DE102008006536B4 - Cooling system for power semiconductors arranged on a carrier board - Google Patents
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Abstract
Kühlsystem für auf einer Trägerplatine (10) angeordnete Leistungshalbleiter (11), insbesondere für mit LED's bestückte Trägerplatinen, mit einem mit der Platinenrückseite wärmeleitend verbundenen Kühlkörper (4),
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kühlkörper (4) mehrteilig ausgebildet ist und aus einem an der Platinenrückseite anliegenden ersten Teilkühlkörper (1) und zumindest einem bezüglich des ersten Teilkühlkörpers (1) beabstandeten zweiten Teilkühlkörper (2) besteht,
dass der erste Teilkühlkörper (1) als mit durchgehenden Ausnehmungen (6) versehener Flachkörper ausgebildet ist
und der zweite Teilkühlkörper (2) Ansätze (5) aufweist, die sich berührungsfrei durch die Ausnehmungen (6) des ersten Teilkühlkörpers (1) erstrecken und wärmeleitend mit der Platinenrückseite verbunden sind, und
dass die Kontaktbereiche (7) zwischen den Teilkühlkörpern (1, 2) und der Platinenrückseite in Abhängigkeit von den Positionen der Leistungshalbleiter (11) auf der Platine (10) gewählt sind.Cooling system for power semiconductors (11) arranged on a carrier board (10), in particular for carrier boards equipped with LEDs, with a heat sink (4) connected in a heat-conducting manner to the board rear side,
characterized,
the heat sink (4) has a multipart design and consists of a first partial heat sink (1) resting against the rear of the printed circuit board and at least one second partial heat sink (2) spaced from the first partial heat sink (1),
the first partial cooling body (1) is designed as a flat body provided with continuous recesses (6)
and the second partial heat sink (2) has lugs (5) which extend without contact through the recesses (6) of the first partial heat sink (1) and are connected in a heat-conducting manner with the back side of the sink, and
in that the contact regions (7) between the partial cooling bodies (1, 2) and the back of the printed circuit board are selected as a function of the positions of the power semiconductors (11) on the printed circuit board (10).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem für auf einer Trägerplatine angeordnete Leistungshalbleiter, insbesondere für mit LED's bestückte Trägerplatinen, mit einem mit der Platinenrückseite wärmeleitend verbundenen Kühlkörper.The The present invention relates to a cooling system for on a carrier board arranged power semiconductors, in particular for equipped with LED's carrier boards, with a with the back of the board thermally conductive connected heat sink.
Es ist bekannt, dass Leistungshalbleiter im Betrieb mit relativ hohen Verlustleistungen behaftet sind, d. h. Wärme erzeugen, die abgeführt werden muss. Diese Wärmeabführung erfolgt üblicherweise über wärmeleitende Trägerplatten und insbesondere auch diesen zugeordnete Kühlkörper.It It is known that power semiconductors in operation with relatively high Loss carry-forwards, d. H. Generate heat that must be dissipated. This heat dissipation usually takes place via heat-conducting carrier plates and in particular also associated with this heat sink.
Besonders ausgeprägt wird das Problem der Abführung der entstehenden Verlustwärme dann, wenn eine Mehrzahl von Leistungshalbleitern relativ dicht gepackt auf einer Trägerfläche angebracht werden muss, wie dies beispielsweise der Fall ist, wenn eine Mehrzahl von leistungsstarken LED's zur Spot- oder Raumbeleuchtung in möglichst dichter Packung auf einer Platine vorgesehen ist.Especially pronounced becomes the problem of exhaustion the resulting heat loss when a plurality of power semiconductors are relatively dense packed on a support surface must be, as is the case for example, if a plurality from powerful LED's for spot or room lighting in as tight a package as possible a board is provided.
Ein
Kühlsystem
der eingangs angegebenen Art ist aus der
Mehrteilig
ausgebildete Kühlsysteme
sind bekannt aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einerseits besonders wirksames und andererseits besonders kompakt aufgebautes Kühlsystem für auf einer Trägerplatine angeordnete Leistungshalbleiter zu schaffen, das eine gezielte Anpassung der Wärmeableitung an die jeweilige Anordnung der Leistungshalbleiter ermöglicht und dabei dennoch kostengünstig gefertigt werden kann.task The present invention is, on the one hand, particularly effective and on the other hand, particularly compact cooling system for on a carrier board arranged power semiconductors to create a targeted adaptation the heat dissipation allows the respective arrangement of power semiconductors and yet cost-effective can be made.
Gelöst wird diese Aufgabe im Wesentlichen dadurch, dass der Kühlkörper mehrteilig ausgebildet ist und aus einem an der Platinenrückseite anliegenden ersten Teilkühlkörper und zumindest einem bezüglich des ersten Teilkühlkörpers beabstandeten zweiten Teilkühlkörper besteht, dass der erste Teilkühlkörper als mit durchgehenden Ausnehmungen versehener Flachkörper ausgebildet ist und der zweite Teilkühlkörper Ansätze aufweist, die sich berührungsfrei durch die Ausnehmungen des ersten Teilkühlkörpers erstrecken und wärmeleitend mit der Platinenrückseite verbunden sind, und dass die Kontaktbereiche zwischen den Teilkühlkörpern und der Platinenrückseite in Abhängigkeit von den Positionen der Leistungshalbleiter auf der Platine gewählt sind.Is solved This task essentially by the fact that the heat sink in several parts is formed and from a voltage applied to the back of the circuit board first Partial heat sink and at least one respect the second partial heat sink spaced second Partial heat sink exists, that the first part heat sink as formed with continuous recesses provided flat body and the second partial heat sink has approaches, the contactless extend through the recesses of the first partial heat sink and heat-conducting with the back of the board are connected, and that the contact areas between the heat sinks and the back of the board dependent on are selected from the positions of the power semiconductors on the board.
Durch die gezielte Zusammenfassung mehrerer Teilkühlkörper zu einem hinsichtlich der erhaltenen Wärmeableitpfade ineinander verschachtelten Kühlkörper wird es möglich, eine auf die einzelnen Leistungshalbleiter bezogen optimale Wärmeabfuhr zu erreichen. Die mit den bevorzugt in ihrer Grundstruktur plattenförmig gestalteten und mit die Oberflächen vergrößernden Mitteln versehenen Teilkühlkörpern einteilig ausgebildeten Ansätze oder Dome erstrecken sich jeweils durch gegenseitig ausgerichtete Ausnehmungen in den ihnen platinenseitig vorgeordneten Teilkühlkörpern und sind mit ihrem freien Ende luftspaltfrei und wärmeleitend mit einem unterhalb eines Leistungshalbleiters gelegenen Bereich der Platinenunterseite verbunden.By the targeted summary of several partial heat sink to a respect the resulting heat dissipation paths nested heat sink is it is possible an optimal heat dissipation related to the individual power semiconductors to reach. The plate-shaped with the preferred in their basic structure and with the surfaces magnifying Means provided partial heat sinks in one piece trained approaches or domes each extend through mutually aligned recesses in the platinum side upstream subcooling bodies and are with their free End air gap-free and heat-conducting with an area located below a power semiconductor connected to the bottom of the board.
Die Ansätze oder Dome besitzen bevorzugt zylindrische Form, aber es sind je nach Anwendungsfall bzw. Einsatzzweck auch Ansätze von anderer Querschnittsform möglich, wenn dadurch die Wärmeableitung verbessert werden kann.The approaches or domes preferably have cylindrical shape, but they are ever according to application or purpose also approaches of different cross-sectional shape possible, if by the heat dissipation can be improved.
Es ist möglich, zwischen den bevorzugt jeweils gleichen gegenseitigen Abstand aufweisenden Teilkühlkörpern Distanzelemente aus Kunststoffmaterial anzuordnen und diese auch zur gegenseitigen Fixierung der Teilkühlkörper zu verwenden.It is possible, between the preferably each same mutual distance having partial heat sink spacers to arrange plastic material and this also for mutual fixation the partial heat sink too use.
Bevorzugt ist es jedoch, die Teilkühlkörper direkt an der Trägerplatine zu haltern und beispielsweise mit der Trägerplatine zu verschrauben. Auf diese Weise wird eine besonders hohe Gesamtfestigkeit von Trägerplatine und Kühlsystem erhalten.Prefers However, it is the partial heat sink directly on the carrier board to support and to screw for example with the carrier board. In this way, a particularly high overall strength of carrier board and cooling system receive.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kühlsystems in Form eines speziellen mehrteiligen Kühlkörpers ermöglicht es, die Kühlverteilung über die Position der Ansätze an den Teilkühlkörpern definiert vorzugeben und der jeweiligen Anordnung der Leistungshalbleiter auf der zugehörigen Trägerplatine Rechnung zu tragen. Insbesondere ist es dabei auch möglich, zu berücksichtigen, dass die Wärmeleitung über die längeren Ansätze oder Dome sich von der Wärmeleitung über kürzere Ansätze oder Dome unterscheidet. Nach dem Prinzip der Erfindung können nicht nur auf einer vollflächigen Platine angeordnete Leistungshalbleiter, sondern auch Leistungshalbleiter gekühlt werden, die auf einer ringförmigen oder streifenförmigen Platine angebracht sind.The inventive design of the cooling system in the form of a special multi-part heat sink allows the cooling distribution over the Position of the approaches defined at the partial heat sinks pretend and the respective arrangement of power semiconductors on the associated carrier board Take into account. In particular, it is also possible to consider, that the heat conduction over the longer approaches or dome itself from the heat conduction over shorter approaches or dome different. According to the principle of the invention can not only arranged on a full-surface board Power semiconductors, but also power semiconductors are cooled, on an annular or strip-shaped Board are attached.
Die in ihrer Grundstruktur bevorzugt plattenförmigen, mit Ansätzen oder Domen versehenen Teilkühlkörper sind ein- oder beidseitig mit ihre Oberfläche vergrößernden Mitteln, wie zum Beispiel Rippen, stift- oder lappenförmigen Ansätzen, Vertiefungen und dergleichen, versehen.The in their basic structure preferably plate-shaped, with approaches or Domen provided partial heat sink are one or both sides with their surface magnifying agents, such as Ribs, pin-shaped or flap-shaped approaches, Wells and the like, provided.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden bei der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; in der Zeichnung zeigt:Further advantageous features of the invention are specified in the subclaims and in the following description of the embodiment explained with reference to the drawing; in the drawing shows:
Die
schematische Schnittdarstellung nach
Die
Unterseite der Trägerplatine
Der
Kühlkörper
Beabstandet
zum ersten Teilkühlkörper
Auf
den zweiten Teilkühlkörper
In
der Zeichnung nicht dargestellt sind die die jeweilige Oberfläche der
Teilkühlkörper
Es
ist je nach Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Kühlsystems möglich, mehr als drei Teilkühlkörper zu
verwenden, die über
ihre jeweils zueinander versetzten Ansätze
Es ist möglich, die einzelnen Teilkühlkörper über Distanzelemente so miteinander zu verbinden, dass ein eine ebene Auflagefläche hoher Genauigkeit aufweisender Gesamtkühlkörper erhalten wird, der dann luftspaltfrei und gut wärmeleitend mit der zugehörigen Platine zu verbinden ist.It is possible, the individual partial heat sink via spacer elements to connect with each other so that a flat bearing surface higher Accuracy containing total heat sink obtained is then free of air gap and good thermal conductivity with the associated board to connect.
Bevorzugt
wird aber die jeweilige Platine selbst als Trägerelement für die einzelnen
Teilkühlkörper und
damit auch für
den gesamten Kühlkörper verwendet.
Dazu werden die Teilkühlkörper
Die
Draufsicht nach
Wie
bereits erläutert,
wird gemäß der Erfindung
vorzugsweise jedem Leistungshalbleiter
Diese
Anordnung eignet sich beispielsweise für eine Leuchte mit Hochleistungs-LED's, bei der im Mittelbereich
der Platine vier LED's
in Form eines Vierecks angeordnet sind, während die übrigen LED's gleichmäßig um diese Innengruppierung
verteilt angeordnet sind. Durch die Anordnung der Wärmeableitwege
wird auch den im Vergleich zu dem zweiten Teilkühlkörper
Für alle Ausführungsformen der Erfindung gilt, dass ein Kühlsystem vorliegt, das jeweils optimal an die jeweilige Kühlaufgabe anpassbar ist, hohe Wirksamkeit besitzt und sehr kompakt gestaltet werden kann.For all embodiments The invention is that a cooling system is present, which is optimally adaptable to the respective cooling task, high efficiency owns and can be made very compact.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- erster Teilkühlkörperfirst Part heatsink
- 22
- zweiter Teilkühlkörpersecond Part heatsink
- 33
- dritter Teilkühlkörperthird Part heatsink
- 44
- mehrteiliger Kühlkörpermultipart heatsink
- 55
- Ansätzeapproaches
- 66
- Durchbrechungenperforations
- 77
- Kontaktbereichcontact area
- 88th
- Kühlverteilung bei zwei Kühlkörperncooling distribution with two heat sinks
- 99
- Kühlverteilung bei drei Kühlkörperncooling distribution at three heat sinks
- 1010
- Trägerplatinecarrier board
- 1111
- Leistungshalbleiter (LED)Power semiconductor (LED)
- 1212
- Schnittebenecutting plane
Claims (12)
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DE200810006536 DE102008006536B4 (en) | 2008-01-29 | 2008-01-29 | Cooling system for power semiconductors arranged on a carrier board |
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DE200810006536 DE102008006536B4 (en) | 2008-01-29 | 2008-01-29 | Cooling system for power semiconductors arranged on a carrier board |
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- 2008-01-29 DE DE200810006536 patent/DE102008006536B4/en not_active Expired - Fee Related
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Effective date: 20110619 |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20120801 |