DE202013003035U1 - Heat sink for electrical components - Google Patents

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Abstract

Kühlkörper aus Aluminium mit einem Reinheitsgrad des Werkstoffes von größer als 99.0 Gew.-% Al zum Kühlen und zur Festlegung von elektronischen und/oder elektrischen Bauteilen, umfassend im Wesentlichen eine Grundplatte mit einerseits abragenden Kühlteilen und andererseits, diesen gegenüberliegend, mindestens eine Kontaktfläche zur thermischen Ankopplung von zu kühlenden Teilen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper hergestellt ist mit einem Verfahren, wobei in einem ersten Schritt aus einem Vormaterial durch Druckumformen gemäß DIN 8583 Einzelsegmentplatten einer Grundplatte, bei Ausformung der von diesen abragenden Kühlteile, hergestellt, und diese Einzelsegmente gegebenenfalls örtlich spanabhebend bearbeitet werden, worauf in einem zweiten Schritt mindestens zwei Grundplatten-Einzelsegmente bei gleichsinnig abragenden Kühlteilen mit den Seitenflächen aneinander anliegend aufgespannt und schmelzfrei metallisch verbunden werden, worauf in einem Folgeschritt eine Endbearbeitung des aus mehreren Einzelsegmenten erstellten, großflächigen Kühlkörpers mit der Ausbildung der Kontaktfläche(n) zur thermischen Ankopplung von Bauteilen an der Grundplatte erfolgt.Heat sink made of aluminum with a purity of the material of greater than 99.0 wt .-% Al for cooling and fixing of electronic and / or electrical components, comprising substantially a base plate with one part projecting cooling parts and on the other hand, opposite this, at least one contact surface for thermal Coupling of parts to be cooled, characterized in that the heat sink is produced by a method, wherein in a first step from a starting material by pressure forming according to DIN 8583 single-segment plates of a base plate, in molding of projecting from these cooling parts produced, and these individual segments optionally locally machined in a second step, at least two base plate individual segments in the same direction projecting cooling parts with the side surfaces adjacent to each other clamped and are connected metallically free of molten metal, whereupon in a subsequent step Finishing of the created from several individual segments, large-area heat sink with the formation of the contact surface (s) for the thermal coupling of components to the base plate takes place.

Description

Die Erfindung betrifft ein einen Kühlkörpers aus Aluminium mit einem Reinheitsgrad des Werkstoffes von größer als 99.0 Gew.-% Al zum Kühlen und zur Festlegung von elektronischen und/oder elektrischen Bauteilen, umfassend im Wesentlichen eine Grundplatte mit einerseits abragenden Kühlteilen und andererseits, diesen gegenüberliegend, mindestens eine Kontaktfläche zur thermischen Ankopplung von zu kühlenden Teilen.The invention relates to a heat sink made of aluminum with a degree of purity of the material greater than 99.0 wt .-% Al for cooling and fixing of electronic and / or electrical components, comprising essentially a base plate with one hand projecting cooling parts and on the other hand, opposite this, at least one contact surface for the thermal coupling of parts to be cooled.

Elektrische und elektronische Bauteile werden im steigenden Maße in Einrichtungen und Anlagen eingesetzt, wobei auch aus wirtschaftlichen Gründen und aus Gründen der Verkleinerung der Schaltanlagen sowie einer Betriebsart der Mikroprozessoren die Wärmeentwicklung steigt, sodass diese Bauteile in zunehmendem Maße in Kühlkörpern mit Kontaktflächen zur thermischen Ankopplung festgelegt werden.Electrical and electronic components are used to an increasing extent in facilities and systems, and for economic reasons and reasons of reduction of the switchgear and an operating mode of the microprocessors, the heat generation increases, so that these components are increasingly set in heatsinks with contact surfaces for thermal coupling ,

Kühlkörper für eine Wärmeabfuhr von elektrischen Bauteilen sollen einerseits eine hohe Wärmeleitfähigkeit sowie geringe Wärmetransportwege aufweisen und andererseits eine günstige Oberflächenkontur zur Abgabe der Wärmeenergie an ein Kühlmittel haben.Heatsink for heat dissipation of electrical components should on the one hand have a high thermal conductivity and low heat transport paths and on the other hand have a favorable surface contour for delivering the heat energy to a coolant.

Für einen Werkstoff für Kühlkörper haben sich Silber, Kupfer und Aluminium als günstig erwiesen, wobei aus wirtschaftlichen und Herstellungsgründen zumeist Aluminium mit einem hohen Reinheitsgrad Verwendung findet.For a material for heatsink, silver, copper and aluminum have proved to be favorable, and for economic and manufacturing reasons mostly aluminum with a high degree of purity is used.

Kühlkörper werden im Wesentlichen zumeist aus einer Grundplatte mit einerseits abragenden Kühlteilen und diesen gegenüberliegend einer Kontaktfläche zur thermischen Ankopplung der zu kühlenden elektrischen Bauteile ausgeführt. Für großflächige, intensiv zu kühlende Bauteile oder Baugruppen sind naturgemäß großflächige Kühlkörper erforderlich. Diese Kühlkörper sollen einerseits über die gesamte Kontaktfläche für die thermische Ankopplung der Bauelemente etwa die gleiche spezifische Wärmeabfuhrleistung aufweisen, um Bereiche mit höherer Temperatur (hot spots) auszuschalten und andererseits hohe Kühlintensität zu erbringen.Heatsinks are essentially made mostly of a base plate with cooling parts projecting on the one hand and these opposite a contact surface for thermal coupling of the electrical components to be cooled. For large-scale, intensive cooling components or assemblies naturally large-area heat sinks are required. On the one hand, these heat sinks should have approximately the same specific heat removal capacity over the entire contact surface for the thermal coupling of the components, in order to eliminate regions with higher temperature (hot spots) and, on the other hand, to provide high cooling intensity.

Diese Forderungen nach großen Kontaktflächen zur thermischen Ankopplung von Teilen mit hoher gleichmäßiger Kühlleistung der Kühlkörper bewirken Herstellprobleme derselben.These demands for large contact surfaces for the thermal coupling of parts with a high uniform cooling capacity of the heat sink cause the same manufacturing problems.

Großflächig gegossene Kühlkörper weisen zumeist eine Grobkorn-Mikrostruktur auf, sind nur aufwendig herstell- sowie bearbeitbar und haben im Vergleich mit Umgeformten ungünstige Wärmeleiteigenschaften.Large-area cast heatsinks usually have a coarse grain microstructure, are only expensive to manufacture and machinable and have in comparison with deformed unfavorable heat conduction properties.

Aus obigen Gründen werden derzeit zumeist nach dem Strang- oder Fließpressen ( DIN 8583 ) hergestellte Kühlkörper für elektrische Bauteile eingesetzt.For the above reasons, at present, usually after extrusion or extrusion ( DIN 8583 ) heatsink used for electrical components.

Im Wesentlichen erfolgt ein Strangpressen durch Formgebung eines Rohteiles über der Rekristallisationstemperatur des Werkstoffes und ein Fließpressen von Einzelteilen bei etwa Raumtemperatur.In essence, extrusion is performed by shaping a blank above the recrystallization temperature of the material and extruding individual parts at about room temperature.

Kühlkörper nach obigem Pressverfahren haben neben wärmetechnischen Unterschieden den Nachteil, dass eine Herstellung von großflächigen Kontaktflächen nicht im ausreichenden bzw. gewünschten Maße möglich erscheint.Heat sinks according to the above pressing method have in addition to thermal differences the disadvantage that a production of large-area contact surfaces does not appear to be sufficient or desired extent possible.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und setzt sich zum Ziel, einen mit einem wirtschaftlicheren Verfahren hergestellten Kühlkörper anzugeben, wobei eine hohe und gleichmäßige Wärmeabfuhr über große Kontaktflächen gewährleistet ist.Here, the invention seeks to remedy the situation and sets itself the goal of specifying a heat sink produced with a more economical method, with a high and uniform heat dissipation over large contact surfaces is guaranteed.

Weiters ist es Aufgabe der Erfindung, große, einteilige Kühlkörper mit gleichmäßig hohem Eigenschaftsprofil zu schaffen.Furthermore, it is an object of the invention to provide large, one-piece heat sink with a uniform high property profile.

Das Ziel wird dadurch erreicht, dass bei der Herstellung des Kühlkörpers in einem ersten Schritt aus einem Vormaterial durch Druckumformen gemäß DIN 8583 Einzelsegmentplatten einer Grundplatte, bei Ausformung der von diesen abragenden Kühlteile, hergestellt, und diese Einzelsegmente gegebenenfalls örtlich spanabhebend bearbeitet werden, worauf in einem zweiten Schritt mindestens zwei Grundplatten-Einzelsegmente bei gleichsinnig abragenden Kühlteilen mit den Seitenflächen aneinander anliegend aufgespannt und schmelzfrei metallisch verbunden werden, worauf in einem Folgeschritt eine Endbearbeitung des aus mehreren Einzelsegmenten erstellten, großflächigen Kühlkörpers mit der Ausbildung der Kontaktfläche(n) zur thermischen Ankopplung von Bauteilen an der Grundplatte erfolgt.The goal is achieved in that in the manufacture of the heat sink in a first step from a starting material by pressure forming according to DIN 8583 Individual segmental plates of a base plate, in molding of projecting from these cooling parts, manufactured, and these individual segments optionally locally machined, whereupon in a second step, at least two base plate individual segments in the same direction projecting cooling parts with the side surfaces adjacent to each other clamped and metal-free connected, whereupon in a subsequent step, a finishing of the created from several individual segments, large-area heat sink with the formation of the contact surface (s) for the thermal coupling of components to the base plate takes place.

In vorteilhafter Weise wird dadurch eine metallische, feinkörnige, gute Wärmeleitungseigenschaften aufweisende Verbindung von Einzelsegmenten miteinander erreicht.Advantageously, a metallic, fine-grained, good heat conduction properties having connection of individual segments is thereby achieved.

Die Feinstruktur der Verbindung bewirkt, wie überraschend gefunden wurde, eine hohe Wärmeleitfähigkeit des reinen Aluminiumwerkstoffes, obwohl eine Feinkörnigkeit des Materials in der Regel zu einer geringeren Temperaturleitfähigkeit führt.The fine structure of the compound has surprisingly been found to provide high thermal conductivity of the pure aluminum material, although fine graininess of the material tends to result in lower thermal conductivity.

Derartige Technologien einer schmelzfrei hergestellten, metallischen Verbindung sind per se bekannt, jedoch wurde festgestellt, dass für eine verzugsarme Fertigung von Kühlkörpern aus mehreren Teilen mit der Ausformung von großen Kontaktflächen dieses Fügeverfahren wirtschaftliche Vorteile und insbesondere für eine Wärmeableitung von elektrischen Bauteilen eine günstige Wirkung mit sich bringt.Such technologies of a melt-free, metallic connection are known per se, but it has been found that for a low-distortion production of heat sinks of several parts with the formation of large contact surfaces of this joining process economic benefits and in particular for a heat dissipation of electrical components brings a favorable effect.

Von besonderem Vorteil im Hinblick auf eine erhöhte Wärmeabfuhr von der Kontaktfläche des Kühlkörpers hat sich beim erfindungsgemäßen Verfahren eine Vergrößerung der Oberfläche der Kühlteile mit verbesserter Wärmeleitung im Kühlkörper selbst herausgestellt, bei welchem im ersten Schritt Einzelsegmentplatten mit Kühlstiften durch Fließpressen von Vormaterial bei einer Bildung einer Verformungstextur zumindest im Teilbereichen derselben erfolgt.Of particular advantage with regard to increased heat dissipation from the contact surface of the heat sink, an enlargement of the surface of the cooling parts with improved heat conduction in the heat sink itself has been found in the method according to the invention, in which in the first step, individual segment plates with cooling pins by extrusion of starting material in a formation of a deformation texture at least in the subareas of the same.

Diese besonders günstige Ausführungsform eines Kühlkörpers wird mittels eines verbesserten Wärmeflusses in den Einzelsegmentplatten und mit einer Vergrößerung der Wärmeabgabe durch die eine größere Oberfläche aufweisenden Kühlstifte erreicht.This particularly favorable embodiment of a heat sink is achieved by means of an improved heat flow in the single-segment plates and with an increase in the heat output by having a larger surface having cooling pins.

Als besonders günstig hat sich ein Fügen von fließgepressten Segmenten herausgestellt, wenn die schmelzfrei metallische Verbindung der Seitenfläche(n) von Einzelsegmenten zu einer Grundplatte durch ein Reibrührschweißen, einem sogenannten „friction stir welding”-Verfahren, unter Ausschluss von Zusatzwerkstoffen hergestellt wird.Joining of extruded segments has proved to be especially favorable when the melt-free metallic connection of the side surface (s) of individual segments to a base plate is produced by friction stir welding, a so-called "friction stir welding" method, with the exclusion of additional materials.

Eine derartig hergestellte, feinkörnige, krummflächige Verbindung wirkt sich vorteilhaft auf den Wärmetransport zwischen den Einzelsegmenten aus, verbessert die Homogenität der Temperaturverteilung an der Kontaktfläche der Grundplatte und minimiert deren Verzug auch bei extremen thermischen Belastungen.Such produced, fine-grained, curvilinear connection has an advantageous effect on the heat transfer between the individual segments, improves the homogeneity of the temperature distribution at the contact surface of the base plate and minimizes their distortion even under extreme thermal loads.

Dieser überraschende Effekt beruht offenbar auf einer Verbesserung des Wärmetransportes, obwohl eine Feinkörnigkeit des Werkstoffes nach Fachmeinung eine Temperaturleitung behindert.This surprising effect is apparently based on an improvement in the heat transfer, although a fine grain of the material according to the opinion hinders a temperature line.

Wenn, wie sich gezeigt hat, gegebenenfalls nach einem Bearbeiten, die Seitenflächen der Einzelsegmente derart aneinander angelegt, aufgespannt und schmelzfrei metallisch zu einer Grundplatte gefügt werden, dass die der metallischen Verbindung der Segmente gegenüberliegend abragenden Kühlteile einen im Wesentlichen gleichen Axabstand wie an den Segmenten selbst aufweisen, wird an der Kontaktfläche eine höchst gleichmäßige Temperaturverteilung bei homogener Wärmebeaufschlagung erreicht.If, as has been shown, optionally, after machining, the side surfaces of the individual segments so abutted, clamped and melt-free metallic joined to a base plate, that the metal compound of the segments opposite projecting cooling parts a substantially same Axabstand as at the segments themselves exhibit, at the contact surface a highly uniform temperature distribution is achieved with homogeneous heat application.

Die weitere Aufgabe der Erfindung wird bei einem gattungsgemäßen Kühlkörper dadurch erreicht, dass die Grundplatte des Kühlkörpers aus zumindest zwei, aus einem Vormaterial durch Druckumformen gemäß DIN 8583 hergestellten Einzelsegmentplatten mit abragenden Kühlteilen durch eine zusatzwerkstofffrei, schmelzfrei metallische Verbindung derselben an den Seitenflächen gebildet ist.The further object of the invention is achieved in a generic heat sink characterized in that the base plate of the heat sink of at least two, from a starting material by pressure forming according to DIN 8583 produced individual segment plates with projecting cooling parts by an additive-free, non-metallic fusion compound thereof is formed on the side surfaces.

Schmelzfrei metallische Verbindungen weisen nur geringe Spannungen im Fügebereich der Einzelsegmentplatten auf, weil eine Volumskontraktion bei einer Erstarrung des Werkstoffes nicht vorliegt.Smelting free metallic compounds have only low stresses in the joining region of the single segment plates, because a volume contraction is not present when the material solidifies.

Auch bei einer instationären, thermischen Belastung des Kühlkörpers durch eine von der momentanen Beaufschlagung abhängige Abgabe von Wärmeenergie der elektrischen Bauteile an die Kontaktfläche bleiben Verzugserscheinungen aus.Even with a transient, thermal load of the heat sink by a dependent on the instantaneous application of heat energy of the electrical components to the contact surface delaying phenomena remain.

Mit Vorteil sind die Einzelsegmentplatten mittels Fließpressverfahrens mit Kühlstiften hergestellt und weisen zumindest teilweise eine Verformungstextur auf. Weil bei einem Fließpressverfahren der Einzelsegmente das Vormaterial bei im Wesentlichen Raumtemperatur in eine Matrize eingepresst wird, bildet sich im Werkstoff eine Verformungstextur aus, welche, wie gefunden wurde, der Wärmeleitung förderlich ist. Weiters wird erfindungsgemäß durch eine entsprechende Ausbildung der Kühlstifte die Wärmeabgabe an ein Kühlmedium, beispielsweise strömende Luft, intensiviert.Advantageously, the individual segment plates are produced by means of extrusion molding with cooling pins and at least partially have a deformation texture. Because in a extrusion molding process of the individual segments, the starting material is pressed into a die at substantially room temperature, a deformation texture is formed in the material, which has been found to promote heat conduction. Furthermore, according to the invention, the heat transfer to a cooling medium, for example flowing air, is intensified by an appropriate design of the cooling pins.

Für ein Fügen ist von Vorteil, wenn die schmelzfrei metallische Verbindung der Seitenflächen der Einzelsegmentplatten durch ein Reibrührschweißen, ein sogenanntes „friction stir welding”-Verfahren erstellt ist. Dieses per se bekannte Verfahren hat für eine Wärmeleitung zwischen den Einzelsegmentplatten aufgrund eines mehrfach gekrümmten, feinkörnigen Bindebereichs erfindungsgemäß den Vorteil einer Vergleichmäßigung der Temperatur der Kontaktfläche des Kühlkörpers.For joining, it is advantageous if the fusion-free metallic connection of the side surfaces of the individual segment plates is created by friction stir welding, a so-called "friction stir welding" method. This per se known method has the advantage of equalization of the temperature of the contact surface of the heat sink for heat conduction between the individual segment plates due to a multi-curved, fine-grained bonding area according to the invention.

Es hat sich weiters für einen Wärmetransport und eine Bruchsicherheit als günstig erwiesen, wenn eine Verformungstextur des Werkstoffes zumindest im Übergangsbereich von der Grundplatte in die Kühlstifte vorliegt.Furthermore, it has proved to be favorable for a heat transport and a fracture safety if a deformation texture of the material is present at least in the transition region from the base plate into the cooling pins.

Wenn nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die einer metallischen Verbindung der Segmente jeweils gegenüberliegend, gleichgerichtet abragenden Kühlteile einen im Wesentlichen gleichen Axabstand wie derjenige, der innerhalb der Segmente vorliegt, aufweisen, wird erfindungsgemäß eine besonders gleichmäßige Wärmeableitung von der Kontaktfläche des Kühlkörpers erreicht.If, according to a preferred embodiment of the invention, the cooling parts each projecting in a rectilinear manner towards a metallic connection of the segments have a substantially same axial distance as that which exists within the segments, a particularly uniform heat dissipation from the contact surface of the heat sink is achieved according to the invention.

Als besonders effizient hat sich die Erfindung für Kühlkörper mit einer Kontaktfläche zur thermischen Ankopplung von Bauteilen von größer 130 × 130 mm, bei einer Dicke der Grundplatte von 4 bis 30 mm, erwiesen.To be particularly efficient, the invention for heat sink with a contact surface for the thermal coupling of components of greater than 130 × 130 mm, with a thickness of the base plate of 4 to 30 mm, proved.

Mit einer Ausführungsvariante, bei welcher die Kühlstifte einen größten wirksamen Abstand von (2 bis 4)mal von deren mittleren Durchmesser aufweisen, die Grundplatte eine Dicke von (0.8 bis 1.5)mal den wirksamen Axabstand der Kühlstifte hat und die maximale Auskraglänge der Kühlstifte (6 bis 8)mal von deren mittleren Durchmesser beträgt, wurden bei den bisherigen Untersuchungen die besten Ergebnisse ermittelt. With a design variant in which the cooling pins have a maximum effective distance of (2 to 4) times their mean diameter, the base plate has a thickness of (0.8 to 1.5) times the effective axial distance of the cooling pins and the maximum projection length of the cooling pins (6 to 8) times the mean diameter thereof, the best results have been determined in the previous investigations.

Dabei gilt für den mittleren Durchmesser und den wirksamen Achsabstand der Kühlstifte:
Mittlerer Durchmesser (D) der Kühlteile (23) ergibt sich aus: Durchmesser des eingeschriebenen Kreises plus Durchmesser des umschreibenden Kreises des Querschnittes der Kühlteile (23) gebrochen (geteilt) durch 2.
Wirksamer Axabstand (X0) der Kühlstifte (24) ergibt sich aus: Größter Axabstand (X) plus kleinstem Axabstand (X') der Kühltstifte (24) jeweils zu einem benachbarten Kühlstift (24) gebrochen (geteilt) durch 2: X0 = X + X' / 2 The following applies for the mean diameter and effective center distance of the cooling pins:
Average diameter (D) of the refrigerated parts (D) 23 ) results from: diameter of the inscribed circle plus diameter of the circumscribing circle of the cross section of the cooling parts ( 23 ) broken (divided) by 2.
Effective axial distance (X 0 ) of the cooling pins ( 24 ) results from: largest Axabstand (X) plus smallest Axabstand (X ') of the cooling pins ( 24 ) each to a neighboring cooling pin ( 24 ) broken (divided) by 2: X 0 = X + X '/ 2

Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Darstellungen, die allenfalls nur einen Ausführungsweg zeigen, näher erläutert werden.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to representations, which show at most only one embodiment.

Es zeigenShow it

1 Schemazeichnung eines Kühlkörpers im Schnitt AA 1 Schematic diagram of a heat sink in section AA

2 Schemazeichnung eines Kühlkörpers in Draufsicht 2 Schematic drawing of a heat sink in plan view

3 Einzelsegmentplatte mit Kühlstiften (Stand der Technik) 3 Single-segment plate with cooling pins (prior art)

4 Einzelsegmentplatte mit Kontaktfläche (Stand der Technik) 4 Single segment plate with contact surface (prior art)

5 Einzelsegmentplatten mit den Seitenflächen aneinander anliegend 5 Single segment plates with the side surfaces adjacent to each other

6 Prinzipskizze einer schmelzfrei metallischen Verbindung 6 Schematic diagram of a melt-free metallic connection

7 Schmelzfrei metallische Verbindung von Einzelsegmentplatten (Verfahrensentwicklung) 7 Smelting free metallic connection of single segment plates (process development)

Zur leichteren Zuordnung der Teile und Komponenten eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers soll die nachfolgende Bezugszeichenliste dienen:For ease of assignment of the parts and components of a heat sink according to the invention, the following list of reference numerals should serve:

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Kühlkörperheatsink
22
Grundplattebaseplate
2121
EinzelsegmentplatteSingle-disc
2222
Seitenflächenfaces
2323
Kühlteilecooling parts
2424
Kühlstiftecooling pins
2525
Kontaktflächecontact area
VV
Verformungstexturdeformation texture
RR
ReibrührschweißenFriction stir welding
MM
metallische Verbindungmetallic connection
X0 X 0
wirksamer Axabstand der KühlteileEffective axial distance of the cooling parts
X, X'X, X '
Axabstand der Kühlstifte zu benachbarten KühlstiftenAxabstand of the cooling pins to adjacent cooling pins
DD
Durchmesser der KühlstifteDiameter of the cooling pins
HH
GrundplattendickeBase plate thickness
LL
Auskraglänge der KühlstifteProjection length of the cooling pins

1 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Kühlkörper 1 in einer Position AA von 2. 1 schematically shows a section through a heat sink 1 in a position AA of 2 ,

Auf einer Grundplatte 2 mit einer Dicke H sind Kühlstifte 24 mit einem Durchmesser D in einem Axabstand X zueinander und einer Länge L ausgeformt.On a base plate 2 with a thickness H are cooling pins 24 formed with a diameter D at an axial distance X from each other and a length L.

Wie in 2 dargestellt ist, kann ein Axabstand X in einer Reihe ungleich demjenigen X' in einer weiteren Reihe von Kühlstiften 24 bemessen sein. Für eine Funktion der Wärmeableitung von einer Kühlfläche 25 ist jedoch ein wirksamer Axabstand X0 der Kühlstifte relevant, welcher sich aus dem größten Axabstand X plus dem kleinsten Axabstand X' der Kühlstifte 24 jeweils zu einem benachbarten Kühlstift 24 gebrochen durch 2 ergibt. X0 = X + X' / 2 As in 2 can be an axial distance X in a row not equal to that X 'in another row of cooling pins 24 be measured. For a function of heat dissipation from a cooling surface 25 However, an effective Axabstand X 0 of the cooling pins is relevant, which consists of the largest Axabstand X plus the smallest Axabstand X 'of the cooling pins 24 each to a neighboring cooling pin 24 broken by 2 results. X 0 = X + X '/ 2

In 2 ist auch die gegebenenfalls auf Maß bearbeitete Seitenfläche 22 dargestellt.In 2 is also the possibly custom-made side surface 22 shown.

3 zeigt eine Einzelsegmentplatte 21 nach dem Stand der Technik mit abragenden Kühlstiften 24. 3 shows a single segment plate 21 according to the prior art with protruding cooling pins 24 ,

4 veranschaulicht dieselbe Einzelsegmentplatte 21 mit Ansicht der Kontaktfläche 25. 4 illustrates the same single segment plate 21 with view of the contact surface 25 ,

In 5 sind zwei Einzelsegmentplatten 21, 21' bei gleichsinnig abragenden Kühlstiften 24 mit den Seitenflächen 22 aneinander anliegend aufgespannt. Die Seitenflächen werden zur Erzielung einer metallischen Verbindung M schmelzfrei durch Reibrührschweißen bearbeitet.In 5 are two single-segment plates 21 . 21 ' in the same direction projecting cooling pins 24 with the side surfaces 22 stretched against each other. The side surfaces are machined without friction by friction stir welding to achieve a metallic bond M.

6 zeigt schematisch bzw. anhand einer Skizze durch Fließpressen hergestellt Einzelsegmentplatten 21, welche durch eine schmelzfrei metallische Verbindung M zu einer Grundplatte 2 gefügt sind. Weiters ist in 6 eine Verformungstextur V, welche durch ein Fließpressen eines Vormaterials bei Raumtemperatur gebildet wurde, dargestellt. 6 shows schematically or by means of a sketch produced by extrusion individual segmental plates 21 , which by a fusion-free metallic compound M to a base plate 2 together are. Furthermore is in 6 a deformation texture V, which was formed by extrusion of a starting material at room temperature, shown.

In 7 ist an einem geätzten Schnittbild von den Entwicklungsarbeiten des anmeldungsgemäßen Gegenstandes eine durch Reibrührschweißen erzielte, nicht vollkommen durchgehende Verbindung M von Einzelsegmentplatten 21 gezeigt. Eine nur teilweise erfolgte schmelzfreie Verbindung H wurde durch eine unzureichende Werkzeuggeometrie des Reibmittels bewirkt.In 7 is on an etched sectional image of the development work of the application subject matter achieved by friction stir welding, not completely continuous connection M of single segment plates 21 shown. An only partially made melt-free compound H was caused by an insufficient tool geometry of the friction agent.

Im Bereich der Übergänge der Kühlstifte 24 in die Einzelsegmentplatten 21 sind am Ätzbild Verformungstexturen V deutlich zu erkennen.In the area of the transitions of the cooling pins 24 into the single segment plates 21 on the etching image deformation textures V can be clearly seen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • DIN 8583 [0008] DIN 8583 [0008]
  • DIN 8583 [0013] DIN 8583 [0013]
  • DIN 8583 [0023] DIN 8583 [0023]

Claims (11)

Kühlkörper aus Aluminium mit einem Reinheitsgrad des Werkstoffes von größer als 99.0 Gew.-% Al zum Kühlen und zur Festlegung von elektronischen und/oder elektrischen Bauteilen, umfassend im Wesentlichen eine Grundplatte mit einerseits abragenden Kühlteilen und andererseits, diesen gegenüberliegend, mindestens eine Kontaktfläche zur thermischen Ankopplung von zu kühlenden Teilen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper hergestellt ist mit einem Verfahren, wobei in einem ersten Schritt aus einem Vormaterial durch Druckumformen gemäß DIN 8583 Einzelsegmentplatten einer Grundplatte, bei Ausformung der von diesen abragenden Kühlteile, hergestellt, und diese Einzelsegmente gegebenenfalls örtlich spanabhebend bearbeitet werden, worauf in einem zweiten Schritt mindestens zwei Grundplatten-Einzelsegmente bei gleichsinnig abragenden Kühlteilen mit den Seitenflächen aneinander anliegend aufgespannt und schmelzfrei metallisch verbunden werden, worauf in einem Folgeschritt eine Endbearbeitung des aus mehreren Einzelsegmenten erstellten, großflächigen Kühlkörpers mit der Ausbildung der Kontaktfläche(n) zur thermischen Ankopplung von Bauteilen an der Grundplatte erfolgt.Heat sink made of aluminum with a purity of the material of greater than 99.0 wt .-% Al for cooling and fixing of electronic and / or electrical components, comprising substantially a base plate with one part projecting cooling parts and on the other hand, opposite this, at least one contact surface for thermal Coupling of parts to be cooled, characterized in that the heat sink is produced by a method, wherein in a first step from a starting material by pressure forming according to DIN 8583 single-segment plates of a base plate, in molding of projecting from these cooling parts produced, and these individual segments optionally locally machined in a second step, at least two base plate individual segments in the same direction projecting cooling parts with the side surfaces adjacent to each other clamped and connected without melting metal, whereupon in a subsequent step e finishing of the created from several individual segments, large-area heat sink with the formation of the contact surface (s) for the thermal coupling of components to the base plate takes place. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt die Einzelsegmentplatten mit Kühlstiften als Kühlteile durch Fließpressen von Vormaterial, bei einer Bildung einer Verformungstextur zumindest in Teilbereichen derselben, hergestellt werden.Heat sink according to claim 1, characterized in that in the first step, the individual segment plates with cooling pins as cooling parts by extrusion of starting material, in a formation of a deformation texture at least in partial areas thereof, are produced. Kühlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine schmelzfrei metallische Verbindung der Seitenfläche(n) von Einzelsegmenten zu einer Grundplatte durch ein Reibrührschweißen, einem sogenannten „friction stir welding”-Verfahren, unter Ausschluss von Zusatzwerkstoffen hergestellt wird..Heatsink according to claim 1 or 2, characterized in that a fusion-free metallic connection of the side surface (s) of individual segments to a base plate by a friction stir welding, a so-called "friction stir welding" method, excluding any additional materials. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass, gegebenenfalls nach einem Bearbeiten, die Seitenflächen der Einzelsegmente derart aneinander angelegt, aufgespannt und schmelzfrei metallisch zu einer Grundplatte gefügt werden, dass die der metallischen Verbindung der Segmente gegenüberliegend abragenden Kühlteile einen im Wesentlichen gleichen Axabstand wie an den Segmenten selbst aufweisen.Heatsink according to one of claims 1 to 3, characterized in that, optionally after machining, the side surfaces of the individual segments are applied to each other, clamped and melt-free metallic joined to a base plate, that the metallic connection of the segments opposite projecting cooling parts a substantially have same Axabstand as at the segments themselves. Kühlkörper (1) aus Aluminium mit einem Reinheitsgrad des Werkstoffes von als 99.0 Gew.-% Al zum Kühlen und zur Festlegung von elektronischen und/oder elektrischen Bauteilen, umfassend im Wesentlichen eine Grundplatte (2) mit einerseits abragenden Kühlteilen und andererseits, diesen gegenüberliegend, mindestens eine Kontaktfläche (25) zur thermischen Ankopplung von zu kühlenden Teilen, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (2) des Kühlkörpers (1) aus zumindest zwei, aus einem Vormaterial durch Druckumformen gemäß DIN 8583 hergestellten Einzelsegmentplatten (21) mit abragenden Kühlteilen (23), durch eine zusatzwerkstofffrei schmelzfrei metallische Verbindung (M) derselben an den Seitenflächen (22) gebildet ist.Heat sink ( 1 ) made of aluminum with a purity of the material of 99.0 wt .-% Al for cooling and fixing of electronic and / or electrical components, comprising substantially a base plate ( 2 ) with on the one hand projecting cooling parts and on the other hand, opposite these, at least one contact surface ( 25 ) for the thermal coupling of parts to be cooled, characterized in that the base plate ( 2 ) of the heat sink ( 1 ) from at least two, made of a starting material by pressure forming according to DIN 8583 single segment plates ( 21 ) with protruding cooling parts ( 23 ), by an additive-free melt-free metallic compound (M) on the side surfaces ( 22 ) is formed. Kühlkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelsegmentplatten (21) mittels Fließpressverfahrens mit Kühlstiften (24) hergestellt werden und zumindest teilweise eine Verformungstextur (V) aufweisen.Heat sink according to claim 5, characterized in that the individual segmental plates ( 21 ) by means of extrusion process with cooling pins ( 24 ) and at least partially have a deformation texture (V). Kühlkörper nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die schmelzfrei metallische Verbindung (M) der Seitenflächen (22) der Einzelsegmentplatten (21) durch ein Reibrührschweißen, einem sogenanntes „friction stir welding”-Verfahren, erstellt ist.Heat sink according to claim 5 or 6, characterized in that the melt-free metallic compound (M) of the side surfaces ( 22 ) of the single segment plates ( 21 ) is produced by a friction stir welding, a so-called "friction stir welding" method. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verformungstextur (V) des Werkstoffes zumindest im Übergangsbereich von der Grundplatte (2) in die Kühlstifte (24) mit im Wesentlichen runder Querschnittsform, vorliegt.Heat sink according to one of claims 5 to 7, characterized in that a deformation texture (V) of the material at least in the transition region of the base plate ( 2 ) in the cooling pins ( 24 ) having a substantially round cross-sectional shape. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einer metallischen Verbindung (M) der Einzelsegmentplatten (21) jeweils gegenüberliegend gleichgerichtet abragenden Kühlteile (24) einen im Wesentlichen gleichen wirksamen Axabstand X0, wie derjenige, der innerhalb der Einzelsegmentplatten (21) vorliegt, aufweisen.Heat sink according to one of claims 5 to 8, characterized in that the a metallic compound (M) of the single-segment plates ( 21 ) each opposite rectilinear projecting cooling parts ( 24 ) has a substantially same effective axial distance X 0 as that within the single segment plates ( 21 ). Kühlkörper nach einem der Ansprüche 5 bis 9 hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine Kontaktfläche (25) zur thermischen Ankopplung von Bauteilen von größer als 130 × 130 mm, insbesondere von größer als 145 × 145 mm, bei einer Dicke (H) der Grundplatte (2) eine Dicke von 4 bis 30 mm, vorzugsweise von 5 bis 15 mm, aufweist.Heat sink according to one of claims 5 to 9 produced by a method according to one of claims 1 to 4, characterized in that this a contact surface ( 25 ) for the thermal coupling of components greater than 130 × 130 mm, in particular greater than 145 × 145 mm, at a thickness (H) of the base plate ( 2 ) has a thickness of 4 to 30 mm, preferably 5 to 15 mm. Kühlkörper (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstifte (24) einen größten wirksamen Axabstand (X0) von (2 bis 4)mal von deren mittleren Durchmesser (D) aufweisen, die Grundplatte (2) eine Dicke (H) von (0.8 bis 1.5)mal dem wirksamen Axabstand (X0) der Kühlstife (24) hat und die maximale Auskraglänge (L) der Kühlstifte (24) (6 bis 8)mal von deren mittleren Durchmesser (D) beträgt.Heat sink ( 1 ) according to one of claims 5 to 10, characterized in that the cooling pins ( 24 ) have a maximum effective axial spacing (X 0 ) of (2 to 4) times their mean diameter (D), the base plate (X 0 ) 2 ) a thickness (H) of (0.8 to 1.5) times the effective axial distance (X 0 ) of the cooling stirrer ( 24 ) and the maximum projection length (L) of the cooling pins ( 24 ) (6 to 8) times of their mean diameter (D).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107680964A (en) * 2017-11-07 2018-02-09 苏州科技大学 A kind of microwave power amplifier for improving power cell temperature homogeneity
DE102019122660A1 (en) * 2019-08-22 2021-02-25 Jungheinrich Aktiengesellschaft Power electronics for an industrial truck

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DIN 8583

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