DE102006038980B4 - Heat sink for semiconductor devices and method for its production - Google Patents

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Abstract

Kühlkörper für Halbleiterbauelemente, insbesondere Hochleistungskühleinheit aus stranggepresstem Aluminium oder anderem Leichtmetall, mit in Abstand (s1) zueinander an eine Grundplatte (62) angeschlossenen und davon aufragenden Kühlrippen (70), die jeweils als Hohlprofil mit zwei zueinander parallelen Rippenwänden (74) und diese verbindenden Querstegen (72, 73) ausgebildet sind, wobei die Kühlrippen in Einsatznuten (68) der Grundplatte festliegen, die jeweils von Leistenanformungen (64, 66) der Grundplatte begrenzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede Rippenwand (74) der Kühlrippe (70) vor ihrem Einbau ein freies Steckende (80) aufweist, das in eine Einsatznut (68) der Grundplatte (62) einbringbar ist sowie die beiden Steckenden der Kühlrippe durch einen angeformten, beidseits am Übergang zum Steckende (80) der Kühlrippe (70) mit einer Sollbruchstelle (88) versehenen Quersteg (86) verbunden sind, dessen Abstand (y1) zur Fußkante (76) des Steckendes kürzer ist als der Abstand (i3) der Kopffläche (67a) einer ihm zugeordneten Leistenanformung (66) der Grundplatte vom Tiefsten (63a) der Einsatznut, wobei die die Einsatznut...Heat sink for semiconductor devices, in particular high-performance cooling unit made of extruded aluminum or other light metal, at a distance (s 1 ) to each other to a base plate (62) connected and projecting therefrom cooling fins (70), each as a hollow profile with two mutually parallel rib walls (74) and these interconnecting transverse webs (72, 73) are formed, wherein the cooling fins are fixed in insertion grooves (68) of the base plate, which are each bounded by ledge projections (64, 66) of the base plate, characterized in that each rib wall (74) of the cooling rib (70) before its installation has a free plug-in end (80) which in an insert groove (68) of the base plate (62) can be introduced and the two mating ends of the cooling fin by a molded, on both sides at the transition to the mating end (80) of the cooling fin (70) with a Predetermined breaking point (88) provided transverse web (86) are connected, whose distance (y 1 ) to the foot edge (76) of the plug end is shorter than de r distance (i 3 ) of the top surface (67 a ) associated with it ing molding (66) of the base plate from the deepest (63 a ) of the insert groove, wherein the insert groove ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper für Halbleiterbauelemente od. dgl. Geräte – insbesondere eine Hochleistungskühleinheit aus stranggepresstem Aluminium oder anderem Leichtmetall – mit in Abstand zueinander an eine Grundplatte angeschlossenen und davon – bevorzugt parallel zueinander – aufragenden Kühlrippen, die jeweils als Hohlprofil mit zwei zueinander parallelen Rippenwänden und diese verbindenden Querstegen ausgebildet sind; die Kühlrippen liegen in Einsatznuten der Grundplatte fest. Die Einsatznuten sind jeweils von Leistenanformungen der Grundplatte begrenzt. Zudem erfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung dieses Kühlkörpers.The The invention relates to a heat sink for semiconductor devices od. Like. Devices - in particular a high performance cooling unit made of extruded aluminum or other light metal - with spacing connected to each other to a base plate and thereof - preferred parallel to each other - towering Cooling fins, each as a hollow profile with two mutually parallel rib walls and these connecting transverse webs are formed; the cooling fins are firmly in use grooves of the base plate. The insert grooves are each bounded by ledge projections of the base plate. Also recorded the invention a method for producing this heat sink.

Einen solchen Kühlkörper offenbart die Schrift DE 296 02 367 U1 . Die Kühlrippe liegt in einer Halte- oder Einsatznut der Grundplatte fest an, und neben jeder eine Kühlrippe enthaltenden Einsatznut des Kühlkörpers ist in der Grundplatte eine querschnittlich trichterförmige Einsatznut anderer Form und Bemaßung angeordnet, die eine gegenläufige Kühlrippe eines zweiten Kühlkörpers aufnimmt. In dessen Grundplatte greifen die Kühlrippen des ersten Kühlkörpers ein. Das freie Ende der Kühlrippe wird dabei von einem Paar beidseits eines Zwischenraums verlaufender Endstege gebildet. Diese Rippenform ist nur bei geringem Schenkelabstand möglich. Der hieraus resultierende geringe Rippenabstand begrenzt den Einsatz solcher Kühlkörper auf erzwungene Konvektion; für den Bereich der freien Konvektion ist ein größerer Rippenabstand notwendig. Presstechnisch unvermeidlich wäre eine relativ hohe Maßabweichung des Sockelabstandes, die zu erheblichen Problemen beim Einführen in die Haltenuten der Grundplatte führen würde. Auch haben Hohlrippen-Kühlkörper einen erhöhten Lufteintritts- und Luftaustritts-Strömungswiderstand.Such a heat sink is revealed by the font DE 296 02 367 U1 , The cooling fin rests firmly in a retaining or insertion groove of the base plate, and in addition to each cooling groove containing insert groove of the heat sink in the base plate a cross-sectionally funnel-shaped insertion groove of other shape and dimension is arranged, which receives an opposite cooling fin of a second heat sink. In the base plate, the cooling fins of the first heat sink engage. The free end of the cooling fin is formed by a pair on both sides of a gap extending end webs. This rib shape is possible only at a small leg distance. The resulting small rib spacing limits the use of such heat sinks to forced convection; in the field of free convection, a larger rib spacing is necessary. A relatively high dimensional deviation of the base spacing, which would lead to considerable problems during insertion into the retaining grooves of the base plate, would be unavoidable in terms of pressing technique. Also, hollow fin heatsinks have increased air inlet and outlet flow resistance.

Aus der EP 0744 241 A2 ist ein Kühlkörper mit in Abstand zueinander an eine Grundplatte angeschlossenen und davon aufragende Kühlrippen mit zwei parallelen, durch Querstege verbundenen Rippenwänden bekannt. Die freien Enden beider Rippenwände sind an ein Sockelelement angefügt, an das zwei Fußstege angeformt sind und das beidseits über die Außenflächen der beiden Rippenwände als Anschlagselement hinausragt. Die beiden Fußstege verlaufen querschnittlich in einem Winkel von etwa 30° so zueinander, dass ihre freien Enden voneinander weiter entfernt sind als ihre Anschlagsbereiche an das Sockelelement. Letzteres bestimmt zudem mit den entsprechenden Anschlagselementen der benachbarten Sockelelemente den Abstand zur nächsten Kühlrippe. Das Sockelelement liegt der Oberfläche der Grundplatte auf, die querschnittlich entsprechend geneigte Schlitze zur Aufnahme der Fußstege anbietet.From the EP 0744 241 A2 is a heat sink with spaced from each other connected to a base plate and projecting therefrom cooling fins with two parallel, connected by transverse webs rib walls known. The free ends of both rib walls are attached to a base element, are integrally formed on the two Fußstege and protrudes on both sides over the outer surfaces of the two rib walls as a stop element. The two footbridges extend crosswise at an angle of about 30 ° to each other so that their free ends are farther away from each other than their stop areas on the base element. The latter also determines the distance to the next cooling fin with the corresponding stop elements of the adjacent base elements. The base member is the surface of the base plate, which offers cross-section corresponding inclined slots for receiving the footsteps.

Der DE 35 18 310 C2 sind stranggepresste Vollprofile mit seitlichen Ausformungen als Kühlrippen zu entnehmen, die in Einsatznuten der Grundplatte formschlüssig eingesetzt werden. Zudem erwähnt diese Druckschrift sog. Rippenverhältnisse (Verhältnis der Höhe zum lichten Abstand) von mehr als 12:1, womit die Grenze der erreichbaren Oberfläche bestimmt ist. Sowohl technische als auch wirtschaftliche Gesichtspunkte erfordern je nach Rippenhöhe eine Mindestrippendicke. Die Fertigung eines Kühlkörpers mit dünnen Rippen bei hoher Rippenzahl geht wegen des größeren Aufwandes zu Lasten der Wirtschaftlichkeit.Of the DE 35 18 310 C2 extruded solid profiles with lateral formations are to be taken as cooling fins, which are inserted positively into insertion grooves of the base plate. In addition, this document mentions the so-called. Rippenverhältnisse (ratio of the height to the clear distance) of more than 12: 1, whereby the limit of the achievable surface is determined. Both technical and economic considerations require a minimum rib thickness depending on the rib height. The production of a heat sink with thin ribs at high numbers of ribs is due to the greater expense at the expense of efficiency.

Gegenüber der Lehre jener DE 35 18 310 C2 stellt ein gattungsgemäßer Kühlkörper mit zwischen zwei – mit der Grundplatte eine Art Rechteckrinne ergebenden – Flankenwänden verlaufenden Kühlrippen nach der EP 0 483 058 A1 eine Verbes serung dar. Sowohl die Innenflächen der Flankenwände als auch die Außenflächen der Kühlrippen sind mit Riffelungen ausgestattet, die parallel zur Grundplatte verlaufen. Die beiden Rippenwände jeder Kühlrippe sind an einem Ende durch einen in der Einsatznut der Grundplatte festlegbaren Kupplungssockel und am anderen Ende durch einen Quersteg verbunden; ein weiterer Quersteg teilt den Rippenhohlraum etwa in halber Höhe in zwei Kanäle. Mit diesem Kühlkörper sollten sowohl die Wanddicken von Kühlrippen als auch der Herstellungsaufwand für den Kühlkörper vermindert werden. Es wurde ein Rippenverhältnis von etwa 30:1 erreicht.Opposite the doctrine of those DE 35 18 310 C2 represents a generic heat sink with between two - with the base plate a kind of rectangular gutter resulting - flank walls extending cooling fins after the EP 0 483 058 A1 Both the inner surfaces of the flank walls and the outer surfaces of the cooling fins are equipped with corrugations, which run parallel to the base plate. The two rib walls of each cooling fin are connected at one end by a fixable in the insert groove of the base plate coupling base and at the other end by a transverse web; another crosspiece divides the rib cavity about halfway up into two channels. With this heat sink, both the wall thickness of cooling fins and the manufacturing cost of the heat sink should be reduced. It has reached a rib ratio of about 30: 1.

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, eine neue Kühlkörperform mit entsprechenden Fertigungsverfahren zu entwickeln, mit der eine effektive Kühlung erreicht und das Fertigungsverfahren verbessert wird.In Knowing this state of the art, the inventor has the task put, a new heat sink shape to develop with appropriate manufacturing processes, with the one effective cooling achieved and the manufacturing process is improved.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre der unabhängigen Ansprüche; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildungen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Bei angegebenen Benennungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar sein.to solution performs this task the doctrine of independent Claims; to give the dependent claims favorable Further education. In addition, all fall within the scope of the invention Combinations of at least two of the features disclosed in the claims. For specified naming ranges should also within the mentioned Limiting values are disclosed as limit values and can be used as desired be.

Erfindungsgemäß weist jede Rippenwand der Kühlrippe vor ihrem Einbau jeweils ein freies Steckende auf, das in eine Einsatznut der Grundplatte einzubringen und dort gehalten ist; die beiden Steckenden der Kühlrippe sind durch einen zwischen ihnen angeformten, beidseits am Übergang zum Steckende der Kühlrippe mit einer Sollbruchstelle versehenen Quersteg verbunden, dessen Abstand zur Fußkante des Steckendes kürzer ist als der Abstand der Kopffläche einer ihm zugeordneten Leistenanformung der Grundplatte vom Tiefsten der Einsatznut. Die jene Einsatznut begrenzenden seitlichen Leistenanformungen ragen zudem vorteilhafter Weise von der Oberfläche der Grundplatte auf und sind von unterschiedlicher Höhe.According to the invention, each rib wall of the cooling rib before its installation in each case a free plug-in end, which is to be introduced into an insertion groove of the base plate and held there; the two plug-in ends of the cooling rib are connected by a cross-shaped integrally formed on both sides at the transition to the mating end of the fin with a predetermined breaking point, the distance to the foot edge of the mating end is shorter than the distance of the top surface of an associated Leistenanfor mung of the base plate from the deepest of the insert groove. The insertion profile limiting the lateral groin projections also advantageously protrude from the surface of the base plate and are of different heights.

Auch hat es sich als günstig erwiesen, die Höhe der beiden zwischen den Steckenden aufragenden inneren Leistenanformungen der Grundplatte durch jeweils eine angeformte Nasenrippe zu verlängern, welche mit an der zur Oberfläche der Grundplatte etwa parallelen Kopffläche endet.Also it has to be cheap proved the height the two inner groin formations rising up between the sockets to extend the base plate by a respective molded nose rib, which with on to the surface the base plate ends approximately parallel head surface.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Abstand des Quersteges zur Fußkante des Steckendes kürzer als die Höhe dieses Steckendes, so dass durch axialen Druck eine Trennung des Quersteges von den Steckenden an der Sollbruchstelle ermöglicht wird, die bevorzugt durch zumindest eine den Querschnitt des Quersteges einengende Kerbe entsteht. An die Sollbruchstelle soll als mögliche Führungshilfe eine Pultfläche des Sockelstreifens anschließen.To Another feature of the invention is the distance of the crosspiece to the foot edge shorter as the height this plug-in, so that by axial pressure, a separation of the crosspiece is made possible by the sockets at the predetermined breaking point, the preferred by at least one notch narrowing the cross section of the crosspiece arises. At the predetermined breaking point as possible guidance assistance a desk surface of the Connect the socket strip.

Bei der Herstellung des Kühlkörpers werden die Rippenwände der Kühlrippe mit ihren jeweils freien Steckenden in eine der Einsatznuten der Grundplatte eingeschoben und bis zum Anschlag am Tiefsten der Einsatznut in diese eingedrückt, bis der angeformte Quersteg auf den zwei seitlichen Leistenanformungen der Grundplatte aufsitzt, wonach der Quersteg durch Druck auf die Kühlrippe beidends an den Sollbruchstellen gebrochen wird. In die Seitenflächen des Steckendes sind Längskerben eingeformt, welche ein Zahnprofil bildende Längsleisten begrenzen, so dass die Seitenwände der Einsatznut in diese bei einem Formvorgang haltend einzugreifen vermögen.at the production of the heat sink are the rib walls the cooling fin with their respective free sockets in one of the insertion grooves of Inserted base plate and up to the stop at the lowest of the insert groove pressed into this, until the molded cross bar on the two lateral groin formations the base plate is seated, after which the crosspiece by pressure on the cooling fin is broken at the predetermined breaking points at both ends. In the side surfaces of the plug-in end are longitudinal notches formed, which limit a tooth profile forming longitudinal strips, so that the side walls the operational groove in these can intervene in a molding process assets.

Die Erfindung besteht also u. a. darin, dass der in die Kühlrippe eingeformte Quersteg im unmittelbaren Sockelbereich ober- und unterseitig bevorzugt mit querschnittlich dreieckförmigen Kerben versehen wird. Beim Einlegen der Kühlrippen stützt sich der Quersteg – wie geschildert – auf den einander benachbarten Leistenanformungen ab. Kombiniert mit dem Fügevorgang wird durch Druck auf die Kühlrippen der Quersteg herausgebrochen.The Invention thus exists u. a. in that in the cooling fin Molded crosspiece in the immediate base area top and bottom is preferably provided with cross-sectionally triangular notches. When inserting the cooling fins supports the crossbar - like portrayed - on the adjacent groin formations from. Combined with the joining process is by pressure on the cooling fins the crossbar has been broken out.

Um den Gesamtströmungswiderstand der Luft, welcher sich aus Eintritts- und Austrittswiderstand sowie inneren Widerstand zusammensetzt, zu reduzieren – was zu einer höheren Luftgeschwindigkeit und damit zu besserer Wärmeabgabe führt – ist eine spezielle Gestaltung der Kühlkörperstirnseiten zweckmäßig. Erfindungsgemäß werden die beiden Rippen- oder Flankenwände der einzelnen Kühlrippe zumindest an einem Ende jeweils mit einer geneigten Frontkante versehen. Jedoch liegt es auch im Rahmen der Erfindung, die beiden Rippen- oder Flankenwände jeweils beidends mit einer geneigten Frontkante auszustatten. Die Frontkante soll mit der Oberfläche der Grundplatte einen Winkel von bevorzugt etwa 60° einschließen. Dabei kann die geneigte Frontkante von einem zur Oberfläche der Grundplatte rechtwinkeligen Kopfabschnitt ausgehen, der dem Kopfbereich der Kühlrippe zugeordnet ist.Around the total flow resistance the air, which consists of entry and exit resistance as well inner resistance is composed, reduce - resulting in a higher air velocity and thus to better heat dissipation leads - is one special design of the heat sink front ends appropriate. According to the invention the two rib or flank walls the individual cooling rib at least each provided with an inclined front edge at one end. however it is also within the scope of the invention, the two rib or flank walls respectively equipped with a sloping front edge at both ends. The front edge should with the surface the base plate at an angle of preferably about 60 °. there can the inclined front edge of a to the surface of the Base plate right-angled head portion go out, the head area the cooling fin assigned.

Neben reduziertem Strömungswiderstand ergeben sich Vorteile bei laminaren Strömungsverhältnissen. So entstehen über die Kühlkörperhöhe Luftschichten unterschiedlicher Geschwindigkeit in der Form, dass sich nahe der Basis – also in der heißesten Zone – die höchste Geschwindigkeit einstellt. Besonders günstig wird sich dieser Effekt bei konischem Rippenquerschnitt mit größter Rippendicke am Fuß auswirken. Die sich im Normalfall durch den kleineren lichten Abstand einstellende geringe Luftmenge in der heißesten Zone – Produkt aus Luftgeschwindigkeit und lichtem Querschnitt – wird durch die höhere Geschwindigkeit kompensiert.Next result in reduced flow resistance advantages in laminar flow conditions. So arise over the heat sink height air layers different speed in the form that is close to the Base - so in the hottest Zone - the highest Speed setting. This effect is particularly favorable with a conical rib cross-section with the greatest rib thickness on the foot. The normally adjusting by the smaller clear distance small amount of air in the hottest Zone - product from air speed and light cross section - is due to the higher speed compensated.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt inFurther Advantages and details of the invention will become apparent from the following Description of preferred embodiments as well as from the drawing; this shows in

1: die Frontansicht einer Hochleistungskühleinheit nach dem Stande der Technik aus zwei Kühlkörpern mit Kühlrippen in einem Gehäuse; 1 FIG. 2 is a front view of a high performance cooling unit of the prior art comprising two heat sinks with cooling fins in a housing; FIG.

2: eine einzelne Kühlrippe des Kühlkörpers der 1; 2 : a single heat sink of the heat sink 1 ;

3, 6: jeweils die Frontansicht eines Abschnittes eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers; 3 . 6 in each case the front view of a section of a heat sink according to the invention;

4: einen vergrößerten Ausschnitt aus 3 nach deren Feld II; 4 : an enlarged section 3 according to their field II;

5: eine teilweise Seitenansicht des Kühlkörpers der 3; 5 a partial side view of the heat sink of the 3 ;

7: die Seitenansicht einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlkörpers; 7 : the side view of another embodiment of the heat sink according to the invention;

8: einen gegenüber 3, 6 vergrößerten Ausschnitt während des Zusammenbauens des Kühlkörpers; 8th : one opposite 3 . 6 enlarged section during assembly of the heat sink;

9: einen Schnitt durch einen vergrößerten Bereich der 8 nach deren Pfeil IX; 9 : a section through an enlarged area of the 8th according to its arrow IX;

10: den Ausschnitt der 9 am Ende des Einbauvorganges; 10 : the section of the 9 at the end of the installation process;

11: einen Ausschnitt aus 8 nach dem Zusammenbau des Kühlkörpers. 11 : a section from 8th after assembling the heat sink.

Eine Hochleistungskühleinheit aus Leichtmetall – insbesondere aus AlMgSiO.5 F 22 – für in der Zeichnung aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht weiter dargestellte Halbleiterbauelemente weist gemäß 1 zwei Kühlkörper 10 mit jeweils einem Gehäuse 12 aus einer Grundplatte 14 der Breite a von hier 84 mm und einer Dicke b von beispielsweise 13 mm sowie beidseits an die Grundplatte 14 angeformten Flankenwänden 16 auf. Letztere bilden mit der Grundplatte 14 eine – stranggepresste – Rechteckrinne. Die Höhe h dieses Gehäuses 12 misst im gewählten Beispiel 47,5 mm.A high performance cooling unit made of light weight metal - in particular from AlMgSiO.5 F 22 - For not shown in the drawing for reasons of clarity semiconductor devices according to 1 two heatsinks 10 each with a housing 12 from a base plate 14 the width a from here 84 mm and a thickness b of for example 13 mm and on both sides of the base plate 14 molded flank walls 16 on. The latter form with the base plate 14 an extruded rectangular gutter. The height h of this case 12 measures 47.5 mm in the example chosen.

In die Grundplatte 14 sind zum Gehäuseinnenraum 18 hin offene – durch Bodenrippen 20 voneinander getrennte – Einsatznuten 22, 24 eingeformt; letztere sind wechselweise von rechteckigem und trichterartigem Nutquerschnitt, wobei das Tiefste 23 der rechteckigen Einsatznut 22 in Abstand e von hier 2 mm oberhalb des Tiefsten 25 der trichterartigen Einsatznut 24 verläuft.In the base plate 14 are to the housing interior 18 towards open - by bottom ribs 20 separate - insert grooves 22 . 24 molded; the latter are alternately of rectangular and funnel-like groove cross-section, with the deepest 23 the rectangular insert groove 22 at a distance e from here 2 mm above the lowest 25 the funnel-like insertion groove 24 runs.

An eine zur Unterfläche 15 der Grundplatte 14 parallele Firstfläche 26 jener Bodenrippe 20 schließt einerseits eine zu dieser Firstfläche 26 rechtwinkelige Seitenfläche 27 der querschnittlich rechteckigen Einsatznut 22 sowie anderseits eine geneigte Pultfläche 28 an, die in eine – zur nahezu parallelen erwähnten Seitenfläche 27 in einem Winkel von etwa 2° nutwärts geneigte – andere Seitenwand 29 übergeht. Die Breite f der Einsatznut 24 an diesem Übergang beträgt 25 mm, und die Gesamttiefe i der Einsatznut 24 entspricht jener Breite f.At one to the lower surface 15 the base plate 14 parallel ridge surface 26 that bottom rib 20 on the one hand closes one to this ridge surface 26 right-angled side surface 27 the cross-sectionally rectangular insert groove 22 and on the other hand, an inclined desk surface 28 on, in one - to almost parallel mentioned side surface 27 tilted at an angle of about 2 ° in a groove - other side wall 29 passes. The width f of the insert groove 24 at this transition is 25 mm, and the total depth i of the insert groove 24 corresponds to that width f.

In die fünf Einsatznuten 22 rechteckigen Querschnittes wird jeweils eine Hohl- oder Kühlrippe 30 der Länge z von etwa 76,5 mm mit einem den Nutenquerschnitt ausfüllenden Kupplungssockel 32 der Breite k von hier 5,5 mm eingesetzt; aus dessen Seitenflächen sind des besseren Sitzes halber Längsleisten 34 sägezahnartigen Querschnitts herausgeformt. Vom Kupplungssockel 32 gehen zwei zur Mittelachse M der Kühlrippe 30 parallele Rippenwände 36 aus, die in lichten Abständen q durch sechs Querstege 38 verbunden sind; diese begrenzen Profil- oder Strömungskanäle 40. In deren Querschnitt ragen aus den Rippenwänden 36 herausgeformte Parallelleisten 42 ein; die gegenüberliegenden Parallelleisten 42 sind jeweils versetzt angeordnet, wie beispielhaft 2 wiedergibt.In the five insertion grooves 22 rectangular cross section is in each case a hollow or fin 30 the length z of about 76.5 mm with a groove cross-section filling the coupling base 32 the width k of here 5.5 mm used; from the side surfaces of the better fit half longitudinal bars 34 sawtooth-like cross-section shaped out. From the coupling base 32 go two to the central axis M of the fin 30 parallel rib walls 36 out at clear intervals q through six transverse webs 38 are connected; these limit profile or flow channels 40 , In the cross section protrude from the rib walls 36 shaped parallel bars 42 one; the opposite parallel lines 42 are each staggered, as an example 2 reproduces.

An der dem Kupplungssockel 32 fernliegenden Schmalseite endet die Hohl- oder Kühlrippe 30 mit einem Paar von parallelen Endstegen 44, die ihrerseits an den Außenflächen mehrere parallele Längsleisten 34 anbieten. Die Endstege 44 begrenzen einen sich endwärts erweiternden Zwischenraum 46 und ihre Außenflächen bestimmen an den gerundeten Spitzen 45 einen Querabstand s von etwas mehr als 4 mm.At the coupling base 32 distant narrow side ends the hollow or fin 30 with a pair of parallel end bars 44 , which in turn on the outer surfaces of several parallel longitudinal bars 34 to offer. The end webs 44 limit an end-widening gap 46 and their outer surfaces dominate the rounded peaks 45 a transverse distance s of slightly more than 4 mm.

Die Grundplatte 14 und die Kühlrippen 30 werden getrennt hergestellt und zwar jeweils auf dem Wege des Strangpressens als Leichtmetallprofile. Dann werden die – hier fünf – Kühlrippen 30 in den Einsatznuten 32 der Grundplatte 14 zueinander parallel fomschlüssig festgelegt. So wird zunächst ein einteiliger Kühlkörper 10 geschaffen, der zwischen den einzelnen eingepressten Kühlrippen 30 noch jene Einsatznuten 24 trichterförmigen Querschnitts enthält.The base plate 14 and the cooling fins 30 are produced separately and in each case by way of extrusion as light metal profiles. Then the - here five - cooling fins 30 in the insert grooves 32 the base plate 14 fixed in parallel to one another in a fictitious manner. So first, a one-piece heat sink 10 created between the individual pressed-in cooling fins 30 still those insert grooves 24 contains funnel-shaped cross-section.

In einem querschnittlich breiteren Kopfende 48 der einen Flankenwand 16 des Gehäuses 12 ist eine Kopfnut 49 vorgesehen, am Kopfende 48a der anderen Flankenwand 16 eine Feder 50 mit sägezahnförmig geriffelter Seitenfläche.In a cross-sectionally wider headboard 48 the one flank wall 16 of the housing 12 is a head groove 49 provided, at the head end 48 a the other flank wall 16 a feather 50 with a serrated side surface.

Zwei gleichartig ausgeführte Kühlkörper 10 der beschriebenen Art werden durch Wenden des einen Kühlkörpers 10 ineinander zur Hochleistungskühleinheit verschachtelt. Hierbei greifen die Paare der Endstege 44 am freien Ende der Kühl rippen 30 in die trichterförmigen Einsatznuten 24 des jeweils anderen Kühlkörpers 10 ein.Two identical heatsinks 10 The type described are by turning the one heat sink 10 nested in each other to the high performance cooling unit. Here are the pairs of end webs 44 Rip at the free end of the cooling 30 in the funnel-shaped insertion grooves 24 the other heat sink 10 one.

Da der Querabstand s der Endstege 44 größer ist als die Breite f am etwa rechteckigen Teil der trichterförmigen Einsatznut 24, werden beide Teile aufgrund der Federwirkung der Endstege 44 beim Zusammenfügen mittels einer – auf die Grundplatten 14 beider Kühlkörper 10 aufgebrachten – Druckkraft verspannt. Auf gleiche Art greifen die Federn 50 der Flankenwände 16 in die Kopfnuten 49 der zugeordneten anderen Flankenwände 16 ein.Since the transverse distance s of the end webs 44 is greater than the width f at approximately rectangular part of the funnel-shaped insertion groove 24 , Both parts are due to the spring action of the end webs 44 when joining by means of - on the base plates 14 both heatsinks 10 Applied - compressive force braced. The feathers grip in the same way 50 the flank walls 16 in the head grooves 49 the associated other flank walls 16 one.

Bei dem in 3, 4 skizzierten, aus Leichtmetall geformten Kühlkörper 60 ragen von einer Grundplatte 62 der Dicke b1 in Querabständen s1 Kühlrippen 70 einer Höhe h1 auf, deren jede als U-Profil einer inneren Breite c gestaltet ist. Jene Höhe h1 ist etwa sechsfach länger als das Maß der Breite c, die ihrerseits etwa dem Querabstand s1 entspricht. Zwischen den von einem zur Grundplatte 62 parallelen Firststreifen 72 ausgehenden, zueinander parallelen Rippen- oder Profilwänden 74 der Dicke n spannt sich etwa in der Hälfte der Höhe h1 ein beidseits angeformter Querstreifen 73, der den Innenraum der Kühlrippe 70 in zwei Innenraumabschnitte 71, 71a teilt. Von der freien Fußkante 76 jeder Profilwand geht ein an deren Innenfläche angeformter Sockelstreifen 77 aus, und die Breite k1 der Fußkante 76 entspricht etwa der doppelten Wanddicke n der Profilwand 74.At the in 3 . 4 sketched, made of light metal molded heat sink 60 protrude from a base plate 62 the thickness b 1 at transverse intervals s 1 cooling fins 70 a height h 1 , each of which is designed as a U-profile of an inner width c. The height h 1 is approximately six times longer than the dimension of the width c, which in turn corresponds approximately to the transverse distance s 1 . Between the one to the base plate 62 parallel ridge stripes 72 outgoing, mutually parallel rib or profile walls 74 the thickness n spans about halfway up the height h 1 a tuck formed on both sides 73 holding the interior of the cooling fin 70 in two interior sections 71 . 71 a Splits. From the free foot edge 76 Each profile wall is formed on the inner surface of molded socket strip 77 from, and the width k 1 of the foot edge 76 corresponds approximately to twice the wall thickness n of the profile wall 74 ,

Zur Aufnahme des durch den Sockelstreifen 77 verstärkten freien Wandendes an der Fußkante 76 ragt von der Oberfläche 63 der Grundplatte 62 jeweils ein Paar von Leistenanformungen 64, 66 auf, die zwischen sich eine Längsnut 68 der Höhe i1 begrenzen; diese Höhe i1 weist auch die äußere – in 4 linke – Leistenanformung 64 auf. In diese Einsatz- oder Längsnut 68 wird jenes Wandende eingesetzt. Die äußere Leistenanformung 64 ist von geringerem Querschnitt als die innere Leistenanformung 66, zudem ist in sie an der Ecke des Überganges zu der hier das Nutentiefste bildenden Plattenoberfläche 63 eine Rinneneinformung 65 teilkreisförmigen Querschnittes eingebracht. Vom First der inneren Leistenanformung 66 ragt eine angeformte Nasenrippe 67 auf, so dass die Gesamthöhe i3 der inneren Leistenanformung 66 um die Höhe i2 dieser Nasenanformung 67 länger ist als die Höhe i1 der äußeren Leistenanformung 64.To take up the through the base strip 77 reinforced free wall finish at the foot edge 76 protrudes from the surface 63 the base plate 62 one pair of groin formations each 64 . 66 on, between them a longitudinal groove 68 limit the height i 1 ; this height i 1 also has the outer - in 4 left - inguinal shaping 64 on. In this insert or longitudinal groove 68 is that wall end used. The outer groin shaping 64 is of smaller cross section than the inner inguinal shaping 66 , moreover, it is at the corner of the transition to the here forming the groove deepest plate surface 63 a gutter molding 65 introduced part-circular cross-section. From the ridge of the inner inguinal shaping 66 protrudes a molded nose rib 67 on, so that the total height i 3 of the internal inguinal shaping 66 around the height i 2 of this nasal formation 67 is longer than the height i 1 of the outer inguinal shaping 64 ,

Im übrigen verläuft zwischen den beiden inneren Leistenanformungen 66 für eine Kühlrippe 70 eine sich querschnittlich nach oben erweiternde Einformung 69, deren Tiefstes hier ebenso von der Plattenoberfläche 63 bestimmt ist wie das Tiefste einer zwischen zwei benachbarten äußeren Leistenanformungen 64 verlaufenden Rinneneinformung 69a , deren Querschnitt sich also zwischen zwei Kühlrippen 70 erstreckt.Moreover, runs between the two inner groin projections 66 for a cooling fin 70 a cross-sectional upward widening indentation 69 , the deepest here as well of the disk surface 63 It is determined as the deepest of one between two adjacent outer groin formations 64 running gutter molding 69 a whose cross-section is thus between two cooling fins 70 extends.

Die Seitenansicht der 5 lässt erkennen, dass in dieser Ausgestaltung die Profil- oder Flankenwände 74 einends mit von der Grundplatte 62 rechtwinkelig aufragenden Vertikalkanten 78 versehen sind; an der Frontseite – also dem linken Ende, der 5 – ist die Frontkante 79 zur Grundplatte 62 in einem Winkel t von etwa 60° einwärts geneigt, wobei ein Kopfbereich 79a geringer Höhe h2 als Vertikalkante gestaltet ist.The side view of 5 indicates that in this embodiment, the profile or flank walls 74 at one with the base plate 62 perpendicular rising vertical edges 78 are provided; at the front - so the left end, the 5 - is the front edge 79 to the base plate 62 inclined inwardly at an angle t of about 60 °, with a head portion 79 a low height h 2 is designed as a vertical edge.

Der Kühlkörper 60a der 6, 7 unterscheidet sich von dem oben erörterten Kühlkörper 60 dadurch, dass ersterer beidends mit einer in jenem Winkel t geneigten Frontkante 79 ausgestattet ist, die kurz unterhalb des Firststreifens 72 in den als Vertikalkante gestalteten Kopfbereich 79a übergeht. Hier wird zudem die Gesamtlänge g der Grundplatte 62 deutlich.The heat sink 60 a of the 6 . 7 differs from the heat sink discussed above 60 in that the former at both ends with a front edge inclined at that angle t 79 which is just below the ridge strip 72 in the designed as vertical edge head area 79 a passes. Here is also the total length g of the base plate 62 clear.

Die 8 bis 11 verdeutlichen den Anschluss der Kühlrippen 70 an die Grundplatte 62. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Ausgestaltung der an den Fußkanten 76 beginnenden Steckenden 80 einer – hier der in 4 gezeigten Höhe i1 der Einsatznut 68 entsprechenden – Höhe y der beiden Rippen- oder Flankenwände 74 des Steckendes 80. In dessen beiden Seitenflächen sind – nach außen hin vier und zur inneren Leistenanformung 66 hin drei – parallel zur Fußkante 76 verlaufende Längskerben 82 eingeformt, welche eine gleiche Zahl – sich querschnittlich nach außen zuspitzender – Längsleisten 84 begrenzen; diese bieten ein querschnittliches Zahnprofil an.The 8th to 11 illustrate the connection of the cooling fins 70 to the base plate 62 , Of particular importance is the design of the at the foot edges 76 beginning mating ends 80 one - here the in 4 shown height i 1 of the insert groove 68 corresponding - height y of the two rib or flank walls 74 of the plug 80 , In the two side surfaces are - outwardly four and the inner inguinal shaping 66 towards three - parallel to the foot edge 76 running longitudinal notches 82 molded, which has an equal number - longitudinally tapering cross-section outward 84 limit; These offer a cross-sectional tooth profile.

Vor dem Einbau sind die als Pultflächen 75 gestalteten oberen Enden der einander gegenüberliegenden Sockelstreifen 77 der beiden Steckenden 80 eines Kühlkörpers 60 bzw. 60a durch eine beidseits angeformte Querrippe 86 fest verbunden. Deren Querschnitt verjüngt sich am Übergang zum Steckende 80 dank querschnittlich eingeformter Kerben 87 zu einem Sollbruchstreifen 88 als Sollbruchstelle. Beim Einschieben der Flankenwand 74 in Druckrichtung x legt sich der dem Sollbruchstreifen 88 nahe Bereich jener Querrippe bzw. jenes Quersteges 86 der Nasenrippe 67 der inneren Leistenanformung 66 als Auflagerbereich auf. Der Abstand i3 der Kopffläche 67a der Nasenrippe 67 vom Tiefsten 63a der Einsatznut 68 – also die Höhe i3 der inneren Leistenanformung 66 – ist erheblich größer als der axiale Abstand y1 der Unterfläche des Quersteges 86 von der Fußkante 76, so dass bei weiterem Schub in Druckrichtung x und abnehmendem Abstand q1 zwischen der Fußkante 76 der Flankenwand 74 und dem Tiefsten 63a der Einsatznut 68 der zunehmende Druck zu einem Bruch des Sollbruchstreifens 88 und zu zwei Bruchflächen 90 führt. Der Quersteg 86 bleibt auf den Nasenrippen 67 liegen und die Fußkante 76 des Steckendes 80 wird gemäß 10 dem Tiefsten 63a der Einsatznut 68 zugeführt, also der Oberfläche 63 der Grundplatte 62.Before installation, these are used as desk surfaces 75 designed upper ends of the opposite base strip 77 the two plug-in ends 80 a heat sink 60 respectively. 60 a by a cross rib formed on both sides 86 firmly connected. Their cross-section tapers at the transition to the plug-in end 80 thanks to cross-sectional notches 87 to a predetermined breaking strip 88 as a predetermined breaking point. When inserting the flank wall 74 in the printing direction x sets the the predetermined breaking strip 88 near the area of that transverse rib or crossbar 86 the nose rib 67 the inner inguinal shaping 66 as a support area. The distance i 3 of the top surface 67 a the nose rib 67 from the deepest 63 a the insert groove 68 - So the height i 3 of the internal inguinal shaping 66 - Is considerably larger than the axial distance y 1 of the lower surface of the crosspiece 86 from the foot edge 76 , so that with further thrust in the printing direction x and decreasing distance q 1 between the foot edge 76 the flank wall 74 and the deepest 63 a the insert groove 68 the increasing pressure to break the break-off strip 88 and two fractured surfaces 90 leads. The crossbar 86 stays on the nose ribs 67 lie and the foot edge 76 of the plug 80 is according to 10 the deepest 63 a the insert groove 68 supplied, so the surface 63 the base plate 62 ,

Nun kann durch Flankendruck P auf die beiden Leistenanformungen 64, 66 eine formende Verbindung von deren inneren Seitenflächen 58 und den Längsleisten 84 des Steckendes 80 erfolgen.Now can by flank pressure P on the two ingot formations 64 . 66 a forming connection of their inner side surfaces 58 and the longitudinal bars 84 of the plug 80 respectively.

Claims (12)

Kühlkörper für Halbleiterbauelemente, insbesondere Hochleistungskühleinheit aus stranggepresstem Aluminium oder anderem Leichtmetall, mit in Abstand (s1) zueinander an eine Grundplatte (62) angeschlossenen und davon aufragenden Kühlrippen (70), die jeweils als Hohlprofil mit zwei zueinander parallelen Rippenwänden (74) und diese verbindenden Querstegen (72, 73) ausgebildet sind, wobei die Kühlrippen in Einsatznuten (68) der Grundplatte festliegen, die jeweils von Leistenanformungen (64, 66) der Grundplatte begrenzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede Rippenwand (74) der Kühlrippe (70) vor ihrem Einbau ein freies Steckende (80) aufweist, das in eine Einsatznut (68) der Grundplatte (62) einbringbar ist sowie die beiden Steckenden der Kühlrippe durch einen angeformten, beidseits am Übergang zum Steckende (80) der Kühlrippe (70) mit einer Sollbruchstelle (88) versehenen Quersteg (86) verbunden sind, dessen Abstand (y1) zur Fußkante (76) des Steckendes kürzer ist als der Abstand (i3) der Kopffläche (67a ) einer ihm zugeordneten Leistenanformung (66) der Grundplatte vom Tiefsten (63a ) der Einsatznut, wobei die die Einsatznut begrenzenden Leistenanformungen (64, 66) von der Oberfläche (63) der Grundplatte aufragen sowie von unterschiedlicher Höhe (i1, i3) sind.Heat sink for semiconductor devices, in particular high-performance cooling unit made of extruded aluminum or other light metal, at a distance (s 1 ) from each other to a base plate ( 62 ) connected and projecting therefrom cooling fins ( 70 ), each as a hollow profile with two mutually parallel rib walls ( 74 ) and these connecting transverse webs ( 72 . 73 ) are formed, wherein the cooling fins in use grooves ( 68 ) of the base plate, each of bar projections ( 64 . 66 ) of the base plate are limited, characterized in that each rib wall ( 74 ) of the cooling fin ( 70 ) before its installation a free plug ( 80 ), which in an insert groove ( 68 ) of the base plate ( 62 ) can be introduced and the two plug-in ends of the cooling fin by an integrally formed, on both sides at the transition to the plug-in end ( 80 ) of the cooling fin ( 70 ) with a predetermined breaking point ( 88 ) provided transverse web ( 86 ) whose distance (y 1 ) to the foot edge ( 76 ) of the plug end is shorter than the distance (i 3 ) of the top surface ( 67 a ) an associated ingot molding ( 66 ) of the base plate of the deepest ( 63 a ) of the insert groove, wherein the insertion groove limiting ledge projections ( 64 . 66 ) from the surface ( 63 ) of the base plate and of different height (i 1 , i 3 ) are. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (i3) der beiden zwischen den Steckenden (80) aufragenden inneren Leistenanformungen (66) durch jeweils eine angeformte Nasenrippe (67) verlängert ist, welche mit an der zur Oberfläche (63) der Grundplatte (62) etwa parallelen Kopffläche (67a ) endet.Heat sink according to claim 1, characterized in that the height (i 3 ) of the two between the plug ends ( 80 ) towering internal groin formations ( 66 ) by a respective molded nose rib ( 67 ), which with at the surface ( 63 ) of the base plate ( 62 ) approximately parallel top surface ( 67 a ) ends. Kühlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (y1) des Quersteges (86) zur Fußkante (76) des Steckendes (80) kürzer ist als die Höhe (y) dieses Steckendes.Heat sink according to claim 1 or 2, characterized in that the distance (y 1 ) of the transverse web ( 86 ) to the foot edge ( 76 ) of the plug ( 80 ) is shorter than the height (y) of this mating end. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch zumindest eine den Querschnitt des Quersteges (86) einengende Kerbe (87) zur Bildung der Sollbruchstelle (88).Heat sink according to one of claims 1 to 3, characterized by at least one of the cross section of the transverse web ( 86 ) narrowing notch ( 87 ) for forming the predetermined breaking point ( 88 ). Kühlkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle (88) an eine Pultfläche (75) des Sockelstreifens (77) anschließt.Heat sink according to claim 4, characterized in that the predetermined breaking point ( 88 ) to a desk surface ( 75 ) of the socket strip ( 77 ). Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in die Seitenflächen des Steckendes (80) Längskerben (84) eingeformt sind, welche Längsleisten (84) begrenzen, die ein Zahnprofil (82, 84) bilden.Heat sink according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the side surfaces of the plug-in end ( 80 ) Longitudinal notches ( 84 ), which longitudinal strips ( 84 ), which has a tooth profile ( 82 . 84 ) form. Kühlkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen (58) der Einstecknut (68) an das Zahnprofil (82, 84) des Steckendes (80) anformbar ausgebildet sind.Heat sink according to claim 6, characterized in that the side surfaces ( 58 ) of the insertion groove ( 68 ) to the tooth profile ( 82 . 84 ) of the plug ( 80 ) are formed formable. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rippen- oder Flankenwände (74) der Kühlrippe (74) zumindest an einem Ende jeweils mit einer geneigten Frontkante (79) versehen sind.Heat sink according to one of claims 1 to 7, characterized in that the two rib or flank walls ( 74 ) of the cooling fin ( 74 ) at least at one end in each case with an inclined front edge ( 79 ) are provided. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rippen- oder Flankenwände (74) jeweils beidends mit einer geneigten Frontkante (79) versehen sind.Heat sink according to one of claims 1 to 7, characterized in that the two rib or flank walls ( 74 ) at both ends with an inclined front edge ( 79 ) are provided. Kühlkörper nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontkante (79) mit der Oberfläche (63) der Grundplatte (62) einen Winkel (t) von bevorzugt etwa 60° einschließt.Heat sink according to claim 8 or 9, characterized in that the front edge ( 79 ) with the surface ( 63 ) of the base plate ( 62 ) includes an angle (t) of preferably about 60 °. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die geneigte Frontkante (79) von einem zur Oberfläche (63) der Grundplatte (62) rechtwinkeligen Kopfabschnitt (79a ) der Länge (h2) ausgeht.Heat sink according to one of claims 8 to 10, characterized in that the inclined front edge ( 79 ) from one to the surface ( 63 ) of the base plate ( 62 ) right-angled head section ( 79 a ) of length (h 2 ). Verfahren zum Herstellen eines eine Grundplatte und Kühlrippen (70) enthaltenden Kühlkörpers (10) nach zumindest einem der voraufgehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippenwände (74) der Kühlrippe mit ihren jeweils freien Steckenden (80) in eine Einsatznut (68) der Grundplatte (62) bis zu deren Tiefsten (63a ) eingeschoben werden, bis der angeformte Quersteg (86) auf den zwei seitlichen Leistenanformungen (66) der Grundplatte aufsitzt, wonach der Quersteg durch Druck auf die Kühlrippe beidends an den Sollbruchstellen (88) gebrochen wird sowie die Seitenflächen (58) der Leistenanformungen (64, 66) an Zahnprofile (82, 84) des Steckendes angeformt werden.Method for producing a base plate and cooling fins ( 70 ) containing heat sink ( 10 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the rib walls ( 74 ) of the cooling fin with their respective free plug ends ( 80 ) into an insert groove ( 68 ) of the base plate ( 62 ) to their lowest ( 63 a ) are inserted until the molded transverse web ( 86 ) on the two lateral groin formations ( 66 ) of the base plate, after which the cross bar by pressure on the cooling fin at both ends of the predetermined breaking points ( 88 ) and the side surfaces ( 58 ) of groin formations ( 64 . 66 ) to tooth profiles ( 82 . 84 ) of the plug-in end.
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