DE3429269A1

DE3429269A1 - Gehaeuse mit rippen und/oder spitzen

Info

Publication number: DE3429269A1
Application number: DE19843429269
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. 8069 Reichertshausen Prussas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-08-08
Filing date: 1984-08-08
Publication date: 1986-02-20

Description

Gehäuse mit Rippen und/oder Spitzen
Die Erfindung betrifft eine Verbesserung des in Oberbegriff genannten speziellen Gehäuses, das für sich dem Fachmann, vor allem dem Entwickler von Halbleiterbausteinen, bestens vertraut ist.
Die Erfindung wurde an sich für ein spezielles 200 IvEz-Lichtsendemodul mit Glasfaseranschluß für die Umsetzung von elektrischen in optische Signale entwickelt. Dieses .Modul enthält u.a. einen nahe seiner höchstzulässigen Betriebstemperatur, nämlich bei etwa 1250 C betriebenen Treiber mit etwa 1 W Verlustleistung, das mit Kühlluft als Kühlmedium von etwa 40° C und 100 m/sec beblasen wird. Die Gehäuse werden in hoher Vielzahl nebeneinander sehr dicht gepackt auf Leiterplatten untergebracht.
Die Einbauplatzverhältnisse sind also extrem eng, wobei lediglich nach zwei Seiten etwa 2 mm Platz für evtl.noch außen am Gehäuse anzubringende Rippen/Spitzen vorhanden ist. Ohne ganz besondere Kühlmaßnahmen wird das Gehäuse und damit der Treiber zu heiß und ist dann nicht betriebsfähig, vgl. auch die prioritätsgleichen Anmeldungen P .. .. ..... = VPA 84 P 1584DE und P .. .. ..... = 84 p 1583DE @@d P .. .. ..... = 84 P 1586DE.
Die Erfindung eignet sich jedoch nicht nur für jenes Lichtsendemodul, sondern für alle durch den Oberbegriff des Patentanspruches 1 definierten Gehäuse.
Die Aufgabe der Erfindung ist, den Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Gehäuse und dem Kühlmedium so zu verringern, daß selbst bei äußerst beengten Einbauverhältnissen und mäßig günstigen Kühlmediumdaten die höchstzulässigen Betriebstemperaturen des Wärme erzeugenden Körpers, z.3. Halbleiterkörpers, oft noch eingehalten werden können. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Die in den Unteransprüchen angegebenen weiteren Naßnahhen gestatten zusätzliche Vorteile, nämlich die Maßnahmen nach Patentanspruch 2, den Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Gehäuse und dem Kühlblech besonders stark zu verringern, 3, das Kühlblech leicht am Gehäuse zu befestigen und alleine schon durch den eigenen Federdruck den Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Gehäuse und dem Kühlblech niedrig zu halten, 4, das Kühlblech besonders solide am Gehäuse zu befestigen und den Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Gehäuse und dem Kühlblech weiter zu verringern, 5, den Fließwiderstand des Kühlmediums, z.B. den Luftwiderstand bei Kühlluft als Kühlmedium,niedrig zu halten, 6, die Kühlung durch die damit erreichte Verwirbelung des vorbeifließenden Kühlmediumstbei relativ niedrigem Fließwiderstand des Kühlmediums, weiter zu verbessern.
7, die Oberfläche der Rippen/Spitzen zu erhöhen und damit die Kühlung trotz relativ großer Höhe der Rippen/Spitzen und engster Einbauplatzverhältnisse weiter zu verbessern, sowie 8, bestimmte Teile der Gehäuseoberfläche bei Bedarf gezielt kaum/nicht zu kühlen, aber die mittels der Wärmeleitung über das ganze Kühlblech rasch verteilbare Wärme, welche im wesentlichen nur über die stark zu kühlenden Teile der Gehäuseoberfläche in das Kühlblech fließt, auch über diejenige Kühlblechfläche zu kühlen, welche über der kaum/nicht zu kühlenden Gehäuseoberfläche liegt, wodurch die Kühlung der stark zu kühlenden Teile der Gehäuseoberfläche verbessert wird.
Die erfindung wird anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele weiter erläutert, wobei die Figur 1 mehrere direkt nebeneinander unter sehr engen Einbauverhältnissen angebrachte Gehäuse, 2 bis 4 eine Rippe/Spitze in Seitenansichten und in Draufsicht, 5 ein zwei erfindungsgemäße Kühlbleche aufweisend@# Gehäuse, 6 bis 9 verschiedene Arten der Orientierungen der Rippen/Spitzen, 10 ein Gehäuse mit einem kaum/nicht zu kühlenden Teil seiner Oberfläche, sowie 11 zwei Gehäuse mit sehr dicht verzahnten Rippen/Spitzen, wobei die Rippen/Spitzen des einen Gehäuses sogar bis in die Lücken zwischen den Rippen/Spitzen des anderen Gehäuses roten, zeigen.
Bei allen in den Figuren gezeigten Beispielen handelt es sich demnach um erfindungsgemäße Varianten U des Gehäuses G mit Rippen/Spitzen für einen im Betrieb Verlustwärme abgebenden Körper , z.B. Halbleiterkörper, wobei die Gehäuseoberfläche G im Betrieb durch ein fließfähiges Kühlmedium K, bevorzugt Kühlluft KL gekühlt wird. Der Wärmewiderstand zwischen dem Gehäuse G und dem Kühlmedium KL soll mittels der Rippen/Spitzen U auf der Gehäuseoberfläche niedrig gehalten werden.
Bei allen gezeigten Beispielen ist das Gehäuse G zumindest an Teilen seiner Oberfläche mit dem metallischen, in sich gut wärmeleitenden Kühlblech KB bedeckt, welches eine hohe Vielzahl von nach außen gebogenen, aus dem Kühlblech KB geschnittenen/ges tanzt en/h eraus g eri s s enen am Fuße noch mit dem Kühlblech KB verbundenen Rippen/Spitzen U aufweist - daher ist im Kühlblech KB neben der aufgerichteten Rippe/Spitze U jeweils noch ein Loch LO, vgl.
die Gestaltung des Beispiels gemäß Fig.2 bis 4.
Dieses Kühlblech KB kann in sichtz.B. angenähert U-förmigtgebogen sein, vgl. K3s in Fig.##wobei es in Fig.5 die beiden Seitenflächen und die Rückseite des Gehäuses G berührt/bedeckt und kühlt. Es kann z.B. auch noch ein zweites ähnliches U-förmiges Kühlblech KBv die Oberseite, Unterseite und Rückseite des Gehäuses G berühren/bedecken und kühlen, in Fig.5 gestrichelt eingetragen.
Das Kühlblech KB, z.B. KBs/KBv, kann jeweils, insbesondere zur Verbesserung des Wärmeüberganges von dem Gehäuse G zum Kühlblech KB, auf das Gehäuse G gelötet oder auch z.B. angepunktet sein.
Das Kühlblech kann jedoch auch ein gut wärmeleitendes Federblech KB sein, welches zum das Gehäuse G gelegt, sich mit eigener Federkraft an das Gehäuse G anpreßt, und so die Wärme des Gehäuses G mit niedrigem Wärmewiderstand über die Rippen/Spitzen U sowie über die sonstige Außenoberfläche des Kühlbleches KB rn das Kühlmedium KL abfließt . Dabei helfen die Rippen/Spitzen U sowie auch bei allen anderen Ausfuhrungsbeispielen)1 das fließende Kühlmedium zu verwirbeln, was die Kühlung weiter verbessert.
Der Wärmefluß von der Gehäuseoberfläche G zu dem Kühlmedium KL kann bei der genannten Federblechvariante oft erheblich noch dadurch verbessert werden, daß das federnde Kühiblech KB zusätzlich durch ein Haftmittel, z.B. Lötmasse oder Klebemasse, oder z.B. auch durch Punkten, zusätzlich am Gehäuse befestigt wird.
Macht man die Rippen/Spitzen U trapezförmig z.B.
gemäß Fig.2 und 4, wird der Fließwiderstand/Luftwiderstand des Kühlmediums KL verringert und damit, bei gleichbleibendem Druck des zugeführten Kühlmediums KL eine höhere Kühlmedium-Fließgeschwindigkeit und damit eine Verbesserung der Kühlung erreicht.
An sich kann man alle Rippen/Spitzen U gemäß Fig.1, 5, 6, 11 quer zur Kühlmittel-Fließrichtung orientieren, wodurch eine hohe Verwirbelung des Kühlmediums KL und damit eine gute Kühlung, genauer: ein niedriger Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Kühlblech KB mit seinen Rippen/Spitzen U einerseits und dem fließenden Kühlmedium andererseits erreichbar ist.
Man kann die Rippen/Spitzen U, zumindest zum Teil, auch mehr oder weniger gedreht zur allgemeinen Kühlmittelfließrichtung anbringen, vgl. die verschiedenen Orientierungen in Fig.7 bis 9 und 11, wodurch auch ein niedrigerer Fließwiderstand/tuftwiderstand für das fließende Kühlmedium KL trotz noch hoher Verwirbelung, also insgesamt eine besonders gute Kühlung erreichbar ist.
Man kann die Rippen/Spitzen U, vgl. Fig.11, auch auf der einen, ersten Seite LS des Gehäuses G so anbringen,daß sie,bei nebeneinander angebrachten Gehäusen G,in die Lücken zwischen den Rippen/Spitzen U *)mehr oder weniger hineinragen. Die Rippen/Spitzen U sind also auf der ersten Seite LS gegen die Rippen/ Spitzen U auf der gegenüberliegenden zweiten Seite RS desselben Gehäuses G versetzt. Dies gestattet eine Vergrößerung der Oberflächen der Rippen/Spitzen U und trotzdem eine gute Kühlung trotz engster Einbauverhältnisse.
*) des gleichartigen Nachbargehäuses G Man kann auch das Kühlblech KB, vgl. Fig.10, in einem oder in mehreren Bereichen abheben, um dort lokal einen hohen Wärmewiderstand zwischen diesem Bereich der Gehäusewand und dem Kühlblech KB zu erreichen, z.B.
durch entsprechende Formgebung des Kühlbleches KB und/oder durch Aufbringen einer lokalen Wärmeisolationsschicht, vgl. WI in Fig.70 . Weil das ausreichend dick dimensiontierbare Kühlblech KB in sich jede aufgenommene Wärme sehr rasch gleichmäßig verteilt, wirkt bei diesem Beispiel aber der über der lokalen Wärmeisolationsschicht WI liegende Abschnitt des Kühlbleches KB weiterhin gut kühlend auf jene Teile der Gehäuseoberfläche, welche in gut wärmeleitendem unmittelbaren Kontakt mit dem Kühlblech KB stehen.
8 Ansprüche 11 Figuren

Claims

Patentans#rüche Gehäuse (G) mit Rippen (U) und/oder Spitzen (U) für einen im Betrieb Verlustwärme abgebenden Körper, z.B. Halbleiterkörper, wobei die Gehäuseoberfläche (G) im Betrieb durch ein fließfähiges Kühlmedium (KL), bevorzugt Kühlluft (KL), gekühlt wird, und wobei der Wärmewiderstand zwischen dem Gehäuse (G) und dem Kühlmedium (KL) mittels der Rippen/Spitzen (U) erniedrigt ist, - insbesondere Gehäuse für ein 200 M3it-Lichtsendemodul mit Treiber, dadurch #ekennz ei chnet - es (G) zumindest an Teilen seiner Oberfläche mit einem metallischen Kühlblech (KE) bedeckt ist, das eine Vielzahl von nach außen gebogenen, aus dem Kühlblech (KB bei LO) geschnittenen, am Fußpunkt noch am E~uhlblech (KB) hängenden Rippen/Spitzen (U) aufweist (Fig. 3).
2. Gehäuse nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß - das Kühlblech (KB) auf die Gehäuseoberfläche (G) aufgelötet ist.
3. Gehäuse nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß - das Kühlblech (KB) ein das Gehäuse (G) umklammerndes Federblech (KB) ist (Fig.5).
4. Gehäuse nach Patentanspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß - das Kühlblech (KB) zusätzlich durch ein Haftmittel auf der Gehäuseoberfläche befestigt ist.
5. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß - die Rippen/Spitzen (U) angenähert trapezförmig sind (Fig. 2 und 4).
6. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß - nicht alle Ripen/Spitzen (U) untereinander parallel sind (Fig. 6 bis 10).
7. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß - die Rippen/Spitzen (U) auf der einen,ersten Seite (LS) gegenüber den Rippen/Spitzen (U) auf der gegenüberliegenden, zweiten Seite (RS) der Gehäuseoberfläche so gegeneinander versetzt sind, daß bei zwei auf einem Träger nebeneinander angebrachten Gehäusen (G) die Rippen/Spitzen (U) auf der ersten Seite (LS) des einen Gehäuses (G) in die Lücken zwischen den Rippen/Spitzen (U) auf der zweiten Seite (RS) des anderen Gehäuses (G) ragen können (Fig.11).
8. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß - bei einem Teil der vom Kühlblech (KB) bedeckten Gehäuseoberfläche zwischen der Gehäuseoberfläche und dem Kühlblech (KB) eine Wärmeisolierschicht (WI) angebracht ist (Fig.10).