DE3326478A1

DE3326478A1 - Kuehlvorrichtung zur waermeableitung der von einem elektrischen bauelement erzeugten waerme

Info

Publication number: DE3326478A1
Application number: DE19833326478
Authority: DE
Inventors: Walter 7541 Straubenhardt Schönthaler
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1983-07-22
Filing date: 1983-07-22
Publication date: 1985-02-07
Also published as: DE3326478C2

Description

Kühlvorrichtung zur Wärmeableitung der von
einem elektrischen Bauelement erzeugten Wärme Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.
Hochbelastbare elektrische Bauelemente, insbesondere elektrische Widerstände oder Halbleiterbauelemente zur Gleichrichtung oder Verstärkung hoher Ströme erzeugen in vielen Fällen eine hohe Wärme, die von diesen Bauelementen abgeführt werden muß, damit die damit belasteten Bauelemente keinen Schaden durch überhitzung erleiden. Zur Ableitung dieser Wärme ist es bekannt, Kühlkörper zu verwenden.
Vielfach sind diese Kühlkörper auf der Leiterplatte befestigt, mit deren elektrischen Leiterbahnennetz die zu kühlenden elektrischen Bauelemente verbunden sind. Des besseren Wärmeüberganges wegen sind die elektrischen Bauelemente unmittelbar mittels Schrauben oder Klammern an den Kühlkörper befestigt. Zur Erhöhung der Wärmeabstrahlung enthalten die Kühl körper vielfach Kühlrippen, so daß die Abstrahlungsfläche wesentlich erhöht wird. Der Zahl der Kühlrippen ist jedoch dann eine Grenze gesetzt, wenn sich die Kühlrippen derart gegenüberstehen, daß sie sich fast ausschließlich nur noch gegenseitig bestrahlen und somit keine erhöhte Wärmeabstrahlung in die Umgebung des Kühlkörpers stattfindet. Wegen der meist gedrängten Anordnung der elektronischen Bauelemente auf einer mit einem elektrischen Leiterbahnennetz versehenen Leiterplatte tritt eine nur geringe Luftkonvektion zwischen den Kühlrippen der Kühlkörper auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art derart auszubilden, daß trotz einer gedrängten Anordnung elektronischer Bauelemente auf einer Leiterplatte dennoch eine erhebliche Konvektion zur Ableitung der Wärme an den Kühlrippen der auf der Leiterplatte angeordneten Kuhlkörper stattfindet.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen technischen Merkmale gelöst. Diese Lösung weist den Vorteil auf, daß selbst bei dichtgedrängter Anordnung von Wärme abgebenden elektronischen Bauelementen und deren Kühikörper und trotz gegenseitiger Wärmeeinstrahlung der Kühlkörper eine erhebliche Wärmeabfuhr durch eine ungehinderte Luftkonvektion zwischen den Kühlrippen der einzelnen Kühlkörper erfolgt.
Es können dadurch für die Ableitung einer verhältnismäßig hohen Wärmeleistung in ihren Abmessungen verhältnismäßig kleine Kühlkörper verwendet werden, so daß trotz der hohen abzuleitenden Wärmeleistung ein gedrängter Aufbau auf der Leiterplatte ermöglicht wird. En weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß als Kühlkörper Abschnitte eines Metallstranges verwendet werden können, dessen Querschnitt das Kühlkörperprofil aufweist.
Die in den Unteransprüchen angegebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ermöglichen in vorteilhafter Weise eine zusätzliche Wärmeableitung an die durch den Kühlkörper konvektierende Luft.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen Figur 1a Draufsicht und Figur Ib Seitenansicht einer Kühlvorrichtung mit einem auf einer Leiterplatte befestigten Küh Ikörper, Figur 2 Ausschnitt eines Schnittes durch einen Kühlkörper einer in Figur 1 dargestellten Kühlvorrichtung mit einer Kühlflüssigkeit in einer geschlossenen Bohrung des Kühlkörpers.
Die in den Figuren la und 1b dargestellte Kühlvorrichtung zur Wärmeableitung der von einem elektrischen Bauelement 1 erzeugten Wärme besteht aus einer isolierenden Leiterplatte 2 und einem Kühlkörper 3. Der Kühlkörper 3 ist ein Abschnitt aus einem Profilstrang und enthält flügelartige Kühlrippen 4, die parallel zur Mittelachse 5 des Kühlkörpers verlaufenAn zwei sich gegenüber liegenden Stellen des Kühlkörpers enthalten zwei sich unmittelbar gegenüber liegende Kühlrippen 6 eine durch einen Schlitz 7 getrennte, ebenfalls in Richtung der Mittelachse verlaufende Brücke 8, mit einer ebenfalls parallel zur Mittelachse 5 verlaufenden Bohrung 9. In diese Bohrung ist an der Auflagestelle 10 des Kühikörpers auf der Leiterplatte mittels einer Schraube 12 ein Gewinde 11 eingeschnitten, an dem der Kühlkörper 3 auf der Leiterplatte befestigt ist.
Das elektrische Bauelement 1 enthält im dargestellten Ausführungsbeispiel drei Anschlußfahnen 13, die über Lötaugen 14 mit dem elektrischen Leiterbahnennetz 15 auf der Unterseite der isolierenden Leiterplatte verbunden sind.
Das elektrische Bauelement 1 wird mittels einer Spannfeder 16, die über die ersten, endseitigen Kühlrippen 17 geschnappt ist, gegen die plane Auflagefläche 18 des Kühlkörpers gepreßt, um so einen guten Wärmekontakt zwischen dem elektrischen Bauelement 1 und dem Kühlkörper 3 herzustellen.
Zwischen den Kühlrippen 4, die senkrecht zur Auflagefläche 19 der Leiterplatte stehen, sind in der Leiterplatte Durchbrüche 20 angebracht, die im dargestellten Ausführungsbeispiel kreisrund ausgebildet sind. Die Luft zwischen den Kühlrippen 4 wird durch die Wärme an den Flächen der Kühlrippen erwärmt. Die erwärmte Luft steigt zwischen den Kühlrippen hoch und zieht durch die Durchbrüche 20 noch nicht erwärmte Luft nach. Dadurch entsteht zwischen den Kühlrippen eine Luftkonvektion erheblicher Strömungsgeschwindigkeit, so daß die Kühlrippen eine erhebliche Wärmeleistung an die vorbeiströmende Luft abgeben können und durch den Luftstrom eine erhebliche Abkühlung der Kühlrippen stattfindet.
Zur Erhöhung der Wärmeableitung enthält der in Figur 1a dargestellte Kühlkörper 3 zusätzlich eine zentrale Bohrung 21 entlang der Mittelachse 5 des Kühlkörpers. An der Mündung dieses Bohrung 21 an der Auflagestelle 10 des Kühlkörpers 3 enthält die Leiterplatte 2 einen weiteren kreisrunden Durchbruch 22, durch den im Inneren des Kühl körpers eine weitere, kräftige Luftströmung entsteht und zu einer weiteren Abkühlung des Kühlkörpers beiträgt.
Die Wärmeabgabe durch Konvektion wird dadurch noch weiter erhöht, daß die Wände 23 der Kühl rippen und gegebenenfalls der zentralen Bohrung 21 nicht glatt sondern längsgeriffelt sind und damit die Wärmeabgabefläche noch weiter -erhöhen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist an der Auflagestelle 10 des Kühlkörpers 3 auf der Leiterplatte 2 ein Metallbelag 24 auf der Leiterplatte angebracht, über den ebenfalls Wärme gegebenenfalls zu einem Metallchassis abgeleitet wird.
Bei dem in Figur2dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zentrale Bohrung 21 des Kühlkörpers 3 an den beiden Enden der Bohrung je mit einem dichtschließenden Stopfen 25 verschlossen und mit einer Kühlflüssigkeit gefüllt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß sie den von dem elektrischen Bauelement 1 in den Kühlkörper 3 einströmenden Wärmefluß gleichmäßig über den Kühlkörper verteilt, insbesondere dann, wenn die zentrale Bohrung 21 dicht bei der Auflagefläche 18 für das elektrische Bauelement 1 aufdem Kühlkörper angeordnet ist.
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Claims

Patentansprüche Kühlvorrichtung zur Wärmeableitung der von einem elektrischen Bauelement erzeugten Wärme - mit einer waagerecht angeordneten Chassis- oder Leiterplatte, - und mit einem auf der Platte aufsitzenden Kühlkörper mit Kühlrippen, dessen Kühlrippen senkrecht zur Fläche der Platten verlaufen, auf der der Kühl körper aufsitzt, und an dem das elektrische Bauelement befestigt ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Chassis- oder Leiterplatte (2) an den Zwischenräus men zwischen den Kühl rippen (4) des Kühlkörpers (3) Durchbrüche (20) enthält.
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Chassis- oder Leiterplatte (2) an der Auflagestelle (10) des Kühlkörpers (3) einen Metall-, insbesondere einen Kupfer- oder Zinnbelag (24) zur weiteren Wärmeableitung aufweist.
3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (3) zwischen der Auflagefläche (18) für das zu kühlende elektrische Bauelement (1) und den Kühlrippen (4) eine durchgehende Bohrung (21) aufweist, die senkrecht zur Auflagefläche (19) der Leiterplatte (2) verläuft.
4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden der Bohrung (21) je ein dichtschliessender Stopfen (25) in der Bohrung befestigt ist und daß der mit den Stopfen verschlossene Raum der Bohrung mit einer KühLflüssigkeit (26) ausgefüllt ist.
5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (2) an der Mündung der Bohrung (21) einen weiteren Durchbruch (22) enthält.
6. Kühivorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkorper (3) an den Kühlflächen (23) eine Riffelung in Konvektionsrichtung aufweist.
7. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über zwei endseitige Kühlrippen (17) eine Spannfeder (16) zur Befestigung des elektrischen Bauteils (1) auf dem Kühlkörper (3) gelegt ist.
8. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen wenigstens zwei benachbarten Kühlrippen (6) des Kühlkörpers (3) eine geschlitzte Bohrung (9) in Konvektionsrichtung für die Anbringung eines Gewindes (11) enthalten ist.