DE19520938C2

DE19520938C2 - Arrangement for thermal coupling

Info

Publication number: DE19520938C2
Application number: DE1995120938
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl Ing Herres
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1995-06-02
Filing date: 1995-06-02
Publication date: 1999-06-10
Anticipated expiration: 2015-06-03
Also published as: DE19520938A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur thermischen Kopplung zwischen einem Bauelement und einem Kühlkörper, bei denen die Ebenen der thermisch kontaktierbaren Oberflächen von der Parallelität und einem Nennabstand abweichen, wobei zwei komplementäre, spielbehaftet mäanderförmig ineinandergreifende Wärmeübertragungsglieder vorgesehen sind, von denen eines an dem Kühlkörper starr befestigt ist und das andere federbelastet flächenhaft mit einer thermisch kontaktierbaren Oberfläche des Bauelementes verbunden ist, und die derart ausgestattet sind, daß die Summe der gegenüberliegenden Flächenanteile der komplementären, mäanderförmig ineinandergreifenden Wärmeübertragungsglieder für jedes Wärmeübertragungsglied größer als die thermisch kontaktierbare Oberfläche des Bauelementes ist.The invention relates to an arrangement for thermal coupling between a component and a heat sink, in which the planes of the thermally contactable surfaces of the parallelism and a nominal distance differ, whereby two complementary, with play intermeshing heat transfer elements are provided, of which one is rigidly attached to the heat sink and the other is spring-loaded areal with one thermally contactable surface of the component is connected, and so are equipped so that the sum of the opposite areas of the area complementary, meandering interlocking heat transfer elements for each Heat transfer member larger than the thermally contactable surface of the Component is.

Eine Anordnung dieser Art ist durch die DE 39 32 079 A1 bekannt. Diese Schrift offenbart eine Kühlvorrichtung für eine elektronische Einrichtung, wobei ein enger Wärmeleitkontakt zwischen der elektronischen Einrichtung und einem festen Kühlkörper zur Kühlung der elektronischen Einrichtung hergestellt wird. Ein wärmeleitfähiges Fluid ist auf einer Wärmeübertragungs oberfläche der elektronischen Einrichtung vorgesehen. Der feste Kühlkörper wird durch eine äußere Kraft in engen Kontakt mit der Wärmeübertragungsoberfläche der elektronischen Einrichtung gebracht. Zumindest eine der Wärmenübertragungsoberflächen, entweder des festen Kühlkörpers und/oder der elektronischen Einrichtung hat eine Vielzahl von Rillen, die mit der Außenseite dieser einen Wärmeübertragungsoberfläche in Verbindung stehen. Bei dieser bekannten Anordnung ist es als nachteilig anzusehen, daß sie relativ hoch baut.An arrangement of this type is known from DE 39 32 079 A1. This document discloses one Cooling device for an electronic device, wherein a close thermal contact between the electronic device and a fixed heat sink for cooling the electronic Device is manufactured. A thermally conductive fluid is on a heat transfer provided surface of the electronic device. The solid heat sink is replaced by a external force in close contact with the heat transfer surface of the electronic Brought establishment. At least one of the heat transfer surfaces, either the fixed heat sink and / or the electronic device has a variety of grooves with the outside of this one heat transfer surface. In this known arrangement, it is disadvantageous that it builds relatively high.

Aus DE 92 14 061 U1 und DE 83 20 682 U1 ist die Verwendung einer Kälte bzw. Wärmeleitpaste zwischen Kälte- bzw. Wärmeübertragungsgliedern bekannt.From DE 92 14 061 U1 and DE 83 20 682 U1 the use of a cold or Thermal paste between refrigeration or heat transfer elements known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der gattungsgemäßen Art anzugeben, die bei sehr flacher Bauweise einen möglichst geringen thermischen Übergangswiderstand zwischen dem Bauelement und dem Kühlkörper aufweist. The invention has for its object an arrangement of the generic type to specify the lowest possible thermal with a very flat design Has contact resistance between the component and the heat sink.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wärmeübertragungsglieder auf den einander zugewandten Oberflächen Säulen in schachbrettmusterartiger Anordnung aufweisen.According to the invention this object is achieved in that the heat transfer elements the facing surfaces of columns in a checkerboard pattern exhibit.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch 2 angegeben.An advantageous embodiment of the invention is specified in subclaim 2.

Der mit der Erfindung erzielbare besonderer Vorteil ist darin zu sehen, daß die gegenüberliegenden Flächeanteile der komplimentären Wärmeübertragungsglieder besonders groß sind, so daß sich die angestrebte sehr flache Bauweise bei niedrigem Wärmeübergangsiderstand erzielen läßt.The particular advantage that can be achieved with the invention is that the opposite surface portions of the complementary heat transfer elements in particular are large, so that the desired very flat design with low Can achieve heat transfer resistance.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.The invention is based on an embodiment shown in the drawing is illustrated, explained in more detail.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch die Anordnung zur thermischen Kopplung und Fig. 1 is a sectional view through the arrangement for thermal coupling and

Fig. 2 eine ausschnittweise perspektivische Darstellung des Wärmeübertragungs gliedes Fig. 2 is a fragmentary perspective view of the heat transfer member

Als bevorzugte Ausführungsform wird nachstehend die Kühlung eines Mikroprozessor schaltkreises beschrieben, der in einer Automatisierungsanlage eingebaut ist.The cooling of a microprocessor is described below as a preferred embodiment described circuit that is installed in an automation system.

Dazu ist in Fig. 1 in teilweiser Schnittdarstellung eine Anordnung der erfindungswesentlichen Bestandteile gezeigt. Auf einer Leiterplatte 7 ist eine Fassung 6 angeordnet, die zur steckbaren Aufnahme eines als Mikroprozessorschaltkreis ausgeführten Bauelementes 4 vorgesehen ist. Das Bauelement 4 ist durch ein flaches, im wesentlichen quaderförmiges Gehäuse gebildet, wobei die der Leiterplatte 7 zugewandte Seite des Bauelementes 4 weitgehend mit Anschlußstiften 8 besetzt ist. Als thermisch kontaktierbare Oberfläche des Bauelementes 4 ist demgemäß vorzugsweise die der Leiterplatte 7 abgewandte Seite des Bauelementes 4, die zudem aufgrund der Bauform die thermisch schlüssigste Verbindung zur Wärmequelle darstellt, vorgesehen.For this purpose, an arrangement of the components essential to the invention is shown in FIG. 1 in a partial sectional view. A socket 6 is arranged on a printed circuit board 7 and is provided for the pluggable reception of a component 4 designed as a microprocessor circuit. The component 4 is formed by a flat, essentially cuboid housing, the side of the component 4 facing the printed circuit board 7 being largely occupied by connecting pins 8 . Accordingly, the thermally contactable surface of the component 4 is preferably that side of the component 4 which faces away from the printed circuit board 7 and which, owing to the design, also represents the most thermally coherent connection to the heat source.

Wegen zulässiger Toleranzen können beliebige Punkte auf der der Leiterplatte 7 abgewandten Oberfläche des Bauelementes 4, in Fig. 1 symbolisiert durch die senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Körperkanten des Bauelementes 4, verschieden von der Leiterplatte 7 beabstandet sein, d. h. H1 ≠ H2. Dabei sind die konkrete Schieflage sowie die absoluten Abstandsmaße H1 und H2 völlig unbestimmt.Because of permissible tolerances, any points on the surface of the component 4 facing away from the printed circuit board 7 , symbolized in FIG. 1 by the body edges of the component 4 running perpendicular to the plane of the drawing, can be spaced differently from the printed circuit board 7 , ie H1 ≠ H2. The specific skew and the absolute distance dimensions H1 and H2 are completely undetermined.

In einem konstanten Abstand ist parallel zur Ebene der Leiterplatte 7 ein Kühlkörper 1 angeordnet, der über nicht dargestellte, gleichlange Distanzstücke mit der Leiterplatte 7 fest verbunden sein kann. Zum Ausgleich der Abstandsdifferenzen zwischen der der Leiterplatte 7 abgewandten Oberfläche des Bauelementes 4 und der dem Bauelement 4 zugewandten Oberfläche des Kühlkörpers 1 sind zwei komplementäre, spielbehaftet mäanderförmig ineinandergreifende, geschnitten dargestellte Wärmeübertragungsglieder 2 und 3 vorgesehen. Dabei ist eines der Wärmeübertragungsglieder 2 starr an dem Kühlkörper 1 befestigt und das andere Wärmeübertragungsglied 3 ist durch eine Feder 5 flächenhaft mit der der Leiterplatte 7 abgewandten, thermisch kontaktierbaren Oberfläche des Bauelementes 4 kraftschlüssig verbunden. Dabei gestattet das vorgesehene Spiel zwischen den Wärmeübertragungsgliedern 2 und 3 den beabsichtigten Ausgleich der Schieflage und der Abstände.At a constant distance, a heat sink 1 is disposed parallel to the plane of the circuit board 7, which is not shown via equal length spacers may be integral with the printed circuit board. 7 To compensate for the differences in distance between the surface of the circuit board 7 facing away from the component 4 and the component 4 facing surface of the cooling body 1 are two complementary meander interdigitated heat transfer elements, cut 2 and 3 illustrated with play provided. In this case, one of the heat transfer members 2 is rigidly fixed to the heat sink 1 and the other heat transfer member 3 is facing away by a spring 5-dimensionally with the circuit board 7, thermally contactable surface of the component 4 non-positively connected. The intended play between the heat transfer elements 2 and 3 allows the intended compensation of the skew and the distances.

Durch flächige Auflage des Wärmeübertragungsgliedes 3 auf der thermisch kontaktierbaren Oberfläche des Bauelementes 4 wird der thermische Obergangswiderstand an diesem Übergang kleingehalten, so daß das Temperaturgefälle zwischen dem Bauelement 4 und dem Wärmeübertragungsglied 3 gering ist. Der Wärmeübertragungswiderstand zwischen dem Kühlkörper 1 und dem Wärmeübertragungsglied 2 ist wegen der starren Verbindung vernachlässigbar.By laying the heat transfer element 3 flat on the thermally contactable surface of the component 4 , the thermal transition resistance at this transition is kept small, so that the temperature gradient between the component 4 and the heat transfer element 3 is small. The heat transfer resistance between the heat sink 1 and the heat transfer member 2 is negligible because of the rigid connection.

Die Zwischenräume zwischen dem Kühlkörper 1 und dem daran befestigten Wärmeübertragungsglied 2, zwischen dem Bauelement 4 und dem mit ihm verbundenen Wärmeübertragungsglied 3 sowie zwischen den beiden Wärmeübertragungsgliedern 2 und 3 sind mit einer für sich bekannten Wärmeleitpaste ausgefüllt. Auf diese Weise wird der thermische Gesamtübergangswiderstand zwischen dem Bauelement 4 und dem Kühlkörper 1 weiter reduziert. The spaces between the heat sink 1 and the heat transfer element 2 attached to it, between the component 4 and the heat transfer element 3 connected to it and between the two heat transfer elements 2 and 3 are filled with a thermal paste known per se. In this way, the overall thermal contact resistance between the component 4 and the heat sink 1 is further reduced.

Der Ausschnitt in Fig. 2 zeigt ein Wärmeübertragungsglied 2 bzw. 3 mit rechteckiger Grundfläche, die schachbrettmusterartig mit Säulen besetzt ist. Im Rahmen des Spiels zwischen den Säulen ist eine Verkippung komplementärer Wärmeübertragungsglieder zueinander in beliebigen Winkeln, bezogen auf eine Körpergrundkante, möglich. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet für Bauelemente, deren thermisch kontaktierbare Oberfläche eine rechteckige Gestalt aufweist.The section in Fig. 2 shows a heat transfer element 2 or 3 with a rectangular base, which is occupied with columns in a checkerboard pattern. Within the scope of the play between the columns, tilting of complementary heat transfer elements to one another at any angle, based on a body base edge, is possible. This embodiment is particularly suitable for components whose thermally contactable surface has a rectangular shape.

Reference list

11

Kühlkörper
Heatsink

22nd

, ,

33rd

Wärmeübertragungsglieder
Heat transfer elements

44th

Bauelement
Component

55

Feder
feather

66

Fassung
Frame

77

Leiterplatte
Circuit board

88th

Anschlußstifte
Pins

Claims

1. Arrangement for thermal coupling between a component and a heat sink, in which the planes of the thermally contactable surfaces differ from the parallelism and a nominal distance, two complementary, playful, meandering interlocking heat transfer elements being provided, one of which is rigidly attached to the heat sink and the other spring-loaded area is connected to a thermally contactable surface of the component, and which are designed such that the sum of the opposite surface portions of the complementary, meandering interlocking heat transfer elements for each heat transfer element is larger than the thermally contactable surface of the component, characterized in that the Have heat transfer elements ( 2 , 3 ) on the mutually facing surfaces in a checkerboard pattern arrangement.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that at least one of the gaps between the heat sink ( 1 ) and the heat transfer member ( 2 ) attached thereto, between the component ( 4 ) and the heat transfer member ( 3 ) connected to it and between the two heat transfer members ( 2 , 3 ) is filled with a thermal paste.