DE202004020947U1 - Electronic component e.g. power transistor, cooling unit, has base unit, with which component to be cooled is thermally connected, and cooling units that are pencil-shaped and are material-conclusively connected with base unit by soldering - Google Patents

Electronic component e.g. power transistor, cooling unit, has base unit, with which component to be cooled is thermally connected, and cooling units that are pencil-shaped and are material-conclusively connected with base unit by soldering Download PDF

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Abstract

The unit has a base unit (14), with which a component or a module to be cooled is thermally connected. A set of cooling units (22) is connected with the base unit and stays away from the base unit. The cooling units are pencil-shaped and are material-conclusively connected with the base unit by soldering. The cooling units are different or same in its length, its diameter, its geometry and its material.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper für ein elektronisches Bauelement, wie z.B. einen Leistungstransistor oder für eine elektronische Baugruppe.The The invention relates to a heat sink for an electronic Component such as e.g. a power transistor or for an electronic Assembly.

Es ist bekannt, elektronische Bauelemente oder Baugruppen zu kühlen. Marktübliche Kühlkörper bestehen aus beispielsweise Aluminium und werden als Strangpress- oder Fließpressteile hergestellt. Sie sind lediglich begrenzt an ihre Kühlaufgabe anpassbar. Außerdem ist die Herstellung von Strangpress- bzw. Fließpresssteilen relativ kostenintensiv und in ihrer geometrischen Ausformung (Gestaltung) eingeschränkt.It It is known to cool electronic components or assemblies. Commercially available heat sinks exist made of, for example, aluminum and are used as extruded or extruded parts produced. They are only limited to their cooling task customizable. Furthermore is the production of extruded or extruded parts relatively expensive and limited in their geometric shape (design).

Aus DE-94 03 685 U1 ist es bekannt, einen Kühlkörper aus einem Basiselement und einer Vielzahl von Kühlelementen in Form von von dem Basiselement abstehenden Platten aufzubauen, wobei die Kühlelemente mit Presssitz oder durch Verklebung thermisch mit dem Basiselement gekoppelt sind (siehe auch US 6,520,248 B2 bezüglich eines ähnlichen Standes der Technik).From DE-94 03 685 U1 it is known to build a heat sink of a base member and a plurality of cooling elements in the form of protruding from the base member plates, wherein the cooling elements are thermally coupled with interference fit or by gluing to the base member (see also US 6,520,248 B2 with respect to a similar prior art).

Ferner beschreibt US 6,260,610 B1 einen Kühlkörper mit einem Basiselement und einer Kühllamelle, die als im Querschnitt S- oder rechteckförmig verlaufenden Welle ausgebildet und an ihren Umlenkungspunkten durch Löten mit dem Basiselement verbunden ist.Further describes US 6,260,610 B1 a heat sink with a base member and a cooling fin, which is formed as a cross-sectional S- or rectangular wave and connected at their deflection points by soldering to the base member.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kühlkörper für ein elektronisches Bauelement oder eine elektronische Baugruppe anzugeben, der sich auf einfache Art und Weise der geforderten Kühlleistung entsprechend herstellen lässt.A The object of the invention is a heat sink for an electronic component or specify an electronic assembly that is simple Type of required cooling capacity can be produced accordingly.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Kühlkörper für ein elektronisches Bauelement, wie beispielsweise einen Leistungstransistor, oder für eine elektronische Baugruppe vorgeschlagen, wobei der Kühlkörper versehen ist mit

  • – einem Basiselement, mit dem das/die zu kühlende Bauelement/Baugruppe thermisch verbindbar ist, und
  • – mehreren Kühlelementen, die mit dem Basiselement verbunden sind und von diesem abstehen,
  • – wobei die Kühlelemente im Wesentlichen stiftförmig ausgebildet sind und
  • – wobei zumindest einige der Kühlelemente mit dem Basiselement durch Löten stoffschlüssig verbunden sind.
To solve this problem, a heat sink for an electronic component, such as a power transistor, or proposed for an electronic module, wherein the heat sink is provided with the invention
  • A base element with which the component / assembly to be cooled is thermally connectable, and
  • A plurality of cooling elements connected to and protruding from the base element,
  • - Wherein the cooling elements are formed substantially pin-shaped and
  • - Wherein at least some of the cooling elements are materially connected by soldering to the base member.

Wie jeder Kühlkörper weist auch der erfindungsgemäße Kühlkörper ein Basiselement auf, das beispielsweise als Plattenelement ausgebildet sein kann. Mit dem Basiselement thermisch verbindbar ist das zu kühlende Bauelement bzw. die zu kühlende Baugruppe. Von diesem Basiselement stehen eine Vielzahl von im wesentlichen stiftförmigen Kühlelementen ab, die mit dem Basiselement thermisch verbunden sind. Erfindungsgemäß sind nun zumindest einige dieser stiftförmigen Elemente nicht einteilig mit dem Basiselement ausgebildet, sondern sind als vom Basiselement separat ausgebildete Elemente ausgestaltet, die mit dem Basiselement durch Löten stoffschlüssig thermisch (und mechanisch) verbunden sind.As each heatsink points also the heat sink according to the invention Base element, which is formed for example as a plate element can be. This can be thermally connected to the base element cooling Component or to be cooled assembly. From this base element are a variety of essentially pin-shaped cooling elements from which are thermally connected to the base member. According to the invention are now at least some of these pen-shaped Elements not integrally formed with the base member, but are designed as elements formed separately from the base element, that with the base element by soldering cohesively thermally (and mechanically) are connected.

Nach der Erfindung können also einige der von dem Basiselement abstehenden stiftförmigen Elemente einteilig mit dem Basiselement ausgebildet sein. Ein solcher "Basis"-Kühlkörper kann dann in Abhängigkeit von der speziellen Kühlanforderung mit zusätzlichen separaten stiftförmigen Elementen "bestückt" werden, die thermisch leitend durch Verlötung an dem Basiselement angebracht werden.To of the invention that is, some of the pin-shaped elements protruding from the base element be formed integrally with the base member. Such a "base" heat sink can then depending from the special cooling requirement with additional separate pen-shaped Elements are "equipped", the thermal conductive by soldering attached to the base element.

Durch die Verwendung einzelner durch Löten stoffschlüssig mit dem Basiselement verbindbarer Stiftkühlelemente kann ein Kühlkörper geschaffen werden, der durch die flexible Auslegung der stiftförmigen Elemente bezüglich deren Länge, Durchmesser und Material sowie durch die Wahl der thermischen Übergangszonen zwischen den stiftförmigen Kühlelementen und dem Basiselement exakt entsprechend seinen individuellen Anforderungen ausgelegt werden kann. Die Erfindung beruht also auf der Erkenntnis, durch Wahl der Anzahl der Stiftkühlelemente und deren Ausbildung und Verbindungstechnik einen Kühlkörper zu schaffen, der an die ihm gestellte Aufgabe angepasst ist. So kann beispielsweise im Nahbereich einer Wärmequelle (d.h. in der Nähe des elektronischen Bauelements bzw. der elektronischen Baugruppe) eine Anpassung durch entsprechende Materialien (beispielsweise Kupfer), entsprechende Stiftdicken, Stiftlängen und Stiftgeometrien durchgeführt werden. Im wärmetechnisch unkritischeren Bereichen des Kühlkörpers können entsprechend kostengünstigere Materialien und Geometrien der stiftförmigen Elemente eingesetzt werden. Durch eine Oberflächenbehandlung bezüglich Lötfähigkeit kann so aus unterschiedlichen Stiften ein auf die Aufgabe ausgerichteter Kühlkörper aufgebaut werden.By the use of individual by soldering cohesively With the base element connectable pin cooling elements, a heat sink can be created, by the flexible design of the pin-shaped elements with respect to their Length, Diameter and material as well as through the choice of thermal transition zones between the pin-shaped cooling elements and the base element exactly according to its individual requirements can be designed. The invention is thus based on the knowledge by selecting the number of pin cooling elements and their training and connection technology to a heat sink which is adapted to the task assigned to it. So can for example, in the vicinity of a heat source (i.e., in the vicinity of the electronic Component or the electronic module) an adaptation corresponding materials (for example copper), corresponding Pen thicknesses, pen lengths and pen geometries performed become. In thermal engineering less critical areas of the heat sink can accordingly cost-effective Materials and geometries of the pin-shaped elements used become. Through a surface treatment regarding solderability can be so different from a pen-oriented to the task Heat sink can be constructed.

Vorzugsweise sind im Gegensatz zu bisher bekannten Kühlkörpern mit einteilig ausgebildeten stiftförmigen (Kühl-)Elementen erfindungsgemäß zumindest einige dieser mit dem Basiselement des Kühlkörpers verlötet. Hierzu bedarf es eines lötflächigen Materials des Basiselements zumindest an dessen Oberfläche. Beispielsweise kann das Basiselement aus Kupfer bestehen oder eine Kupferschicht aufweisen. Durch löttechnische Anbindung zumindest einiger dieser stiftförmigen Elemente lässt sich ein Kühlkörper aufbauen. Vorzugsweise sind sämtliche stiftförmigen Elemente mit dem Basiselement verlötet. Die Herstellung der stiftförmigen Elemente ist grundsätzlich beliebig. Die stiftförmigen Elemente weisen, wie das Basiselement, ein thermisch gut leitendes metallisches Material auf, das verlötbar ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn für die stiftförmigen Elemente sogenannte Kaltschlagteile, wie beispielsweise Nägel, eingesetzt werden. So lassen sich beispielsweise Kupfernägel mit dem Basiselement löttechnisch bequem verbinden, wobei hier ein Vorteil in den verbreiterten Köpfen der Nägel besteht, durch die der Wärmeübergang zwischen Basiselement und den stiftförmigen Elementen verbessert wird. Andere stiftförmige Elemente mit verbreiterten mit dem Basiselement verbundenen Enden als Kaltschlagteile sind ebenfalls möglich.Preferably, in contrast to previously known heat sinks with integrally formed pin-shaped (cooling) elements according to the invention at least some of these soldered to the base element of the heat sink. For this purpose, it requires a soldered material of the base element at least on its surface. For example, the base member made of copper or have a copper layer. By soldering connection of at least some of these pin-shaped elements can build a heat sink. Preferably, all pin-shaped elements with the base element soldered. The production of the pin-shaped elements is basically arbitrary. The pin-shaped elements, like the base element, have a thermally highly conductive metallic material that can be soldered. It is particularly advantageous if so-called cold-impact parts, such as nails, are used for the pin-shaped elements. Thus, for example, copper nails can be easily connected to the base element by soldering technology, in which case there is an advantage in the widened heads of the nails, by means of which the heat transfer between the base element and the pin-shaped elements is improved. Other pin-shaped elements with widened ends connected to the base element as cold-formed parts are also possible.

Das Lötmaterial ist entweder flächig auf einer der Seiten oder in einem Oberflächenbereich des Basiselements angeordnet oder das Basiselement weist eine Vielzahl von Lötmaterialinseln auf, über die ein stiftförmiges Element oder eine Gruppe von stiftförmigen Elementen jeweils löttechnisch an das Basiselement thermisch angekoppelt sind.The Solders is either flat on one of the sides or in a surface area of the base element arranged or the base member has a plurality of Lötmaterialinseln on, over the a pin-shaped Element or a group of pin-shaped elements each soldering are thermally coupled to the base element.

Die löttechnische Anbindung der Kühlelemente des Kühlkörpers kann beispielsweise bei einer Metallkernleiterplatine erfolgen. In diesem Ausführungsbeispiel bildet also eine der Metalllagen der Metallkernleiterplatine das Basiselement. Oder aber das Basiselement besteht aus einer in thermischer Verbindung mit einem Metallkern der Metallkernleiterplatine verbundenen Kupferschicht oder ähnlichen lötfähigen Schicht.The löttechnische Connection of the cooling elements of the heat sink can for example, done with a metal core board. In this embodiment Thus, one of the metal layers of the metal core circuit board forms the Base element. Or the basic element consists of one in thermal Connection connected to a metal core of the metal core board Copper layer or similar solderable layer.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.The The invention will be explained in more detail with reference to the drawing.

In der Zeichnung ist ein Schnitt durch einen Kühlkörper 10 gezeigt. Dieser Kühlkörper 10 dient in diesem Ausführungsbeispiel der Kühlung eines Leistungstransistors 12. Der Kühlkörper 10 weist ein plattenförmiges Basiselement 14 aus einem lötfähigen Material oder mit einer lötfähigen Oberfläche auf. An der einen großflächigen Seite 16 ist über eine Lötschicht der Transistor 12 thermisch angekoppelt, während von der anderen großflächigen Seite 20 des Basiselements 14 eine Vielzahl von stiftförmigen Kühlelementen 22 abstehen. Jedes stiftförmige Kühlelement 22 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein verbreitertes, dem Basiselement 14 zugewandtes Ende 24 auf, an dem es löttechnisch über eine Lötschicht 26 mit dem Basiselement thermisch gekoppelt ist. Durch Wahl der Länge, des Durchmessers, des Materials, der Geometrie und der Dichte der stiftförmigen Kühlelemente 22 kann der Kühlkörper 10 seiner Kühlaufgabe entsprechend ausgelegt werden. Bezüglich der zuvor genannten Parameter können sämtliche stiftförmigen Kühlelemente 22 gleich oder unterschiedlich bzw. gruppenweise gleich oder unterschiedlich sein.In the drawing is a section through a heat sink 10 shown. This heat sink 10 serves in this embodiment, the cooling of a power transistor 12 , The heat sink 10 has a plate-shaped base element 14 made of a solderable material or with a solderable surface. On the one large side 16 is the transistor via a solder layer 12 thermally coupled while from the other large-area side 20 of the base element 14 a variety of pin-shaped cooling elements 22 protrude. Each pin-shaped cooling element 22 has in this embodiment a widened, the base element 14 facing end 24 on, where it is soldering over a solder layer 26 is thermally coupled to the base member. By selecting the length, diameter, material, geometry and density of the pin-shaped cooling elements 22 can the heat sink 10 be designed according to its cooling task. With regard to the aforementioned parameters, all pin-shaped cooling elements 22 the same or different or groupwise be the same or different.

1010
Kühlkörperheatsink
1212
Transistortransistor
1414
Basiselementbase element
1616
Seitepage
2020
Seitepage
2222
Kühlelementcooling element
2424
EndeThe End
2626
Lötschichtsolder layer

Claims (7)

Kühlkörper für ein elektronisches Bauelement, wie beispielsweise einen Leistungstransistor, oder für eine elektronische Baugruppe, wie beispielsweise eine Schaltung mit – einem Basiselement (14), mit dem das/die zu kühlende Bauelement/Baugruppe thermisch verbindbar ist, und – mehreren Kühlelementen (22), die mit dem Basiselement (14) verbunden sind und von diesem abstehen, – wobei die Kühlelemente (22) im Wesentlichen stiftförmig ausgebildet sind und – wobei zumindest einige der Kühlelemente (22) mit dem Basiselement (14) durch Löten stoffschlüssig verbunden sind.Heatsink for an electronic component, such as a power transistor, or for an electronic assembly, such as a circuit with - a base element ( 14 ), with which the component / assembly to be cooled is thermally connectable, and - several cooling elements ( 22 ) connected to the base element ( 14 ) are connected and protrude from this, - wherein the cooling elements ( 22 ) are substantially pin-shaped and - wherein at least some of the cooling elements ( 22 ) with the base element ( 14 ) are materially connected by soldering. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der mit dem Basiselement (14) verbindbaren Kühlelemente (22) mit dem Basiselement (14) stoffschlüssig verbunden sind.Heat sink according to claim 1, characterized in that the plurality of the base element ( 14 ) connectable cooling elements ( 22 ) with the base element ( 14 ) are cohesively connected. Kühlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche mit dem Basiselement (14) verbindbaren Kühlelemente (22) mit dem Basiselement (14) stoffschlüssig verbunden sind.Heat sink according to claim 1 or 2, characterized in that all with the base element ( 14 ) connectable cooling elements ( 22 ) with the base element ( 14 ) are cohesively connected. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Basiselement (14) verbindbaren Kühlelemente (22) als Kaltschlagteile ausgebildet sind.Heat sink according to one of claims 1 to 3, characterized in that the with the base element ( 14 ) connectable cooling elements ( 22 ) are designed as cold-pressed parts. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Basiselement (14) verbindbaren Kühlelemente (22) an ihren mit dem Basiselement (14) verbundenen Enden (24) verbreitert sind.Heat sink according to one of claims 1 to 4, characterized in that the with the base element ( 14 ) connectable cooling elements ( 22 ) at her with the base element ( 14 ) connected ends ( 24 ) are widened. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlelemente (22) bezüglich ihrer Länge, ihres Durchmesser, ihrer Geometrie und/oder ihres Materials unterschiedlich oder gleich sind.Heat sink according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cooling elements ( 22 ) are different or equal in length, diameter, geometry and / or material. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (14) eine Metalllage einer Metallkernleiterplatine ist.Heat sink according to one of claims 1 to 6, characterized in that the base element ( 14 ) is a metal layer of a metal core circuit board.
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