DE19602943A1 - Verfahren zur Herstellung von Kühlkörpern zum Anbau an Halbleiterbauelemente sowie Schalenprofile zur Herstellung solcher Kühlkörper und nach dem Verfahren hergestellte Kühlkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kühlkörpern zum Anbau an Halbleiterbauelemente, bei dem stranggepreßte Schalenprofile mit etwa zueinander parallelen stegartigen Kühlrippen im Bereich ihrer Außenwandungen zu einem Hohlkammerprofil verbunden werden, wobei an den Endbe­ reichen der Außenwandungen wechselseitig Nuten und Steglei­ sten ausgebildet sind, die nach der Montage zweier Schalen­ profile ineinandergreifende Verbindungen bilden. Die Erfin­ dung betrifft auch für die Durchführung dieses Verfahrens geeignete Schalenprofile sowie einen Kühlkörper aus entspre­ chenden Schalenprofilen.

Bekannt sind zum Anbau an Halbleiterbauelemente als Kühlkör­ per in der Form von in Längsrichtung durchströmbaren Hohl­ kammern mit eingesetzten Kühlrippen, die aus zwei strangge­ preßten, etwa U-förmigen Aluminiumprofilen bestehen, deren Außenwandungen stirnseitig in der Art von Nut und Feder in­ einandergreifen. An einer Seite der Außenwandung eines sol­ chen Schalenprofiles ist jeweils eine Nut und an der anderen eine Stegleiste angeformt. Die eigentliche Verbindung der beiden vorzugsweise identischen Schalenprofile erfolgt je­ doch über stegartige, Hohlkammern aufweisende Kühlrippen, die mit ihren entsprechend ausgebildeten, etwa U-förmigen Enden in entsprechende Nuten an den Innenseiten der Schalen­ profile eingesteckt und durch entsprechenden Preßdruck auf beide Schalenprofile in diesen Nuten klemmend eingepreßt ge­ halten sind. Wegen des notwendigen hohen Preßdruckes ist es in der Praxis jedoch nicht möglich, solche Kühlkörper in ausreichend großen Längen nach dem bekannten Verfahren her­ zustellen. Es können daher nur relativ kurze Kühlkörperein­ heiten als Profilabschnitte hergestellt werden, wodurch nach diesem Verfahren hergestellte Kühlkörper relativ kostenauf­ wendig sind.

Bekannt sind sowohl aus der DE-PS 25 02 472 als auch aus der DE-PS 35 18 310 andere Herstellungsverfahren für halboffene Kühlkörper, bei denen die Kühlrippen auf einer Grundplatte in entsprechenden Aufnahmenuten eingepreßt gehalten sind. Rollenartige Preßwerkzeuge wirken dabei zwischen den einzel­ nen Kühlrippen auf die Zwischenstege an der Grundplatte und pressen damit Material in benachbarte Rippenräume an den Kühlrippen ein. Auf diese Weise lassen sich jedoch nur halb­ offene Kühlkörper herstellen. Die Kühlrippenabstände können wegen der Montageart nicht beliebig eng gesetzt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Kühlkörpern in Hohlprofilbauweise vorzu­ schlagen, mit dem Kühlkörper guter Wärmeleitfähigkeit, aus­ reichender Festigkeit und geringen Kosten herstellbar sind. Aufgabe der Erfindung ist es ebenfalls, dafür geeignete Schalenprofile vorzuschlagen und einen daraus hergestellten Kühlkörper.

Gelöst wird die Erfindungsaufgabe mit einem Verfahren nach Anspruch 1. Mit den Ansprüchen 2 und 3 werden geeignete Ver­ pressungsverfahren vorgeschlagen, die eine plastische Ver­ formung der Nuten und darin eingesetzten Stegleisten ermög­ lichen. Mit zwei Profilarten lassen sich unterschiedliche Bauhöhen herstellen. Die einzelnen Profile können im Kühl­ profil-Querschnitt beliebig eng gesetzt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Kühlkörper bzw. Kühlkörperstränge sehr großer Länge mit relativ gerin­ gem fertigungstechnischem Aufwand herstellen, die bei Bedarf in kürzere Abschnitte aufgeteilt werden können. Bereits bei der Montage sind die beiden dafür notwendigen Schalenprofile gegeneinander fixiert, so daß die bei bekannten Verfahren, bei denen die Kühlrippen zwischen den Schalenprofilen zu montieren sind, notwendigen Haltevorrichtungen entfallen können. Nach der Montage der Schalenprofile gegeneinander erfolgt erfindungsgemäß an den Längsseiten der Kühlkörper bzw. der Kühlkörperstränge eine Verpressung, die zu einer sehr innigen, mechanisch festen und den Wärmedurchgang be­ günstigenden Verbindung der beiden Schalenprofile führt. Diese Verbindungstechnik beeinflußt nicht die Art und die Anordnung der inneren Kühlrippen, deren Gestaltung damit aus dieser Sicht frei wählbar ist.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich in beson­ ders günstiger Weise Schalenprofile mit den Merkmalen der Ansprüche 4 bis 6 einsetzen. Bei solchen Profilausbildungen erfolgt im Bereich ihrer Verbindungsstellen nach dem Montie­ ren und Verpressen eine besonders innige formschlüssige Ver­ klammerung von jeweils zwei Stegleisten an einer Verbin­ dungsstelle. Solche Schalenprofile lassen sich in einfacher Weise als Strangpreßteile aus Aluminiumlegierungen herstel­ len. Bei Kühlkörpern nach den Ansprüchen 7 und 8 wird eine mögliche Durchbiegung ihrer Kontaktflächen vermieden.

Anhand eines abgebildeten Ausführungsbeispieles wird die Er­ findung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen aus zwei gleichen Schalenprofilen hergestellten Kühlkörper, wobei die linke Seite die Montagestellung vor dem Verpressen und die rechte Seite die Verbindung der Profile nach der Verpressung zeigt,

Fig. 2 einen Querschnitt mit gleichen Montagesituatio­ nen eines hohlen Kühlkörpers aus zwei unter­ schiedlichen Schalenprofilen mit zu einer Seite an einem Schalenprofil nach außen zusätzlich angeordneten Kühlrippen,

Fig. 3 einen Querschnitt in entsprechenden Montagean­ ordnungen durch einen Kühlkörper aus drei Scha­ lenprofilen unter Bildung von zwei Hohlkammern,

Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung durch einen Kühl­ körper mit drei Hohlkammern,

Fig. 5 u. 6 vergrößerte Darstellungen der beiden in den vorherigen Ausführungen verwendeten Schalenpro­ file,

Fig. 7 in einer Schnittdarstellung den vergrößerten Bereich einer Verbindungsstelle zweier Schalen­ profile nach der Verpressung und

Fig. 8 einen Schnitt durch einen aus drei Hohlkammern bestehenden Kühlkörper mit einer zusätzlichen Spannverbindung.

Mit Schalenprofilen 1 und 2 gemäß den Fig. 5 und 6 lassen sich Kühlkörper bzw. Kühlkörperstränge mit einer oder mehre­ ren Hohlkammern herstellen, wie sie beispielsweise in den Figuren bis 4 dargestellt worden sind. Schalenprofile 1 gemäß Fig. 6 besitzen einen etwa L-förmigen Querschnitt. Eine die jeweilige Kontaktfläche für ein zu kühlendes nicht dargestelltes Halbleiterelement bildet die mit der Ziffer 11 bezeichnete erste Außenwandung, an der senkrecht dazu die zweite Außenwandung 12 angeformt ist. An der Innenseite der ersten Außenwandung 11 sind in Abstand zueinander Kühlrippen 13 angeformt, die etwa parallel zur zweiten Außenwandung 12 angeordnet sind. Sowohl an der freien Stirnseite der ersten Außenwandung 11 als auch an der Stirnseite der zweiten Au­ ßenwandung 12 sind vorstehend Stegleisten 111 bzw. 121 ange­ formt, die gleichzeitig die Wandfläche für eine benachbart angeordnete entsprechend ausgebildete Nut 112 bzw. 122 bil­ den.

Mit zwei solcher Schalenprofile 1, die gegeneinander um 180° versetzt montiert werden, läßt sich ein Kühlkörper gemäß Fig. 1 herstellen. In dieser Anordnung werden dazu, wie auf der linken Seite der Fig. 1 angedeutet, die beiden Schalen­ profile 1 gegeneinander eingerichtet, wobei die Stegleisten 111 und 121 des einen Schalenprofiles in die Nuten 112 und 122 des anderen Schalenprofiles 1 zumindest teilweise form­ schlüssig eingreifen, wobei bereits eine Fixierung dieser beiden Schalenprofile 1 gegeneinander erfolgt. Zusätzlich greifen noch die Stegleisten 123 in die entsprechenden Nuten 122 ein. In dieser vorläufig fixierten Montageanordnung er­ folgt quer zur Längsrichtung der Schalenprofilanordnung eine Verpressung der Stegleisten 112 und 121 in den zugehörigen Nuten 122 und 112. Dadurch erfolgt eine sehr innige und sich verklammernde Verbindung unter Materialverformung. In vor­ teilhafter Weise können die Nuten 112 und 122 geringfügig hinterschnitten sein, so daß die ebenfalls in ihrem Kopfbe­ reich abgerundet verbreiterten Stegleisten 111 und 121 mit geringer Kraftaufwendung in diesen Nuten fixierbar sind.

Kühlkörper mit mehreren Hohlkammern und einer eventuellen endseitigen halboffenen Kammer gemäß den Fig. 2 bis 4 lassen sich beim zusätzlichen Einsatz von im Querschnitt et­ wa Z-förmigen Schalenprofilen 2 gemäß Fig. 5 herstellen. Solche Profile weisen, wie aus Fig. 5 ersichtlich, eine Stegwandung 21 auf, an der vorzugsweise zu beiden Seiten be­ abstandet die Kühlrippen 24 und 25 angeformt sind. An den Enden der Stegwandung 21 sind jeweils zu verschiedenen Sei­ ten senkrecht die Außenwandungen 22 und 23 angeformt. Sowohl die Stegwandung 21 als auch die Außenwandungen 22 und 23 weisen wiederum abstehend die zur Verbindung notwendigen Stegleisten 211, 221, 231 und 233 auf, denen benachbart je­ weils wiederum die entsprechend ausgebildeten Nuten 212, 222, 232 und 234 zugeordnet sind. Auch an diesem Schalenpro­ fil 2 sind wiederum weitere Stegleisten 223 und Nuten 213 vorgesehen. Solche Schalenprofile 2 lassen sich sowohl un­ tereinander als auch mit Schalenprofilen 1 montieren und durch Verpressen miteinander verbinden.

In Fig. 8 ist ein Kühlkörper gemäß dem Aufbau in Fig. 4 angedeutet, dessen außenliegende Schalenprofile 1 im Bereich ihrer Außenwandungen 11 durch einen oder mehrere Nietbolzen 3 verbunden sind, deren Köpfe 31 und 32 in Senkbohrungen 14 in diesen Außenwandungen 11 aufgenommen sind. Mit diesen Nietbolzen 3 wird die Verbindung verstärkt und sicherge­ stellt, daß keine Durchbiegung dieser Außenwandungen 11, die Kontaktflächen bilden können, erfolgt.

Insbesondere bei Kühlkörpern gemäß Fig. 8 ist es möglich, planparallele Kontaktflächen dadurch zu schaffen, daß Scha­ lenprofile 1 und 2 eingesetzt werden, bei denen zumindest mittig jeweils eine oder mehrere Kühlrippen 13' bzw. 25' ge­ ringfügig länger sind als die benachbarten Kühlrippen 13 und 25, so daß sichergestellt ist, daß aufgrund der Spannverbin­ dung über die Bolzen jeweils die benachbarten Außenwandungen 11 bzw. 21 der Schalenprofile 1 und 2 an diesen vorstehenden Rippen anliegen. Die Schalenprofile können bei einer solchen Konstruktion außen an den Kontaktflächen feinst überfräst werden, so daß planparallele Flächen entstehen, die zumin­ dest mittig gesichert abgestützt sind.

Im Prinzip ist eine solche innere Abstützung der Kühlkörper auch ohne die zusätzlichen Spannverbindungen möglich, da die äußeren Preßverbindungen in Zugrichtung so belastbar sind, daß sie aufgrund der inneren Abstützung im Randbereich auf­ tretende Zugkräfte aufnehmen können.

Bezugszeichenliste

1

Schalenprofil

11

erste Außenwandung

111

Stegleiste

112

Nut

113

Nut

12

zweite Außenwandung

121

Stegleiste

121

' verformte Stegleiste

122

Nut

123

Stegleiste

13

,

13

' Kühlrippen

14

Senkbohrung

2

Schalenprofil

21

Stegwandung

211

Stegleiste

212

Nut

213

Nut

22

Außenwandung

221

Stegleiste

222

Nut

223

Stegleiste

23

Außenwandung

231

Stegleiste

232

Nut

233

Stegleiste

234

Nut

235

Nut

24

Kühlrippe

25

,

25

' Kühlrippe

3

Nietbolzen

31

Kopf

32

Kopf

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung von Kühlkörpern zum Anbau an Halbleiterbauelemente, bei dem stranggepreßte Schalenpro­ file mit etwa zueinander parallelen stegartigen Kühlrip­ pen im Bereich ihrer Außenwandungen zu einem Hohlkammer­ profil verbunden werden, wobei an Endbereichen der Außen­ wandungen wechselseitig Nuten und Stegleisten ausgebildet sind, die nach der Montage zweier Schalenprofile ineinan­ dergreifende Verbindungen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenprofile (1, 2) zumindest teilweise form­ schlüssig ineinandergesteckt und durch diese Steckverbin­ dung fixiert werden und daß danach jeweils die ineinander gesteckten Stegleisten (111, 121, 211, 221, 231, 233) und zugehörigen Nuten (112, 122, 212, 222, 232, 234) in ihrer Querrichtung miteinander formschlüssig verpreßt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verpressung durch Rollen erfolgt, die parallel zur Längsrichtung der Stegleisten bzw. der Nuten geführt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verpressung absatzweise in Abständen, vorzugsweise durch Prägung erfolgt.

4. Schalenprofil zur Herstellung von Kühlkörpern nach An­ spruch 1, gekennzeichnet durch einen etwa L-förmigen Querschnitt, wobei innen an einer ersten Außenwand (11) die zueinander etwa parallelen Kühlrippen (13) und im Be­ reich ihrer Außenkante eine etwa parallel zur zweiten Au­ ßenwandung (12) gerichtete Stegleiste (111) abstehend an­ geformt sind, die gleichzeitig eine Wand einer sich etwa in Längsrichtung der ersten Außenwand (11) öffnenden Nut (112) bildet und an der zweiten Außenwandung (12) neben einer an ihrer Außenkante sich in Längsrichtung öffnenden Nut (122) eine ebenfalls eine Nutwand bildende Stegleiste (121) parallel angeformt ist, derart, daß zwei dieser Schalenprofile (1) jeweils um 180° zueinander mit ihren Stegleisten in die Nuten des anderen Schalenprofiles nach der Montage eingreifen.

5. Schalenprofil zur Herstellung von Kühlkörpern nach An­ spruch 1, gekennzeichnet durch einen etwa Z-förmigen Querschnitt, wobei an ihrer Stegwandung (21) an einer oder beiden Seiten parallel zu den beiden Außenwandungen (22, 23) Kühlrippen (24, 25) angeformt und sowohl an den Enden der Außenwandungen (22, 23) in ihrer Längsrichtung abstehend Stegleisten (221, 233) und benachbarte Nuten (222, 234) und zusätzlich an den Enden der Stegwandung (21) ebenfalls in Längsrichtung der Außenwandungen (22 bzw. 23) vorstehend Stegleisten (211, 231) ausgebildet sind, neben denen wiederum sich nach außen in Längsrich­ tung der Stegwandung (21) öffnende Nuten (212, 232) aus­ gebildet sind zur Verbindung mit Schalenprofilen nach An­ spruch 4.

6. Schalenprofil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mit abgerundetem Innenprofil ausgebil­ deten Nuten (112, 122, 212, 222, 232, 234, 235) geringfü­ gig hinterschnitten sind, derart, daß die jeweils zugehö­ rigen Stegleisten (111, 121, 211, 221, 231, 233) mit ih­ rem entsprechend verdickt ausgebildeten Kopfabschnitten geringfügig klemmend darin einrastbar sind.

7. Kühlkörper, bestehend aus Schalenprofilen nach den An­ sprüchen 4 oder 4 und 5, gekennzeichnet durch eine oder mehrere voneinander in Längsrichtung beabstandete Spann­ verbindungen (3).

8. Kühlkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannverbindungen jeweils an den beiden äußeren Scha­ lenprofilen (1) festgesetzte und durch eventuelle innere Schalenprofile (1, 2) hindurchgeführte Nietbolzen (3) sind.

9. Kühlkörper, bestehend aus Schalenprofilen nach den An­ sprüchen 4 oder 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß min­ destens mittig eine oder mehrere Kühlrippen (13', 25') geringfügig länger als die benachbarten Kühlrippen (13, 25) ausgebildet sind, derart, daß diese Kühlrippen (13', 25') an den jeweiligen Außenwandungen (11, 21) der je­ weils benachbarten Schalenprofile (1, 2) anliegen.