DE102017208198A1

DE102017208198A1 - Cooling device for cooling an electronic component, electronic component device, and method for producing the cooling arrangement

Info

Publication number: DE102017208198A1
Application number: DE102017208198.8A
Authority: DE
Inventors: Rainer Holz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-05-16
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2018-11-22

Abstract

Zur Kühlung der Abwärme von Elektronikbauteilen werden leistungsfähige Kühlanordnungen benötigt. Es wird Kühlanordnung 1 zur Kühlung eines ein Elektronikbauteil 2 vorgeschlagen mit einem Kühlkörper, wobei der Kühlkörper eine Außenwandung 3 und eine Kontaktwandung 10 aufweist, wobei die Kontaktwandung 10 zur thermischen Kopplung mit dem Elektronikbauteil 2 ausgebildet ist, wobei die Außenwandung 3 eine wärmeabführende Bürstenstruktur aufweist, wobei die Bürstenstruktur von der Außenwandung 3 abstehende metallische Borsten 7 umfasst.

For cooling the waste heat of electronic components efficient cooling arrangements are needed. Cooling arrangement 1 for cooling an electronic component 2 is proposed with a heat sink, wherein the heat sink has an outer wall 3 and a contact wall 10, wherein the contact wall 10 is designed for thermal coupling to the electronic component 2, wherein the outer wall 3 has a heat dissipating brush structure, wherein the brush structure comprises metallic bristles 7 projecting from the outer wall 3.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung zur Kühlung eines Elektronikbauteils mit einem Kühlkörper.The invention relates to a cooling arrangement for cooling an electronic component with a heat sink.

Aus dem Stand der Technik sind Kühlanordnungen mit Kühlkörpern bekannt. Kühlkörper mit einer hohen Kühlleistung sind beispielsweise Pin-Fin-Kühlkörper, welche durch Fließpressen oder Schmieden herstellbar sind. Solche Pin-Fin-Kühlkörper sind mit hohen flächenspezifischen Kosten herstellbar. Günstigere Alternativen bilden Lamellenkühler, wobei Lamellenkühler eine weit geringere Kühlleistung aufweisen.Cooling arrangements with heat sinks are known from the prior art. Heat sinks with a high cooling capacity are, for example, pin-fin heat sinks, which can be produced by extrusion or forging. Such pin-fin heatsinks can be produced with high surface-specific costs. Cheaper coolers are cheaper alternatives, with fin cooler having a much lower cooling capacity.

Die Druckschrift DE 103 21 549 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, beschreibt eine Anordnung zum Kühlen eines Thyristors, insbesondere eines Thyristors für eine Schweißanlage, mit einem daran gekoppelten Kühlkörper. Die Anordnung umfasst einen Kühlkörper, wobei ein Gebläse von der Anordnung umfasst wird, welches einen Luftstrom erzeugt, der den Kühlkörper wärmeabführend überstreicht.The publication DE 103 21 549 A1 , which is probably the closest prior art, describes an arrangement for cooling a thyristor, in particular a thyristor for a welding system, with a heat sink coupled thereto. The arrangement comprises a heat sink, wherein a fan is included in the arrangement which generates an air flow which sweeps the heat sink over the heat sink.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Im Rahmen der Erfindung wird eine Kühlanordnung zur Kühlung eines Elektronikbauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Ferner wird eine Elektronikbauteilvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 sowie ein Verfahren zur Herstellung der Kühlanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 vorgeschlagen. Bevorzugte und/oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.In the context of the invention, a cooling arrangement for cooling an electronic component with the features of claim 1 is proposed. Furthermore, an electronic component device with the features of claim 12 and a method for producing the cooling arrangement with the features of claim 13 is proposed. Preferred and / or advantageous embodiments of the invention will become apparent from the subclaims, the following description and the accompanying figures.

Erfindungsgemäß wird eine Kühlanordnung zur Kühlung eines Elektronikbauteils vorgeschlagen. Das Elektronikbauteil ist insbesondere ein Leistungselektronikbauteil, wobei das Elektronikbauteil im Betrieb sich ungewollt und/oder als Nebenprodukt erwärmt. Beispielsweise ist das Elektronikbauteil ein Diac, ein Leistungstransistor, ein Thyristor, ein Gleichrichter, ein Wechselrichter oder ein Kondensator. Alternativ ist das Elektronikbauteil eine Lichtquelle, beispielsweise eine Leuchtdiodeneinheit, alternativ ist das Elektronikbauteil ein Schaltbauteil, beispielsweise ein Thyristor. Die Kühlanordnung ist ausgebildet, Wärme von dem Elektronikbauteil abzuführen, dieses zu kühlen und dieses im Betrieb vor Überhitzen zu schützen.According to the invention, a cooling arrangement for cooling an electronic component is proposed. The electronic component is in particular a power electronic component, wherein the electronic component is inadvertently heated during operation and / or as a by-product. For example, the electronic component is a diac, a power transistor, a thyristor, a rectifier, an inverter or a capacitor. Alternatively, the electronic component is a light source, for example a light-emitting diode unit; alternatively, the electronic component is a switching component, for example a thyristor. The cooling arrangement is designed to remove heat from the electronic component, to cool it and to protect it from overheating during operation.

Die Kühlanordnung umfasst einen Kühlkörper. Insbesondere ist der Kühlkörper ein einstückiger Kühlkörper. Alternativ ist der Kühlkörper ein mehrstückiges Bauteil. Der Kühlkörper kann ein massiver Kühlkörper sein, alternativ ist der Kühlkörper als ein Hohlkörper ausgebildet. Der Kühlkörper umfasst eine Außenwandung und eine Kontaktwandung. Insbesondere ist der Kühlkörper, die Außenwandung und/oder die Kontaktwandung aus einem Metall gefertigt. Vorzugsweise ist Kühlkörper, Außenwandung und/oder Kontaktwandung aus Kupfer oder Aluminium aufgebaut. Besonders bevorzugt ist es, dass Kontaktwandung und/oder Außenwandung als eine plattenförmige Wandung ausgebildet ist, wobei diese eine flächige Erstreckung aufweisen. Insbesondere können die flächigen Außenwandung und/oder die flächige Kontaktwandung gebogen oder eben sein.The cooling arrangement comprises a heat sink. In particular, the heat sink is a one-piece heat sink. Alternatively, the heat sink is a multi-piece component. The heat sink may be a solid heat sink, alternatively, the heat sink is designed as a hollow body. The heat sink comprises an outer wall and a contact wall. In particular, the heat sink, the outer wall and / or the contact wall is made of a metal. Preferably, the heat sink, outer wall and / or contact wall made of copper or aluminum is constructed. It is particularly preferred that the contact wall and / or outer wall is formed as a plate-shaped wall, wherein they have a planar extension. In particular, the flat outer wall and / or the flat contact wall can be bent or flat.

Die Kontaktwandung ist ausgebildet für eine thermische Kopplung mit dem Elektronikbauteil. Insbesondere ist die Kontaktwandung flächig mit dem Elektronikbauteil kontaktierbar, wobei mittels des flächigen Kontakts Wärme vom Elektronikbauteil auf den Kühlkörper übertragen werden kann. Vorzugsweise ist zur thermischen Kopplung zwischen Elektronikbauteil und Kontaktwandung ein Wärmeleitmedium wie zum Beispiel eine Wärmeleitpaste angeordnet.The contact wall is designed for a thermal coupling with the electronic component. In particular, the contact wall can be contacted surface-wide with the electronic component, it being possible to transmit heat from the electronic component to the heat sink by means of the planar contact. Preferably, a heat-conducting medium such as a thermal paste is arranged for thermal coupling between the electronic component and the contact wall.

Die Außenwandung ist insbesondere vom Elektronikbauteil abgewandt, wenn sich die Kontaktwandung im thermischen Kontakt mit dem Elektronikbauteil befindet. Insbesondere ist es möglich, dass die Außenwandung eine vom Elektronikbauteil abgewandte Oberfläche der Kühlanordnung bildet.The outer wall is in particular facing away from the electronic component when the contact wall is in thermal contact with the electronic component. In particular, it is possible for the outer wall to form a surface of the cooling arrangement facing away from the electronic component.

Die Außenwandung weist eine wärmeabführende Bürstenstruktur auf. Insbesondere bildet die Außenwandung einen Bürstenträger. Die Bürstenstruktur kann beispielsweise gleichmäßig über die Außenwandung verteilt sein, alternativ ist die Bürstenstruktur in einem Muster oder einer vorgegebenen Geometrie auf der Außenwandung angeordnet. Die Bürstenstruktur umfasst Borsten, welche von der Außenwand abstehen. Die Borsten sind aus einem metallischen Material, beispielsweise Kupfer, Aluminium oder einer Metalllegierung, beispielsweise einer verzinnten Metalllegierung. Die Borsten sind besonders bevorzugt metallische Drähte, metallische Fäden und/oder haarförmige Metallstrukturen. Insbesondere zeichnen sich die metallischen Borsten durch eine Borstenlänge und eine Borstendicke aus, wobei die Borstenlänge ein Vielfaches der Borstendicke ist, insbesondere ein mehr als Zwanzigfaches der Borstendicke ist.The outer wall has a heat-dissipating brush structure. In particular, the outer wall forms a brush holder. For example, the brush structure may be evenly distributed over the outer wall, alternatively, the brush structure is arranged in a pattern or predetermined geometry on the outer wall. The brush structure comprises bristles which protrude from the outer wall. The bristles are made of a metallic material, for example copper, aluminum or a metal alloy, for example a tinned metal alloy. The bristles are particularly preferably metallic wires, metallic threads and / or hair-shaped metal structures. In particular, the metallic bristles are characterized by a bristle length and a bristle thickness, wherein the bristle length is a multiple of the bristle thickness, in particular more than twenty times the bristle thickness.

Die Bürstenstruktur und insbesondere die Borsten sind von einem kühlenden Medium umgeben. Das kühlende Medium ist vorzugsweise gasförmig oder flüssig. Beispielsweise ist das kühlende Medium Luft oder Wasser. Die Kühlanordnung, im Speziellen der Kühlkörper, weist eine Kühlleistung auf. Die Kühlleistung ist vorzugsweise größer als vierzig Kilowatt pro Quadratmeter mal Kelvin, im Speziellen größer als fünfzig Kilowatt pro Quadratmeter mal Kelvin und insbesondere größer als sechzig Kilowatt pro Quadratmeter mal Kelvin.The brush structure and in particular the bristles are surrounded by a cooling medium. The cooling medium is preferably gaseous or liquid. For example, the cooling medium is air or water. The cooling arrangement, in particular the heat sink, has a cooling capacity. The cooling capacity is preferably greater than forty kilowatts per square meter times Kelvin, in particular greater than fifty kilowatts per square meter times Kelvin and in particular greater than sixty kilowatts per square meter times Kelvin.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, eine Kühlanordnung für ein Elektronikbauteil bereitzustellen, welches eine hohe Kühlleistung aufweist und sich günstig herstellen lässt, wobei der flächenspezifische Herstellungspreis niedrig gehalten werden kann.The invention is based on the consideration to provide a cooling arrangement for an electronic component, which has a high cooling capacity and can be produced inexpensively, wherein the area-specific production price can be kept low.

In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung zeichnen sich die metallischen Borsten durch einen Durchmesser, auch Borstendurchmesser genannt, aus, welcher kleiner ist als ein Millimeter. Insbesondere ist der Durchmesser der metallischen Borsten kleiner als 0,8 Millimeter und im Speziellen kleiner als 0,5 Millimeter. Vorzugsweise weisen die Borsten mit einem Durchmesser kleiner als einen Millimeter eine Borstenlänge auf, welche größer ist als ein Zentimeter, im Speziellen größer ist als zwei Zentimeter und vorzugsweise größer als fünf Zentimeter. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, eine Kühlanordnung bereitzustellen, welche auf konstruktiv einfache Art und Weise eine hohe Kühlleistung ermöglicht.In one possible embodiment of the invention, the metallic bristles are characterized by a diameter, also called bristle diameter, which is smaller than one millimeter. In particular, the diameter of the metallic bristles is less than 0.8 millimeters, and more particularly less than 0.5 millimeters. Preferably, the bristles having a diameter less than one millimeter have a bristle length greater than one centimeter, more preferably greater than two centimeters, and preferably greater than five centimeters. This embodiment is based on the consideration of providing a cooling arrangement which enables a high cooling capacity in a structurally simple manner.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Borsten mit der Außenwandung stoffschlüssig verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung von Borsten und Außenwand ist beispielsweise ein Verkleben und/oder ein Verlöten. Insbesondere ist die stoffschlüssige Verbindung zwischen Außenwand und Borsten eine wärmeleitfähige stoffschlüssige Verbindung. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, eine Kühlanordnung bereitzustellen, welche konstruktiv einfach erhältlich ist.In a particularly preferred embodiment of the invention, the bristles are materially connected to the outer wall. The cohesive connection of bristles and outer wall is, for example, a bonding and / or soldering. In particular, the cohesive connection between outer wall and bristles is a thermally conductive cohesive connection. This embodiment is based on the consideration to provide a cooling arrangement, which is structurally easily available.

In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Außenwand Löcher. Vorzugsweise sind die Löcher Bohrungen in der Außenwand, insbesondere Durchgangsbohrungen oder Sacklöcher. Die Borsten sind in den Löchern befestigt und/oder teilweise in den Löchern angeordnet. Vorzugsweise sind die Borsten in die Löcher eingeklebt oder eingelötet. Die Löcher weisen vorzugsweise einen Lochdurchmesser auf, welcher geringfügig, insbesondere wenige hundert Mikrometer größer ist, als der Durchmesser der Borsten. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, eine Kühlanordnung bereitzustellen, in welcher die kühlenden Borsten besonders gut gehalten werden.In one possible embodiment of the invention, the outer wall comprises holes. Preferably, the holes are holes in the outer wall, in particular through-holes or blind holes. The bristles are secured in the holes and / or partially disposed in the holes. Preferably, the bristles are glued or soldered into the holes. The holes preferably have a hole diameter which is slightly larger, in particular a few hundred micrometers, than the diameter of the bristles. This embodiment is based on the idea of providing a cooling arrangement in which the cooling bristles are kept particularly well.

Eine Ausgestaltung der Kühlanordnung sieht vor, dass die Borsten durch die Löcher von einer Außenseite der Außenwandung zu einer Bauteilseite der Außenwandung geführt sind. Insbesondere weist die Außenwandung die Außenseite und die Bauteilseite auf. Die Bauteilseite ist die Seite der Außenwandung, welche dem Elektronikbauteil am nächsten liegt. Die Außenseite ist insbesondere die Seite, die von dem Elektronikbauteil wegorientiert ist. Insbesondere ist der Großteil einer Borste, welche durch das Löcher geführt ist, auf der Seite der Außenseite angeordnet, wobei nur ein geringer Teil der Borste auf der Bauteilseite angeordnet ist. Beispielsweise befinden sich mehr als fünfundneunzig Prozent der Borstenlänge auf der Seite der Außenseite und nur weniger als fünf Prozent auf der Seite der Bauteilseite. Besonders bevorzugt ist es, dass der Teil der Borsten auf der Bauteilseite dort umgeschlagen, insbesondere umgeknickt ist. Die Borsten sind insbesondere in den Löchern verklebt und/oder in diese eingelötet.An embodiment of the cooling arrangement provides that the bristles are guided through the holes from an outer side of the outer wall to a component side of the outer wall. In particular, the outer wall on the outside and the component side. The component side is the side of the outer wall which is closest to the electronic component. The outside is in particular the side which is oriented away from the electronic component. In particular, the majority of a bristle which is passed through the holes, arranged on the side of the outside, wherein only a small part of the bristle is arranged on the component side. For example, more than ninety-five percent of the bristle length is on the outside side and only less than five percent on the side of the component side. It is particularly preferred that the part of the bristles on the component side is folded there, in particular folded over. The bristles are glued in particular in the holes and / or soldered into these.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Borsten von einem Draht gebildet werden. Der Draht weist zwei freie Enden auf. Insbesondere bildet jedes der beiden freien Enden jeweils eine Borste. Der Draht ist dabei so durch zwei Löcher geführt, dass die freien Enden im Bereich der Außenseite eine Borste bilden. Dabei ist der Draht bogenförmig oder schlaufenförmig durch die zwei Löcher geführt, wobei sich der bogenförmige Abschnitt und/oder der schlaufenförmige Abschnitt auf der Bauteilseite der Außenwandung befindet. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, eine einfach herstellbare Bürstenstruktur einer Kühlanordnung bereitzustellen.An embodiment provides that the bristles are formed by a wire. The wire has two free ends. In particular, each of the two free ends forms a bristle in each case. The wire is guided through two holes so that the free ends form a bristle in the area of the outside. In this case, the wire is guided arcuately or loop-shaped through the two holes, wherein the arcuate portion and / or the loop-shaped portion is located on the component side of the outer wall. This embodiment is based on the idea to provide a brush structure of a cooling arrangement which is easy to produce.

Besonders bevorzugt ist es, dass der bogenförmige Abschnitt und/oder der schlaufenförmige Abschnitt, der zwei Löcher verbindet, auf der Bauteilseite angeordnet ist, wobei dieser bogenförmige und/oder schlaufenförmige Abschnitt des Drahtes die Kontaktwandung bildet. Insbesondere bildet die Kombination aus einer Vielzahl von bogenförmigen und/oder schlaufenförmigen Abschnitten einer Vielzahl von Borsten die Kontaktwandung. Dabei ist die Kühlanordnung insbesondere so ausgebildet, dass die bogenförmigen und/oder schlaufenförmigen Abschnitte das Elektronikbauteil kontaktieren und über diesen Kontakt die Wärme des Elektronikbauteils in die freistehenden Enden der Borsten zum Abstrahlen und/oder Abgeben transportieren. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, eine konstruktiv einfache Kühlanordnung bereitzustellen, welche ohne große Verluste die Wärme direkt von Elektronikbauteil in abstrahlende Bürstenstrukturen ableitet.It is particularly preferred that the arcuate portion and / or the loop-shaped portion connecting two holes is arranged on the component side, wherein this arcuate and / or loop-shaped portion of the wire forms the contact wall. In particular, the combination of a plurality of arcuate and / or looped portions of a plurality of bristles forms the contact wall. In this case, the cooling arrangement is in particular designed such that the arcuate and / or loop-shaped sections contact the electronic component and transport the heat of the electronic component into the freestanding ends of the bristles for blasting and / or discharging via this contact. This embodiment is based on the consideration to provide a structurally simple cooling arrangement, which dissipates the heat directly from electronic component into radiating brush structures without great losses.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kontaktwandung beabstandet zur Außenwandung angeordnet ist. Insbesondere ist die Kontaktwandung äquidistant zur Außenwandung angeordnet. Vorzugsweise bilden Kontaktwandung und Außenwandung eine flächige Struktur, wobei die flächigen Strukturen gleichgerichtet und zueinander beabstandet sind. Der Abstand zwischen Kontaktwandung und Außenwandung ist insbesondere größer oder gleich dem Durchmesser einer Borste. Besonders bevorzugt ist es, dass dabei die Kontaktwandung eine Metallwandung darstellt, beispielsweise ein Kupferblech oder ein Aluminiumblech.In a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the contact wall is arranged at a distance from the outer wall. In particular, the contact wall is arranged equidistantly to the outer wall. Preferably, contact wall and outer wall form a planar structure, wherein the flat structures are rectified and to each other are spaced. The distance between the contact wall and outer wall is in particular greater than or equal to the diameter of a bristle. It is particularly preferred that the contact wall is a metal wall, for example a copper sheet or an aluminum sheet.

Besonders bevorzugt ist es, dass die bogenförmigen Abschnitte und/oder die schlaufenförmigen Abschnitte der Borsten und/oder des Drahtes zwischen der Außenwandung und der Kontaktwandung angeordnet sind. Insbesondere ist es möglich, dass die Abschnitte des Drahtes und/oder der Borste, welche zur Bauteilseite geführt sind, sich zwischen der Außenwandung und der Kontaktwandung befinden. Im Speziellen ist der bogenförmige Abschnitt, der schlaufenförmige Abschnitt oder der Abschnitt, der zur Bauteilseite geführt ist, zwischen Außenwandung und Kontaktwandung eingeklemmt.It is particularly preferred that the arcuate portions and / or the loop-shaped portions of the bristles and / or the wire between the outer wall and the contact wall are arranged. In particular, it is possible that the portions of the wire and / or the bristle, which are guided to the component side, are located between the outer wall and the contact wall. Specifically, the arcuate portion, the loop-shaped portion or the portion which is guided to the component side, between the outer wall and the contact wall is clamped.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass zwischen Kontaktwandung und Außenwandung ein Kanal angeordnet ist. Vorzugsweise bildet die Kontaktwandung und die Außenwandung die Begrenzung des dazwischen angeordneten Kanals. Der Kanal weist insbesondere einen Durchmesser auf, welcher größer oder gleich dem Durchmesser einer Borste ist. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass in dem Kanal ein Wärmetransportmedium und/oder ein Kühlmedium angeordnet ist. Das Kühlmedium ist beispielsweise ein Kühlgel, eine Wärmeleitpaste, ein Wärmeleitgel oder ein Wärmeleitpulver. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, den Wärmetransport von Elektronikbauteil zu den wärmeabführenden Borsten der Bürstenstruktur zu verbessern.One embodiment provides that a channel is arranged between the contact wall and the outer wall. Preferably, the contact wall and the outer wall forms the boundary of the channel arranged therebetween. In particular, the channel has a diameter which is greater than or equal to the diameter of a bristle. It is provided in particular that in the channel, a heat transport medium and / or a cooling medium is arranged. The cooling medium is, for example, a cooling gel, a thermal paste, a heat conducting gel or a heat conducting powder. This embodiment is based on the idea to improve the heat transfer from the electronic component to the heat dissipating bristles of the brush structure.

In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Kühlanordnung eine Umwälzvorrichtung zum Erzeugen eines Luftstroms im Bereich der Bürstenstruktur umfasst. Die Umwälzvorrichtung ist beispielsweise eine Ventilatoreinheit, welche einen Luftstrom auf die Bürstenstruktur bringt, sodass die Wärme aus der Bürstenstruktur abtransportiert werden kann. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, die Kühlleistung der Kühlanordnung zu verbessern.In one possible embodiment of the invention, it is provided that the cooling arrangement comprises a circulating device for generating an air flow in the region of the brush structure. The circulating device is, for example, a fan unit, which brings an air flow onto the brush structure, so that the heat can be removed from the brush structure. This embodiment is based on the consideration to improve the cooling capacity of the cooling arrangement.

Insbesondere ist die Kühlanordnung eine plattenförmige Kühlanordnung, wobei auf einer Seite der plattenförmigen Kühlanordnung die Bürstenstruktur angeordnet ist. Die plattenförmige Kühlanordnung weist eine Kühlfläche auf, wobei die Bürstenstruktur auf der Kühlfläche angeordnet ist. Die Bürstenstruktur kann kontinuierlich oder in Segmenten auf der Kühlfläche verteilt sein. Die Kühlanordnung ist vorzugsweise auf das zu kühlende Objekt anschraubbar Eine plattenförmige Kühlanordnung ist beispielsweise zur Kühlung eines Konverters in der Elektromobilität ausgebildet.In particular, the cooling arrangement is a plate-shaped cooling arrangement, wherein the brush structure is arranged on one side of the plate-shaped cooling arrangement. The plate-shaped cooling arrangement has a cooling surface, wherein the brush structure is arranged on the cooling surface. The brush structure may be distributed continuously or in segments on the cooling surface. The cooling arrangement can preferably be screwed onto the object to be cooled. A plate-shaped cooling arrangement is designed, for example, for cooling a converter in electromobility.

Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine Elektronikbauteilvorrichtung. Die Elektronikbauteilvorrichtung umfasst ein Elektronikbauteil, beispielsweise eine Leistungselektronik, eine Lichtquelle oder ein Schaltungsbauteil. Insbesondere ist das Elektronikbauteil ein sich ungewollt und/oder als Abfallprodukt der elektrischen Energie im Betrieb aufheizendes Bauteil. Die Elektronikbauteilvorrichtung umfasst die Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche oder wie in der vorherigen Beschreibung beschrieben. Die Kühlanordnung ist in thermischem Kontakt mit dem Elektronikbauteil, wobei der thermische Kontakt dadurch hergestellt ist, dass die Kontaktwandung mit dem Elektronikbauteil in flächigem Kontakt ist.Another object of the invention is an electronic component device. The electronic component device comprises an electronic component, for example a power electronics, a light source or a circuit component. In particular, the electronic component is an unwanted component and / or component which heats up as a waste product of the electrical energy during operation. The electronic component device comprises the cooling arrangement according to one of the preceding claims or as described in the previous description. The cooling arrangement is in thermal contact with the electronic component, wherein the thermal contact is produced in that the contact wall is in surface contact with the electronic component.

Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlanordnung. Insbesondere ist das Verfahren zur Herstellung einer Kühlanordnung wie vorausgehend beschrieben. Das Verfahren sieht vor, dass in die Außenwand des Kühlkörpers der Kühlanordnung Löcher eingebracht werden. Beispielsweise werden die Löcher eingebohrt, eingestanzt oder eingefräst. Die Löcher sind dabei Durchgangslöcher oder Sacklöcher. Erfindungsgemäß sieht das Verfahren vor, dass in die Löcher Borsten eingesetzt werden, wobei die Borsten von der Außenwandung abstehen und eine wärmeabführende Bürstenstruktur bilden.Another object of the invention is a method for producing a cooling arrangement. In particular, the method of manufacturing a cooling arrangement is described above. The method provides that in the outer wall of the heat sink of the cooling arrangement holes are introduced. For example, the holes are drilled, punched or milled. The holes are through holes or blind holes. According to the invention, the method provides that bristles are inserted into the holes, wherein the bristles protrude from the outer wall and form a heat-dissipating brush structure.

In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Borsten von einem Draht gebildet werden, wobei der Draht zwei freie Enden aufweist. Jedes der freien Enden ist dabei ausgebildet, eine Borste zu bilden. Die Ausgestaltung dieses Verfahrens sieht vor, dass der Draht einen bogenförmigen und/oder schlaufenförmigen Abschnitt bildend durch zwei Löcher geführt wird. Dabei wird der Draht in ein erstes Loch gesteckt und auf der Bauteilseite zu einem zweiten Loch geführt, durch dieses geführt und als Borste abstehend von der Außenseite angeordnet. In den schlaufenförmigen Abschnitt und/der den bogenförmigen Abschnitt wird ein Lotdraht eingesetzt. Der Lotdraht ist ausgebildet, eine stoffschlüssige Verbindung nach dem Schmelzen mit dem Draht, der Borste und/oder der Außenwandung einzugehen. Der Lotdraht, welcher in die schlaufenförmigen Abschnitte und/oder in die bogenförmigen Abschnitte eingelegt ist, wird mittels einer Wärmebehandlung geschmolzen und/oder verflüssigt, wobei der verflüssigte und danach ausgehärtete Lohtdraht eine stoffschlüssige Verbindung von Außenwandung und Borsten bildet.In a possible embodiment of the method, it is provided that the bristles are formed by a wire, wherein the wire has two free ends. Each of the free ends is designed to form a bristle. The embodiment of this method provides that the wire is an arcuate and / or loop-shaped portion forming passed through two holes. In this case, the wire is inserted into a first hole and guided on the component side to a second hole, guided by this and arranged as a bristle protruding from the outside. In the loop-shaped portion and / or the arcuate portion of a solder wire is used. The solder wire is designed to enter into a cohesive connection after melting with the wire, the bristle and / or the outer wall. The solder wire, which is inserted into the loop-shaped portions and / or in the arcuate portions, is melted and / or liquefied by means of a heat treatment, wherein the liquefied and then cured Lohtdraht forms a material connection of outer wall and bristles.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kühlanordnung;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kühlanordnung;
3 eine Kühlanordnung mit einer Mehrzahl an Borsten;
4 eine kreisförmig Kühlanordnung;
5 eine helixförmige Kühlanordnung.

Further features, advantages and effects of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and the accompanying figures. Showing:

1 a first embodiment of a cooling arrangement;
2 a second embodiment of a cooling arrangement;
3 a cooling arrangement having a plurality of bristles;
4 a circular cooling arrangement;
5 a helical cooling arrangement.

1 zeigt eine Kühlanordnung 1 für ein Elektronikbauteil 2. Das Elektronikbauteil ist insbesondere ein Leistungselektronikbauteil, welches sich ungewollt oder als Nebenprodukt erwärmt. Beispielsweise ist das Elektronikbauteil 2 eine Leuchtdiodeneinheit. Die Kühlanordnung 1 umfasst eine Außenwandung 3, wobei die Außenwandung 3 eine Außenseite 4 und eine Bauteilseite 5 aufweist. Die Bauteilseite 5 ist in Richtung des Elektronikbauteils 2 angeordnet. Die Außenseite 4 ist vor dem Elektronikbauteil 2 weg gerichtet. Bei der Außenwandung 3 handelt es sich beispielsweise um ein Metallblech oder eine Metallplatte. Insbesondere ist die Außenwandung 3 eine Kupferplatte. Die Außenwandung 3 weist Löcher 6 auf, wobei die Löcher insbesondere Bohrungen in der Außenwandung 3 sind. 1 shows a cooling arrangement 1 for an electronic component 2 , The electronic component is in particular a power electronic component which heats up unintentionally or as a by-product. For example, the electronic component 2 a light emitting diode unit. The cooling arrangement 1 includes an outer wall 3 , wherein the outer wall 3 an outside 4 and a component side 5 having. The component side 5 is in the direction of the electronic component 2 arranged. The outside 4 is in front of the electronic component 2 directed away. At the outer wall 3 it is, for example, a metal sheet or a metal plate. In particular, the outer wall 3 a copper plate. The outer wall 3 has holes 6 on, with the holes in particular holes in the outer wall 3 are.

Die Kühlanordnung 1 umfasst eine Bürstenstruktur, wobei die Bürstenstruktur eine Mehrzahl an Borsten 7 aufweist. Insbesondere weist die Kühlanordnung 1 mehr als 100, im Speziellen mehr als 500 und vorzugsweise mehr als 1000 Borsten 7 auf. Die Borsten sind aus Metalldrähten aufgebaut. Die Metalldrähte als Borsten 7 sind in die Löcher 6 eingelegt und/oder werden durch diese geführt. Insbesondere umfasst der Metalldraht zwei freie Enden 8, wobei die freien Enden 8 die Borsten bilden. Der Metalldraht ist durch zwei Bohrungen als Löcher 6 geführt. Auf der Bauteilseite 5 der Außenwandung 3 bildet der Draht einen bogenförmigen Abschnitt 9. Die beiden freien Enden 8 bilden auf der Außenseite 4 der Außenwandung 3 die Borsten 7. Die Borsten 7 weisen eine Borstenlänge L auf und einen Durchmesser D auf. Der Durchmesser D ist insbesondere kleiner als ein fünfzigstel der Borstenlänge L. Die Borstenlänge L ist insbesondere größer als ein Zentimeter um im Speziellen größer als drei Zentimeter. Der Durchmesser D ist kleiner als ein Millimeter. Die Borsten 7 sind aus einem Kupferdraht aufgebaut, alternativ sind die Borsten 7 aus einem verzinkten Kupferdraht aufgebaut.The cooling arrangement 1 includes a brush structure, wherein the brush structure comprises a plurality of bristles 7 having. In particular, the cooling arrangement 1 more than 100, in particular more than 500 and preferably more than 1000 bristles 7 on. The bristles are made of metal wires. The metal wires as bristles 7 are in the holes 6 inserted and / or are guided by this. In particular, the metal wire comprises two free ends 8th , where the free ends 8th forming the bristles. The metal wire is through two holes as holes 6 guided. On the component side 5 the outer wall 3 the wire forms an arcuate section 9 , The two free ends 8th make up on the outside 4 the outer wall 3 the bristles 7 , The bristles 7 have a bristle length L and a diameter D. In particular, the diameter D is less than one fiftieth of the bristle length L. The bristle length L is in particular greater than one centimeter, in particular greater than three centimeters. The diameter D is less than one millimeter. The bristles 7 are made of a copper wire, alternatively, the bristles 7 built from a galvanized copper wire.

Der bogenförmige Abschnitt 9 ist insbesondere zum Elektronikbauteil 2 gerichtet. Der bogenförmige Abschnitt 9 ist kontaktierbar mit dem Elektronikbauteil 2, insbesondere thermisch kontaktierbar. Insbesondere bildet ein Teil des bogenförmigen Abschnitts 9 die Kontaktwandung 10. Die Kontaktwandung 10 ist in thermischen Kontakt mit dem Elektronikbauteil 2 und ausgebildet, Wärme von dem Elektronikbauteil 2 abzuführen und diese zu den Borsten 7 zu leiten. Die Borsten 7 sind zur Abgabe und/oder Abstrahlung der Wärme ausgebildet. Die Kühlanordnung 1 ist damit zur Kühlung des Elektronikbauteils 2 vorgesehen, wobei die Kühlanordnung 1 und insbesondere die Borsten 7 die von dem Elektronikbauteil abgeführte Wärme an die Umgebung abgeben. Die Borsten 7 sind dabei von einem Medium 11 umgeben, wobei das Medium 11 Luft oder eine Flüssigkeit wie Wasser sein kann.The arcuate section 9 is in particular to the electronic component 2 directed. The arcuate section 9 is contactable with the electronic component 2 , in particular thermally contactable. In particular, a part of the arcuate portion forms 9 the contact wall 10 , The contact wall 10 is in thermal contact with the electronic component 2 and adapted to heat from the electronic component 2 dissipate and this to the bristles 7 to lead. The bristles 7 are designed to discharge and / or radiation of heat. The cooling arrangement 1 is thus used to cool the electronic component 2 provided, wherein the cooling arrangement 1 and in particular the bristles 7 deliver the heat dissipated by the electronic component to the environment. The bristles 7 are from a medium 11 surrounded by the medium 11 Air or a liquid can be like water.

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kühlanordnung 1, wobei die Kühlanordnung die Komponenten aus 1 aufweist jedoch eine Metallplatte als Kontaktwandung 10 umfasst. Die Kontaktwandung 10 ist hier insbesondere eine Kupfer- oder Aluminiumplatte. Die Kontaktwandung 10 ist beabstandet zur Außenwandung 3 angeordnet, vorzugsweise äquidistant zu dieser angeordnet. 2 shows a further embodiment of a cooling arrangement 1 wherein the cooling arrangement comprises the components 1 However, has a metal plate as a contact wall 10 includes. The contact wall 10 Here is in particular a copper or aluminum plate. The contact wall 10 is spaced from the outer wall 3 arranged, preferably arranged equidistant to this.

Zwischen Außenwandung 3 und Kontaktwandung 10 ist ein Kanal 12, wobei dieser Kanal 12 durch die Kontaktwandung 10 und die Außenwandung 3 begrenzt wird. In dem Kanal 12 ist ein Kühlmedium angeordnet, beispielsweise eine Wärmeleitpaste oder ein anderes Kühlmittel. In dem Kanal 12 ist ferner der bogenförmige Abschnitt 9 der Borsten 7 angeordnet.Between outer wall 3 and contact wall 10 is a channel 12 , this channel 12 through the contact wall 10 and the outer wall 3 is limited. In the channel 12 a cooling medium is arranged, for example a thermal paste or another coolant. In the channel 12 is also the arcuate portion 9 the bristles 7 arranged.

Die Kontaktwandung 10, welche hier eine Platte ist, ist in thermischen Kontakt mit dem Bauteil 2. Beispielsweise ist die Kontaktwandung 10 auf das Elektronikbauteil 2 aufgelötet oder aufgeklebt. Insbesondere ist zwischen Elektronikbauteil 2 und Kontaktwandung 10 ein wärmeleitendes Medium, beispielsweise Wärmeleitpaste angebracht.The contact wall 10 , which is a plate here, is in thermal contact with the component 2 , For example, the contact wall 10 on the electronic component 2 soldered or glued on. In particular, between electronic component 2 and contact wall 10 a heat conductive medium, such as thermal grease attached.

Das Elektronikbauteil 2 überträgt die Abwärme, welche als Abfallprodukt des eigentlichen Prozesses entsteht, auf die Kontaktwandung 10. Die Kontaktwandung 10 leitet die abgeführte Wärme weiter auf die Borsten 7, wobei die Borsten 7 diese Wärme an die Umgebung und das Medium 11 abgeben.The electronic component 2 transfers the waste heat, which is produced as a waste product of the actual process, to the contact wall 10 , The contact wall 10 directs the dissipated heat on the bristles 7 , where the bristles 7 this heat to the environment and the medium 11 submit.

3 zeigt eine Kühlanordnung 1 mit einer Mehrzahl an Borsten 7. Die Kühlanordnung 1 umfasst hier eine Außenwandung 3 und äquidistant dazu angeordnet eine Kontaktwandung 10. Zwischen Kontaktwandung 10 und Außenwandung 3 sind die gebogenen Abschnitte 9 der Borsten 7 angeordnet. In den Schlaufenbereich der gebogenen Abschnitte ist jeweils ein Lotdraht 13 eingelegt. Der Lotdraht 13 umfasst insbesondere eine Flussmittelseele. Die Kühlanordnung 1 ist auf das Elektronikbauteil 2 aufgeklebt und/oder aufgelötet und ausgebildet Wärme von diesem abzutransportieren. In einer Wärmebehandlung und/oder durch Erwärmung der Kühlanordnung 1 durch das Elektronikbauteil 2 kann es vorkommen, dass die Lotdrähte 13 aufschmelzen und sich verflüssigen. Die aufgeschmolzenen und/oder verflüssigten Lotdrähte verbinden die Borsten 7 stoffschlüssig mit der Außenwandung 3 und/oder der Kontaktwandung 10. 3 shows a cooling arrangement 1 with a plurality of bristles 7 , The cooling arrangement 1 here includes an outer wall 3 and arranged equidistant to a contact wall 10 , Between contact wall 10 and outer wall 3 are the bent sections 9 the bristles 7 arranged. In the loop area of the bent sections is in each case a solder wire 13 inserted. The solder wire 13 includes in particular a flux center. The cooling arrangement 1 is on the electronic component 2 glued and / or soldered and designed to remove heat from this. In a heat treatment and / or by heating the cooling arrangement 1 through the electronic component 2 It can happen that the solder wires 13 melt and liquefy. The melted and / or liquefied solder wires connect the bristles 7 cohesively with the outer wall 3 and / or the contact wall 10 ,

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Kühlanordnung 1, wobei diese Kühlanordnung 1 eine kreisförmige Kühlanordnung 1 ist. Die Kühlanordnung 1 weist einen Außendurchmesser D_A auf und einen Innendurchmesser D_I auf. Die Kontaktwandung 10 ist hier als der Durchmesser D_A ausgebildet. Die Bürstenstruktur ist radial nach innen gerichtet, wobei die freien Enden der Borsten einen Kreis mit Durchmesser D_I bilden. Diese Kühlanordnung 1 ist beispielsweise zur Kühlung eines Drahtes ausgebildet, beispielsweise einer Leitung, wobei die Leitung auf der Kontaktwandung 10 kreisförmig aufgelegt ist. 4 shows an embodiment of the cooling arrangement 1 , this cooling arrangement 1 a circular cooling arrangement 1 is. The cooling arrangement 1 has an outer diameter D _A and an inner diameter D _I on. The contact wall 10 is formed here as the diameter D _A. The brush structure is directed radially inwardly, with the free ends of the bristles forming a circle of diameter D _I. This cooling arrangement 1 is for example designed to cool a wire, such as a conduit, the conduit on the contact wall 10 is placed in a circle.

5 zeigt eine Kühlanordnung 1, wobei diese Kühlanordnung eine helixförmige Kühlanordnung 1 ist. Ähnlich wie in 4 bildet die Kontaktwandung 10 eine kreisförmige, insbesondere helixstrukturartige Kontaktwandung 10. Die freien Enden der Borsten bilden eine kreisförmige, insbesondere helixförmige Struktur mit einem Durchmesser DI. Die Kühlanordnung 1 kann beispielsweise zur Kühlung einer Spule verwendet werden. 5 shows a cooling arrangement 1 wherein this cooling arrangement is a helical cooling arrangement 1 is. Similar to in 4 forms the contact wall 10 a circular, in particular helix-like contact wall 10 , The free ends of the bristles form a circular, in particular helical structure with a diameter DI. The cooling arrangement 1 For example, it can be used to cool a coil.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10321549 A1 [0003]

Claims

Cooling arrangement (1) for cooling an electronic component (2), with a heat sink, wherein the heat sink has an outer wall (3) and a contact wall (10), wherein the contact wall (10) is designed for thermal coupling to the electronic component (2), characterized in that the outer wall (3) has a heat dissipating brush structure, wherein the brush structure of the outer wall (3) protruding metallic bristles (7).

Cooling arrangement (1) after Claim 1 , characterized in that the metallic bristles (7) have a diameter (D) smaller than one millimeter.

Cooling arrangement (1) after Claim 1 or 2 , wherein the bristles (7) are materially connected to the outer wall (3).

Cooling arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the outer wall (3) has holes (6), wherein the bristles (7) in the holes (6) attached and / or arranged.

Cooling arrangement (1) after Claim 4 , characterized in that the bristles (7) through the holes (6) from an outer side (4) of the outer wall (3) to a component side (5) of the outer wall (3) are guided.

Cooling arrangement (1) after Claim 4 or 5 characterized in that the bristles (7) are formed by a wire, the wire having two free ends, each of the two free ends forming a respective bristle (7), the wire having an arcuate and / or looped portion (9 ) is guided through two holes (6).

Cooling arrangement (1) after Claim 6 , characterized in that the arcuate portion (9) of the wire on the component side (5) is arranged, wherein the arcuate portion (9) of the wire forms the contact wall (10).

Cooling arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the contact wall (10) is a spaced apart from the outer wall (3) arranged metal plate.

Cooling arrangement (1) after Claim 8 , characterized in that portions (9) of the component side (5) guided wires and / or the arcuate portions (9) of the wire between the outer wall (3) and contact wall (10) are arranged.

Cooling arrangement (1) after Claim 8 or 9 , characterized in that between the contact wall (10) and outer wall (3), a channel is arranged, wherein in the channel, a heat transport medium and / or cooling medium is located.

Cooling arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized by a circulating device for generating an air flow in a region of the brush structure.

Electronic component device comprising the electronic component (2) and the cooling arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the contact wall (10) of the cooling arrangement (1) for cooling the electronic component (2) is in thermal contact with the electronic component (2) ,

Method for producing a cooling arrangement (1), in particular a cooling arrangement (1) according to one of the Claims 1 to 11 , characterized in that the cooling arrangement (1) has a heat sink with an outer wall (3), wherein in the outer wall (3) holes (6) are introduced, wherein in the holes (6) bristles (7) are used, wherein the Bristles (7) form a heat-dissipating brush structure of the outer wall (3).

Method for producing the cooling arrangement (1) according to Claim 12 characterized in that the bristles (7) are formed by a wire, the wire having two free ends, each of the two free ends forming a respective bristle (7), the wire being formed by means of an arcuate and / or looped portion ( 9) is guided through two holes (6), wherein in the arcuate and / or loop-shaped portion (9) a solder wire (13) is inserted, wherein the solder wire (13) by a heat treatment of the heat sink for materially connecting the outer wall (3) and bristles (7) is melted.