DE4134929A1 - Heat transfer body for cooling of semiconductor component - has ribs upstanding from base to grip prongs of component which are forced into corresp. grooves - Google Patents

Heat transfer body for cooling of semiconductor component - has ribs upstanding from base to grip prongs of component which are forced into corresp. grooves

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Abstract

The grooves (2) in the base (1) of the body have a rounded U section with an opening for insertion of individual components (3) having two prongs (4) which become bent so that each component is gripped between two ribs (5a, 5b). The length (L) of the prong (4) in contact with the rib (5) is between 60 and 80% of the circumference (U) of the grooves (2), whose opening (W) is at least equal to the width (B) of the prong. ADVANTAGE - A firm connection affording max. heat transfer surface between the base and individual components is achievable without recourse to special tools.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbundkörper aus einem Grundkörper, in dem Nuten zur Aufnahme von Einzelprofilen eingeformt sind, und aus den in diesen Nuten verankerten Einzelprofilen, die als in Nutrichtung langgestreckte Elemente ausgebildet sind.The invention relates to a composite body from a Basic body, in the grooves for receiving individual profiles are molded, and from the anchored in these grooves Individual profiles that are elongated in the direction of the groove Elements are formed.

Ein Verbundkörper der eingangs genannten Art ist aus der DE-PS 35 18 310 bekannt. Dieser Verbundkörper ist als Kühlkörper mit zahlreichen Rippen für Halbleiterbauelemente ausgebildet, wobei die Rippen vorzugsweise aus Leichtmetall mit einem stabartigen Querschnitt stranggepreßt werden. Zur Verbindung der Rippen mit dem Grundkörper werden diese in entsprechend ausgebildete Nuten eingesetzt und danach die Nutenflanken plastisch so verformt, daß Teile der Flanken in Ausnehmungen der Kühlrippen einragen.A composite body of the type mentioned is from DE-PS 35 18 310 known. This composite body is as Heatsink with numerous fins for semiconductor components formed, the ribs preferably made of light metal be extruded with a rod-like cross section. For Connection of the ribs to the base body are in appropriately trained grooves used and then the Groove flanks plastically deformed so that parts of the flanks protrude into recesses in the cooling fins.

Bei diesem Vorgang des "Einquetschens" der Rippen werden je nach Ausbildung der Nutflanken nur einzelne Abschnitte in einen engen Kontakt gebracht. Dieses hat hinsichtlich der erzielbaren Wärmeübertragungsleistung nachteilige Effekte, da der Wärmeübergang von den Kühlrippen an den Grundkörper oder umgekehrt durch Hohlräume, Fremdkörpereinschlüsse und dergleichen behindert wird.In this process of "squeezing" the ribs are each after forming the groove flanks only individual sections in brought a close contact. This has regarding the achievable heat transfer performance adverse effects, because the heat transfer from the cooling fins to the base body or vice versa through cavities, foreign body inclusions and the like is hindered.

Bei der Anwendung des aus der DE-PS 35 18 310 bekannten Verbundprinzips auf andere Verbundkörper wie z. B. Bordwand­ profile oder Containerwände besteht der Nachteil, daß die Festigkeit der nur punktuell verklammerten Kühlrippen für diese Anwendungsfälle nicht ausreichend ist. Ferner werden spezielle Werkzeuge benötigt, um die Nutflanken plastisch zu verformen.When using the known from DE-PS 35 18 310 Compound principles on other composite bodies such. B. side wall profiles or container walls has the disadvantage that the Strength of the cooling fins for only these use cases is not sufficient. Furthermore  special tools needed to plastically flatten the groove flanks to deform.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die verschie­ denen Nachteile zu vermeiden und bei Verbundkörpern der eingangs genannten Art, insbesondere bei aus stranggepreß­ ten Einzelteilen hergestellten Verbundkörpern eine feste und ein Maximum an Wärmeübertragungsfläche bietende Verbindung zwischen Grundkörper und Einzelprofil zu ermöglichen. Der daraus hergestellte Verbundkörper soll insbesondere bei dünnen, hohen und eng zusammenstehenden Einzelprofilen auch ohne das Eingreifen von Spezialwerk­ zeugen realisierbar sein.The object of the present invention is to various to avoid those disadvantages and in the case of composite bodies type mentioned, especially in the case of extruded Composite parts produced a solid and offering maximum heat transfer area Connection between base body and individual profile too enable. The composite body made from it should especially for thin, tall and closely related Individual profiles even without the intervention of a special factory be realizable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan­ spruch 1 genannten Merkmale gelöst. Bei einem als Strang­ preßprofil ausgebildeten Grundkörper kann mindestens jede zweite Rippe entfallen und lediglich die für die Verbindung erforderliche Kontur des Grundkörpers durch Strangpressen erzeugt werden. Dies vereinfacht den Bau eines Strangpreß­ werkzeuges und reduziert das Risiko des Werkzeugbruchs beim Strangpressen. Überraschender Weise wird dies jedoch bei gleichzeitiger Erhöhung der wirksamen Kühlflächen erreicht, die bei der Ausbildung des erfindungsgemäßen Verbundkörpers als "Kühlkörper" zur Verfügung stehen.This object is achieved by the in the patent claim 1 resolved characteristics. With one as a strand Press-formed basic body can be at least each second rib omitted and only those for the connection required contour of the base body by extrusion be generated. This simplifies the construction of an extrusion tool and reduces the risk of tool breakage when Extrusion. Surprisingly, however, this is at at the same time increasing the effective cooling surfaces, that in the formation of the composite body according to the invention are available as "heat sinks".

In einer bevorzugten Ausführungsform wird nach dem Strang­ pressen und gegebenenfalls Recken bzw. Richten des Grund­ körpers dieser zusammen mit den bereits eingeschobenen und verformten Einzelprofilen warm ausgelagert. Es kann aber auch vorgesehen werden, daß die Einzelprofile nach dem Strangpressen und gegebenenfalls Recken bzw. Richten im warmausgelagerten Zustand in den Grundkörper eingesetzt und danach eingerollt werden.In a preferred embodiment, after the strand press and if necessary stretch or straighten the ground body this together with the already inserted and deformed individual profiles stored warm. But it can also be provided that the individual profiles after the Extrusion and optionally stretching or straightening in exposed to heat in the base body  and then rolled up.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausfüh­ rungsbeispiele näher erläutert.In the following the invention is based on several embodiments Rungsbeispiele explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Verbund­ körper; Fig. 1 cross section through the composite body according to the invention;

Fig. 2 Querschnitt durch ein stabartig ausgebildetes Einzelprofil; Fig. 2 cross section through a rod-shaped individual profile;

Fig. 3 Querschnitt durch ein gabelförmig ausgebildetes Einzelprofil; FIG. 3 is cross-section through a fork-shaped design single profile;

Fig. 4 Teilquerschnitt durch einen erfindungsgemäßen Verbundkörper gemäß Fig. 1; FIG. 4 partial cross section through a composite body according to the invention according to FIG. 1;

Fig. 5 Querschnitt durch zwei Teilprofile; Fig. 5 cross section through two partial profiles;

Fig. 6 Querschnitt durch einen Grundkörper mit zwei Teil­ profilen; Fig. 6 cross section through a base body with two part profiles;

Fig. 7 Querschnitt durch einen Grundkörper mit einem Ein­ zelprofil; Fig. 7 cross section through a base body with a single profile;

In Fig. 1 ist der Grundkörper (1) mit mehreren Nuten (2) versehen, wobei diese vorzugsweise bereits in den durch Strangpressen hergestellten Grundkörper eingeformt sind. Die zwischen den Nuten bestehenden Mittelstege (6) weisen zum Nutinnern hin jeweils eine Hinterschneidung (7, 8) auf. In Fig. 1 the base body ( 1 ) is provided with a plurality of grooves ( 2 ), which are preferably already formed in the base body produced by extrusion. The central webs ( 6 ) between the grooves each have an undercut ( 7 , 8 ) towards the inside of the groove.

Beim Einschieben der Einzelprofile (3) in die Nuten werden die gabelförmigen Verlängerungen (4) an der Innenwandung umgeformt und greifen im Endzustand hinter die Hinter­ schneidungen (7, 8). Dies ist bei dem in die Nuten (2a, b) eingedrückten Einzelprofil (3a) deutlich zu erkennen.When inserting the individual profiles ( 3 ) into the grooves, the fork-shaped extensions ( 4 ) on the inner wall are formed and in the final state they grip behind the undercuts ( 7 , 8 ). This can be clearly seen in the individual profile ( 3 a) pressed into the grooves ( 2 a, b).

Zwischen den Nuten (2) können lange Rippenwände (5a, b) oder kurze Rippen (9) angeordnet sein. Die Rippenwände (5 a, b) gehen tangential in die Nuten (2a, b) über, so daß die an ihnen entlang gleitenden gabelförmigen Verlänge­ rungen (4) zwangsläufig am Nutgrund umgelenkt und gegen die Hinterschneidung (7, 8) gedrückt werden.Long rib walls ( 5 a, b) or short ribs ( 9 ) can be arranged between the grooves ( 2 ). The rib walls ( 5 a, b) go tangentially into the grooves ( 2 a, b), so that the fork-shaped extensions ( 4 ) sliding along them inevitably are deflected at the base of the groove and pressed against the undercut ( 7 , 8 ).

In Fig. 2 ist ein Einzelprofil (3b) als stabförmiges Profil dargestellt. In dieser Form lassen sich z. B. auch Containerwände oder Bordwandprofile ausbilden und verbin­ den.In Fig. 2, a single profile ( 3 b) is shown as a rod-shaped profile. In this form, z. B. also train container walls or side wall profiles and connect the.

Fig. 3 zeigt ein im Querschnitt gabelförmiges Einzelprofil (3c), das bei der Anwendung als Kühlkörper-Rippenprofil ein besonders günstiges Wärmeübergangsverhalten aufweist. Fig. 3 shows a fork-shaped individual profile ( 3 c), which has a particularly favorable heat transfer behavior when used as a heat sink rib profile.

Die Längen- und Durchmesserverhältnisse des erfindungsge­ mäßen Verbundkörpers sind ausschnittsweise in Fig. 4 verdeutlicht. Das Einzelprofil (3) weist eine gabelförmige Verlängerung (4) auf, dessen Kontaktlänge L an der Rippen­ wand (5a, b) und dessen Breite B in einem bestimmten Verhältnis zur kreisförmig ausgebildeten Nut (2a, b) und der Weite W der Nutöffnung steht.The length and diameter ratios of the composite body according to the invention are illustrated in sections in FIG. 4. The individual profile ( 3 ) has a fork-shaped extension ( 4 ), the contact length L on the ribs wall ( 5 a, b) and the width B in a certain ratio to the circular groove ( 2 a, b) and the width W of Groove opening is.

Anhand mehrerer Versuche wurde festgestellt, daß die günstigsten Festigkeits- und Wärmeübertragungseigenschaften dann bestehen, wenn die Länge L der gabelförmigen Verlänge­ rung (4) einen Wert zwischen 0,6-0,8 des Kreisumfanges U der Nut (2a, b) aufweist und die Weite W jeder Öffnung mindestens der Breite B der gabelförmigen Verlängerung (4) entspricht. Bei diesen Versuchen wurden Grundkörper (1) und Einzelprofil (3) aus einem Aluminiumwerkstoff durch Strangpressen hergestellt.Based on several tests, it was found that the most favorable strength and heat transfer properties exist when the length L of the fork-shaped extension ( 4 ) has a value between 0.6-0.8 of the circumference U of the groove ( 2 a, b) and the width W of each opening corresponds at least to the width B of the fork-shaped extension ( 4 ). In these experiments, the base body ( 1 ) and individual profile ( 3 ) were produced from an aluminum material by extrusion.

Das Einsetzen des Einzelprofils in den Grundkörper kann durch hydraulische Pressen, durch Einschlagen oder durch mechanische Mehrfachpressen erfolgen. In jedem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Einzelprofile entsprechend dem jeweiligen Bedarf zu kurzen Teilen abgelängt werden. Auf entsprechende Richteinrichtungen kann verzichtet werden, wenn die Einzelprofile kurz gehalten werden.The insertion of the individual profile in the base body can by hydraulic presses, by hammering or by mechanical multiple presses take place. In any case it is advantageous if the individual profiles according to the short needs can be cut to length. Appropriate straightening devices can be dispensed with if the individual profiles are kept short.

Bei langen und kurzen Einzelprofilen, die über den gesamten Verbundkörper reichen, erfolgt das Richten zweckmäßigerweise auf einer Richtbank, damit alle Einzel­ profile gleiche Abmessungen aufweisen.For long and short individual profiles that over the straighten the entire composite body expediently on a straightening bench so that all individuals profiles have the same dimensions.

Bei der Verwendung von langen Einzelprofilen können auch Andrückmaschinen eingesetzt werden, die über Rollensätze gleichzeitig mehrere Einzelprofile in ihre Endposition drücken. Damit wird eine großflächige Anbindung der Einzelprofile an den Grundkörper erreicht, so daß im Vergleich zum Stand der Technik eine vergrößerte Fläche für die Wärmeübertragung zwischen Grundkörper und Einzelprofil zur Verfügung steht.When using long individual profiles, too Pressing machines are used that have roller sets Several individual profiles in their end position at the same time to press. This will provide a large-scale connection to the Individual profiles reached on the base body, so that in Compared to the prior art, an enlarged area for the heat transfer between the base body and the individual profile is available.

Aus Fig. 5 sind zwei unterschiedliche Teilprofile (3a, b) erkennbar, wobei an der unteren Verlängerung (4) des Teilprofils (3a) eine Stoßkante (4a) ausgebildet ist. Die Stoßkante (4a) erleichtert die Positionierung des Teilpro­ fils (3a) in der Nut (2). An der Fläche (4b) können ferner Vertiefungen oder Erhebungen angeordnet sein, um eine formschlüssige Verbindung mit dem gegenüberliegenden Teilprofil zu bewirken.From Fig. 5, two different sub-sections (3 a, b) visible, wherein on the lower extension (4) of the partial section (3 a) an abutting edge (4 a) is formed. The abutting edge ( 4 a) facilitates the positioning of the partial profile ( 3 a) in the groove ( 2 ). On the surface ( 4 b), depressions or elevations can also be arranged in order to bring about a positive connection with the opposite partial profile.

Das Teilprofil (3b) ist ohne eine zusätzliche Ausformung an der unteren Verlängerung (4) dargestellt. Dieses Teilprofil (3b) ist allein durch kraftschlüssige Verbin­ dung in die Nut (2) einsetzbar und dort verankerbar.The partial profile ( 3 b) is shown on the lower extension ( 4 ) without any additional shaping. This partial profile ( 3 b) can be inserted and anchored there solely by means of a force-locking connection in the groove ( 2 ).

In Fig. 6 sind die Teilprofile (3a, b) in formschlüssiger Verbindung in eine der Nuten (2) eingeschoben dargestellt. Durch Druck auf den Vorsprung (4a) wird die gabelförmige Verlängerung in zwei benachbarte Nuten (2a, b) eingepreßt.In Fig. 6, the partial profiles ( 3 a, b) are shown inserted in a positive connection in one of the grooves ( 2 ). By pressing on the projection ( 4 a), the fork-shaped extension is pressed into two adjacent grooves ( 2 a, b).

Falls erforderlich kann das erfindungsgemäße Verbundsystem auch zur Verlängerung oder Verbreiterung von Verbundkörper angewendet werden. Hierzu sind in Fig. 7 zwei Grundkörper (1a, b) mit Nuten (2a, b) über ein Einzelprofil (3) formschlüssig und kraftschlüssig verbunden.If necessary, the composite system according to the invention can also be used to extend or widen composite bodies. For this purpose, two base bodies ( 1 a, b) with grooves ( 2 a, b) via a single profile ( 3 ) are positively and non-positively connected in FIG. 7.

Man erkennt aus Darstellungen gemäß Fig. 1-7, daß das erfindungsgemäße Verbundsystem nicht auf die gewählten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr lassen sich Abwandlungen sowohl in der Dimension als auch in der Kombination der gezeigten Varianten durchführen. Wesentlich dabei ist, daß die Einzelprofile (3 bzw. 3a, b) in die U- förmigen Nuten (2 bzw. 2a, b) soweit eingeschoben werden, daß die Enden (3.1 bzw. 3.2) jedes Einzelprofils (3) bis unter die Hinterschneidungen (2.1 bzw. 2.2) eingreifen. Erst durch diesen Eingriff ist ein dauerhafter Verbund garantiert, der eine hohe Festigkeit gegenüber Torrosion, Biegung und Querkraftbeanspruchung aufweist.It can be seen from the illustrations according to FIGS. 1-7 that the composite system according to the invention is not limited to the selected exemplary embodiments. Rather, modifications can be made both in the dimension and in the combination of the variants shown. It is essential that the individual profiles ( 3 or 3 a, b) are inserted into the U-shaped grooves ( 2 or 2 a, b) to such an extent that the ends ( 3.1 or 3.2 ) of each individual profile ( 3 ) to intervene under the undercuts ( 2.1 or 2.2 ). This intervention is the only way to guarantee a permanent bond that is highly resistant to corrosion, bending and shear stress.

Claims (15)

1. Verbundkörper, bestehend aus einem Grundkörper, in dem Nuten zur Aufnahme von Einzelprofilen eingeformt sind, und aus den in diesen Nuten verankerten Einzelprofilen, die als in Nutrichtung langgestreckte Elemente ausge­ bildet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (2) des Grundkörpers (1) einen im Querschnitt gesehen kreisförmigen Umriß U aufweisen, wobei eine Öffnung zum Einschieben der Einzelprofile (3) vorgese­ hen ist,
und daß die Einzelprofile (3) am unteren Ende aus mindestens zwei im Querschnitt gabelförmigen Verlänge­ rungen bestehen, die in je eine Öffnung der Nuten (2) einschiebbar und durch Umbiegen der Verlängerungen (4) verklammerbar sind.1. composite body, consisting of a base body in which grooves are formed for receiving individual profiles, and from the individual profiles anchored in these grooves, which are formed as elongated elements in the groove direction,
characterized in that the grooves ( 2 ) of the base body ( 1 ) have a circular outline U seen in cross section, an opening for inserting the individual profiles ( 3 ) being provided,
and that the individual profiles ( 3 ) at the lower end consist of at least two fork-shaped extensions in cross-section, which can be inserted into an opening of the grooves ( 2 ) and clamped by bending the extensions ( 4 ). 2. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelprofile (3) aus zwei Teilprofilen (3a, b) bestehen, die an der unteren Verlängerung (4) form­ schlüssig verbunden sind.2. Composite body according to claim 1, characterized in that the individual profiles ( 3 ) consist of two partial profiles ( 3 a, b) which are positively connected to the lower extension ( 4 ). 3. Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelprofile (3) aus zwei im wesentlichen symme­ trischen Teilprofilen (3a, b) bestehen, die an der unteren Verlängerung (4) kraftschlüssig verbunden sind. 3. Composite body according to one of the preceding claims, characterized in that the individual profiles ( 3 ) consist of two substantially sym metric sub-profiles ( 3 a, b) which are non-positively connected to the lower extension ( 4 ). 4. Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelprofile (3) gerippt sind.4. Composite body according to one of the preceding claims, characterized in that the individual profiles ( 3 ) are ribbed. 5. Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilprofile (3a, b) als dünnwandige Elemente ausgebildet sind.5. Composite body according to one of the preceding claims, characterized in that the partial profiles ( 3 a, b) are designed as thin-walled elements. 6. Verbundkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite W jeder Öffnung der Nut (2) mindestens der Breite B einer gabelförmigen Verlängerung (4) und höchstens dem 0,7-fachen des Umfanges U entspricht.6. Composite body according to claim 5, characterized in that the width W of each opening of the groove ( 2 ) corresponds at least to the width B of a fork-shaped extension ( 4 ) and at most 0.7 times the circumference U. 7. Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge L jeder gabelförmigen Verlängerung (4) einen Wert zwischen 0,6 und 0,8 des Kreisumfanges U der Nut (2) annimmt.7. Composite body according to one of the preceding claims, characterized in that the length L of each fork-shaped extension ( 4 ) assumes a value between 0.6 and 0.8 of the circumference U of the groove ( 2 ). 8. Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen zweier benachbarter Nuten (2a, b) im vierten und im ersten Quadranten, bezogen auf den jeweiligen Kreisquerschnitt der Nuten (2a, b) liegen.8. Composite body according to one of the preceding claims, characterized in that the openings of two adjacent grooves ( 2 a, b) in the fourth and in the first quadrant, based on the respective circular cross section of the grooves ( 2 a, b). 9. Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Grundkörper (1) Einzelprofile (3) eingeschoben sind, die als im Querschnitt gesehen gabelförmiges Strangpreßprofil ausgebildet sind. 9. Composite body according to one of the preceding claims, characterized in that in the base body ( 1 ) individual profiles ( 3 ) are inserted, which are designed as a fork-shaped extruded profile seen in cross section. 10. Verwendungskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand von jeweils zwei Nuten in dem Grundkörper (1) eine dünnwandige Rippe (5) angepreßt ist.10. Use body according to one of the preceding claims, characterized in that a thin-walled rib ( 5 ) is pressed at intervals of two grooves in the base body ( 1 ). 11. Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugewandten Rippenflächen (5a, b) tangential in die benachbarten Nuten (2a, b) einlau­ fen.11. Composite body according to one of the preceding claims, characterized in that the facing rib surfaces ( 5 a, b) tangentially fen in the adjacent grooves ( 2 a, b). 12. Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den jeweils benachbarten Nuten (2c, d) angeordnete Mittelsteg (6) am oberen Ende eine Verbrei­ terung aufweist.12. Composite body according to one of the preceding claims, characterized in that the central web ( 6 ) arranged between the respectively adjacent grooves ( 2 c, d) has a widening at the upper end. 13. Verbundkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (2c, d) Hinterschneidungen (7, 8) aufweisen.13. Composite body according to one of the preceding claims, characterized in that the grooves ( 2 c, d) have undercuts ( 7 , 8 ). 14. Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gabelförmigen Verlängerungen der Einzelprofile (3) in die Öffnungen der Nuten (2) eingeschoben und unter Druck an den Nutwandungen entlang bis unter die Hinterschneidungen (7, 8) eingepreßt werden.14. A method for producing a composite body according to one of the preceding claims, characterized in that the fork-shaped extensions of the individual profiles ( 3 ) are inserted into the openings of the grooves ( 2 ) and under pressure along the groove walls up to under the undercuts ( 7 , 8 ) be pressed in. 15. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelprofile (3) nach der Einpressung in die Nuten (2) des Grundkörpers (1) wärmebehandelt werden.15. The method according to the preceding claim, characterized in that the individual profiles ( 3 ) are heat-treated after being pressed into the grooves ( 2 ) of the base body ( 1 ).
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