DE102011117132A1

DE102011117132A1 - Kühlvorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102011117132A1
Application number: DE201110117132
Authority: DE
Inventors: Ching-Hang Shen
Original assignee: Asia Vital Components Co Ltd
Current assignee: Asia Vital Components Co Ltd
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2013-04-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung, wobei die Kühlvorrichtung umfasst: einen Hauptkörper, der eine erste Platte und eine zweite Platte aufweist, die miteinander verbunden sind und einen Hohlraum bilden, wobei der Hohlraum ein Arbeitsfluid, eine Vielzahl von Stützstäben und mindestens eine Kapillarstruktur besitzt; und mindestens ein Befestigungsloch, das sich an der Stelle eines Stützstabs befindet und durch den Hauptkörper hindurchgeht. Dadurch kann die Luftdichtheit des Hohlraums gewährleistet werden und der Vapor-Chamber-Kühler dicht mit den anderen Bauelementen verbunden werden.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung, insbesondere eine Befestigung der Kühlvorrichtung, die die Kühlvorrichtung nicht beschädigt und einen Austritt des Arbeitsmediums aus dem Hohlraum der Kühlvorrichtung vermeiden kann.
Stand der Technik
Da die elektronischen Produkte immer kompakter sind, sind die elektronischen Bauelemente auch immer kleiner, während die Arbeitsleitung der elektronischen Bauelemente weiter steigt.
Der Vapor-Chamber-Kühler dient zu einer Fläche-zu-Fläche-Wärmeleitung und ist anders als das Wärmerohr, das zu einer Punkt-zu-Punkt-Wärmeleitung dient, für einen engeren Raum geeignet.
Der Vapor-Chamber-Kühler wird auf einer Basisplatte befestigt, um die Wärmequelle auf der Basisplatte zu kühlen. Der Vapor-Chamber-Kühler weist in den vier Ecken jeweils ein Durchgangsloch auf, in dem ein Kupferstab angeordnet ist, der ein Innengewinde besitzt. Die Basisplatte weist für die Kupferstäbe mindestens ein Loch auf. Durch die Kupferstäbe und die Löcher werden Schrauben geführt, um den Vapor-Chamber-Kühler auf der Basisplatte zu befestigen. Da die Kupferstäbe in den vier Ecken des Vapor-Chamber-Kühlers angeordnet sind, kann der Vapor-Chamber-Kühler nicht dicht auf der Wärmequelle aufliegen, wodurch ein Wärmewiderstand auftreten kann. Um dieses Problem zu lösen, werden die Lagen der Kupferstäbe zu der Wärmequelle verschoben, so dass die Kupferstäbe durch den Hohlraum durchgehen. Dadurch kann zwar ein Wärmewiderstand vermieden werden, verliert der Vapor-Chamber-Kühler jedoch die Luftdichtheit, da sich der Hohlraum nicht mehr im Vakuumzustand befindet. Zudem können die Kupferstäbe das Fließen des Arbeitsmediums beeinträchtigen, so dass die Wärmeleitwirkung reduziert wird. Ferner kann das Arbeitsmedium aus dem Hohlraum austreten.
1a und 1b zeigen einen Vapor-Chamber-Kühler 5 aus den amerikanischen Patenten 7066240 , 6302192 und 7100680 , der einen Hauptkörper 51 aufweist, der eine erste Platte 511 und eine zweite Platte 512 besitzt, die jeweils einen erhöhten Rand 513 bilden. Die erhöhten Ränder 513 sind miteinander verbunden, wodurch ein geschlossener Hohlraum 514 gebildet ist. Die erste Platte 511 bildet Ausnehmungen 5111, die von den erhöhten Rändern 513 einen Abstand haben und mit der zweiten Platte 512 verbunden sind. Durch die Ausnehmungen 5111 und die zweite Platte 512 sind Durchgangslöcher 52 vorgesehen. Die Ausnehmungen 5111 besitzen jeweils eine ringförmige Oberfläche 5112, die mit einer ringförmigen Oberfläche 5121 der zweiten Platte 512 verbunden ist, wodurch die Durchgangslöcher 52 außerhalb des Hauptkörpers 51 liegen. Ein Trennelement 53 ist zwischen der ersten Platte 511 und der zweiten Platte 512 angeordnet. In dem geschlossenen Hohlraum 514 ist eine Kapillarstruktur 54 vorgesehen. Durch die Ausnehmungen 5111 kann zwar eine Stützung und eine Luftdichtheit erreicht werden, wird der Hohlraum jedoch durch die Ausnehmungen 5111 erheblich verkleinert. zudem wird die Kontaktfläche des Vapor-Chamber-Kühlers mit der Wärmequelle verkleinert, so dass die Wärmeleitwirkung reduziert wird.
Daher weist die herkömmliche Lösung folgende Nachteile auf:

1. Wärmewiderstand,
2. Verkleinerung der Kühlfläche,
3. Reduzierung der Wärmeleitwirkung.

Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung zu schaffen, die die Verbindungsdichtheit erhöhen kann, wodurch ein Wärmewiderstand vermieden wird.
Der Erfindung liegt eine weitere Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren der Kühlvorrichtung zu schaffen, das die Verbindungsdichtheit erhöhen kann, wodurch ein Wärmewiderstand vermieden wird.
Diese Aufgaben werden durch die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung gelöst, die umfasst: einen Hauptkörper, der eine erste Platte und eine zweite Platte aufweist, die miteinander verbunden sind und einen Hohlraum bilden, wobei der Hohlraum eine erste Seite und eine zweite Seite sowie ein Arbeitsfluid und eine Vielzahl von Stützstäben besitzt, wobei an der Oberfläche des Hohlraums mindestens eine Kapillarstruktur vorgesehen ist, wobei die beiden Enden der Stützstäbe mit der ersten und zweiten Seite des Hohlraums verbunden sind; und mindestens ein Befestigungsloch, das sich an der Stelle eines Stützstabs befindet und durch die erste und zweite Platte sowie den Stützstab hindurchgeht.
Diese Aufgaben werden durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren der Kühlvorrichtung gelöst, das folgende Schritte enthält:
eine erste Platte und eine zweite Platte werden bereitgestellt;
an der einander zugewandten Seite der ersten und zweiten Platte werden eine Kapillarstruktur und eine Vielzahl von Stützstäben gebildet;
die erste und zweite Platte werden miteinander verbunden, evakuiert und mit einem Arbeitsmedium gefüllt; und
die erste und zweite Platte bilden an der Stelle eines beliebigen Stützstabs durch mechanische Bearbeitung ein Befestigungsloch.
Dadurch kann die Erfindung dicht mit der Wärmequelle in Kontakt stehen, wodurch ein Wärmewiderstand vermieden wird. Da das Befestigungsloch nicht durch den Hohlraum des Hauptkörpers durchgeht, kann der Hohlraum im Vakuumzustand gehalten und ein Austritt des Arbeitsmediums vermieden werden. Daher weist die Erfindung folgende Vorteile auf:

1. hohe Verbindungsdichtheit und kein Wärmewiderstand,
2. kein Austritt des Arbeitsmediums,
3. längere Lebensdauer.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1a eine Schnittdarstellung des herkömmlichen Vapor-Chamber-Kühlers,
1b eine Draufsicht des herkömmlichen Vapor-Chamber-Kühlers,
2 eine Explosionsdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
3 eine perspektivische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
4 eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
5 eine Schnittdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
6 eine Schnittdarstellung des dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
7 eine perspektivische Darstellung des vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
8 eine perspektivische Darstellung des fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
9 eine perspektivische Darstellung des sechsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
10 eine Explosionsdarstellung des siebten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
11 eine perspektivische des siebten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
12 eine perspektivische Darstellung des achten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
13 eine Explosionsdarstellung des neunten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
14 eine perspektivische Darstellung des neunten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung und
15 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens der Kühlvorrichtung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen.
Die 2, 3 und 4 zeigen das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1, die einen Hauptkörper 11 und mindestens ein Befestigungsloch 111 umfasst.
Der Hauptkörper 11 weist eine erste Platte 112 und eine zweite Platte 113 auf, die miteinander verbunden sind und einen Hohlraum 114 bilden. Der Hohlraum 114 besitzt eine erste Seite 1141 und eine zweite Seite 1142 sowie ein Arbeitsfluid 115 und eine Vielzahl von Stützstäben 116. An der Oberfläche des Hohlraums 114 ist mindestens eine Kapillarstruktur 117 vorgesehen. Die beiden Enden der Stützstäbe 116 sind mit der ersten und zweiten Seite 1141, 1142 des Hohlraums 114 verbunden. Die Kapillarstruktur 117 ist durch ein Sinterpulver gebildet.
Das Befestigungsloch 111 befindet sich an der Stelle eines Stützstabs 116 und geht durch die erste und zweite Platte 112, 113 sowie den Stützstab 116 hindurch.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Kühlvorrichtung 1 ein Vapor-Chamber-Kühler.
5 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass das Befestigungsloch 111 ein Innengewinde 1111 aufweist.
6 zeigt das dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass die Kapillarstruktur 117 durch einen Netzkörper gebildet ist. 7 zeigt das vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass die Kapillarstruktur 117 durch Rillen gebildet ist.
8 zeigt das fünfte Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass die Kühlvorrichtung 1 mindestens ein Befestigungselement 118 aufweist, das durch das Befestigungsloch 111 geführt ist und ein Lach 1181 besitzt, das ein Innengewinde 1182 hat.
9 zeigt das sechste Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass der Hauptkörper 11 mindestens eine erhöhte Wärmeaufnahmezone 119 bildet, um die die Befestigungslöcher 111 angeordnet sind.
10 und 11 zeigen das siebte Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass der Hauptkörper 11 auf einer Basisplatte 2 liegt und mindestens eine erhöhte Wärmeaufnahmezone 119 bildet, wobei auf der der Wärmeaufnahmezone 119 abgewandten Seite des Hauptkörpers 11 ein Kühlkörper 3 angeordnet ist. Die Wärmeaufnahmezone 119 des Hauptkörpers 11 steht mit mindestens einer Wärmequelle 21 auf der Basisplatte 2 in Kontakt. Um die Wärmequelle 21 der Basisplatte 2 sind eine Vielzahl von Befestigungsstäben 22 vorgesehen, die jeweils ein Innengewinde 221 besitzen. Ein Schraubelement 4 wird durch das Befestigungsloch 111 in das Innengewinde 221 des Befestigungsstabs 22 gedreht, wodurch der Hauptkörper 11 an der Basisplatte 2 befestigt ist.
12 zeigt das achte Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem siebten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass das Befestigungsloch 111 ein Innengewinde 1111 aufweist und das Schraubelement 4 in das Gewinde 1111 des Befestigungsloches 111 und das Innengewinde 221 des Befestigungsstabs 22 gedreht wird, wodurch der Hauptkörper 11 an der Basisplatte 2 befestigt ist.
13 und 14 zeigen das neunte Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem siebten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass der Hauptkörper 11 mindestens ein Befestigungselement 118 aufweist, das durch das Befestigungsloch 111 geführt ist und ein Loch 1181 besitzt, das ein Innengewinde 1182 hat. Das Schraubelement 4 wird in das Innengewinde 1182 des Loches 1181 und das Innengewinde 221 des Befestigungsstabs 22 gedreht wird, wodurch der Hauptkörper 11 an der Basisplatte 2 befestigt ist.
15 zeigt das Herstellungsverfahren der erfindungsgemässen Kühlvorrichtung. Wie in Verbindung mit den 2 bis 9 ersichtlich ist, enthält das erfindungsgemässe Herstellungsverfahren folgende Schritte:
S1: eine erste Platte und eine zweite Platte werden bereitgestellt;
Eine erste Platte 112 und eine zweite Platte 113 werden bereitgestellt. Die erste und zweite Platte 112, 113 sind aus Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer, Aluminium, nichtrostendem Stahl oder Keramik, hergestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sie Kupferplatten. Darauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt.
S2: an der einander zugewandten Seite der ersten und zweiten Platte werden eine Kapillarstruktur und eine Vielzahl von Stützstäben gebildet;
An der einander zugewandten Seite der ersten und zweiten Platte 112, 113 werden mindestens eine Kapillarstruktur 1117 und eine Vielzahl von Stützstäben 116 gebildet. Die Kapillarstruktur 117 kann durch Sinterpulver (4), Netzkörper (5) oder Rillen (6) gebildet sein. Die Stützstäbe 116 sind durch Kupferstäbe gebildet. Darauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Sie können auch durch Aluminiumstäbe gebildet sein. Die Kapillarstruktur 117 und die Stützstäbe 116 können durch Diffusionsverbindung, Sintern oder Schweißen mit der ersten und zweiten Platte 112, 113 verbunden werden.
S3: die erste und zweite Platte werden miteinander verbunden, evakuiert und mit einem Arbeitsmedium gefüllt;
Die erste und zweite Platte 112, 113 werden durch Diffusionsverbindung oder Schweißen miteinander verbunden, wodurch die Kühlvorrichtung 1 mit einem Hohlraum 114 gebildet ist. Der Hohlraum 114 wird evakuiert, mit einem Arbeitsmedium 115 gefüllt und verschlossen.
S4: die erste und zweite Platte bilden an der Stelle eines beliebigen Stützstabs durch mechanische Bearbeitung ein Befestigungsloch.
Nach dem Verschließen der Kühlvorrichtung 1 wird das Befestigungsloch erzeugt. Die Lage des Befestigungsloches 111 ist von der Kontaktstelle der Kühlvorrichtung 1 mit der Wärmequelle abhängig. Durch mechanische Bearbeitung wird durch einen Stützstab 116 im Hohlraum 14 der Kühlvorrichtung 1 ein Befestigungsloch 111 erzeugt, das durch die Kühlvorrichtung 1 und den Stützstab 116 hindurchgeht.
Die mechanische Bearbeitung kann Stanzen, Bohren oder Fräsen sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Stanzen verwendet.
Bezugszeichenliste

1: Kühlvorrichtung
11: Hauptkörper
111: Befestigungsloch
1111: Innengewinde
112: erste Platte
113: zweite Platte
114: Hohlraum
1141: erste Seite
1142: zweite Seite
115: Arbeitsmedium
116: Stützstab
117: Kapillarstruktur
118: Befestigungselement
1181: Loch
1182: Innengewinde
119: Wärmeaufnahmezone
2: Basisplatte
21: Wärmequelle
22: Befestigungsstab
221: Innengewinde
3: Kühlkörper
4: Schraubelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7066240 [0005]
US 6302192 [0005]
US 7100680 [0005]

Claims

Kühlvorrichtung, umfassend einen Hauptkörper (11), der eine erste Platte (112) und eine zweite Platte (113) aufweist, die miteinander verbunden sind und einen Hohlraum (114) bilden, wobei der Hohlraum (114) eine erste Seite (1141) und eine zweite Seite (1142) sowie ein Arbeitsfluid (115) und eine Vielzahl von Stützstäben (116) besitzt, wobei an der Oberfläche des Hohlraums (114) mindestens eine Kapillarstruktur (117) vorgesehen ist, wobei die beiden Enden der Stützstäbe (116) mit der ersten und zweiten Seite (1141, 1142) des Hohlraums (114) verbunden sind, und mindestens ein Befestigungsloch (111), das sich an der Stelle eines Stützstabs (116) befindet und durch die erste und zweite Platte (112, 113) sowie den Stützstab (116) hindurchgeht.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarstruktur (117) durch Sinterpulver, Netzkörper oder Rillen gebildet ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Befestigungselement (118), das durch das Befestigungsloch (111) geführt ist und ein Loch (1181) besitzt, das ein Innengewinde (1182) hat.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkörper (11) mindestens eine erhöhte Wärmeaufnahmezone (119) bildet, um die die Befestigungslöcher (111) angeordnet sind.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (1) ein Vapor-Chamber-Kühler ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkörper (11) auf einer Basisplatte (2) liegt und mindestens eine erhöhte Wärmeaufnahmezone (119) bildet, wobei auf der der Wärmeaufnahmezone (119) abgewandten Seite des Hauptkörpers (11) ein Kühlkörper (3) angeordnet ist, wobei die Wärmeaufnahmezone (119) des Hauptkörpers (11) mit mindestens einer Wärmequelle (21) auf der Basisplatte (2) in Kontakt steht, wobei um die Wärmequelle (21) der Basisplatte (2) eine Vielzahl von Befestigungsstäben (22) vorgesehen sind, die jeweils ein Innengewinde (221) besitzen, wobei ein Schraubelement (4) durch das Befestigungsloch (111) in das Innengewinde (221) des Befestigungsstabs (22) gedreht wird, wodurch der Hauptkörper (11) an der Basisplatte (2) befestigt ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkörper (11) mindestens ein Befestigungselement (118) aufweist, das durch das Befestigungsloch (111) geführt ist und ein Loch (1181) besitzt, das ein Innengewinde (1182) hat, wobei das Schraubelement (4) in das Innengewinde (1182) des Loches (1181) und das Innengewinde (221) des Befestigungsstabs (22) gedreht wird, wodurch der Hauptkörper (11) an der Basisplatte (2) befestigt ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsloch (111) ein Innengewinde (1111) aufweist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsloch (111) ein Innengewinde (1111) aufweist, wobei das Schraubelement (4) in das Gewinde (111) des Befestigungsloches (111) und das Innengewinde (221) des Befestigungsstabs (22) gedreht wird, wodurch der Hauptkörper (11) an der Basisplatte (2) befestigt ist.
Herstellungsverfahren der Kühlvorrichtung, das folgende Schritte enthält: eine erste Platte und eine zweite Platte werden bereitgestellt; an der einander zugewandten Seite der ersten und zweiten Platte werden eine Kapillarstruktur und eine Vielzahl von Stützstäben gebildet; die erste und zweite Platte werden miteinander verbunden, evakuiert und mit einem Arbeitsmedium gefüllt; und die erste und zweite Platte bilden an der Stelle eines beliebigen Stützstabs durch mechanische Bearbeitung ein Befestigungsloch.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarstruktur (117) durch Sinterpulver, Netzkörper oder Rillen gebildet ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein Befestigungselement (118), das durch das Befestigungsloch (111) geführt ist und ein Loch (1181) besitzt, das ein Innengewinde (1182) hat.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Bearbeitung Stanzen, Bohren oder Fräsen ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarstruktur (117) und die Stützstäbe (116) durch Diffusionsverbindung, Sintern oder Schweißen mit der ersten und zweiten Platte (112, 113) verbunden sind.