DE102006039260A1

DE102006039260A1 - Kühlkörper

Info

Publication number: DE102006039260A1
Application number: DE102006039260A
Authority: DE
Inventors: Frank Goemmel; Roland Hammer
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp GmbH
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2026-08-23
Also published as: US7336491B2; US20070053164A1; DE102006039260B4

Abstract

Eine Wärmeabfuhrvorrichtung für elektrische Bauelemente weist eine äußere Oberfläche und eine innere Oberfläche auf. Die äußere Oberfläche ist dazu ausgebildet, auf ihr elektrische Bauelemente anzubringen, wobei die Bauelemente an der äußeren Oberfläche angebracht werden, um die Wärmeübertragung von den elektrischen Bauelementen auf die Wärmeabfuhrvorrichtung und die Umgebungsluft zu ermöglichen. Die innere Oberfläche legt einen Hohlraum in der Wärmeabfuhrvorrichtung fest, der ebenfalls die Aufnahme der elektrischen Bauelemente ermöglicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abführen von Wärme von elektrischen Bauelementen.

Wärmeabfuhrvorrichtungen, beispielsweise Kühlkörper, werden üblicherweise in der Elektronikindustrie eingesetzt, um Wärme von elektrischen Bauelementen abzuführen. Herkömmliche Kühlkörper bestehen aus einem Metallmaterial, das so ausgebildet ist, dass es extrudierte Profile aufweist, welche die Übertragung von Wärme von den elektrischen Bauelementen auf den Kühlkörper ermöglichen. In einigen Fällen besteht der Kühlkörper aus einem massiven Metallmaterial, das in der Nähe der elektrischen Bauelemente angebracht ist. Alternativ kann der Kühlkörper als ein Elektronikmodul ausgebildet sein, bei welchem die elektrischen Bauelemente in einem inneren Hohlraum des Kühlkörpers angeordnet sind. Ein Beispiel für diese alternative Ausführungsform umfasst Basslautsprecherverstärker, die üblicherweise in der Kraftfahrzeugindustrie eingesetzt werden. Bei einer derartigen Ausbildung weist der Kühlkörper ein extrudiertes Profil (innen und außen) auf, das mehrere äußere Rippen zum Abführen von Wärme von elektrischen Bauelementen aufweist, die in einem Hohlraum des Kühlkörpers eingeschlossen sind. Herkömmliche Elektronikbauelemente, die in dem Hohlraum des Kühlkörpers angebracht sind, umfassen Oberflächenmontagevorrichtungen (SMD) und mit Zuleitungen versehene Vorrichtungen.

SMDs sind Elektronikbauelemente, die Klemmenzuleitungen aufweisen, die ein Teil des Bauelementkörpers bilden, wodurch eine direkte Montage auf der Oberfläche einer Leiterplatte ermöglicht wird. Mit Zuleitungen versehene Vorrichtungen sind derartige Vorrichtungen, die über ihre elektrischen Zuleitungen in Löchern in der Leiterplatte angebracht werden. Herkömmlich wurde die Anbringung von SMDs und von mit Zuleitungen versehenen Vorrichtungen in einem Kühlkörper unter Verwendung von Federn und Bolzen erzielt, die so ausgebildet waren, dass diese Bauelemente in dem Kühlkörper stabilisiert wurden. Zusätzlich können diese Federn und Bolzen auf inneren Vorsprüngen befestigt oder dort im Presssitz angebracht werden, und sind so ausgebildet, dass sie einen Kontakt zu den elektrischen Bauelementen herstellen. Man erkennt, dass das Erfordernis, Federn und Bolzen vorzusehen, die Herstellungs- und Zusammenbauzeit erhöht, die Kosten für die Baugruppe aus einem elektrischen Bauelement und einem Kühlkörper, und die Möglichkeit, dass eine Fehlfunktion bei dem Erzeugnis auftritt. Weiterhin vergrößert das extrudierte, innere Profil des herkömmlichen Kühlkörpers die Komplexität des Herstellungsvorgangs für den Kühlkörper.

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts dieser und weiterer Nachteile herkömmlicher Kühlkörper entwickelt.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Wärmeabfuhrvorrichtung für elektrische Bauelemente zur Verfügung. Die Vorrichtung weist eine äußere Oberfläche auf, die dazu ausgebildet ist, auf ihr die elektrischen Bauelemente anzubringen, wobei die Bauelemente auf der äußeren Oberfläche angebracht werden, um die Übertragung von Wärme von den elektrischen Bauelementen zur Wärmeabfuhrvorrichtung und zur Umgebungsluft zu ermöglichen. Die Wärmeabfuhrvorrichtung weist weiterhin eine innere Oberfläche auf, die einen Hohlraum in der Wärmeabfuhrvorrichtung festlegt.

Weiterhin wird ein Verfahren zum Abführen von Wärme von elektrischen Bauelementen mittels Verwendung einer Wärmeabfuhrvorrichtung vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst, die Wärmeabfuhrvorrichtung so auszubilden, dass sie eine äußere Oberfläche und eine innere Oberfläche aufweist, wobei die innere Oberfläche einen Hohlraum in der Wärmeabfuhrvorrichtung festlegt. Das Verfahren umfasst weiterhin, die elektrischen Bauelemente auf der äußeren Oberfläche der Wärmeabfuhrvorrichtung anzubringen, um die Übertragung von Wärme von den elektrischen Bauelementen zur Wärmeabfuhrvorrichtung und zur Umgebungsluft zu ermöglichen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
1A–1C Ansichten eines Kühlkörpers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
2A-2D mehrere Ansichten einer alternativen Ausführungsform eines Kühlkörpers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, von denen angenommen wird, dass sie neu sind, sind speziell in den beigefügten Patentansprüchen angegeben. Allerdings ergeben sich die vorliegende Erfindung und deren Betriebsablauf und Aufbau, sowie weitere Ziele und Vorteile der Erfindung, aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im einzelnen geschildert. Allerdings wird darauf hingewiesen, dass die geschilderten Ausführungsformen nur Beispiele für die Erfindung darstellen, die in verschiedenen und alternativen Formen verwirklicht werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, und es können einige Merkmale hervorgehoben oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Bauelemente zu zeigen. Daher sollen spezielle Funktionseinzelheiten, die hier geschildert werden, nicht als einschränkend verstanden werden, sondern nur als Grundlage für die in den Patentansprüchen angegebene Erfindung und/oder als Grundlage dafür, Fachleuten auf diesem Gebiet zu ermöglichen, die vorliegende Erfindung auf verschiedene Arten und Weisen in die Praxis umzusetzen.
In 1A ist eine Querschnittsansicht eines Kühlkörpers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Kühlkörper 10 weist eine äußere Oberfläche 12 und eine innere Oberfläche 14 auf. Wie Fachleute auf diesem Gebiet wissen, kann der Kühlkörper 10 aus einem Metallmaterial wie beispielsweise Kupfer, Aluminium und dergleichen bestehen. Die innere Oberfläche 14 legt einen Hohlraum 15 fest, in welchem elektrische Bauelemente aufgenommen werden können. Der Hohlraum 15 weist eine untere Hohlraumoberfläche 16 und eine obere Hohlraumoberfläche 18 auf, vorgegeben durch die innere Oberfläche 14.
Die äußere Oberfläche 12 bildet weiterhin einen Seitenhohlraum 17 aus. Daher können elektrische Bauelemente, beispielsweise mit Zuleitungen versehene Vorrichtungen 26, auf einer äußeren Oberfläche 12 des Kühlkörpers 10 angebracht werden. Eine Leiterplatte (PCB) 20 kann in dem Kühlkörper 10 angeordnet sein, zur Anbringung von Oberflächenmontagevorrichtungen (SMDs) 22 und von mit Zuleitungen versehenen Vorrichtungen 26. Eine mit Zuleitungen versehene Vorrichtung 26 ist an die PCB 20 über Zuleitungen 26a angeschlossen. Die mit Zuleitungen versehene Vorrichtung 26 kann an der äußeren Oberfläche 12 unter Verwendung einer Zwischenraumanschlussfläche oder einer Paste angebracht werden, die zwischen der mit Zuleitungen versehenen Vorrichtung 26 und der äußeren Oberfläche 12 angeordnet ist.
Weiterhin berührt bei einer Ausführungsform zumindest eine Seite der SMD 22 die obere Hohlraumoberfläche 18, wodurch die Abfuhr von Wärme von der SMD 22 zum Kühlkörper 10 ermöglicht wird. Eine Abdeckung 28, die einen oberen Abdeckungsabschnitt 28b und einen seitlichen Abdeckungsabschnitt 28c aufweist, umschließt den Hohlraum 15 und den seitlichen Hohlraum 17. Die Abdeckung 28 weist Vorsprünge 28a auf, die eine Wärmeabfuhrkontaktoberfläche für die SMD 22 und die mit Zuleitungen versehene Vorrichtung 26 zur Verfügung stellt.
In 1B ist eine Perspektivansicht des Kühlkörpers 10 mit Ausnahme der PCB 20 und der Abdeckung 28 dargestellt. 1B erläutert eine Ausführungsform, bei welcher mehrere SMDs 22 so ausgebildet sind, dass sie eine einzelne Reihe auf der oberen Hohlraumoberfläche 18 ausbilden. Weiterhin sind mehrere, mit Zuleitungen versehene Vorrichtungen 26 in dem seitlichen Hohlraum 17 angebracht, der durch die äußere Oberfläche 12 festgelegt wird. Wie in beiden 1A und 1B gezeigt, benötigt die innere Oberfläche 14 des Kühlkörpers 10, welche die untere Hohlraumoberfläche 16 und die obere Hohlraumoberfläche 18 umfasst, keine Befestigungsvorrichtungen (beispielsweise Bolzen und Federn) zur Anbringung von SMDs 22. Weiterhin ist es bei einem Aspekt der Erfindung nicht erforderlich, bei der inneren Oberfläche 14 Verlängerungen oder Vorsprünge vorzusehen. Darüber hinaus ist es bei der Anbringung von mit Zuleitungen versehenen Vorrichtungen 26 an der äußeren Oberfläche 12 nicht erforderlich, Verlängerungs- oder Befestigungsvorrichtungen vorzusehen. Die Anbringung der mit Zuleitungen versehenen Vorrichtungen 26 an der äußeren Oberfläche 12 erfordert daher keine Verlängerungen oder Befestigungsvorrichtungen. Daher wird der Vorgang der Herstellung des Kühlkörpers 10 und des Zusammenbaus des Kühlkörpers 10 mit den elektrischen Bauelementen verbessert, im Vergleich zu herkömmlichen Kühlkörpern.
In 1C ist eine Perspektivansicht des Kühlkörpers 10 so dargestellt, dass an ihm die Abdeckung 28 angebracht ist. Wie voranstehend erwähnt, weist die Abdeckung 28 mehrere Vorsprünge 28a auf. Daher weisen sowohl der obere Abdeckungsabschnitt 28b als auch der seitliche Abdeckungsabschnitt 28c beide Vorsprünge 28a auf. Man erkennt, dass die Ausführungsformen, die dargestellt sind, nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung einschränken, und dass andere Ausführungsformen mehr oder weniger Vorsprünge 28a aufweisen können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. 1C zeigt weiterhin mehrere Montageöffnungen 28, welche die Anbringung der Abdeckung 28 an dem Kühlkörper 10 ermöglichen.
In 2A ist eine Querschnittsansicht in Explosionsdarstellung einer alternativen Ausführungsform des Kühlkörpers 10 mit der Abdeckung 28 dargestellt. Die in 2A dargestellte Ausführungsform weist mehrere obere Hohlraumoberflächen 18 auf. SMDs 22 können unverändert auf einer oberen Hohlraumoberfläche 18 oder auf beiden oberen Hohlraumoberflächen 18 angebracht werden. Mit Zuleitungen versehene Vorrichtungen 26 sind ebenfalls in dem Hohlraum 17 angebracht, der durch die äußere Oberfläche 12 festgelegt wird. Jede Reihe von SMDs 22 ist an der PCB 20 angebracht. Daher berührt eine Seite der SMDs 22 obere Hohlraumoberflächen 18. Vorsprünge 28a, wie sie voranstehend geschildert wurden, sind so ausgebildet, dass sie eine Wärmeabfuhrkontaktoberfläche für SMDs 22 über die PCB 20 zur Verfügung stellt. Weiterhin ist jeder Vorsprung 28a, der mit dem seitlichen Abdeckungsabschnitt 28c vereinigt ist, ebenfalls dazu ausgebildet, eine Wärmeabfuhrkontaktoberfläche für mit Zuleitungen versehene Vorrichtungen 26 zur Verfügung zu stellen.
In 2B ist ein Kühlkörper 10 in Perspektivansicht dargestellt. Wie voranstehend geschildert, kann der Kühlkörper 10 mehrere, obere Hohlraumoberflächen 18 zur Anbringung von SMDs 22 auf diesen aufweisen. 2B zeigt weiterhin eine Verbinderklemme 30, die es ermöglicht, dass die elektrischen Bauelemente mit dem Kühlkörper 10 verbunden und vereinigt werden können, zum Anschluss an eine Stromversorgungsquelle oder an andere, benachbarte Systeme.
In 2C ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des seitlichen Hohlraums 17 dargestellt. Wie man sieht, ist eine mit Zuleitungen versehene Vorrichtung 26, die auf der äußeren Oberfläche 12 angebracht ist, an die PCB 20 über Zuleitungen 26a angeschlossen. Weiterhin umschließt der seitliche Abdeckungsabschnitt 28c den Hohlraum 17, und weist einen Vorsprung 28a auf, welche in Kontakt mit der mit Zuleitungen versehenen Vorrichtung 26 steht, um Wärme abzuführen.
In 2D ist ein Kühlkörper 10 dargestellt, der eine Abdeckung 28 aufweist, die an ihm angebracht ist. Wie voranstehend geschildert, weist die Abdeckung 28 mehrere Vorsprünge 28a auf, die dazu ausgebildet sind, eine Kontaktoberfläche für elektrische Bauelemente zur Verfügung zu stellen, die an dem Kühlkörper 10 angebracht sind. Die Abdeckung 28 weist einen zusätzlichen Vorsprung 28a auf, welcher die Kontaktoberfläche für die zusätzliche Reihe von SMDs 22 (2B) zur Verfügung stellt. Daher wird eine Verbinderklemme 30 zum Verbinden des Kühlkörpers 10 und der elektrischen Bauelemente mit benachbarten, elektrischen Systemen oder Vorrichtungen dargestellt.
Zwar wurden Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben, jedoch sollen diese Ausführungsformen nicht sämtliche Ausbildungsarten der Erfindung erläutern und beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Begriffe sind eher beschreibende als einschränkende Begriffe, und es wird darauf hingewiesen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen, die sich aus der Gesamtheit der vorliegenden Anmeldeunterlagen ergeben.

Claims

Wärmeabfuhrvorrichtung für elektrische Bauelemente, bei welcher vorgesehen sind: eine äußere Oberfläche, die dazu ausgebildet ist, auf ihr die elektrischen Bauelemente anzubringen, wobei die Bauelemente auf der äußeren Oberfläche angebracht sind, um die Wärmeübertragung von den elektrischen Bauelementen zur Wärmeabfuhrvorrichtung zu ermöglichen; und eine innere Oberfläche, die einen Hohlraum in der Wärmeabfuhrvorrichtung festlegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Bauelemente an der äußeren Oberfläche der Wärmeabfuhrvorrichtung unter Verwendung einer Spaltanschlussfläche oder einer Paste angebracht sind, die zwischen dem elektrischen Bauelement und der äußeren Oberfläche angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abdeckung mit einem oberen Abdeckungsabschnitt vorgesehen ist, und die Abdeckung an der Wärmeabfuhrvorrichtung anbringbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung einen Vorsprung aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine Kontaktoberfläche für Oberflächenmontagevorrichtungen zur Verfügung zu stellen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Leiterplatte, die zwischen dem Vorsprung und den Oberflächenmontagevorrichtungen angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung einen seitlichen Abdeckungsabschnitt aufweist, der einen Vorsprung aufweist, der dazu ausgebildet ist, in Kontakt mit dem elektrischen Bauelement zu gelangen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der inneren Oberfläche im Wesentlichen keine Verlängerungen vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche, die dazu ausgebildet ist, auf ihr die elektrischen Bauelemente anzubringen, weiterhin dazu ausgebildet ist, einen seitlichen Hohlraum auszubilden, in welchem mit Zuleitungen versehene Vorrichtungen angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Oberfläche im Wesentlichen keine Befestigungsvorrichtungenen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Oberfläche, die einen Hohlraum festlegt, einen Hohlraum aufweist, der eine untere Hohlraumoberfläche und eine obere Hohlraumoberfläche aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Hohlraumoberfläche dazu ausgebildet ist, eine Oberfläche bereitzustellen, in welcher Oberflächenmontagevorrichtungen angebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Oberfläche, die einen Hohlraum festlegt, einen Hohlraum aufweist, der mehrere obere Hohlraumoberflächen aufweist.
Verfahren zum Abführen von Wärme von elektrischen Bauelementen unter Verwendung einer Wärmeabfuhrvorrichtung, mit folgenden Schritten: Ausbildung der Wärmeabfuhrvorrichtung so, dass sie eine äußere und eine innere Oberfläche aufweist, wobei die innere Oberfläche einen Hohlraum in der Wärmeabfuhrvorrichtung festlegt; und Anbringung der elektrischen Bauelemente auf der äußeren Oberfläche der Wärmeabfuhrvorrichtung, um die Übertragung von Wärme von den elektrischen Bauelementen auf die Wärmeabfuhrvorrichtung zu ermöglichen.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabfuhrvorrichtung so ausgebildet wird, dass sie eine Abdeckung aufweist, die an ihr anbringbar ist, und einen oberen Abdeckungsabschnitt und einen seitlichen Abdeckungsabschnitt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbildung der Wärmeabfuhrvorrichtung so, dass sie eine Abdeckung mit einem oberen Abdeckungsabschnitt und einem seitlichen Abdeckungsabschnitt aufweist, umfasst, einen oberen Abdeckungsabschnitt und einen seitlichen Abdeckungsabschnitt vorzusehen, die zumindest einen Vorsprung für den Kontakt mit elektrischen Bauelementen aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Oberfläche, die einen Hohlraum in der Wärmeabfuhrvorrichtung festlegt, im Wesentlichen keine Verlängerungen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Oberfläche im Wesentlichen keine Befestigungsvorrichtungen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbildung der Wärmeabfuhrvorrichtung so, dass sie die innere Oberfläche aufweist, welche einen Hohlraum festlegt, einen Hohlraum aufweist, der eine untere Hohlraumoberfläche und eine obere Hohlraumoberfläche aufweist, wobei die obere Hohlraumoberfläche dazu ausgebildet ist, auf ihr Oberflächenmontagevorrichtungen anzubringen.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbildung der Wärmeabfuhrvorrichtung so, dass sie die innere Oberfläche aufweist, die mit einer unteren Hohlraumoberfläche und einer oberen Hohlraumoberfläche versehen ist, weiterhin eine innere Oberfläche umfasst, die mehrere obere Hohlraumoberflächen aufweist, um auf diesen Oberflächenmontagevorrichtungen anzubringen.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbringung der elektrischen Bauelemente auf der äußeren Oberfläche der Wärmeabfuhrvorrichtung umfasst, die elektrischen Bauelemente in einem seitlichen Hohlraum anzubringen, der durch die äußere Oberfläche festgelegt wird, wobei die elektrischen Bauelemente mit Zuleitungen versehene Vorrichtungen umfassen.