink
4343: KühlelementeanordnungCooling element arrangement
4444: Kühlelementcooling element
44a44a: distales Ende Kühlelementdistal End of cooling element
44b44b: proximales Ende Kühlelementproximal End of cooling element
45-145-1: individueller Bereichindividual Area
45-245-2: individueller Bereichindividual Area
45-345-3: individueller Bereichindividual Area
D1, D2D1, D2: Dickethickness
A1, A2A1, A2: Abstanddistance
XX: Spiegelebenemirror plane

Claims

Cooling device for a circuit arrangement, in particular for a power semiconductor device, comprising: - a heat sink ( 2 ), which has at least one upper side ( 2a ) through which the cooling device ( 10 ) in operation with a circuit arrangement to be heat-treated ( 1 ) is mechanically and thermally contactable, and a bottom ( 2 B ) and which for receiving heat amount of the im Operation contacted circuit arrangement ( 1 ), and - a cooling element arrangement ( 3 ), which at least at the bottom ( 2 B ) is provided and which for discharging from the heat sink ( 2 ) is formed in the operation recorded amount of heat to the environment, - wherein the heat sink ( 2 ), the profile of its underside ( 2 B ) and / or the cooling element arrangement ( 3 ) have a geometry through which individual regions ( 5-1 . 5-2 . 5-3 ) of the heat sink ( 2 ) for individual cooling each adapted effective Entwärmungsflächen over corresponding numbers of cooling elements ( 4 ) of the cooling element arrangement ( 3 ), characterized in that in the transition between directly adjacent individual areas ( 5-1 . 5-2 . 5-3 ) of the heat sink ( 2 ) Recesses and / or cavities ( 7 ) inside the heat sink ( 2 ) are formed, through which the directly adjacent individual areas ( 5-1 . 5-2 . 5-3 ) are at least partially thermally decoupled.

Cooling device according to claim 1, characterized in that the cooling elements ( 4 ) each have a proximal end ( 4b ), with which they are at the bottom ( 2 B ) of the heat sink ( 2 ) are arranged, and a distal end ( 4a ), which is essentially free and the underside ( 2 B ) of the heat sink ( 2 ) is formed opposite, have.

Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling elements ( 4 ), in particular with respect to their proximal and / or distal ends ( 4b . 4a ) are arranged substantially equidistant and / or substantially parallel to each other.

Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling elements ( 4 ), in particular with respect to their proximal and / or distal ends ( 4b . 4a ), essentially according to a number of cooling elements ( 4 ) and / or individual cooling of the individual areas ( 5-1 . 5-2 . 5-3 ) of the underside ( 2 B ) of the heat sink ( 2 ), in particular with regard to their average density, are arranged modulated.

Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling elements ( 4 ) at least in each case with respect to their proximal ends ( 4b ) with the respective normals on the underside ( 2 B ) of the heat sink ( 2 ) each include a substantially at most acute angle, preferably less than 45 °.

Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling elements ( 4 ) each substantially perpendicular to the underside ( 2 B ) of the heat sink ( 2 ) are arranged.

Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that each region ( 5-2 ) of the heat sink ( 2 ) compared to a directly adjacent area ( 5-1 . 5-3 ) of the heat sink ( 2 ) is to be assigned to an effective effective cooling area, a 5-1 . 5-3 ) at least on average increased thickness of the heat sink ( 2 ) having.

Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that - between directly adjacent regions ( 5-1 . 5-2 . 5-3 ) of the heat sink ( 2 ) with a different attributable effective Entwärmungsflächen a flank area ( 6 ) is formed and - that the flank area ( 6 ) from the area ( 5-1 . 5-3 ) with a lower effective cooling surface to be associated with a smaller layer thickness (D1) of the heat sink ( 2 ) to the area ( 5-2 ) with a larger effective cooling area to be assigned with a greater layer thickness (D2) of the heat sink ( 2 ) extends.

Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the flank region ( 6 ) each substantially in the area ( 5-2 ) is formed with a larger attributable effective Entwärmungsfläche.

Cooling device according to one of claims 8 or 9, characterized in that in the flank area ( 6 ) Cooling elements ( 4 ), in particular proximal ends ( 4b ) of which are trained.

Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the profile of the underside ( 2 B ) of the heat sink ( 2 ) and in particular in the transition or in the flank area ( 6 ) between the individual areas ( 5-1 . 5-2 . 5-3 ) of the heat sink ( 2 ) is formed substantially continuously running.

Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling elements ( 3 ) are designed as cooling fins, cooling plates, cooling surfaces, cooling rods, cooling fingers and / or the like.