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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft einen Kühler
für elektronische
Produkte, insbesondere einen Vapor-Chamber-Kühler.
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Stand der Technik
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Der
Hohlkörper
des Vapor-Chamber-Kühlers
ist üblicherweise
aus Metall gegossen und besitzt somit einen niedrigeren Wärmeleitkoeffizient.
Dadurch konzentriert sich die Wärme
der Wärmequelle
lokal in dem Hohlkörper,
so dass die lokale Temperatur des Hohlkörpers über den Grenzwert ansteigt.
Daher ist die Temperatur des Hohlkörpers und der Kühlrippen
an der Außenseite
des Hohlkörpers
nicht gleichmäßig. Die
Kühlwirkung
des Vapor-Chamber-Kühlers
wird somit reduziert. Um dieses Problem zu lösen, wird die Dicke des Hohlkörpers vergrößert oder
das Material des Hohlkörpers
verändert.
Dadurch wird das Gewicht des Hohlkörpers jedoch vergrößert.
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1 zeigt
einen herkömmlichen
Vapor-Chamber-Kühler,
der einen Hohlkörper 10,
einen Deckel 11, Stützelemente 12 und
eine elektronische Arbeitsplatte 13 aufweist. Der Hohlkörper 10 weist
an der Außenseite eine
Vielzahl von Kühlrippen 102 auf.
Die Stützelemente 12 sind
entsprechend den Löchern
und der Höhe
der elektronischen Arbeitsplatte im Hohlkörper angeordnet. Der Deckel 11 dient
zum Verschließen
des Hohlraums, um einen Eintritt von Feuchtigkeit und Staub zu verhindern,
damit eine Korrosion der elektronischen Arbeitsplatte vermieden
wird. Zudem kann der Deckel 11 auch eine Kühlwirkung
besitzen.
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In
Betrieb der elektronischen Arbeitsplatte 13 wird die Wärme der
Wärmequellen 131, 132 (wie
Zentraleinheit, optoelektronisches Hochleistungselement, elektronisches
Funkfrequenzelement usw.) durch den direkten Kontakt mit der Unterseite
des Hohlkörpers
auf den Hohlkörper
geleitet und von den Kühlrippen
in die Umgebungsluft abgegeben. Da der Hohlkörper einen niedrigen Wärmeleitkoeffizient
besitzt, konzentriert sich die Wärme
im Kontaktbereich des Hohlkörpers 10 mit
den Wärmequellen 131, 132,
so dass die lokale Temperatur ansteigt, die die Arbeitstemperatur
der Wärmequellen überschreiten
kann, während
der restliche Bereich kalt bleibt. Dadurch ist die Temperatur nicht
gleichmäßig, so
dass die Wärmeableitung
durch die Kühlrippen schlecht
ist. Wenn die Wärmeleistung
der Wärmequelle
momentan erhöht
wird, wird die Konzentration der Wärme im Hohlkörper erhöht, da das
Material des Hohlkörpers 10 eine
niedrige Wärmeaufnahmefähigkeit
besitzt, so dass die Temperatur der Wärmequelle momentan erhöht wird.
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Daher
weist die herkömmliche
Lösung
folgende Nachteile auf:
- 1. ungleichmäßige Temperatur
und niedrigere Kühlwirkung,
- 2. längere
Ansprechzeit für
die momentane Erhöhung
der Wärmeleistung
der Wärmequelle.
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Aus
diesem Grund hat der Erfinder in Anbetracht der Nachteile herkömmlicher
Lösungen,
basierend auf langjähriger
Erfahrung in diesem Bereich, nach langem Studium, zahlreichen Versuchen
und unentwegten Verbesserungen die vorliegende Erfindung entwickelt.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vapor-Chamber-Kühler zu
schaffen, der eine bessere Kühlwirkung
aufweist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vapor-Chamber-Kühler zu
schaffen, der ein kleineres Gewicht aufweist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vapor-Chamber-Kühler zu
schaffen, der eine kürzere Ansprechzeit
aufweist.
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Diese
Aufgaben werden durch den erfindungsgemäßen Vapor-Chamber-Kühler gelöst, der einen Hohlkörper und
ein Vapor-Chamber-Element
umfaßt,
wobei der Hohlkörper
aus hochwärmeleitendem
Material hergestellt ist und an der Außenseite eine Vielzahl von
Kühlrippen
aufweist, und wobei das Vapor-Chamber-Element auf dem Boden des
Hohlkörpers
angeordnet ist und durch Wärmeleitrohr
und/oder Wärmeausbreitungsplatte
gebildet ist, wodurch die Wärme
der Wärmequelle
von dem Vapor-Chamber-Element gleichmäßig auf den ganzen Hohlkörper geleitet
wird, der durch die Kühlrippen
die Wärme
in die Umgebungsluft abgibt, so dass die Kühlwirkung erhöht wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 eine
Explosionsdarstellung der herkömmlichen
Lösung,
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2 eine
Explosionsdarstellung der Erfindung,
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3 eine
perspektivische Darstellung der Erfindung,
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3A eine
Schnittdarstellung der Erfindung,
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4 eine
Darstellung der Formen des Wärmeleitrohrs,
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5 eine
Darstellung der Formen der Wärmeausbreitungsplatte.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den
anliegenden Zeichnungen.
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2 zeigt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das einen Hohlkörper 2,
ein Vapor-Chamber-Element (wie Wärmeleitrohr
und Wärmeausbreitungsplatte;
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
werden ein L-förmiges
Wärmeleitrohr 301,
ein gerades Wärmeleitrohr 302 und
eine Wärmeausbreitungsplatte 4 verwendet),
eine Kupferplatte 5, einen hochwärmeleitenden Aufkleber 601,
einen hochwärmeleitenden Aufkleber 602 und
einen Deckel 7 umfaßt.
Der Hohlkörper 2 weist
an der Außenseite
eine Vielzahl von Kühlrippen 201 und
auf dem Boden eine Wärmeleitrohr- Aufnahmeausnehmung 202 und
eine Wärmeausbreitungsplatte-Aufnahmeausnehmung 203 auf.
Der Hohlkörper 2 dient
zum Kühlen
einer elektronischen Arbeitsplatte 8, auf der Wärmequellen 801 und 802 angeordnet
sind.
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Das
L-förmige
Wärmeleitrohr 301 und
das gerade Wärmeleitrohr 302 kann
durch Löten,
Kleben oder Verschrauben mit dem Hohlkörper 2 und der Kupferplatte 5 verbunden
werden und sind in der Wärmeleitrohr-Aufnahmeausnehmung 202 aufgenommen.
Die Wärme
der Wärmequelle 801 wird
von dem hochwärmeleitenden
Aufkleber 601 und der Kupferplatte 5 über das
L-förmige
Wärmeleitrohr 301 und
das gerade Wärmeleitrohr 302 auf
den Hohlkörper 2 geleitet
und durch die Kühlrippen 21 in
die Umgebungsluft abgegeben. Die Wärmeausbreitungsplatte 4 kann
durch Löten,
Kleben oder Verschrauben mit dem Hohlkörper 2 verbunden werden
und ist in der Wärmeausbreitungsplatte-Aufnahmeausnehmung 203 aufgenommen.
Die Wärme der
Wärmequelle 802 wird
von dem hochwärmeleitenden
Aufkleber 602 über
die Wärmeausbreitungsplatte 4 auf
den Hohlkörper 2 geleitet
und durch die Kühlrippen 21 in
die Umgebungsluft abgegeben. Durch das L-förmige Wärmeleitrohr 301, das
gerade Wärmeleitrohr 302,
die Wärmeausbreitungsplatte 4,
die Kupferplatte 5 und die beiden hochwärmeleitenden Aufkleber 6 wird
die Temperatur des Hohlkörpers 2 gleichmäßig erhöht, wodurch
die Kühlableitung
durch die Kühlrippen 201 verbessert
wird, so dass eine hohe Kühlwirkung
erreicht wird. Im Vergleich mit der herkömmlichen Lösung werden das Volumen und
das Gewicht des Hohlkörpers 2 durch
die Aufnahmeausnehmungen für
das L-förmige
Wärmeleitrohr 301,
das gerade Wärmeleitrohr 302 und die
Wärmeausbreitungsplatte 4,
die ein kleineres Gewicht besitzen, reduziert. Zudem kann die Dicke
des Bodens des Hohlkörpers
verkleinert werden.
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In
den 2, 3, 4 und 5 wird
die Funktionsweise der Erfindung beschrieben.
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Der
Hohlkörper 2 kann
aus hochwärmeleitendem
Material, wie Aluminium oder andere Legierungen hergestellt werden.
Auf dem Boden des Hohlkörpers 2 sind
die Wärmeleitrohr-Aufnahmeausnehmung 202 und die
Wärmeausbreitungsplatte-Aufnahmeausnehmung 203 für das L-förmige Wärmeleitrohr 301,
das gerade Wärmeleitrohr 302,
die Wärmeausbreitungsplatte 4 und
die Kupferplatte 5 gebildet. Um ein Löten durchzuführen, kann
die äußere und
innere Oberfläche
des Hohlkörpers 2 ganz
oder teilweise mit Nickel galvanisiert werden, um die Oberflächen gegen
Korrosion zu schützen.
Wenn das L-förmige
Wärmeleitrohr 301,
das gerade Wärmeleitrohr 302,
die Wärmeausbreitungsplatte 4,
die Kupferplatte 5 und der Hohlkörper 2 auf eine andere Weise,
wie Kleben und Verschrauben, miteinander verbunden sind, muß eine entsprechende
Oberflächenbehandlung
durchgeführt
werden.
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Das
L-förmige
Wärmeleitrohr 301,
das gerade Wärmeleitrohr 302 und
die Wärmeausbreitungsplatte 4 können im
Inneren eine Rillen- oder Sinterstruktur besitzen. Darauf ist die
Erfindung jedoch nicht beschränkt. Die
Anzahl und die Form der Wärmeleitrohre
und der Wärmeausbreitungsplatte
sind nicht beschränkt
und können
entsprechend der Wärmeleistung,
der Höchstarbeitstemperatur
und dem Aufbau der Wärmequellen 801, 802 der
elektronischen Arbeitsplatte 8 gewählt werden. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
werden ein L-förmiges
Wärmeleitrohr 301 und
ein gerades Wärmeleitrohr 302 verwendet.
Die Form der Wärmeausbreitungsplatte
ist wie in Figur dargestellt. Um die Lötverbindung zu erleichtern,
können
die Wärmeleitrohre
einen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken haben. Die
Anzahl der Wärmeleitrohre
und der Wärmeausbreitungsplatte
kann auch entsprechend dem Kühlbedarf
gewählt
werden. Die Wärmeleitrohre
können
auch einen beliebigen polygonalen Querschnitt mit abgerundeten Ecken
haben. Die Form der Wärmeleitrohre
ist nicht auf die Darstellung in 4 beschränkt. Die
Form der Wärmeausbreitungsplatte
ist nicht auf die Darstellung in 5 beschränkt.
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Die
Form der Kupferplatte 5 entspricht der Form der Wärmequelle 801,
damit die Wärmequelle
ganzflächig
mit der Kupferplatte in Kontakt steht, ohne die Wärmeleitung
auf das Wärmeleitrohr
zu beeinflussen. Das Kupfer besitzt einen hohen Wärmeaufnahmekoeffizient
und Wärmeleitkoeffizient.
Wenn die Wärmeleistung
der Wärmequelle 801 momentan
erhöht
wird, hat die Erfindung eine kurze Ansprechzeit. Die Kupferplatte 5 kann
auch durch eine Platte mit anderem hochwärmeleitenden Material, wie
Aluminium und Graphit, ersetzt werden.
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Der
hochwärmeleitende
Aufkleber 601 für
Wärmeleitrohre
und der hochwärmeleitende
Aufkleber 602 für
Wärmeausbreitungsplatte
haben eine Form, die gleich oder etwas größer ist als die Form der Kupferplatte 5.
Durch die Aufkleber 601, 602 ist der Kontakt der
Kupferplatte 5 und der Wärmequellen 801, 802 elastisch, wodurch
der Wärmewiderstand
und die Anforderung an die Bearbeitungspräzision reduziert wird. Die
Aufkleber können
auch durch eine wärmeleitende
Beschichtung auf der Oberfläche
der Kupferplatte ersetzt werden.
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Der
Deckel 7 dient zum Verschließen des Hohlraums, um einen
Eintritt von Feuchtigkeit und Staub zu verhindern, damit eine Korrosion
der elektronischen Arbeitsplatte vermieden wird. Zudem kann der
Deckel 7 auch eine Kühlwirkung
besitzen. Um die Kühlwirkung
des Deckels 7 zu erhöhen,
kann der Deckel 7 an der der elektronischen Arbeitsplatte 8 zugewandten
Seite Aufnahmeausnehmungen für
Wärmeleitrohr
und Wärmeausbreitungsplatte
und an der anderen Seite Kühlrippen
bilden.
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Die
elektronische Arbeitsplatte 8 wird von den Stützelementen 204 des
Hohlkörpers 2 durchdrungen und
mit dem Boden des Hohlkörpers 2 verschraubt.
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Nachfolgend
werden die Vorteile der Erfindung beschrieben:
- 1.
bessere Kühlwirkung,
- 2. kleineres Gewicht,
- 3. kürzere
Ansprechzeit.
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Die
vorstehende Beschreibung stellt nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung dar und soll nicht als Definition der Grenzen und
des Bereiches der Erfindung dienen. Alle gleichwertige Änderungen und
Modifikationen gehören
zum Schutzbereich dieser Erfindung.
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4
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- gerades Wärmeleitrohr,
L-förmiges
Wärmeleitrohr
- N-förmiges
Wärmeleitrohr,
S-förmiges
Wärmeleitrohr
-
5
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- oval, rechteckig, unregelmäßig
- unregelmäßig