DE2723713C2

DE2723713C2 - Verfahren zur Herstellung eines Wärmerohres mit innerer Sinterstruktur und Kontaktierungswerkzeug zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE2723713C2
Application number: DE19772723713
Authority: DE
Inventors: Erwin Klein; Hans Ing.(grad.) 6805 Heddesheim Zink
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1977-05-26
Filing date: 1977-05-26
Publication date: 1981-11-26
Also published as: DE2723713A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eims Wärmerohres mit einem inneren metallischen Sinterbelag als Kapillarstruktur unter Einführung eines Kontaktierungswerkzeuges in das offene, später unter Einschluß einer Arbeitsflüssigkeit zu verschließende Wärmerohr.

Wärmerohre können Anwendung als Wärmerohrkühler für Leistungs-Halbleiterbauelemente, z. B. Leistungs-Thyristoren finden (BBC-Nachrichten, 1973, H. 6/7. S. 143 bis S. 152).

Der Aufbau und die physikalischen Grundlagen des Wärmerohres, die Rechenmethoden zur Beschreibung des stationären und instationären Betriebes und di^CT verschiedenen Ausführungsformen sind bekannt (BBC-Nachrichten, März 1966, S. 206 bis S. 211; Wärme- und Stoffübertragung, Bd.4 (1971), S. 39 bis S. 47; DE-OS 21 04 184).

Bei einem bekannten Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung (DE-OS 2130 822) wird eine zweischichtige Kapillarstruktur aufgesintert. Ausgehend von einem Metallpulver aus Körnern unterschiedlichen Materials wird in das an einer Stirnseite noch offene Wärmerohr ein Dorn eingesetzt, dessen Außendurchmesser um soviel geringer als die Öffnungsweite des Wärmerohres ist, als es der gewünschten Schichtdikke der Kapillarstruktur entspricht, der entstandene Zwischenraum wird mit Metallpulver gefüllt und das Wärmerohr auf eine Temperatur erhitzt, die 25% unter der Schmelztemperatur des Metallpulver liegt.

Als Sintermaterialicn sind Kupfer, Nickel. Titan. Aluminium oder nichtrostender Stahl genannt- Wird /.. B. Kupfer sowohl als Siniermalerial als auch als Material für den Wärmerohrmantel und die Stirnscheiben gewühlt, damit keine Dissoziation durch /.. B. als Kühlflüssigkeit verwendetes destilliertes Wasser ent- ft5 steht, wird auch der Wärmerohrkörper über seine Erweichungstemperatur hinaus beansprucht und verliert so an festigkeit. Das bedeutet, daß an der Auflagestelle für das Halbleiterbauelement beim Kontaktieren mit den dafür benötigten großen Kräften Eindrücke entstehen, die bereits nach einem Lösen der Kontaktierung, verschärft noch bei einem Tausch eines Halbleiterbauelementes keine ebenen Auflagen mehr garantieren.

Dadurch wächst der thermische Übergangswiderstand, bei einer Halbleiterbauform in Scheibenzellenbauweise mit direkter Druckkontaktierung ist sogar die innere Kontaktierung des Halbleiterbauelementes thermisch gefährdet. Außerdem bedeutet die verringerte Festigkeit, daß die auf Druck beanspruchten Teile des Wärmerohres, so z. B. die Rohrwandung, verstärkt werden müssen, was den Nachteil höheren Gewichtes und größeren thermischen Widerstandes zur Folge hat.

Es wird bei diesem bekannten Verfahren auch ein Glühofen benötigt, der evakuierbar sein muß, weil das Kupfer von Sauerstoff frei sein muß und nicht über diesen Arbeitsgang wieder damit angereichen, werden darf.

Der Erfindung liegt ausgehend vom vorbeschriebe-

erfahren die Aufgabe zugrunde, die gesinterte Kapillarstruktur in das Wärmerohr einzubringen und mit der inneren Wandung innig zu kontaktieren, wobei die zuvor gewählten mechanischen und thermischen Eigenschaften des Wärmerohrkörpers erhalten bleiben sollen.

Diese Aufgabe wild erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in jeweils zwei gleichartige, als Fließpreßteile hergestellte, topfförmige Wärmerohrhälften der aus plastisch verformbarem Material als fertiges Bauelement hergestellte, topfförmige Sinterbelag eingebracht wird, anschließend die Wandungen jedes Wärmerohrtopfes mit denen des Sinterbelages in mehreren Ebenen gleichzeitig mittels eines elastischen, sich unter Druckeinwirkung aufweitenden Stempel des Kontaktierungswerkzeuges kontaktiert werden und danach die beiden Wärmerohrhälften mittels Lichtbogen-Schweißens verbunden werden.

Ein weiterer Vorschlag der Erfindung geht dahin, daß der Stempel des Kontaktierungswerkzeuges aus kaltaushärtendem Siliconharz besteht, dessen Härtegrad entsprechend der Sinterbelagstruktur wählbar ist.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das hier vorgestellte neu entwickelte Verfahren eine erhebliche wirtschaftlichere serienmäßige Fertigung von Wärmerohrkühlern ermöglicht. Ferner kann der topfförmige Sinterbelag in einfacherer Weise mit der jeweils gewünschten Kapillarstruktur, wie beispielsweise Netz- oder Feingewindestruktur, versehen werden, da er in einem eigenen Arbeitsgang vorgefertigt wird. Das nachteilige Erhitzen d^s Wärmerohres im Glühofen über seine Erweichungstemperatur hinaus entfällt ebenfalls.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Wärmerohrkühlern wird anhand der Ausführungsbcispicle gemäß F i g. 1 und 2 erläutert. Es zeigt

Fig. I eine Wärmerohrhälfte im Schnitt, entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt,

F i g. 2 das Kontaktierungswerkzeug im Schnitt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das Wärmerohr besteht aus zwei gleichen topfförmigen Wärmerohrhälften 1. von denen nur eine dargestellt ist, mit Boden 2, Wandung 3 und Stützbolzen 4. Die Wärmerohrhälften I werden als Fließpreßteile gefer ligt. In diese werden topfförmige Sinterbeläge 6 eingebracht, bestehend aus Boden 7 mit Bohrung 8 und Wandung 9. Zu diesem Zweck sind ihre Außendurch-

messer etwas kleiner als der Innendurchmesser der Wärmerohrhälften 1, Der Sinterbelag 6 ist wie ein Plast strukturiert, kann also in gewissen Grenzen rückfederungsfrei verformt werden ohne zu reißen, besteht aus gesintertem Kupfermaterial und wird als eigenständiges Bauteil hergestellt

Um guten Kontakt der Wcrmerohrhälfte 1 mit dem Sinterbelag 6 an Böden 2 und 7 sowie Wandungen 3 und 9 zu erzielen, wird der Stempel 12 eines Kontaktierungswerkzeuges 11 2ingefahren (F i g. 2). Eine gute IContaktierung ist notwendig, damit der Wärmeübergang Kupferwandung — Kapillarstruktur und umgekehrt ohne Wärmeleitung über Luft oder Wasser ermöglicht wird.

Der Stempel 12 ist mit einer Bohrung 13 versehen, in is die der Stützbolzen 4 eintauchen kann. GefaSt wird der Stempel 12 von einer Stahlarmatur 16, die zum Einspannen in eine Presse mit einem Zapfen 17 versehen ist. Der Einstich 18 dient zur Zentrierung der Topfwandung 3 noch bevor der Stempelboden 14 den Boden 7 des Sinterbelages 6 berührt.

Nach dem Einfahren des Stempels 12 in die ineinandergestellten topfförmigen Hälften ^Wärmerohrhälfte 1 und Sinterbelag 6) erfolgt eine Abstützung über seinen Boden 14 auf den Boden 7, dieser stützt sich auf dem Boden 2 ab und dieser letztlich auf dem Pressentisch.

Der Stempel 12 besteht aus einem Elastomer, vorteilhafterweise einem kaltaushärtendem Siliconharz hoher Druckfestigkeit. Die Materialhiirte dieses Siliconharzes ist so 3IU wählen, daß bei seiner Verformung keine das Kapillargefüge beeinträchtigenden Drücke entstehen.

Mit dem Erhöhen der Pressenkraft erfolgt die Kontaktierung der Böden, gleichzeitig aber weitet sich der Stempel 12 auf und stützt sich über seine Wandung 15 auf den Wandungen 9 des topfförmigen Sinterbelages 6 und der Wandung der Wärmerohrhälfte 1 ab, wodurch diese ebenfalls kontaktieren. Aufgrund der zylindrischen Elauform muß dabei die Topfwandung 3 nicht abgestützt werden.

Nach erfolgter Kontaktierung werden je zwei fertige Wärmerohrhälften an ihren Rändern 5 zusammengefügt, wobei eine Zentrierung mittels eines Stiftes, aufgenommen in die Bohrungen 10, erfolgt. Danach werden die Ränder 5 stoffschlüssig miteinander verbunden. Da die von den später auf den Böden 2 des fertigen Wärmi;rohrkühlers anzubringenden Halbleiterbauelemente produzierte Wärme in Achsrichtung gesehen von den beiden Enden des Wrsrmerohres hälftig zur Mitte hin abgeleitet wird, ist es nicht erforderlich, daß in der Mitte des Rohres der Übergang des Wassers von den Kapillarbelägen einer Wärmerohrhälfte in die andere gut funktioniert. Deshalb können die beiden Rohrhälften mittels Lichtbogen-Schweißens verbunden werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Herstellung eines Wärmerohres mit einem inneren metallischen Sinterbelag als Kapillarstruktur unter Einführung eines Kontaktierungswerkzeuges in das offene, später unter Einschluß einer Arbeitsflüssigkeit zu verschließende Wärmerohr, dadurch gekennzeichnet, daß in jeweils zwei gleichartige, als Fließpreßteile hergestellte, topfförmige Wärmerohrhälften der aus plastisch verformbarem Material als fertiges Bauelement hergestellte, topfförmige Sinterbelag eingebracht wird, anschließend die Wandungen jedes Wärmerohrtopfes mit denen des Sinterbelages in mehreren Ebenen gleichzeitig mittels eines elastischen, sich unter Druckeinwirkung aufweitenden Stempels des Kontaktierungswerkzeuges kontaktiert werden und danach die beiden Wärmerohrhälften mittels Lichtbogen-Schweißens verbunden werden.

2. Koiiiaktierungswerkzeugzur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel aus kaltaushärtendem Siliconharz besteht, dessen Härtegrad entsprechend der Sinterbelagstruktur wählbar ist.