DE102004007219B4

DE102004007219B4 - Kühlmodul und Verfahren zum Herstellen dieses Kühlmoduls

Info

Publication number: DE102004007219B4
Application number: DE200410007219
Authority: DE
Inventors: Hsin-Cheng Lu Chu Lin
Original assignee: Asia Vital Components Co Ltd
Current assignee: Asia Vital Components Co Ltd
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2024-02-14
Also published as: DE102004007219A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Kühlmoduls, das folgende Schritte enthält:
a) Kühlrippen (21) werden mit koaxialen oberen Löchern (211) und unteren Löchern (212) versehen, die an einer Seite jeweils einen Ringflansch (2111, 2121) bilden;
b) die Kühlrippen (21) werden gereiht, wobei zwischen den
c) Kühlrippen (21) jeweils ein Zwischenraum (213) vorhanden ist, dessen Breite der der Ringflansche (2111, 2121) entspricht, und die oberen und unteren Löcher (211, 212) jeweils einen Kanal bilden;
d) die Wärmeleitrohre (22) werden durch die oberen und unteren Löcher (211, 212) geführt, wodurch die Kühlrippen (21) mit den Wärmeleitrohren (22) verbunden sind; und
e) der Sitz (23) wird mit den Wärmeleitrohren (22) verbunden und tritt somit mit den Kühlrippen (21) in Kontakt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlmodul und ein Verfahren zum Herstellen dieses Kühlmoduls, wobei Wärmeleitrohre mit einem Sitz verbunden sind.
Das Wärmeleitrohr ist ein verschlossenes, dünnes Rohr und kann jede Form haben. An der Innenwand des Wärmeleitrohres haftet ein Stoff (wie Dochtmaterial), das mit einer Flüssigkeit befeuchtet ist. Diese Flüssigkeit wird als Arbeitsmedium des Wärmeleitrohres bezeichnet.
Das Wärmeleitrohr ist üblicherweise aus Kupfer, Nickel, nichtrostendem Stahl, Wolfram oder anderer Legierung hergestellt. Wenn ein Ende des Wärmeleitrohres unter einer hohen Temperatur und das andere Ende des Wärmeleitrohres unter einer niedrigen Temperatur liegt, tritt eine Wärmeleitung auf. Die Wärme dringt durch die Rohrwand in den Stoff, wodurch das Arbeitsmedium verdampft wird. Der Dampf fließt zum anderen Ende des Wärmeleitrohres und wird dort wegen der Kälte kondensiert. Die dadurch freigesetzte Wärme wird durch den Stoff, das Arbeitsmedium und die Rohrwand in die kalte Umgebung abgeleitet. Die kondensierte Flüssigkeit kehrt dann wegen der Kapillarwirkung wieder zurück. Dadurch entsteht ein Kreislauf des Arbeitsmediums.
Dieses Wärmeleitrohr findet eine breite Anwendung auf Kühlern für elektronische Produkte, um die Arbeitswärme abzuleiten.
Aus der DE 203 07 485 U1 ist ein Kühlkörper für elektronische Bauteile bekannt, bei dem eine Vielzahl von Kühlrippen durch Wärmerohre miteinander verbunden sind. Auf eine außenseitige Kontaktfläche der Kühlrippen wird ein zu kühlendes elektronisches Bauelement aufgesetzt.
In der JP 57080186 A wird eine Kühleinrichtung beschrieben, die zwei Blöcke von Kühlrippen aufweist. Die beiden Blöcke sind beabstandet zueinander angeordnet und durch ein Wärmerohr miteinander verbunden. Im Abstandsbereich ist ein das Wärmerohr umschließendes Halterungselement angeordnet, auf dem Heizelemente zur Durchführung einer Beheizung und Verdampfung angeordnet sind.
In 1 und 2 ist ein herkömmliches Kühlmodul gezeigt, das aus einer Vielzahl von Kühlrippen 11, einem Sitz 12 und den Wärmeleitrohren 13 besteht. Die Kühlrippen 11 weisen Löcher 111 auf und stehen aneinander. Die oberen Abschnitte der U-förmigen Wärmeleitrohre 13 sind durch die Löcher 111 der Kühlrippen 11 geführt. Der Sitz 12 ist mittels Zinn mit der Unterseite der Kühlrippen 11 und den unteren Abschnitten der U-förmigen Wärmeleitrohre 13 verbunden. Die Fläche des Sitzes 12 ist größer oder gleich der Fläche, die von den Kühlrippen 11 gebildet ist.
Der herkömmliche Kühlmodul enthält folgende zwei Typen:

1. Die Kühlrippen 11 sind aus Aluminium und der Sitz 12 ist aus Kupfer hergestellt, wobei vor der Lötverbindung eine Galvanisation der Kühlrippen 11 mit Nickel durchgeführt werden muß.
2. Die Kühlrippen 11 und der Sitz 12 sind beide aus Kupfer hergestellt und können direkt miteinander gelötet werden.

Beim ersten Kühlmodul führt die Galvanisation der Kühlrippen 11 mit Nickel zu einer Erhöhung der Herstellungskosten und der Ausschußquote. Beim zweiten Kühlmodul wird das Gewicht des Kühlmoduls wegen der Kühlrippen 11 aus Kupfer vergrößert (c. a um 600–70 g größer als die Kühlrippen aus Aluminium). Zudem wird die Wärmeableitungswirkung durch das Lötmittel, Zinn, reduziert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlmodul und ein Verfahren zum Herstellen dieses Kühlmoduls zu schaffen, wobei es nicht erforderlich ist, den Sitz mit den Kühlrippen zu verbinden, wodurch eine Reduzierung der Herstellungskosten und der Ausschußquote erreicht wird.
Der Erfindung liegt ebenfalls die Aufgabe zugrunde, ein Kühlmodul und ein Verfahren zum Herstellen dieses Kühlmoduls zu schaffen, wobei der Sitz und die Wärmeleitrohre aus gleichem Material hergestellt und miteinander verbunden sind.
Der Erfindung liegt desweiteren die Aufgabe zugrunde, ein Kühlmodul und ein verfahren zum Herstellen dieses Kühlmoduls zu schaffen, wobei die Fläche des Sitzes kleiner ist als die Fläche, die von den Kühlrippen gebildet ist, wodurch das Gewicht des Kühlmoduls verkleinert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Explosionsdarstellung der herkömmlichen Lösung,
2 zeigt eine perspektivische Darstellung der herkömmlichen Lösung,
3 zeigt eine Explosionsdarstellung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
4 zeigt eine perspektivische Darstellung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
5 ziegt eine Schnittdarstellung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
6 zeigt eine Explosionsdarstellung des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
7 zeigt eine perspektivische Darstellung des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
8 zeigt eine Schnittdarstellung des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
9 zeigt eine Explosionsdarstellung des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
10 zeigt eine perspektivische Darstellung des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
11 zeigt eine Schnittdarstellung des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Wege zur Ausführung der Erfindung
In 3, 4 und 5 ist das erste bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Wie dargestellt, besteht die Erfindung im wesentlichen aus einer Vielzahl von Kühlrippen 21, Wärmeleitrohren 22 und einem Sitz 23. Die Kühlrippen 21 weisen koaxiale obere Löcher 211 und untere Löcher 212 auf, die an einer Seite jeweils mit einem Ringflansch 2111, 2121 versehen sind, wodurch die Kühlrippen 21 miteinander einen Zwischenraum 213 bilden, dessen Breite der der Ringflansche 2111, 2121 entspricht, damit die Luft zwischen die Kühlrippen strömen kann. Die oberen Löcher 211 und die unteren Löcher 212 bilden jeweils einen Kanal. Die Wärmeleitrohre 22 sind U-förmig ausgebildet und weisen jeweils einen Rückflußbereich 221 auf. Die beiden Enden der Wärmeleitrohre 22 sind durch die oberen Löcher 211 und die unteren Löcher 212 der Kühlrippen 21 geführt, wodurch die Kühlrippen 21 und die Wärmeleitrohre 22 miteinander verbunden sind. Der Sitz 23 ist aus gleichem Material wie die Wärmeleitrohre 22 hergestellt und weist eine ebene Oberfläche auf. Die andere Oberfläche des Sitzes 23 ist mit Nuten versehen und mittels eines wärmeleitenden Stoffs, wie Zinn, Gold oder Silber, mit den Wärmeleitrohren 22 verbunden. Die Fläche des Sitzes 23 ist kleiner als die Fläche, die von den Kühlrippen 21 gebildet ist.
Die untere Fläche, die von den Kühlrippen 21 gebildet ist, weist eine lokale Vertiefung 214 auf, in der die Wärmeleitrohre 22, die durch die unteren Löcher 212 geführt sind, freiliegen und mit dem Sitz 23 verbunden sind, wodurch der Sitz 23 in der Vertiefung 214 aufgenommen ist. Die Kühlrippen 21 sind aus Aluminium hergestellt, während der Sitz 23 und die Wärmeleitrohre 22 aus Kupfer hergestellt sind. Dadurch kann die wärme schnell durch den Sitz 23 und die Wär meleitrohre 22 an die Kühlrippen 22 geleitet und dann von den Kühlrippen 21 abgeführt werden.
Das Verfahren zum Herstellen des obengenannten Kühlmoduls enthält folgende Schritte:

a) Die Kühlrippen 21 werden mit koaxialen oberen Löchern 211 und unteren Löchern 212 versehen, die an einer Seite jeweils einen Ringflansch 2111, 2121 bilden;
b) die Kühlrippen 21 werden gereiht, wobei zwischen den Kühlrippen 21 jeweils ein Zwischenraum 213 vorhanden ist, dessen Breite der der Ringflansche 2111, 2121 entspricht, und die oberen und unteren Löcher 211, 212 jeweils einen Kanal bilden;
c) die Wärmeleitrohre 22 werden durch die oberen und unteren Löcher 211, 212 geführt, wodurch die Kühlrippen 21 mit den Wärmeleitrohren 22 verbunder sind; und
d) der Sitz 23, der mit den Wärmeleitrohren 22 aus gleichem Material hergestellt ist, wird mit den Wärmeleitrohren 22 verbunden.

Da die Abmessung des Sitzes 23 im Vergleich mit der herkömmlichen Lösung kleiner ist, wird das Gewicht des erfindungsgemäßen Kühlmoduls erheblich reduziert. Zudem muß der Sitz 23 nicht mit den Kühlrippen 21 verbunden werden, wodurch eine Galvanisation der Kühlrippen 21 mit Nickel entfallen kann, so daß die Herstellung vereinfacht wird, die Ausschußquote reduziert wird und die Herstellungskosten gesenkt werden.
In 6, 7 und 8 ist das zweite bevozugte Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das sich von dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, daß der Sitz 33 zwei ebene Oberflächen aufweist und in den beiden Seiten mit Durchgangsbohrungen 331 versehen ist, und die unteren Löcher der Kühlrippen durch die Ausnehmungen 312 ersetzt werden. Die oberen Abschnitte der Wärmeleitrohre 22 sind durch die oberen Löcher 211 der Kühlrippen 21 geführt, während die unteren Abschnitte der Wärmeleitrohre 22 in den Ausnehmungen 312 der Kühlrippen 21 aufgenommen und durch die Durchgangsbohrungen 331 des Sitzes 33 geführt sind.
In 9, 10 und 11 ist das dritte bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das sich von dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, daß die Wärmeleitrohre 43 S-förmig ausgebildet sind und zwei Rückflußbereiche 431 aufweisen. Die S-förmigen Wärmeleitrohre 43 enthalten jeweils einen oberen Abschnitt 432, einen mittleren Abschnitt 433 und einen unteren Abschnitt 433.
Die Kühlrippen sind in zwei Gruppen geteilt. Die Kühlrippen der ersten Gruppe 41 besitzen Löcher 411 und Ausnehmungen 412, wobei die Löcher 411 an einer Seite jeweils einen Ringflansch 4111 bilden, wodurch zwischen den Kühlrippen der ersten Gruppe 41 jeweils ein Zwischenraum vorhanden ist, dessen Breite der der Ringflansche 4111 entspricht. Die Kühlrippen der zweiten Gruppe 42 besitzen Löcher 421 und Ausnehmungen 422 und bilden eine Vertiefung 423, wobei die Löcher 421 an einer Seite jeweils einen Ringflansch 4211 bilden, wodurch zwischen den Kühlrippen der zweiten Gruppe 42 jeweils ein Zwischenraum vorhanden ist, dessen Breite der der Ringflansche 4211 entspricht.
Die oberen Abschnitte 432 der Wärmeleitrohre 43 sind durch die Löcher 411 der Kühlrippen der ersten Gruppe 41 geführt. Die Ausnehmungen 412 der Kühlrippen der ersten Gruppe 41 nehmen die oberen Hälften der mittleren Abschnitte 433 der Wärmeleitrohre 43 auf. Die unteren Abschnitte 434 der Wärmeleitrohre 22 sind durch die Löcher 421 der Kühlrippen der zweiten Gruppe 42 geführt. Die Ausnehmungen 422 der Kühlrippen der zweiten Gruppe 42 nehmen die unteren Hälften der mittleren Abschnitte 433 der Wärmeleitrohre 43 auf. Dadurch sind die Kühlrippen der ersten und zweiten Gruppe 41, 42 miteinaner verbunden, wobei der Sitz 23 in der Vertiefung 423 der Kühlrippen der zweiten Gruppe 42 aufgenommen und mit den freiliegenden unteren Abschnitten der Wärmeleitrohre 43 verbunden ist.
Die vorstehende Beschreibung stellt nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht als Definition der Grenzen und des Bereiches der Erfindung dienen. Alle gleichwertige Änderungen und Modifikationen gehören zum Schutzbereich dieser Erfindung.

11: Kühlrippe
111: Loch
12: Sitz
13: Wärmeleitrohr
21: Kühlrippe
211: oberes Loch
2111: Flansch
212: unteres Loch
2121: Flansch
213: Zwischenraum
214: Vertiefung
22: Wärmeleitrohr
221: Rückflußbereich
23: Sitz
33: Sitz
331: Loch
312: Ausnehmung
41: Kühlrippen der ersten Gruppe
411: Loch
412: Ringflansch
42: Kühlrippen der zweiten Gruppe
421: Loch
4211: Ringflansch
422: Ausnehmung
423: Vertiefung
43: Wärmeleitrohr
431: Rückflußbereich
432: oberer Abschnitt
433: mittlerer Abschnitt
434: unterer Abschnitt

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Kühlmoduls, das folgende Schritte enthält: a) Kühlrippen (21) werden mit koaxialen oberen Löchern (211) und unteren Löchern (212) versehen, die an einer Seite jeweils einen Ringflansch (2111, 2121) bilden; b) die Kühlrippen (21) werden gereiht, wobei zwischen den c) Kühlrippen (21) jeweils ein Zwischenraum (213) vorhanden ist, dessen Breite der der Ringflansche (2111, 2121) entspricht, und die oberen und unteren Löcher (211, 212) jeweils einen Kanal bilden; d) die Wärmeleitrohre (22) werden durch die oberen und unteren Löcher (211, 212) geführt, wodurch die Kühlrippen (21) mit den Wärmeleitrohren (22) verbunden sind; und e) der Sitz (23) wird mit den Wärmeleitrohren (22) verbunden und tritt somit mit den Kühlrippen (21) in Kontakt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt (d) der Sitz (23) mittels eines Verbindungsmittels mit den Wärmeleitrohren (22) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsmittel Zinn, Gold oder Silber ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (21) aus Aluminium und der Sitz (23) und die Wärmeleitrohre (22) aus Kupfer hergestellt werden.
Kühlmodul, bestehend aus einer Vielzahl von Kühlrippen (21), die Löcher (211, 212) aufweisen, Wärmeleitrohren (22), die durch die Löcher (211, 212) der Kühlrippen geführt sind, und einem Sitz (23), der mit den Wärmeleitrohren (22) verbunden ist und mit den Kühlrippen (21) in Kontakt steht, so daß die Wärme durch den Sitz (23) schnell in die Wärmeleitrohre (22) geleitet und dann durch die Kühlrippen (21) abgeleitet wird.
Kühlmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Sitzes (23) kleiner ist als die Fläche, die von den Kühlrippen (21) gebildet ist.
Kühlmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (21) aus Aluminium und der Sitz (23) und die Wärmeleitrohre (22) aus Kupfer hergestellt sind.
Kühlmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Fläche, die von den Kühlrippen (21) gebildet ist, eine Vertiefung (214) aufweist, in der der Sitz (23) aufgenommen ist.
Kühlmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitrohre (22) jeweils mindestens einen Rückflußbereich (221) besitzen.
Kühlmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Wärmeleitrohren (22) vorgesehen sind.
Kühlmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz (23) mittels eines Verbindungsmittels mit den Wärmeleitrohren (22) verbunden ist.
Kühlmodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsmittel Zinn, Gold oder Silber ist.
Kühlmodul, bestehend aus einer Vielzahl von Kühlrippen (21; 41, 42), die Löcher (211; 411, 421) und Ausnehmungen (312; 412, 422) aufweisen, Wärmeleitrohren (22, 43), die teilweise durch die Löcher (211; 411, 421) der Kühlrippen (21) geführt sind und teilweise in den Ausnehmungen (312; 412, 422) der Kühlrippen (21; 41, 42) aufgenommen sind, und einem Sitz (23, 33), der mit den Wärmeleitrohren (22, 43) verbunden ist und somit mit den Kühlrippen (21; 41, 42) in Kontakt steht, so daß die Wärme durch den Sitz (23, 33) schnell in die Wärmeleitrohre (22, 43) geleitet und dann durch die Kühlrippen (21; 41, 42) abgeleitet wird.
Kühlmodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Sitzes (23, 33) kleiner ist als die Fläche, die von den Kühlrippen (21; 41, 42) gebildet ist.
Kühlmodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (21; 41, 42) aus Aluminium und der Sitz (23, 33) und die Wärmeleitrohre (22, 43) aus Kupfer hergestellt sind.
Kühlmodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitrohre (22, 43) jeweils mindestens einen Rückflußbereich (221, 431) besitzen.
Kühlmodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Wärmeleitrohren (22, 43) vorgesehen sind.
Kühlmodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz (23, 33) mittels eines Verbindungsmittels mit den Wärmeleitrohren (22, 43) verbunden ist.
Kühlmodul nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsmittel Zinn, Gold oder Silber ist.