DE19960498A1

DE19960498A1 - Heat sink body for electronic component has region with closed cross-section supplied with cooling medium for transfer of waste heat

Info

Publication number: DE19960498A1
Application number: DE1999160498
Authority: DE
Inventors: Reinhard Heyder; Michael Fischer; Joerg Skrippek
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2001-06-21

Abstract

The heat sink body (3) lies in contact with an electronic component (2) mounted on a circuit board (1) and has a region which has a closed cross-section through which a cooling medium is passed, e.g. a closed cooling medium circuit, for transfer of heat to the cooling medium. The heat sink body can be offset relative to the electronic component.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlkörper zum Kühlen eines elektronischen Bau elements, der einen von einem Kühlmedium durchströmbaren Bereich aufweist.The invention relates to a heat sink for cooling an electronic construction elements, which has a region through which a cooling medium can flow.

Es ist bekannt, elektronische Bauelemente, insbesondere Halbleiterbauelemente, die als Leistungsbauelemente eingesetzt werden, zu kühlen. Leistungsbauelemente sind bei spielsweise IGBT-Transistoren oder MOSFET-Transistoren. IGBT-Transistoren werden in Umrichtern für frequenzumgerichtete Elektromotoren eingesetzt. Aus der EP 0 565 157 A1 ist eine elektronische Schaltung bekannt, die einen Umrichter umfaßt. Der Umrichter dient zur Erzeugung einer Speisespannung für einen Elektromotor. Er weist Leistungstransistoren zur Erzeugung einer blockförmigen Speisespannung für den Motor auf.It is known to use electronic components, in particular semiconductor components, as Power components are used to cool. Power components are included for example IGBT transistors or MOSFET transistors. IGBT transistors are in Inverters used for frequency-converted electric motors. From EP 0 565 157 A1 an electronic circuit is known which comprises a converter. The converter is used to generate a supply voltage for an electric motor. He points Power transistors for generating a block-shaped supply voltage for the motor on.

Es sind Kühlkörper bekannt, die aus Aluminium bestehen und eine rippenförmige Struktur haben. Im Bereich zwischen den Rippen strömt Luft als kühlendes Medium, um die von dem Leistungshalbleiter abgegebene Wärme aufzunehmen und in die Umgebung zu übertragen.Heat sinks are known which consist of aluminum and have a rib-shaped structure to have. In the area between the ribs, air flows as a cooling medium around which of absorb heat given off by the power semiconductor and into the environment transfer.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Kühlkörper zu schaffen, der eine erhöhte Kühlwir kung aufweist.It is the object of the invention to provide a heat sink which has an increased cooling effect kung.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Bereich einem geschlos senen Querschnitt aufweist, durch den das kühlende Medium hindurchströmt. According to the invention this object is achieved in that the area is closed has its cross section through which the cooling medium flows.

Es hat sich herausgestellt, daß sich die Kühlwirkung eines derartigen kühlenden Körpers erhöhen läßt, wenn der Kühlkörper einen geschlossenen Querschnitt aufweist, durch das kühlende Medium nach Art eines Kamins hindurchströmt, wobei es die von dem elektroni schen Bauelement abgegebene Wärme aufnimmt. Durch den geschlossenen Querschnitt wird sichergestellt, daß ein kontinuierlicher Fluß von kühlender Luft entsteht, der die Wär me abführt.It has been found that the cooling effect of such a cooling body can increase if the heat sink has a closed cross section through which Cooling medium flows through like a chimney, whereby it is the electroni absorbs heat given off by the component. Due to the closed cross section it is ensured that a continuous flow of cooling air arises, which the heat me away.

Vorteilhaft ist weiter, wenn der Kühlkörper auch in Fließrichtung des Mediums geschlos sen ist und somit den Durchfluß eines eingeschlossenen Mediums ermöglicht. Als Medium eignet sich jede Flüssigkeit oder jedes Gas, wobei Flüssigkeiten oder Gase mit hoher Wärmekapazität und gutem Wärmeübergang besonders geeignet sind.It is also advantageous if the heat sink is also closed in the direction of flow of the medium sen and thus allows the flow of an enclosed medium. As Medium is any liquid or gas, with liquids or gases high heat capacity and good heat transfer are particularly suitable.

Vorzugsweise bildet der von dem Kühlmedium durchströmte Bereich einen kreisförmigen oder rechteckförmigen Querschnitt aus.The area through which the cooling medium flows preferably forms a circular one or rectangular cross-section.

Vorteilhaft besteht der von dem Kühlmedium durchströmte Bereich aus Aluminium oder Kupfer. Ebenso eignen sich auch andere wärmeleitfähige Materialien. Der Kühlkörper wird vorzugsweise oberhalb oder seitlich des Bauelements angebracht, das zu kühlen ist.The area through which the cooling medium flows advantageously consists of aluminum or Copper. Other thermally conductive materials are also suitable. The heat sink is preferably attached above or to the side of the component that is to be cooled.

Dabei ist das zu kühlende Bauelement vorzugsweise auf einer Leiterplatte angeordnet, so daß der Kühlkörper entweder an dem Bauelement selbst oder auf der Leiterplatte befe stigt ist. Der Kühlkörper ist an der Oberfläche des zu kühlenden Bauelements angeord net, daß, wenn er einen geschlossenen Kühlkreislauf enthält, das Fließen des kühlenden Mediums aufgrund von Konvektion erleichtert ist. Dabei ist beispielsweise der Kühlkörper teilweise auf der oberen, freien Oberfläche des zu kühlenden Bauelements und teilweise frei in den Raum ragend angeordnet, um einen besseren Wärmeübergang von dem durch das Bauelement erwärmten Kühlmediums auf die Umgebungsluft zu gewährleisten.The component to be cooled is preferably arranged on a circuit board, so that the heat sink befe either on the component itself or on the circuit board is increasing. The heat sink is arranged on the surface of the component to be cooled net that if it contains a closed cooling circuit, the flow of the cooling Medium is relieved due to convection. For example, the heat sink partly on the upper, free surface of the component to be cooled and partly arranged freely protruding into the room, for a better heat transfer from the to ensure cooling medium heated by the component to the ambient air.

Nachstehend wird die Erfindung in Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below in exemplary embodiments. Show it:

Fig. 1a eine Leiterplatte mit einem elektronischen Bauelement und einem auf dem Bauelement angeordneten Kühlkörper, FIG. 1a is a circuit board having an electronic component and a component arranged on the heat sink,

Fig. 1b den Kühlkörper gemäß Fig. 1a im Längsschnitt, FIG. 1b, the heat sink of Fig. 1a in longitudinal section,

Fig. 2a die Leiterplatte mit einem anderen Bauelement und zwei seitlich an diesem angeordneten Kühlkörpern, FIG. 2a, the circuit board with another component and two laterally arranged at this heat sinks,

Fig. 2b Querschnitte für einen in einer Anordnung gemäß Fig. 2a einsetzbaren Kühlkörper und Fig. 2b cross-sections for in an arrangement according to Fig. 2a usable heat sink and

Fig. 2c eine Leiterplatte mit mehreren Bauelementen und einem einzigen mehrere Bauelemente übergreifenden Kühlkörper. Fig. 2c shows a printed circuit board having a plurality of components and a single plurality of components cross-heatsink.

Auf einer Leiterplatte 1 (Fig. 1a) ist neben anderen (hier nicht dargestellten) Bauelemen ten ein Leistungshalbleiter-Bauelement 2 angeordnet. Auf ihm ist ein Kühlkörper 3 derart versetzt auf dem Leistungshalbleiter-Bauelement 2 angeordnet, daß sich ein im Innern des Kühlkörpers 3 in einer geschlossenen Rohrleitung 4 strömendes Medium (Fig. 1b) in folge von Konvektion bewegt und einen geschlossenen Kühlkreislauf bildet. Die durch die von der Wärme des Leistungshalbleiter-Bauelements 2 erwärmte Flüssigkeit, die das Lei stungshalbleiter-Bauelement 2 auf seiner Oberfläche abgibt, strömt in der Nähe einer Außenseite 3a des Kühlkörpers 3 nach oben und gibt dabei die aufgenommene Wärme an die Umgebungsluft ab. Dabei kühlt sich das in der Rohrleitung 4 enthaltene Kühlmedi um selber ab und fällt in einen Bereich 3b wieder nach unten, so daß es wieder von dem Leistungshalbleiter-Bauelement 2 Wärme aufnehmen kann und weiter in der in Fig. 1b dargestellten Richtung strömt. Als Medium 5 eignet sich sowohl eine Flüssigkeit als auch ein Gas. Als Flüssigkeit eignet sich insbesondere Wasser.On a circuit board 1 ( Fig. 1a), a power semiconductor component 2 is arranged next to other (not shown here) Bauelemen th. On it, a heat sink 3 is offset in such a way on the power semiconductor component 2 that a medium flowing in the interior of the heat sink 3 in a closed pipeline 4 ( FIG. 1 b) moves as a result of convection and forms a closed cooling circuit. The liquid heated by the heat of the power semiconductor component 2 , which the power semiconductor component 2 emits on its surface, flows near an outer side 3 a of the heat sink 3 and gives off the heat absorbed to the ambient air. The cooling medium contained in the pipeline 4 cools itself down and falls into an area 3 b again so that it can again absorb heat from the power semiconductor component 2 and continues to flow in the direction shown in FIG. 1 b. Both a liquid and a gas are suitable as medium 5 . Water is particularly suitable as the liquid.

In einer anderen Ausführungsform (Fig. 2a) sind seitlich des Leistungshalbleiter-Bauele ments 2 Kühlkörper 6, 7 angeordnet, die kaminartig ausgebildet sind und unten sowie oben offen sind. Sie haben im Innern entweder einen kreisförmigen Querschnitt 8 (Fig. 2b) oder einen rechteckigen Querschnitt 9 in der Nähe der Leiterplatte 1 nehmen die Kühlkörper 6, 7 jeweils kalte Luft auf, führen diese an den Seitenwänden des Leitungs halbleiter-Bauelements 2 entlang, so daß sie sich erwärmt, und lassen sie durch ihre obe re Außenfläche hinausströmen. Auch durch diese Maßnahme läßt sich eine einfache Kühlung des Leistungshalbleiter-Bauelements 2 erzielen. Zur besseren Kühlung lassen sich an den Kühlkörpern 6, 7 an allen freien, d. h. nicht an das Bauelement angrenzenden Seitenwänden Kühlrippen 15 vorsehen, die aus Gründen der einfacheren Darstellung in Fig. 2b nur an dem mit dem rechteckigen Querschnitt 9 versehenen Kühlelement an nur einer Seitenwand angeordnet sind. In another embodiment ( Fig. 2a) 2 heat sinks 6 , 7 are arranged on the side of the power semiconductor component, which are designed like a chimney and are open at the top and bottom. They have either a circular cross-section 8 ( FIG. 2b) or a rectangular cross-section 9 in the vicinity of the printed circuit board 1 , the heat sinks 6 , 7 each take cold air, lead them along the side walls of the line semiconductor component 2 , so that it heats up and let it flow out through its upper outer surface. This measure also enables simple cooling of the power semiconductor component 2 . For better cooling, cooling fins 15 can be provided on the heat sinks 6 , 7 on all free side walls, ie, not adjacent to the component, which, for reasons of simplicity in FIG. 2b, only on the cooling element provided with the rectangular cross section 9 on only one side wall are arranged.

Gemäß der Erfindung lassen sich somit kleinformatige Kühlkörper 3, 6, 7 vorsehen, die einfach aufgebaut sind und leicht hergestellt werden können.According to the invention, small-sized heat sinks 3 , 6 , 7 can thus be provided which are simple in construction and can be easily manufactured.

In Fig. 2c sind auf der Leiterplatte 1 neben dem Bauelement 2 weitere Bauelemente 10, 11 angeordnet, die ebenfalls Leistungshalbleiter-Bauelemente sind. In diesem Fall wer den die Bauelemente 2, 10, 11 durch einen gemeinsamen übergreifenden Kühlkörper 12 bedeckt, der eine Mehrzahl von parallel zu einer Oberfläche 13 der Bauelemente 2, 10, 11 verlaufender Schächte 14 umfaßt, die jeweils an ihren Enden offen sind, so daß Luft an einem Ende einströmen und an dem anderen Ende ausströmen kann. Die Schächte 14 haben entweder, wie in Fig. 2c dargestellt, einen rechteckigen oder einen runden Querschnitt. Ein Kühlkörper, der aufgebaut ist wie der Kühlkörper 14, läßt sich auch an den Seitenwänden der Bauelemente 2, 10, 11 vorsehen.In FIG. 2c, further components 10 , 11 , which are also power semiconductor components, are arranged on the circuit board 1 in addition to the component 2 . In this case, who the components 2 , 10 , 11 covered by a common overlapping heat sink 12 , which comprises a plurality of parallel to a surface 13 of the components 2 , 10 , 11 shafts 14 which are each open at their ends, so that air can flow in at one end and flow out at the other. The shafts 14 have either a rectangular or a round cross section, as shown in FIG. 2c. A heat sink, which is constructed like the heat sink 14 , can also be provided on the side walls of the components 2 , 10 , 11 .

Jeder der Kühlkörper 3, 5, 6, 14 kann über eine Wärmeleitfolie oder eine Wärmeleitpaste mit dem jeweiligen Bauelement 2, 10, 11 verbunden sein und zusätzlich auch mit anderen Teilen der elektrischen Einrichtung, in die er eingebaut ist.Each of the heat sinks 3 , 5 , 6 , 14 can be connected to the respective component 2 , 10 , 11 by means of a heat-conducting film or a heat-conducting paste and additionally also to other parts of the electrical device in which it is installed.

Claims

1. heat sink ( 3 , 6 , 7 , 14 ) for cooling an electronic component ( 2 ), the heat sink having a region through which a cooling medium ( 5 ) can flow, characterized in that the region has a closed cross section ( 4 , 8 , 9 ) through which the cooling medium ( 5 ) flows.

2. Heatsink ( 3 , 6 , 7 , 14 ) according to claim 1, characterized in that the loading area ( 4 ) is closed in the direction of flow of the cooling medium ( 5 ) and forms a closed circuit for the cooling medium ( 5 ).

3. heat sink ( 3 , 6 , 7 , 14 ) according to claim 1 or 2, characterized in that laterally on the power semiconductor component ( 2 ) is attached and is designed in a chimney shape, a cooling medium below in the heat sink ( 3 , 6 , 7 , 14 ) can be flowed in and can flow out through its upper outer surface.

4. heat sink ( 3 , 6 , 7 , 14 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that it has cooling fins ( 15 ) on its outer walls.

5. Heat sink ( 3 , 6 , 7 , 14 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that it is connected to the component ( 2 , 10 , 11 ) via a heat-conducting film or a heat-conducting paste.