DE10331026B3 - Heat sink element for electronic component has projection of heat-conductive core of heat sink body fitting into opening in base element used for contacting electronic component - Google Patents

Heat sink element for electronic component has projection of heat-conductive core of heat sink body fitting into opening in base element used for contacting electronic component Download PDF

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Abstract

The heat sink element has a heat sink body (16) with radial cooling ribs (20), having a heat-conductive core (14) and a base element (12) for contacting the electronic component, provided with at least one opening (18) for receiving a projecting part of the core, having a similar size and shape to the core cross-section. The base element and the core are coupled together by crimping the base element around the projecting part of the core, the base element having at least one cooling opening (22). An independent claim for a manufacturing method for a heat sink element is also included.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlelement für elektronische Komponenten, insbesondere Prozessoren, mit einem Kühlkörper mit einem wärmeleitenden Kern und einem Bodenelement zur Auflage auf die zu kühlende Komponente, wobei der Kern aus dem Kühlkörper herausragt und das Bodenelement mindestens eine Öffnung zur Aufnahme des herausragenden Teilbereichs des Kerns aufweist und die Form und Größe der Öffnung der Form und Größe des Querschnitts des Kerns entspricht, wobei das mit dem Bodenelement zu verbindende Ende des Kerns um mindestens die Dicke des Bodenelements über den Kühlkörper hinausragt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlelements für elektronische Komponenten, insbesondere Prozessoren, mit einem Kühlkörper mit einem wärmeleitenden Kern und einem Bodenelement zur Auflage auf die zu kühlende Komponente.The The present invention relates to a cooling element for electronic components, especially processors, with a heat sink with a heat-conducting Core and a bottom element for resting on the component to be cooled, the core protruding from the heat sink and the bottom member has at least one opening for receiving the protruding one Part of the core has and the shape and size of the opening of the Shape and size of the cross section of the core, which is to be connected to the floor element End of the core at least the thickness of the floor element over the Heat sink protrudes. The invention further relates to a process for the preparation of a cooling element for electronic Components, in particular processors, with a heat sink with a thermally conductive Core and a bottom element for resting on the component to be cooled.

Ein derartiges Kühlelement für elektronische Komponenten sind aus der US 6 199 625 B1 und der DE 694 10 245 T2 bekannt. Dabei weisen die Kühler durchgängige Bodenplatten ohne Aussparungen auf, wobei die Bodenplatten durch Crimpen mit dem entsprechenden Kühlkörper des Kühlelements verbunden werden. Nachteilig an diesen Kühlelementen ist jedoch, dass eine durchgängige Bodenplatte den Luftstrom durch das Kühlelement beziehungsweise dessen Kühlkörper vor allem im unteren zentralen Bereich behindert. Des Weiteren weist eine gecrimpte Bodenplatte wegen des inhomogenen Anpressdrucks einen relativ schlechten Wärmeübergang zum Kühlkörper, insbesondere zum Kühlkörperkern auf, so dass die Bodenplatte selber nicht als zusätzliche Wärmeabführung wirken kann.Such a cooling element for electronic components are known from US Pat. No. 6,199,625 B1 and the DE 694 10 245 T2 known. In this case, the radiator on continuous bottom plates without recesses, wherein the bottom plates are connected by crimping with the corresponding heat sink of the cooling element. A disadvantage of these cooling elements, however, is that a continuous bottom plate obstructs the flow of air through the cooling element or its heat sink, especially in the lower central region. Furthermore, because of the inhomogeneous contact pressure, a crimped bottom plate has a relatively poor heat transfer to the heat sink, in particular to the heat sink core, so that the bottom plate itself can not act as additional heat dissipation.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Kühlelement für elektronische Komponenten bereitzustellen, welches einen eine verbesserte Wärmeübertragung von der zu kühlenden Komponente auf das Kühlelement gewährleistet.It is therefore an object of the present invention, a generic cooling element for electronic To provide components that an improved heat transfer from the to be cooled Component on the cooling element guaranteed.

Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Kühlelementes bereitzustellen, welches ein Kühlelement mit einer verbesserten Wärmeübertragung von der zu kühlenden Komponente auf das Kühlelement erzeugt.It Another object of the present invention is a generic method for producing a cooling element to provide a cooling element with an improved heat transfer from the to be cooled Component on the cooling element generated.

Zur Lösung dieser Aufgaben dient ein Kühlelement gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7.to solution These tasks serve a cooling element according to the characteristics of claim 1 and a method according to the features of claim 7.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Kühlelements sind in den Unteransprüchen beschrieben.advantageous Embodiments of the cooling element are in the subclaims described.

Ein erfindungsgemäßes Kühlelement für elektronische Komponenten weist einen wärmeleitenden Kern auf, der aus einem Kühlkörper herausragt, wobei ein Bodenelement des Kühlelements mindestens eine Öffnung zur Aufnahme des herausragenden Teilbereichs des Kerns aufweist und die Form und Größe der Öffnung der Form und Größe des Querschnitts des Kerns entspricht, wobei das Bodenelement mit dem Kern mittels Aufschrumpfen des Bodenelements auf den herausragenden Teilbereich des Kerns verbunden ist. Durch das Anbringen der Bodenplatte durch Aufschrumpfen ergibt sich ein homogener Anpressdruck des Kühlelements beziehungsweise des Kühlkörpers auf die Bodenplatte, so dass eine sehr gute Wärmeübertragung zwischen diesen Elementen und damit auch eine verbesserte Wärmeübertragung zwischen der zu kühlenden Komponente und dem Kühlelement gewährleistet ist. Dabei ragt das mit dem Bodenelement zu verbindende Ende des Kerns um mindestens die Dicke des Bodenelements über den Kühlkörper hinaus. Zudem weist das Bodenelement erfindungsgemäß mindestens eine Kühlöffnung auf. In einer vorteilhaften Ausgestaltung entspricht die Fläche der Kühlöffnungen mindestens 50% der Fläche des Bodenelements. Durch die Ausgestaltungen von Kühlöffnungen in dem Bodenelement wird durch eine entsprechende Vergrößerung des Ausblasquerschnitts der Luftstrom verbessert und führt damit zu einer verbesserten Kühlung der zu kühlenden Komponente.One Cooling element according to the invention for electronic Components has a heat-conducting Core on, which protrudes from a heat sink, wherein a bottom element of the cooling element at least an opening for receiving the protruding portion of the core and the shape and size of the opening of the Shape and size of the cross section of the core, wherein the bottom element with the core means Shrink the floor element onto the protruding part connected to the core. By attaching the bottom plate through Shrinking results in a homogeneous contact pressure of the cooling element or of the heat sink the bottom plate, allowing a very good heat transfer between these Elements and thus improved heat transfer between the cooling component and the cooling element guaranteed is. In this case, the end of the to be connected to the bottom element protrudes Kerns at least the thickness of the bottom element on the heat sink addition. In addition, this indicates Floor element according to the invention at least a cooling hole on. In an advantageous embodiment, the surface corresponds to the Cooling holes at least 50% of the area of the floor element. Due to the embodiments of cooling holes in the bottom element is by a corresponding enlargement of the Outlet section of the air flow improves and leads to it for improved cooling the one to be cooled Component.

Zusätzlich ergibt sich durch die Kühlöffnungen auch ein verbesserter Kühleffekt für umliegende Komponenten, die durch den stärkeren Luftstrom ebenfalls eine stärkere Kühlung erfahren.Additionally results through the cooling holes also an improved cooling effect for surrounding components, by the stronger Air flow also a stronger one cooling Experienced.

In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung sind das Bodenelement, der Kühlkörper und/oder der Kern als separate Elemente oder einstückig ausgebildet. Des Weiteren kann der Kühlkörper mindestens eine Kühlrippe aufweisen, so dass hier eine deutlich verstärkte Wärmeabfuhr erfolgt. Die Vielzahl von vorteilhaften Ausgestaltungsmöglichkeiten ermöglicht es, das erfindungsgemäße Kühlelement in einer entsprechenden Vielzahl von Anwendungen verwenden zu können.In Further advantageous embodiments of the invention are the bottom element, the heat sink and / or the core is formed as separate elements or in one piece. Furthermore can the heatsink at least a cooling fin have, so that there is a significantly increased heat dissipation. The variety advantageous embodiment possibilities make it possible the cooling element according to the invention to use in a corresponding variety of applications.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist auf oder in dem Kühlkörper ein aktives Kühlelement, nämlich ein Lüfter, angeordnet. Ein derartiges aktives Kühlelement gewährleistet eine weitere Verbesserung des Kühleffekts.In a further advantageous embodiment of the invention is on or in the heat sink active cooling element, namely a fan, arranged. Such an active cooling element ensures a further improvement of the cooling effect.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Kühlelements für elektronische Komponenten, insbesondere Prozessoren, umfassend einen Kühlkörper mit einem wärmeleitenden Kern und mit einem Bodenelement zur Auflage auf die zu kühlende Komponente umfasst folgende Schritte: (a) Ausbildung von mindestens einer Öffnung in dem Bodenelement zur Aufnahme eines einen aus dem Kühlkörper herausragenden Teilbereichs des Kerns, wobei die Form und Größe der Öffnung der Form und Größe des Querschnitts des Kerns entspricht und Ausbildung von mindestens einer Kühlöffnung in dem Bodenelement und (b) Verbinden des Bodenelements mit dem Kern mittels Aufschrumpfen des Bodenelements auf einen aus dem Kühlkörper herausragenden Teilbereich des Kerns. Durch das Aufschrumpfen des Bodenelements auf den Kühlkörper, insbesondere den herausragenden Teil des Kerns des Kühlkörpers, ergibt sich ein homogener Anpressdruck der Bodenplatte zum Kühlkörper und damit des Kühlelements zu der zu kühlenden Komponente. Der zu erzielende Kühleffekt wird damit deutlich verbessert. Das mit dem Bodenelement zu verbindende Ende des Kerns ragt dabei um mindestens die Dicke des Bodenelements über den Kühlkörper hinaus.An inventive method for producing a cooling element for electronic components, in particular processors, comprising a heat sink with a thermally conductive core and comprising a bottom element for resting on the component to be cooled, comprising the following steps: (a) forming at least one opening in the bottom element for receiving a part of the core protruding from the heat sink, wherein the shape and size of the opening correspond to the shape and size of the cross section of the core corresponds to and formation of at least one cooling opening in the bottom element and (b) connecting the bottom element to the core by shrinking the bottom element onto a part of the core protruding from the heat sink. By shrinking the bottom element on the heat sink, in particular the protruding part of the core of the heat sink, there is a homogeneous contact pressure of the bottom plate to the heat sink and thus of the cooling element to the component to be cooled. The cooling effect to be achieved is thus significantly improved. The end of the core to be connected to the floor element projects beyond the heat sink by at least the thickness of the floor element.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus einem in der folgenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigenFurther Details, features and advantages of the invention will become apparent an embodiment shown in the following drawing. It demonstrate

1 eine Darstellung eines Kühlelements gemäß dem Stand der Technik; und 1 a representation of a cooling element according to the prior art; and

2 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Kühlelements. 2 an illustration of a cooling element according to the invention.

1 zeigt eine Darstellung eines Kühlelements 26 gemäß dem Stand der Technik. Man erkennt, dass das Kühlelement 26 aus einem Kühlkörper 28 mit einer Vielzahl von Kühlrippen und einem innen liegenden, wärmeleitenden Kern 30 besteht. Derartige Kühlelemente 26 werden üblicherweise mit einer durchgängigen Bodenplatte (nicht dargestellt) verbunden und durch Krimpen mit dem Kühlkörper 28 verbunden. 1 shows a representation of a cooling element 26 according to the prior art. It can be seen that the cooling element 26 from a heat sink 28 with a plurality of cooling fins and an internal, thermally conductive core 30 consists. Such cooling elements 26 are usually connected to a continuous bottom plate (not shown) and crimped to the heat sink 28 connected.

2 zeigt eine Darstellung eines Kühlelements 10 für elektronische Komponenten, insbesondere Prozessoren, mit einem Kühlkörper 16 mit einem innen liegenden, wärmeleitenden Kern 14 und einem Bodenelement 12 zur Auflage auf die zu kühlende Komponente. Man erkennt, dass der Kern 14 aus dem Kühlkörper 16 herausragt und das Bodenelement 12 eine Öffnung 18 zur Aufnahme des herausragenden Teilbereichs des Kerns aufweist. Die Form und Größe der Öffnung 18 entspricht dabei der Form und Größe des Querschnitts des Kerns 14. Die Verbindung des Bodenelements 12 mit dem Kern 14 erfolgt mittels Aufschrumpfen des Bodenelements 12 auf den aus dem Kühlkörper 16 herausragenden Teilbereich des Kerns 14. Das mit dem Bodenelement 12 zu verbindende Ende des Kerns 14 ragt dabei um die Dicke des Bodenelements 12 über den Kühlkörper 16 hinaus. 2 shows a representation of a cooling element 10 for electronic components, in particular processors, with a heat sink 16 with an internal, thermally conductive core 14 and a floor element 12 to rest on the component to be cooled. It can be seen that the core 14 from the heat sink 16 protrudes and the bottom element 12 an opening 18 for receiving the protruding portion of the core. The shape and size of the opening 18 corresponds to the shape and size of the cross section of the core 14 , The connection of the floor element 12 with the core 14 done by shrinking the floor element 12 on the out of the heat sink 16 outstanding part of the core 14 , That with the floor element 12 to be connected end of the core 14 protrudes by the thickness of the floor element 12 over the heat sink 16 out.

Des Weiteren erkennt man, dass das Bodenelement 12 vier Kühlöffnungen 22 aufweist. Die Fläche der Kühlöffnungen 22 nimmt dabei einen Großteil der Fläche des Bodenelements 12 ein. Insbesondere entspricht die Fläche der Kühlöffnungen 22 mindestens 50% der Fläche des Bodenelements 12.Furthermore, one recognizes that the bottom element 12 four cooling holes 22 having. The area of the cooling holes 22 takes up a large part of the area of the floor element 12 one. In particular, the area of the cooling holes corresponds 22 at least 50% of the area of the floor element 12 ,

Das Bodenelement 12, der Kühlkörper 16 und der Kern 14 bestehen aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung und/oder aus Kupfer und/oder einer Kupferlegierung. Es ist aber auch möglich, das Bodenelement 12 aus anderen Materialien auszubilden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind das Bodenelement 12, der Kühlkörper 16 und der Kern 14 als separate Elemente ausgebildet. Es ist aber auch möglich, diese ganz oder teilweise einstückig auszubilden. Zudem ist erkennbar, dass der Kühlkörper 16 eine Vielzahl von Kühlrippen 20 aufweist, die radial um den Kern 14 angeordnet sind.The floor element 12 , the heat sink 16 and the core 14 consist of aluminum and / or an aluminum alloy and / or copper and / or a copper alloy. But it is also possible, the soil element 12 from other materials. In the illustrated embodiment, the bottom element 12 , the heat sink 16 and the core 14 designed as separate elements. But it is also possible to form these wholly or partly in one piece. It can also be seen that the heat sink 16 a variety of cooling fins 20 which extends radially around the core 14 are arranged.

Des Weiteren erkennt man, dass die Bodenplatte 12 Ausnehmungen 24 aufweist, wobei die Ausnehmungen 24 zum Einführen von Schrauben (nicht dargestellt) dienen, mit deren Hilfe die Bodenplatte 12 mit der zu kühlenden Komponente fest verbunden wird. Auch andere Verbindungsmöglichkeiten, wie zum Beispiel ein Verkleben oder ein Klemmen, sind denkbar.Furthermore, one recognizes that the bottom plate 12 recesses 24 having, wherein the recesses 24 for introducing screws (not shown) serve, with the help of the bottom plate 12 is firmly connected to the component to be cooled. Other connection options, such as gluing or clamping, are conceivable.

Durch das Anbringen des Bodenelements 12 am Kern 14 des Kühlkörpers 16 kann bei einem geringen thermischen Widerstand zwischen dem Kern 14 und dem Bodenelement 12 und bei einer entsprechenden wärmeleitenden Ausgestaltung des Bodenelements 12 die Oberfläche des Bodenelements 12 zusätzlich zur Wärmeübertragung genutzt werden. Des Weiteren besteht eine Optimierungsmöglichkeit der thermischen Eigenschaften des gesamten Kühlelements 10 durch die Variation der Dicke des Bodenelements 12 und der entsprechenden Materialauswahl.By attaching the floor element 12 at the core 14 of the heat sink 16 can with a low thermal resistance between the core 14 and the floor element 12 and at a corresponding thermally conductive embodiment of the bottom element 12 the surface of the floor element 12 be used in addition to heat transfer. Furthermore, there is an option for optimizing the thermal properties of the entire cooling element 10 by the variation of the thickness of the floor element 12 and the appropriate material selection.

Claims (7)

Kühlelement für elektronische Komponenten, insbesondere Prozessoren, mit einem Kühlkörper (16) mit einem wärmeleitenden Kern (14) und einem Bodenelement (12) zur Auflage auf die zu kühlende Komponente, wobei der Kern (14) aus dem Kühlkörper (16) herausragt und das Bodenelement (12) mindestens eine Öffnung (18) zur Aufnahme des herausragenden Teilbereichs des Kerns (14) aufweist und die Form und Größe der Öffnung (18) der Form und Größe des Querschnitts des Kerns (14) entspricht und das Bodenelement (12) mit dem Kern (14) mittels Aufschrumpfen des Bodenelements (12) auf den aus dem Kühlkörper (16) herausragenden Teilbereich des Kerns (14) verbunden ist, wobei das mit dem Bodenelement (12) zu verbindende Ende des Kerns (14) um mindestens die Dicke des Bodenelements (12) über den Kühlkörper (16) hinausragt und das Bodenelement (12) mindestens eine Kühlöffnung (22) aufweist.Cooling element for electronic components, in particular processors, with a heat sink ( 16 ) with a thermally conductive core ( 14 ) and a floor element ( 12 ) to rest on the component to be cooled, the core ( 14 ) from the heat sink ( 16 protrudes) and the bottom element ( 12 ) at least one opening ( 18 ) for recording the outstanding part of the nucleus ( 14 ) and the shape and size of the opening ( 18 ) the shape and size of the cross-section of the core ( 14 ) and the floor element ( 12 ) with the core ( 14 ) by means of Shrinking the floor element ( 12 ) on the heat sink ( 16 ) outstanding part of the core ( 14 ), which is connected to the floor element ( 12 ) end of the core ( 14 ) by at least the thickness of the floor element ( 12 ) over the heat sink ( 16 protrudes) and the bottom element ( 12 ) at least one cooling opening ( 22 ) having. Kühlelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der Kühlöffnungen) (22) mindestens 50% der Fläche des Bodenelements (12) entspricht.Cooling element according to claim 1, characterized in that the surface of the cooling openings) ( 22 ) at least 50% of the area of the floor element ( 12 ) corresponds. Kühlelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenelement (12), der Kühlkörper (16) und der Kern (14) aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung und/oder aus Kupfer und/oder einer Kupferlegierung bestehen.Cooling element according to claim 1 or 2, characterized in that the bottom element ( 12 ), the heat sink ( 16 ) and the core ( 14 ) consist of aluminum and / or an aluminum alloy and / or copper and / or a copper alloy. Kühlelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenelement (12), der Kühlkörper (16) und/oder der Kern (14) als separate Elemente oder einstückig ausgebildet sind.Cooling element according to one of the preceding claims, characterized in that the bottom element ( 12 ), the heat sink ( 16 ) and / or the core ( 14 ) are formed as separate elements or in one piece. Kühlelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (16) mindestens eine Kühlrippe (20) aufweist.Cooling element according to one of the preceding claims, characterized in that the heat sink ( 16 ) at least one cooling fin ( 20 ) having. Kühlelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf oder in dem Kühlkörper (16) ein aktives Kühlelement, nämlich ein Lüfter angeordnet ist.Cooling element according to one of the preceding claims, characterized in that on or in the heat sink ( 16 ) An active cooling element, namely a fan is arranged. Verfahren zur Herstellung eines Kühlelements (10) für elektronische Komponenten, insbesondere Prozessoren, nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Kühlkörper (16) mit einem wärmeleitenden Kern (14) und einem Bodenelement (12) zur Auflage auf die zu kühlende Komponente, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: (a) Ausbildung von mindestens einer Öffnung (18) in dem Bodenelement (12) zur Aufnahme eines einen aus dem Kühlkörper (16) herausragenden Teilbereichs des Kerns (14), wobei die Form und Größe der Öffnung (18) der Form und Größe des Querschnitts des Kerns (14) entspricht und Ausbildung von mindestens einer Kühlöffnung (22) in dem Bodenelement (12); (b) Verbinden des Bodenelements (12) mit dem Kern (14) mittels Aufschrumpfen des Bodenelements (12) auf den aus dem Kühlkörper (16) herausragenden Teilbereich des Kerns (14), wobei das mit dem Bodenelement (12) zu verbindende Ende des Kerns (14) um mindestens die Dicke des Bodenelements (14) über den Kühlkörper (16) hinausragt.Method for producing a cooling element ( 10 ) for electronic components, in particular processors, according to one of claims 1 to 6 with a heat sink ( 16 ) with a thermally conductive core ( 14 ) and a floor element ( 12 ) for supporting the component to be cooled, the method comprising the steps of: (a) forming at least one opening ( 18 ) in the floor element ( 12 ) for receiving a from the heat sink ( 16 ) outstanding part of the nucleus ( 14 ), whereby the shape and size of the opening ( 18 ) the shape and size of the cross-section of the core ( 14 ) and formation of at least one cooling hole ( 22 ) in the floor element ( 12 ); (b) connecting the floor element ( 12 ) with the core ( 14 ) by shrinking the floor element ( 12 ) on the heat sink ( 16 ) outstanding part of the core ( 14 ), with the floor element ( 12 ) end of the core ( 14 ) by at least the thickness of the floor element ( 14 ) over the heat sink ( 16 protrudes).
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