DE10055454A1

DE10055454A1 - Kühlkörper

Info

Publication number: DE10055454A1
Application number: DE2000155454
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Neukam
Original assignee: Fujitsu Technology Solutions GmbH
Current assignee: Fujitsu Technology Solutions GmbH
Priority date: 2000-11-09
Filing date: 2000-11-09
Publication date: 2002-05-23

Abstract

Es wird ein Kühlkörper mit einem Wärmeaufnahme- und einem Wärmeabgabebereich vorgeschlagen, wobei der Wärmeabgabebereich durch einen Metallschaumkörper gebildet ist. Durch die im Vergleich mit konventionellen Kühlkörpern sehr große Oberfläche des Metallschaums werden die Wärmeabgabeeigenschaften des Kühlkörpers gegenüber Kühlkörpern mit Kühlrippen verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper mit einem Wärmeauf nahmebereich, der durch eine Basisplatte gebildet ist und der in Kontakt mit einem zu kühlenden Bauteil steht, und einem Wärmeabgabebereich, der sich an den Wärmeaufnahmebereich an schließt, zur Abgabe von Wärme an die Umgebung des Kühlkör pers.

Es ist eine große Vielfalt von Kühlkörpern bekannt. Klein kühlkörper sind an die genormten Gehäuse von beispielsweise Halbleiterbauelementen angepaßt und können einfach aufge steckt werden. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen den Halbleiterbauelementen und dem Kühlkörper ist es bekannt, sogenannte Wärmeleitpaste zu verwenden. Für Großkühlkörper werden vorwiegen fertiggezogene Aluminium-Profile benutzt. Verschiedene Ausführungen von Kühlkörpern sind beispielsweise aus "Nührmann, Dieter: Das große Werkbuch Elektronik, Teil A, Francis-Verlag, München 1998" bekannt.

Bei Mikroprozessoren hängt die erzeugte Wärme in hohem Maß von der verwendeten Taktfrequenz ab. Je höher die Taktfre quenz ist, desto größer ist die Verlustleidtung und damit Wärme, die an die Umgebung abgeführt werden muß. Durch Fort schritte in der Halbleitertechnologie ist die Taktfrequenz mittlerweile so hoch, daß bisher bekannte Kühlkörper in der üblichen Größe nicht mehr ausreichen, selbst wenn Lüfter zur Zwangskühlung eingesetzt werden. Die einzige Möglichkeit, dennoch eine ausreichende Kühlung sicher zu stellen, ist da her, die Kühlkörper weiter zu vergrößern, was aber aus ande ren konstruktiven und technischen Gründen nicht wünschenswert oder nicht möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kühlkörper anzuge ben, der eine verbesserte Wärmeabgabefähigkeit besitzt, ohne deswegen größere Abmessungen aufzuweisen. Außerdem soll das Gewicht des Kühlkörpers gering sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Kühlkörper der eingangs genannten Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Wärmeabgabebereich durch einen offenporigen Me tallschaumkörper gebildet ist.

Durch die Basisplatte ist gewährleistet, daß ein guter Wärme übergang von einem zu kühlenden Bauteil auf den Kühlkörper erfolgt. Optimiert ist bei den erfindungsgemäßen Kühlkörpern hingegen der Wärmeabgabebereich. Der offenporige Metallschaum hat naturgemäß eine wesentlich größere Oberfläche als die Kühlrippen bekannter Kühlkörper. Dadurch ist die Vorausset zung gegeben, eine größere Wärmemenge an die Umgebung abzuge ben. Trotzdem bleibt es wichtig, daß das verwendete Material auch gute Wärmeleiteigenschaften aufweist. Daher ist es vor teilhaft, einen Aluminiumwerkstoff zu verwenden, da Aluminium sehr gute Wärmeleiteigenschaften aufweist. Weiterhin ist es für die Kühleigenschaften wichtig, daß eine Luftzirkulation zum Abtransport der Wärme ermöglicht ist. Vorteilhaft erweist es sich diesbezüglich, wenn die Dichte des Metallschaums von der Basisplatte zu der von der Basisplatte abgewandten Seite des Wärmeabgabebereichs abnimmt. Dadurch ist sichergestellt, daß der Metallschaum die Wärme, die von dem zu kühlenden Bau element auf die Basisplatte übertragen wird, von dieser an den Metallschaumkörper weitergeleitet wird und der Metall schaumkörper diese auch aufnehmen kann. In den äußeren Be reich ist es dagegen eher wichtig, daß die Möglichkeiten zur Luftzirkulation möglichst gut sind, die Poren also größer sind beziehungsweise die Dichte kleiner ist. Die Gewichtser sparnis gegenüber einem Kühlkörper konventioneller Bauart be trägt bei gleicher Kühlleistung 80-90%.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei spieles näher erläutert. Die Figur zeigt dabei ein Halbleiterbauelement, auf das ein erfindungsgemäßer Kühlkörper auf gesetzt ist.

Das zu kühlende Bauelement in der Figur ist ein Halbleiter-IC 1. Dieses ist schematisch dargestellt und besitzt nur wenige Anschlußpins 6. In der Regel wird dies ein Prozessor sein, der wesentlich mehr Anschlüsse aufweist. Die Bedeutung der Kühlung hängt aber natürlich nicht von der Anzahl der An schlußpins 6 ab, sondern von der in dem Bauelement 1 erzeug ten Wärme. Bei Prozessoren ist sie in der Regel abhängig von der Taktfrequenz. Bei Leistungshalbleitern, die ebenfalls ge kühlt werden müssen, ist dagegen die Höhe des Stromes für die Größe der erzeugten Verlustleistung ausschlaggebend. Auf die ses Halbleiter-Bauelement 1 ist ein Kühlkörper 7 mit einer Basisplatte 2 aufgesetzt. Zur Befestigung des Kühlkörpers 7 auf dem Halbleiter-Bauelement 1 sind verschiedene Techniken bekannt. Eine Technik besteht darin, den Kühlkörper 7 auf dem Halbleiter-Bauelement 1 festzuklammern. In einer anderen Mög lichkeit wird der Kühlkörper 7 auf dem Halbleiter-Bauelement 1 festgeklebt. Insbesondere finden dabei wärmeleitfähige Kle ber Verwendung. Die Verbindung der Basisplatte 2 des Kühlkör pers 7 mit dem Halbleiter-Bauelement 1 erfolgt jedenfalls nicht anders, als vom Stand der Technik her bekannt ist. Auf der von dem Halbleiter-Bauelement 1 abgewandten Seite der Ba sisplatte 2 ist ein Metallschaumkörper 3 mit einer offenzel ligen Honigwabenstruktur als Wärmeabgabebereich vorgesehen. Nahe der Basisplatte 2 befindet sich ein Bereich 4 des Me tallschaumkörpers 3, in dem dessen Dichte relativ groß ist. Die Wärmeleitung von der Basisplatte 2 in den unteren Metall schaumkörperbereich 4 ist daher unproblematisch. Allerdings ist die Konvektion, durch die Wärme an die Umgebung des Kühl körpers 7 abgegeben werden kann, relativ gering. Um eine bes sere Konvektion zu erreichen, verringert sich die Dichte mit zunehmendem Abstand von der Basisplatte 2. Dadurch wird in einem von der Basisplatte beabstandeten Metallschaumkörperbe reich 5 eine freie Konvektion ermöglicht.

Die Kühlung ist wesentlich verbessert, wenn sich der Kühlkör per 7 beziehungsweise dessen Metallschaumkörper 3 sich in ei nem Luftstrom befindet, wie dies auch beim Stand der Technik häufig der Fall ist.

Gegenüber Kühlkörpern des Standes der Technik weist ein er findungsgemäßer Kühlkörper 7 ein kleineres Gewicht auf. Auch ist vorteilhaft, daß dem Metallschaumkörper 3 eine beliebige Form gegeben werden kann. Dadurch können auch kleinere Bau räume genutzt werden.

Als Material für den Metallschaum wurde Aluminium angegeben. Es ist aber auch denkbar, statt dessen Kupfer, Eisen oder Zinn zu verwenden.

Claims

1. Kühlkörper mit
einem Wärmeaufnahmebereich, der durch eine Basisplatte (2) gebildet ist und der in Kontakt mit einem zu kühlenden Bau teil (1) steht, und
einem Wärmeabgabebereich (3), der sich an den Wärmeaufnahme bereich (1) anschließt, zur Abgabe von Wärme an die Umgebung des Kühlkörpers,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Wärmeabgabebereich (3) durch einen offenporigen Metall schaumkörper gebildet ist.

2. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallschaum (3) aus Aluminium oder einer Legierung mit Aluminium als größtem Anteil besteht.

3. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte des Metallschaums von der Basisplatte zu der von der Basisplatte (2) abgewandten Seite des Wärmeabgabeberei ches (3) abnimmt.