DE19619060A1

DE19619060A1 - Kühlkörper aus Metall für Elektronikmodule

Info

Publication number: DE19619060A1
Application number: DE1996119060
Authority: DE
Inventors: Thomas Jaentsch; Wolfgang Lang
Original assignee: AUSTERLITZ ELECTRONIC GmbH
Current assignee: AUSTERLITZ ELECTRONIC GmbH
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1996-05-13
Publication date: 1997-11-20

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlkörper aus Metall für Elektronikmodule, insbesondere stranggepreßter Aluminium-Rippenkühlkörper zum Einbau in Schaltschrankwände od. dgl., mit verbesserter Abschirmwirkung gegen elektromagnetische Strahlung.

Bei den bekannten Aluminium-Rippenkühlkörpern für Elektronikmodule besteht die Schwierigkeit, daß sich auf der Aluminiumoberfläche eine Aluminiumoxid schicht ausbildet, die - mit der Zeit in der Schichtdicke zunehmend - sowohl den Wärmeübergang von den Elektronikmodulen auf den Kühlkörper und die Abstrah lung vom Kühlkörper behindert als auch darüber hinaus als elektrisch isolierende Schicht eine leitende Verbindung beim Einbau in metallische Schaltschrankwände und damit eine exakte elektromagnetische Abschirmung der Ausnehmung der Schaltschrankwand für den Kühlkörper verhindert.

Um die Schwierigkeiten mit der sich auf blanken Aluminiumkühlkörpern ausbil denden Aluminiumoxidschicht zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen worden, die Kühlkörper zu eloxieren. Dies führt zwar zu einer guten Wärmeabstrahlung des Kühlkörpers, jedoch zu einer äußerst schlechten elektrischen Verbindung zwischen dem Kühlkörper und dem Gehäuse. Darüber hinaus ist anstelle einer Eloxierung auch bereits ein Pulverlacküberzug vorgeschlagen worden, der aber noch schlechtere elektrische Verbindungen zwischen Kühlkörper und Gehäuse erzeugen würde. Das partielle Auffräsen des Pulverlacküberzugs zum Einsetzen eines elektromagnetischen Dichtelements hat dann aber wieder den Nachteil, daß an dieser aufgefrästen Stelle sich ein Aluminiumoxidüberzug ausbildet, der letzt endlich im Laufe der Zeit den elektrischen Übergang wiederum behindert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kühlkörper der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß er eine gute elektrische Verbindung zwi schen Aluminiumkühlkörper und Gehäuse und gleichzeitig eine optimale Wärme abstrahlung zuläßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Kühlkörper zumindest auf der wärmeaufnehmenden Montageseite mit einer dauerhaften, elektrisch und thermisch gut leitenden Schutzschicht und auf der äußeren Ab strahlseite mit einem die Wärmeabstrahlung erhöhenden Überzug, insbesondere Pulverlacküberzug, versehen ist.

Erfindungsgemäß ist also eine Kombination der bekannten elektrisch und ther misch gut leitenden Schutzschichten und eines Pulverlacküberzugs vorgesehen, wobei die jeweiligen unterschiedlichen Überzüge ganz gezielt nach der Funkti onsweise der entsprechenden Kühlkörperoberfläche ausgewählt sind. Die Schutz schicht, die beispielsweise auch eine Nickelschicht sein könnte, soll bevorzugt eine Chromatierungs-, insbesondere Gelbchromatierungs-Schicht mit einer Schichtdicke von ca. 100 nm bis 1 µm sein. Eine solche Chromatschicht, die ei gentlich eine Schicht von Oxidhydraten des Aluminiums und des Chroms ist, ist so dünn herstellbar, daß eine gute elektrische Leitung durch sie hindurch möglich ist, obgleich die Chromatierungsschicht in größeren Schichtdicken isolierend wäre. Der besondere Vorteil liegt dabei darin, daß eine solche Chromatierungsschicht auch bei sehr dünner Ausbildung in der Größenordnung von etwa 100 nm, bei der der elektrische Flächenwiderstand je nach Anpreßdruck einer EMV-Dichtung eine Größenordnung von 10 bis 100 µΩ/cm² erreicht, eine sehr dauerhafte Beschich tung ist, die auch nach längerer Zeit beständig erhalten bleibt. Dadurch ergibt sich ein dauerhafter Schutz gegen ein Oxidieren der Aluminiumoberfläche und damit eine dauerhafte Aufrechterhaltung des aufgrund der geringen Schichtdicke recht guten elektrischen Übergangs durch die Chromatierungsschicht hindurch.

Die Schutzschicht soll dabei bevorzugt so ausgewählt sein, daß sie als Haftver mittlerschicht für den Pulverlacküberzug dienen kann, so daß - was bei einer Chromatierungsschicht der Fall ist - diese Chromatierungsschicht zunächst allsei tig auf den Kühlkörper aufgebracht sein kann und anschließend auf der wärme abstrahlenden Außenseite der Pulverlacküberzug aufgebracht wird. Dies ergibt eine besonders einfache Fertigung eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers.

Der Pulverlacküberzug, der zur Kennzeichnung von Baugruppen im Sichtbereich auch farbig ausgebildet sein kann und nicht unbedingt schwarz ausgebildet sein muß, da auch andere Farben nur geringfügig kleinere Wärmeabstrahlung aufwei sen als ein schwarzer Pulverlacküberzug, kann bevorzugt eine Schichtdicke von ca. 100 µm aufweisen. Durch den Pulverlacküberzug kann der Kühlkörper wär meabgabeseitig mit einem Emissionskoeffizienten von 0,8 bis 0,9 ausgestattet werden, wobei die Erhöhung der Wärmeabgabe durch die Pulverlackbeschichtung je nach Geometrie des Kühlkörpers (geometrischem Aufbau) ca. 15 bis 25% ge genüber wärmeabgabeseitig metallisch blanken oder rein chromatierten Kühlkör pern erhöht ist. Die farbige Ausbildung des Pulverlacküberzugs hat neben der be reits angesprochenen Kennzeichnung von Baugruppen im Sichtbereich auch den Vorteil, daß die Gehäuse, in deren Wandungen die Kühlkörper für die Elektronik module eingesetzt sind, insgesamt farbig ausgestaltet sein können und somit die Kühlkörper im Bedarfsfall optisch nicht besonders auffallen und stören können.

Der erfindungsgemäße Pulverlacküberzug auf der Wärmeabgabeseite, sprich der Außenseite des Gehäuses, an der etwaige korrosive Umwelteinflüsse bestehen können, hat darüber hinaus den Vorteil, daß durch Auswahl eines entsprechen den Pulverlacks aus einem säure-, laugen- und/oder lösungsmittelbeständigen Material ein wirksamer Schutz gegen solche korrosive Einflüsse erzielt werden kann.

In an sich bekannter Weise können auf der Montagefläche bzw. einem seitlichen Montagerand Aufnahmen für Dichtelemente, z. B. EMV-Dichtbänder und/oder EMV-Dichtschnüre und/oder Feuchtigkeitsdichtungen, vorgesehen sein, wobei die Aufnahmen beispielsweise eingefräste oder angepreßte, ein Rechteck bildende Nuten sind, deren Wandungen mit der elektrisch und thermisch gut leitenden Schutzschicht, also bevorzugt der weiter oben im einzelnen angesprochenen Chromatierungsschicht, überzogen sind. Alternativ wäre es - wegen des Wegfalls von nicht beim Strangpressen herstellbaren Quernuten - auch möglich, die Dichte lemente am Gehäuse, bzw. in Nuten des Gehäuses, festzulegen, so daß die Montagefläche eben ausgebildet sein kann. Eventuell könnten an der Montageflä che auch Rippen vorgesehen sein, die in die Nuten des Gehäuses mit den darin angeordneten Dichtelementen eintauchen.

Anstelle des bereits angesprochenen Herstellungsverfahrens, bei dem zunächst der gesamte Kühlkörper mit einer Chromatierungsschicht und dann auf der wär meabstrahlenden Außenseite mit einem Pulverlacküberzug versehen wird, wobei die Chromatierungsschicht unter dem Pulverlacküberzug als Haftvermittlerschicht dient, kann auch vorgesehen sein, daß der Kühlkörper mit oder ohne allseitige Chromatierungsschicht zunächst allseitig pulverbeschichtet und somit allseitig mit einem Pulverlacküberzug versehen wird, und daß anschließend auf der Montage seite, also speziell den Dichtflächen zum Gehäuse hin, die Beschichtung bis auf den Grundwerkstoff (Aluminium) abgearbeitet und durch anschließendes nochma liges Aufbringen einer Schutzschicht, also vorzugsweise durch Chromatieren, an den bearbeiteten freigelegten Stellen wiederum leitfähig beschichtet wird, ohne die verbliebene Pulverbeschichtung in ihrer Funktion negativ zu beeinflussen. Die Frage, ob man zunächst von einem allseits chromatierten Kühlkörper oder einem allseits blanken Kühlkörper ausgeht, hängt weitestgehend davon ab, welche Her stellungsmethode im Anwendungsfall günstiger ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers von der rückwärtigen Montageseite, auf die auch die zu kühlenden Elektronikmodule aufgebracht werden,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, und

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt entsprechend dem Ausschnitt III in Fig. 2.

Der in den Zeichnungen dargestellte Kühlkörper besteht aus einem stranggepreß ten Aluminium-Rippenkühlkörper 1, dessen Rückseite 2 zur Aufnahme der zu kühlenden Elektronikmodule dient, wobei diese Rückseite 2 gleichzeitig auch die Montagefläche bildet, um den Kühlkörper über einem entsprechenden, gegenüber der Kühlkörperfläche kleineren Ausschnitt des die Elektronik aufnehmenden Ge häuses zu befestigen, derart, daß eine sichere Abschirmung gegen elektroma gnetische Strahlung erzielt wird. Zu diesem Zweck ist in der Montagefläche 2 eine Nut 3 ausgebildet, die zur Aufnahme einer EMV-Dichtschnur 4 dient. Der blanke Aluminiumkühlkörper 1 ist auf seiner gesamten Außenfläche mit einer Chromatie rungsschicht, insbesondere Gelbchromatierungsschicht 5 versehen. Während diese Chromatierungsschicht in einer Schichtdicke von 100 nm bis 1 µm auf der Montageseite 2 freibleibt - wobei darauf geachtet wird, daß eine solche Chroma tierungsschicht auch im Bereich der Nut zur Aufnahme der EMV-Dichtschnur 4 vorhanden ist - ist im übrigen Bereich, also auf der äußeren Abstrahlseite, die Chromatierungsschicht vollständig von einem Pulverlacküberzug 6 überdeckt. Dieser Pulverlacküberzug 6, der zur Erhöhung der Wärmeabstrahlung schwarz ausgebildet ist, jedoch - worauf bereits in der Beschreibung hingewiesen wurde - auch ohne größere Einbußen an Wärmeabstrahlungsfähigkeit farbig ausgebildet sein kann, ergibt gegenüber der reinen Chromatierungsoberfläche der Rippen oder gar der metallisch blanken Oberfläche der Rippen eine ca. 15 bis 25% bes sere Wärmeabstrahlwirkung. Die Schichtdicke des Pulverlacküberzugs 6 kann unterschiedlich gewählt sein. Eine typische geeignete Schichtdicke ist etwa 100 µm.

Claims

1. Kühlkörper aus Metall für Elektronikmodule, insbesondere stranggepreßter Aluminium-Rippenkühlkörper zum Einbau in Schaltschrankwände od. dgl., mit verbesserter Abschirmwirkung gegen elektromagnetische Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß er zumindest auf der wärmeaufnehmenden Montageseite (2) mit einer dauerhaften, elektrisch und thermisch gut leiten den Schutzschicht (5) und auf der äußeren Abstrahlseite mit einem die Wärmeabstrahlung erhöhenden Überzug (6) versehen ist.

2. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (6) ein Pulverlacküberzug ist.

3. Kühlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (5) als Haftvermittlerschicht für den Überzug (6) allseits auf den Kühlkörper (1) aufgebracht ist.

4. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (5) eine Chromatierungs-, insbesondere Gelbchro matierungs-Schicht mit einer Schichtdicke von ca. 100 nm bis 1 µm ist.

5. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulverlacküberzug (6) eine Schichtdicke von ca. 100 µm aufweist.

6. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulverlacküberzug (6) zur Kennzeichnung von Baugruppen im Sichtbereich farbig ausgebildet ist.

7. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulverlacküberzug (6) aus einem säure-, laugen- und/oder lö sungsmittelbeständigen Material besteht.

8. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Montagefläche (2), einem seitlichen Montagerand oder an der Gegenfläche des Gehäuses Aufnahmen (3) für Dichtelemente (4) vorgese hen sind.

9. Kühlkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (3) Nuten des Kühlkörpers sind, deren Wandungen mit der elektrisch und thermisch gut leitenden Schutzschicht (5) überzogen sind.

10. Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein, vorzugsweise allseits chromatier ter, Kühlkörper partiell auf der äußeren Wärmeabstrahlseite pulverbe schichtet wird.

11. Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorzugsweise allseits chromatierter Kühlkörper pulverbeschichtet wird und allseits die Pulverbeschichtung durch Bearbeiten, insbesondere spanendes Bearbeiten an den Dichtflä chen bis auf den Grundwerkstoff abgearbeitet wird und daß anschließend die Dichtfläche erneut mit der elektrisch und thermisch gut leitenden Schutzschicht überzogen, vorzugsweise chromatiert wird.