DE29520474U1

DE29520474U1 - Quaderförmiger Kühlkörper

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Publication number: DE29520474U1
Application number: DE29520474U
Authority: DE
Original assignee: MARK TRONIK ZUBEHOER fur DIE
Current assignee: MARK TRONIK ZUBEHOER fur DIE
Priority date: 1995-12-23
Filing date: 1995-12-23
Publication date: 1996-02-22
Anticipated expiration: 2005-12-24

Description

BUSE · MENTZEL -"IUlDEWfG' " '" Patentanwälte

Zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt Dipl.-Phys. Buse

Postfach 201462 Kleiner Werth 34 Dipl.-Phys. Mentzel

D-42214 Wuppertal D-42275 Wuppertal Dipl.-Ing. Ludewig

Wuppertal,

11

Kennwort: Kühlrippenverbindung

Mark-Tronik Zubehör für die Elektronikindustrie GmbH,
Rahmedestraße 75, 58762 Altena/Westfalen

Quaderförmiger Kühlkörper

Die Erfindung betrifft einen quaderförmigen Kühlkörper, insbesondere aus stranggepreßtem Leichtmetall, für elektrische und/oder elektronische Bauelemente, insbesondere Halbleiterbauelemente mit einer Bodenplatte und darauf angeordneten parallel zueinander verlaufenden Rippen. Derartige Kühlkörper werden verwendet, um empfindliche Bauelemente vor einer Überhitzung zu schützen. Hierzu werden die Bauelemente auf der Bodenplatte befestigt, um so eine gute wärmeleitende Ableitung über den Kühlkörper zu erreichen, wenn das Bauelement im Gebrauch übermäßig erhitzt werden sollte. Vorgeschlagen sind Kühlkörper, bei denen der gesamte Kühlkörper mit den einzelnen Rippen aus stranggepreßtem Leichtmetall aufgebaut ist. Es zeigt sich jedoch, daß der Abstand der Kühlrippen relativ groß sein mußte, um das Strangpreßverfahren durchführen zu können. Weiter ist vorgeschlagen worden, Kühlrippen auf eine Bodenplatte zu befestigen. Hierzu weist die Bodenplatte Nuten auf, in denen die Kühlrippen eingesetzt und durch plastisches Verformen der Nutenwände festgelegt werden. Es zeigte sich hier, daß der Wärmeübergang zwischen Bodenplatten und Kühlplatten relativ schlecht ist, so daß es trotz Kühlkörper zu Überhitzungen kommen kann. Darüber hinaus bot das plastische Verformen keinen sicheren Halt über der gesamten Länge der Kühlrippe. Schließlich war die Befestigung der Kühlrippen auf der

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Bodenplatte relativ aufwendig und die einzelnen Kühlrippen konnten wegen ihrer Befestigung nicht dicht nebeneinander angeordnet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen quaderförmigen Kühlkörper- so zu gestalten, daß eine sehr gute Kühlleistung erzielt werden kann und die Bodenplatte selber gleichmäßig gekühlt wird. Darüber hinaus soll eine einfache Herstellung gegeben sein, wobei der Abstand der Rippen relativ klein sein soll. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Bodenplatte in mehrere Abschnitte unterteilt ist, daß jeder Abschnitt eine einzige Rippe aufweist, daß die einzelnen Abschnitte der Bodenplatte miteinander verbunden sind.Dadurch, daß die Bodenplatte mehrere Abschnitte trägt, die jeweils eine einzige Rippe aufweisen, können diese Teile relativ leicht auch im Stranggußverfahren hergestellt werden, das entsprechende Werkzeug kann einfach aufgebaut werden. Dadurch, daß jeweils einzelne Kühlrippen mit Bodenplattenabschnitten hergestellt und gefertigt werden, ist es weiterhin möglich, diese einzelnen Rippen beliebig dicht aneinander anzuordnen. Auf einen Abstand zweier Rippen braucht bei der Herstellung keine Rücksicht genommen werden.Empfehlenswert ist es, wenn die der Bodenplatten zugewandten Enden der Rippen eine Abbiegung aufweisen, die mit ihrem freien Ende mit dem Ende der benachbarten Rippe verbunden ist. Die Abbiegung an dem Ende der Rippe ermöglicht, daß sich die Rippen nicht nur an der Bodenplatte abstützen können, sondern auch an ihrem freien Ende, so daß ein besonders guter Zusammenhalt gegeben ist. Durch die Verbindung erhält man eine einfache Befestigung der einzelnen Abschnitte, hierbei stört diese Befestigung die Wärmeübertragung von Bodenplatte zur Rippe nicht, da für jeden Abschnitt der Bodenplatte eine Kühlrippe vorhanden ist, so daß zum einen die von der Bodenplatte von einem Bauelement aufgenommene Wärme direkt über die Rippen abgeleitet werden kann oder aber über die Verbindung zu dem benachbarten Abschnitt.

Die Abbiegung in Verbindung mit der Bodenplatte erlaubt weiterhin unmittelbar zwischen den einzelnen Kühlrippen ein Kühlmedium, wie beispielsweise Luft strömen zu lassen, um so die Kühlwirkung des Kühlkörpers noch zu erhöhen, da nunmehr ein bis auf Anfang und Ende geschlossener Luftraum gegeben ist.

Vorteilhafterweise erfolgt die Verbindung zwischen. den

Bodenplattenabschnitten und den freien Enden der Abbiegung und der benachbarten Rippe über eine Klebeverbindung in einem einzigen Preßvorgang. Hierdurch ist eine sichere Anordnung gegeben, da durch gegenseitige Abstützung über die Abbiegung weiterhin sichergestellt ist, daß die Rippen sich bei der Befestigung nicht bezüglich der anderen Rippen verziehen können.

Empehlenswerterweise bildet die Abbiegung mit den Rippen eine gemeinsame Fläche die parallel zum Boden verläuft, um so einen glatten quaderförmigen Kühlkörper zu erreichen, auf dem oder den noch benachbarte Kühlkörper unmittelbar angeordnet werden.

Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Bodenplattenabschnitte nach dem einen benachbarten Abschnitt einen rechteckigen Vorsprung und nach dem anderen Abschnitt eine rechteckige Vertiefung auf, hierbei greift der rechteckige Vorsprung des einen Bodenplattenabschnittes in die rechteckige Ausnehmung des benachbarten Abschnittes zur Verbindung ein. Dadurch, daß zwischen den einzelnen Abschnitten der Bodenplatte besondere Vorsprünge bzw. Ausnehmungen vorhanden sind, ergibt sich bei der Klebeverbindung eine überaus sichere Befestigung, ohne daß die Wärmeleitfähigkeit der Bodenplatte beieinträchtigt wird. Die rechteckigen in Rippenrichtung verlaufende Bodenabschnitte bieten ein zahnartiges ineinandergreifen benachbarter Abschnitte und somit einen sicheren Halt.

Vorteilhafterweise entspricht die Breite der Vorsprünge der Hälfte der Dicke der Bodenplatte und die Höhe der Vorsprünge der Hälfte der Länge des Bodenplattenabschnittes, da auf diese Weise eine überaus steife und stabile Befestigung erzielt wird, darüber hinaus können über di,e Vorsprünge und die Ausnehmungen in Verbindung mit dem Klebeverbinder auch zu den

benachbarten Abschnitten von dem einen Abschnitt Wärmemengen abgeleitet werden.

Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel der Erfindung -weisen Ausnehmungen der Bodenplattenabschnitte Hinterschneidungen auf, in die ein in Rippenrichtung verlaufender Vorsprung eines

Bodenplattenabschnittes einschiebbar ist. Hierbei weist der Vorsprung eine Gestalt auf, wie die Ausnehmung. Durch die Hinterschneidungen erhält man eine sichere Festlegung des benachbarten Bodenplattenabschnittes an dem vorhergehenden. Die nutenförmigen Ausnehmungen mit den Hinterschneidungen nehmen die rippenartig verlaufenden Vorsprünge auf, so daß nacheinander die einzelnen Bodenplattenabschnitte mit ihren Vorsprüngen in die benachbarten Abschnitte mit den Ausnehmungen eingeschoben werden können. Auf diese Weise erhält man eine durchgehende Bodenplatte, die mechanisch überaus sicher festgelegt ist. Trotzdem bleibt es bei der einfachen Herstellung de₍s Kühlkörpers. Es sei hier noch erwähnt, daß zusätzlich noch ein Klebeverbinder in die Ausnehmungen eingetragen werden könnte, um so gegebenenfalls ein Herausrutschen oder Verschieben eines Abschnittes zum benachbarten Abschnitt in der Nutenrichtung der Vorsprünge ausgeschlossen ist. Besonders empfiehlt es sich hier bei diesem Ausführungsbeispiel, daß die Ausnehmungen T-förmig und die Vorsprünge ebenfalls T-förmig gestaltet sind, so daß hier der Querbalken des T's des Vorsprunges sicher in der Querausnehmung der T-förmigen Ausnehmung gelagert ist.

Vorteilhafterweise laufen die Rippen nach ihrem Ende hin konisch zusammen und sind an ihren Seitenflächen gewellt ausgebildet, da hierdurch eine sichere Wärmeübertragung auf die die Rippen umströmende Luft bzw. die Rippen umströmenden Kühlmedium abgeleitet werden können. Vorteilhafterweise sind die beiden Endrippen des quaderförmigen Kühlkörpers nach der Außenseite glatt ausgebildet und nach der Innenseite gewellt. Durch die Wellung an der Innenseite erfolgt die bekannte gute Wärmeabgabe. Durch die glatte Ausbildung der Außenwand kann darüber hinaus der benachbarte Kühlkörper dicht an den ersten Kühlkörper gestellt werden.

Es hat sich gezeigt, daß, wenn die Klebeverbindung zwischen den Abschnitten aus Epoxiharzkleber besteht, eine besonders stabile Verbindung zwischen den einzelnen Abschnitten ermöglicht und die zugleich wärmeleitfähjg ist.

Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand
Ausführungsbeispiel dargestellt und zwar zeigen:

in

Fig. 1 die Seitenansicht des Kühlkörpers,

Fig. 2 eine einzelne Rippe mit Bodenplattenabschnitt in
perspektivischer Ansicht.

Der Kühlkörper 10 ist quaderförmig gestaltet. Er weist eine Bodenplatte 11 auf, auf der Rippen 12 angeordnet sind. Die Rippen 12 verlaufen in Längsrichtung des Kühlkörpers (siehe Fig. 2) und liegen parallel zueinander.

Nach ihrem freien Ende 22 hin verlaufen die Rippen 12 leicht konisch zusammen. An ihren beiden Seiten sind die Rippen 12 mit Wellungen 19 versehen.

Die Bodenplatte 11 ist in einzelne Bodenplattenabschnitte 13 unterteilt, hierbei trägt jeder Abschnitt 13 nur eine einzige Rippe.

An dem freien Ende 22 der Rippen ist eine rechtwinklige Abbiegung 14 vorgesehen, die sich zu einer benachbarten Rippe abstützt und zwar greift das Ende 17 der Abbiegung 14 in eine Aufnahme 18 einer benachbarten Rippe. Im vorliegenden Falle sind die Enden 17 und die Aufnahmen 18 jeweils im Querschnitt gesehen pfeilartig ausgebildet.

Die Abschnitte 13 der Bodenplatte 11 sind jeweils mit einem zum benachbarten, gerichteten Abschnitt rechteckigen Vorsprung 15 ausgestattet

und mit einer rechteckigen Ausnehmung an der gegenüberliegenden Seite. Der rechteckige Vorsprung einer Rippe 12 greift in die rechteckige Ausnehmung der anderen Rippe ein, die Größe der Ausnehmungen entspricht der Größe der Vorsprünge. Die Länge bzw. die Höhe der Vorsprünge entspricht der Hälfte der Dicke der Länge bzw. Breite des Bodenabschnittes. Die Breite der Vorsprünge und die Breite der Ausnehmungen entspricht etwa der Hälfte der Höhe bzw. Dicke der Bodenplatte, wie aus der Zeichnung zu ersehen ist.

Es sei hier noch vorgetragen, daß die Ausnehmungen nutenartig sich entlang den Rippen erstrecken, ebenso verlaufen die Vorsprünge, wie aus Fig. 2 hervorgeht, längs den Rippen. Am Boden der Ausnehmungen könnte eine Hinterschneidung vorgesehen sein, wobei dann eine entsprechend geformte Gestalt am freien Ende des Vorsprunges seien, etwa ein T-förmiger Vorsprung. Der Abschnitt mit dem T-förmigen Vorsprung würde dann in die nutenartig verlaufende Ausnehmung eingeschoben werden, so daß Stück für Stück die Abschnitte aneinander formschlüssig festgelegt werden könnten. Zusätzlich könnte hier eine Verankerung, sei es durch eine Klebeverbindung oder durch einen Halteriegel die Lage der einzelnen Bodenabschnitte mit den Rippen verankert werden.

Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, ist durch die Ausbildung der Vorsprünge und Ausnehmung eine Verzahnung der einzelnen Abschnitte 13 zu einer gemeinsamen Bodenplatte 11 gegeben.

Die beiden Endrippen 20 und 21 des Kühlkörpers hin sind ebenfalls mit einem Abschitt 23 der Bodenplatte ausgestattet, hierbei trägt der Abschnitt 23 der Endrippe 20 lediglich eine rechteckige Ausnehmung, während der Abschnitt 23 der Endrippe 21 einen Vorsprung aufweist. Die Endrippen sind nach der Außenseite hin glatt gestaltet. Nach der Innenseite weisen sie Wellungen 22 auf.

Zum Zusammenbau werden die einzelnen Rippen 12 sowie die Endrippen 20, 21 aneinandergefügt, wobei vorher zwischen den Vorsprüngen und Ausnehmungen bzw. die Abbiegungsenden und Abbiegungsaufnahmen 17,18

ein Kleber eingebracht wird, sodann wird ein Druck auf die Endrippen ausgeübt und die gesamte Anzahl der Rippen gegeneinander verpreßt. Dadurch, daß die Rippen sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite sich abstützen, ergibt sich eine sichere Verbindung, ohne daß befürchtet werden muß, daß bei der Befestigung die Rippen sich verziehen.

Nach Fertigstellung ergibt ein Kühlkörper, der rundherum eine glatte Außenfläche auf der Vorder- und Rückseite hat, so daß auf dem Kühlkörper neben dem Kühlkörper noch weitere Bodenplatten angeordnet werden können. Zwischen den in Abstand angeordneten Rippen 12 kann ein Kühlmedium, wie Luft durchgeblasen werden, um so eine Zwangslüftung zu haben, wodurch eine noch bessere und schnellere Wärmeabfuhr gegeben ist, so daß auf jeden Fall sichergestellt wird, daß die auf der Unterseite 24 der Bodenplatte 11 anzuordnenden Bauelemente, wie beispielsweise JGBT-Bauelemente (Isolated gate bipolar transistors) od.dgl., soweit gekühlt werden können, daß sie nicht überhitzt werden.

Wie bereits erwähnt, sind die dargestellten Ausführungen nur eine beispielsweise Verwirklichung der Erfindung. Diese ist nicht darauf beschränkt, vielmehr sind . noch mancherlei Abänderungen und Anwendungen möglich. Die pfeilartige Ausbildung an der Oberseite des Kühlkörpers zwischen Rippe und Abbiegung könnte auch so ausgebildet werden, daß sich die entsprechenden Bereiche glatt aneinander abstützen können. Wichtig bei der Erfindung ist es, daß die einzelnen Kühlrippen möglichst dicht aneinander angeordnet werden können, um so eine sichere Kühlung zu gewährleisten. Darüber hinaus soll der Kühlkörper so ausgebildet sein, daß seine Ober- und Unterseite möglichst glatt gestaltet ist, wobei die Unterseite möglichst keine Unebenheiten aufweisen darf, um die Bauelemente sicher anordnen zu können.

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Quaderförmiger Kühlkörper

Bezugszeichenliste

10 Kühlkörper

11 Bodenplatte

12 Rippen

13 Bodenplattenabschnitte

14 Abbiegung

15 rechteckiger Vorsprung

16 rechteckige Ausnehmung

17 freies Ende von

18 Aufnahme für

19 Wellungen

20 Endrippe mit Ausnehmung

21 Endrippe mit Vorsprung

22 freies Ende von

23 Abschnitt von 2o,21

24 Unterseite von

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TELEFAX (0202) 5715 01 BLZ 33040001 BLZ33060098 BLZ37O1O05O

Claims

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Quaderförmiger Kühlkörper

Ansprüche:

1.) Quaderförmiger Kühlkörper, insbesondere aus stranggepreßtem

Leichtenmetall für elektrisch und/oder elektronische Bauelemente, insbesondere Halbleiterbauelemente, mit einer Bodenplatte und darauf angeordneten parallel zueinander verlaufenden Rippen,

d ad urch gekennzeichnet,

daß die Bodenplatte (11) in mehrere Abschnitte (13) unterteilt ist, daß jeder Abschnitt (13) eine einzige Rippe (12) aufweist, daß die einzelnen Abschnitte (13) der Bodenplatte (11) miteinander verbunden sind.
2.) Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Bodenplatte (11) abgewandten Enden (22) der Rippen (12) eine Abbiegung (14) aufweisen, die mit ihrem Ende (17) mit dem Ende (22) der benachbarten Rippe (12) verbunden ist.
3.) Kühlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den Bodenplattenabschnitten (13) und den freien

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Enden der Abbiegungen (14) und der benachbarten Rippen (12) über eine Klebeverbindung in einem einzigen Preßvorgang erfolgt.
4.) Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbiegungen (14) mit den Rippen eine gemeinsame Fläche bilden, die parallel zum Boden (24) verläuft.
5.) Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplattenabschnitte (13) nach dem einen benachbarten Abschnitt (13) einen rechteckigen Vorsprung (15) und nach dem anderen Abschnitt (13) eine rechteckige Ausnehmung (16) aufweisen, hierbei greift der rechteckige Vorsprung (15) des einen Bodenplattenabschnittes (13) in die rechteckige Ausnehmung (16) des benachbarten Abschnittes (13) zur Verbindung ein.
6.) Kühlkörper nach einem der Ansprüche &Lgr; bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Vorsprünge (13) der Hälfte der Dicke der Bodenplatte entspricht.
7.) Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Vorsprünge (13) der Hälfte der Länge des Bodenplattenabschnitt.es entspricht.
8.) Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Ausnehmungen (16) der Bodenplattenabschnitte (13) Hinterschneidungen aufweisen, in die ein in Rippenrichtung verlaufender Vorsprung (15) eines benachbarten

Bodenplattenabschnittes einschiebbar ist, hierbei weist der Vorsprung eine Gestalt auf, wie die Ausnehmung.
9.) Kühlkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen und Vorsprünge T-förmig gestaltet sind.

&Idigr;2 :
10.) Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (12) nach ihrem Ende hin konisch zusammenlaufen und an ihren Seitenflächen Wellungen (19) aufweisen.
11.) Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Endrippen (20,21) nach der Außenseite hin glatt ausgebildet sind und nach der Innenseite gewellt.
12.) Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeverbindung zwischen den Abschnitten aus einem Epoxiharzkleber besteht.