DE4301865A1 - Cooling box for electric component - Google Patents
Cooling box for electric componentInfo
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Abstract
Description
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer Kühldose nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention is based on a cooling box according to the preamble of claim 1.
Mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus der DE-C2-29 34 549 bekannt ist. Dort ist ein einstückig ausgebildeter Kühlkörper für Hochleistungs- Halbleiterbauelemente angegeben, der in mindestens einer Ebene mehrere gebohrte, parallele Kühlkanäle aufweist, die von dazu senkrechten Kühlkanälen durchdrungen werden. Die Achsen dieser 2 orthogonalen Sätze von Kühlkanälen sind bezüglich einer Achse des Kühlmitteleintrittskanals gegensinnig symmetrisch geneigt. Ein separater, durch Schrumpf- oder Preßsitz oder durch Schweißung oder Klebung aufgebrachter Mantelkörper umgibt den Wärmeleitkörper. Als Kühlflüssigkeit strömt Öl oder hochreines, elektrisch schwach leitendes Wasser von einem gemeinsamen Eintrittsverteiler durch die Kühlkanäle zu einem gemeinsamen Auslaßsammler in einem Zwangsumlauf.With the preamble of claim 1 takes Invention related to a prior art, as it from the DE-C2-29 34 549 is known. There is one piece trained heat sink for high performance Semiconductor components specified in at least one Level has several drilled, parallel cooling channels, the are penetrated by cooling channels perpendicular to it. The Axes of these 2 orthogonal sets of cooling channels are with respect to an axis of the coolant inlet channel inclined in opposite directions. A separate, through Shrink fit or press fit or by welding or gluing applied jacket body surrounds the heat-conducting body. When Coolant flows in oil or high purity, electrically weakly conductive water from a common Inlet distributor through the cooling channels to one common exhaust manifold in a forced circulation.
Aus der DE-A-26 40 000 ist es bekannt, bei einer einstückig gestalteten Kühldose mit innengekühlten Wärmeübergangselementen eine Wasser- oder Ölumlaufkühlung zur Wärmeableitung zu verwenden. Im Strömungsweg der Kühlflüssigkeit sind senkrecht zu den Dosenböden orientierte und mit diesen stoffschlüssig verbundene Zapfen angeordnet. Diese Zapfen weisen einen quadratischen Querschnitt auf und stehen mit einer Diagonale quer zur Strömungsrichtung. Durch diese Anordnung der Zapfendiagonalen quer zur Strömungsrichtung treten Verwirbelungen auf, die einen guten Übergang der abzuführenden Wärme vom Dosenboden in die Flüssigkeit bewirken. Auf die Zapfen sind Bleche aufgesteckt oder aufgelötet. Die Fertigung der Kühldose ist relativ aufwendig.From DE-A-26 40 000 it is known to be in one piece designed cooling box with internally cooled Heat transfer elements a water or oil circulation cooling to use for heat dissipation. In the flow path of the Coolant are perpendicular to the can bottoms oriented and cohesively connected to these arranged. These pegs have a square Cross section and stand with a diagonal across Flow direction. By this arrangement the Enter the diagonal of the cone across the flow direction Swirls on that a good transition of heat to be dissipated from the bottom of the can into the liquid cause. Sheets are attached to the pins or soldered on. The manufacturing of the cooling box is relative complex.
Aus der EP-B1-0 144 579 ist es bekannt, bei einem scheibenförmigen Kühlkörper in der Halbleiterauflagefläche radial oder serpentinförmig oder evolventenförmig oder spiralförmig geführte Kühlschlitze mit rechteckförmigem oder dreieckförmigem oder halbrundem oder trapezförmigem Querschnitt vorzusehen. Von einem zentralen Sammelkanal strömt Kühlflüssigkeit durch die Kühlschlitze zum Kühlkörperrand und von dort frei in einen den Kühlkörper umgebenden Flüssigkeitsbehälter. In die Kühlschlitze können kegelförmige oder zylindrische oder nadelförmige oder prismatische oder tetraedrische Verwirbelungskörper hineinragen. Derartige Kühlkörper sind vorzugsweise in Ölkessel eingetaucht. Ein Austausch von Halbleiterbauelementen ist sehr zeitaufwendig.From EP-B1-0 144 579 it is known for one disc-shaped heat sink in the semiconductor contact surface radial or serpentine or involute or spiral cooling slots with rectangular or triangular or semicircular or trapezoidal Cross section. From a central collecting channel coolant flows through the cooling slots to Heat sink edge and from there freely into the heat sink surrounding liquid container. Can in the cooling slots conical or cylindrical or acicular or prismatic or tetrahedral vortex bodies protrude into it. Such heat sinks are preferably in Oil boiler immersed. An exchange of Semiconductor devices are very time consuming.
Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, löst die Aufgabe, eine Kühldose der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß die Kühlwirkung verbessert wird.The invention as defined in claim 1 solves the problem of a cooling box of the type mentioned to develop in such a way that the cooling effect is improved becomes.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mit unverändertem Kühlmittelaufwand eine größere Kühlleistung erbracht werden kann. Der Zusatzaufwand für die einfach herstellbaren Verwirbelungskörper ist relativ gering. Die Metallkühlköper sind einfach herstellbar durch Fräsen, Bohren, Einsetzen der Verwirbelungsköper und anschließendes Aufschweißen einer Deckplatte.An advantage of the invention is that with unchanged coolant expenditure a greater cooling capacity can be provided. The extra effort for that simple producible swirl body is relatively small. The Metal heatsinks are easy to manufacture by milling, Drilling, insertion of the interlacing body and subsequent Welding a cover plate.
Mit zunehmender Geschwindigkeit und Turbulenz des Kühlmediums verbessert sich der Wärmeübergangswiderstand vom Kühlkanal zum Kühlmedium. Durch den Einsatz der Verwirbelungskörper wird der thermische Widerstand des Kühlkörpers im Vergleich zu Kühldosen nach dem Stand der Technik etwa halbiert.With increasing speed and turbulence of the Cooling medium improves the heat transfer resistance from the cooling channel to the cooling medium. By using the The vortex body is the thermal resistance of the Heatsink compared to the state of the art Technology about halved.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei spiels erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below by means of an embodiment game explained. Show it:
Fig. 1-3 Querschnitte durch einen Kühlkörper mit mehreren gebohrten Kühlkanälen in zueinander senkrechten Schnittebenen und Fig. 1-3 cross sections through a heat sink with several drilled cooling channels in mutually perpendicular cutting planes and
Fig. 4 einen Verwirbelungskörper zum Einsatz in einen der Kühlkanäle des Kühlkörpers gemäß den Fig. 1-3. Fig. 4 is a swirler body for use in one of the cooling channels of the heat sink of FIGS. 1-3.
Die Fig. 1-3 zeigen in 3 zueinander senkrechten Querschnitten eine flüssigkeitsdichte, flache, einstückig hergestellte Kühldose mit 2 zueinander planparallelen 1. und 2. Bauelement-Auflageflächen (10, 11). Figs. 1-3 show in three mutually perpendicular cross-sections of a liquid-tight, flat, produced in one piece with the cooling box 2 to each other plane-parallel 1st and 2nd component bearing surfaces (10, 11).
Ein Wärmeleitkörper bzw. Kühlkörper (1), vorzugsweise aus Aluminium oder einer elektrisch gut leitenden Aluminiumlegierung, weist einen Flüssigkeitseinlaß (2) auf, der in einen Eintrittsverteiler bzw. Einlaßsammelkanal (3) mündet. Von diesem Einlaßsammelkanal (3) führen dicht unterhalb der 1. Bauelement-Auflagefläche (10) mehrere gebohrte, parallel zueinander angeordnete Einlaßkühlkanäle (4) in einen allen Einlaßkühlkanälen (4) gemeinsamen Verteilerkanal (5), der durch eine aufgeschweißte Abdeckplatte (8) aus dem gleichen Material wie der Kühlkörper (1) verschlossen ist. Von dem Verteilerkanal (5) führen dicht unterhalb der 2. Bauelement-Auflagefläche (11) mehrere gebohrte, parallel zueinander angeordnete Auslaßkühlkanäle (6) in einen allen Auslaßkühlkanälen (6) gemeinsamen Auslaßsammler bzw. Auslaßsammelkanal (9), der mit einem Flüssigkeitsauslaß (7) in Verbindung steht.A heat-conducting or heat sink (1), preferably of aluminum or an aluminum alloy with good electrical conductivity, has a liquid inlet (2), which opens into an inlet manifold and inlet collector channel (3). From this inlet manifold ( 3 ), just below the first component support surface ( 10 ), several drilled inlet cooling channels ( 4 ) arranged parallel to each other lead into a distributor channel ( 5 ) common to all inlet cooling channels ( 4 ), which is made by a welded-on cover plate ( 8 ) the same material as the heat sink ( 1 ) is closed. From the distribution channel ( 5 ), just below the second component support surface ( 11 ), several drilled outlet cooling channels ( 6 ) arranged parallel to each other lead into an outlet collector or outlet collecting channel ( 9 ) common to all outlet cooling channels ( 6 ), which is connected to a liquid outlet ( 7 ) is connected.
In alle Kühlkanäle (4, 6) sind Verwirbelungskörper (12) in Gestalt von Spindeln oder Schrauben oder Schnecken aus Kunststoff eingesetzt, vgl. Fig. 4, vorzugsweise ein Verwirbelungskörper (12) je Kühlkanal (4, 6). Die Kühlkanäle (4, 6) haben einen Durchmesser von 4 mm. Die Verwirbelungskörper (12) mit einer Welle bzw. einem Schraubenzylinder (13) und einem damit verbundenen, im Profil rechteckigen Schnecken- bzw. Schraubengewinde (14) haben einen Zylinderdurchmesser (d) von 2,2 mm, einen Außendurchmesser (D) von 3,9 mm, der an einem Ende auf einer Länge von 15 mm konisch ist und bis maximal 4,05 mm zunimmt, eine Profilbreite (a) von 1,5 mm und eine Ganghöhe bzw. Gewindesteigung (P) von 10 mm. Vorzugsweise sollte die Profilbreite (a) des Schraubengewindes (14) kleiner als 20% von deren Gewindesteigung (P) sein. Endseitig ist an dem Verwirbelungskörper (12) ein Schraubenschlitz (15) mit einer Schlitztiefe (b) von 3 mm vorgesehen. Der zylindrische Verwirbelungskörper (12) kann mit nicht dargestellten Noppen versehen sein.Swirling bodies ( 12 ) in the form of spindles or screws or screws made of plastic are used in all cooling channels ( 4 , 6 ), cf. Fig. 4, preferably one swirl body ( 12 ) per cooling channel ( 4 , 6 ). The cooling channels ( 4 , 6 ) have a diameter of 4 mm. The swirling bodies ( 12 ) with a shaft or a screw cylinder ( 13 ) and an associated screw or screw thread ( 14 ) which is rectangular in profile have a cylinder diameter (d) of 2.2 mm and an outer diameter (D) of 3 , 9 mm, which is conical at one end over a length of 15 mm and increases up to a maximum of 4.05 mm, a profile width (a) of 1.5 mm and a pitch or thread pitch (P) of 10 mm. The profile width (a) of the screw thread ( 14 ) should preferably be less than 20% of its thread pitch (P). A screw slot ( 15 ) with a slot depth (b) of 3 mm is provided on the end of the swirling body ( 12 ). The cylindrical swirling body ( 12 ) can be provided with knobs, not shown.
Als Kühlflüssigkeit wird entionisiertes Reinwasser mit einer Leitfähigkeit von < 2 µS/cm verwendet, das im Betrieb über einen Anionen-Kationen-Austauscher geleitet wird. Vorzugsweise ist dem Reinwasser Glykol als Frostschutzmittel beigefügt.Deionized pure water is used as the cooling liquid a conductivity of <2 µS / cm used in operation is passed over an anion-cation exchanger. Preferably, the pure water is glycol Antifreeze added.
Wichtig ist, daß die Verwirbelungskörper (12) in den Kühlkanälen (4, 6) in ihrer Lage fixiert sind und ihre Position durch die Strömung der Kühlflüssigkeit nicht verändern. Dies wird dadurch erreicht, daß der Außendurchmesser (D) der aus elastischem Kunststoff bestehenden Verwirbelungskörper (12) zumindest über ein Teilstück seiner Länge mindestens so groß bzw. größer ist als der Durchmesser der Kühlkanäle (4, 6).It is important that the swirling bodies ( 12 ) are fixed in their position in the cooling channels ( 4 , 6 ) and do not change their position due to the flow of the cooling liquid. This is achieved in that the outer diameter (D) of the swirling body ( 12 ) made of elastic plastic is at least as large or larger than the diameter of the cooling channels ( 4 , 6 ) over at least a portion of its length.
Der Kühlkörper (1) muß als einstückiger Plattenkörper ausgeführt sein, um Spaltkorrosion zu vermeiden. Spalten zwischen Metallteilen sind unzulässig. Die Kühlkanäle (4, 6) sind aus wirtschaftlichen und herstellungstechnischen Gründen zylindrisch auszuführen. Nadelförmige oder kegelförmige Verwirbelungskörper scheiden aus, da sie die Homogenität des Kühlkanals stören und sich aktiv an der Wärmeleitung beteiligen. Als Material für den Kühlkörper (1) ist auch nichtrostender Stahl geeignet, nicht jedoch Kupfer bei Verwendung von Wasser als Kühlfluid.The heat sink ( 1 ) must be designed as a one-piece plate body to avoid crevice corrosion. Gaps between metal parts are not permitted. The cooling channels ( 4 , 6 ) are cylindrical for economic and manufacturing reasons. Needle-shaped or cone-shaped swirling bodies are ruled out because they disrupt the homogeneity of the cooling channel and actively participate in the heat conduction. Stainless steel is also suitable as the material for the heat sink ( 1 ), but not copper when using water as the cooling fluid.
Es versteht sich, daß die Formgebung und die Abmessungen der Verwirbelungskörper (12) und der Kühlkanäle (4, 6) von den genannten abweichen können. So kann der Verwirbelungekörper (12) z. B. als Vollschnecke geformt sein. Die durch Pfeile gekennzeichnete Zu- und Abströmrichtung der Kühlflüssigkeit kann vertauscht sein, so daß Flüssigkeitseinlaß (2) und Flüssigkeitsauslaß (7) vertauscht sind. Innerhalb des Kühlkörpers (1) können zusätzliche Reihen von Einlaßkühlkanälen und Auslaßkühlkanälen vorgesehen sein. Am seitlichen Außenrand des Kühlkörpers (1) können zusätzlich nicht dargestellte Kühlrippen angebracht sein, um die Kühlwirkung zu verbessern. Die Abdeckplatte (8) kann auch durch Löten oder Kleben fluiddicht befestigt sein. Statt Wasser kann z. B. Öl als Kühlfluid verwendet werden.It goes without saying that the shape and the dimensions of the swirling bodies ( 12 ) and the cooling channels ( 4 , 6 ) can deviate from those mentioned. So the Verwirbelungekörter ( 12 ) z. B. be shaped as a full screw. The inflow and outflow direction of the cooling liquid, indicated by arrows, can be interchanged, so that the liquid inlet ( 2 ) and liquid outlet ( 7 ) are interchanged. Additional rows of inlet cooling channels and outlet cooling channels can be provided within the heat sink ( 1 ). In addition, cooling fins (not shown) can be attached to the lateral outer edge of the heat sink ( 1 ) in order to improve the cooling effect. The cover plate ( 8 ) can also be attached in a fluid-tight manner by soldering or gluing. Instead of water, e.g. B. Oil can be used as the cooling fluid.
BezeichnungslisteLabel list
1 Kühlkörper
2 Flüssigkeitseinlaß
3 Einlaß-Sammelkanal
4 Einlaß-Kühlkanäle
5 Verteilerkanal
6 Auslaß-Kühlkanäle
7 Flüssigkeitsauslaß
8 Abdeckplatte für 5
9 Auslaß-Sammelkanal
10 1. Bauelement-Auflagefläche
11 2. Bauelement-Auflagefläche
12 Verwirbelungskörper, Schraube, Schnecke
13 Schraubenzylinder
14 Schraubengewinde
15 Schraubenschlitz
a Profilbreite
b Schlitztiefe
d Zylinderdurchmesser
D Außendurchmesser von 12
P Gewindesteigung, Ganghöhe 1 heat sink
2 liquid inlet
3 inlet manifold
4 inlet cooling channels
5 distribution channel
6 outlet cooling channels
7 liquid outlet
8 cover plate for 5
9 outlet manifold
10 1. Component support surface
11 2. Component contact surface
12 swirl body, screw, screw
13 screw cylinders
14 screw thread
15 screw slot
a profile width
b slot depth
d cylinder diameter
D outer diameter of 12
P thread pitch, pitch
Claims (10)
- a) mit einem metallischen, gut wärmeleitenden Kühlkörper (1),
- b) der mehrere Kühlkanäle (4, 6) mit zylindrischen Wandungsflächen aufweist,
- c) die mit Abstand zu mindestens einer 1. Bauelement- Auflagefläche (10) angeordnet sind,
- d) wobei im Strömungsweg eines die Kühlkanäle (4, 6) durchströmenden Kühlfluids mindestens ein Verwirbelungskörper (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
- e) daß der mindestens eine Verwirbelungskörper (12) spindelförmig oder in der Art einer Förderschnecke oder schraubenartig geformt ist.
- a) with a metallic, heat-conducting heat sink ( 1 ),
- b) which has a plurality of cooling channels ( 4 , 6 ) with cylindrical wall surfaces,
- c) which are arranged at a distance from at least a first component support surface ( 10 ),
- d) wherein at least one swirling body ( 12 ) is arranged in the flow path of a cooling fluid flowing through the cooling channels ( 4 , 6 ), characterized in that
- e) that the at least one swirling body ( 12 ) is spindle-shaped or in the manner of a screw conveyor or screw-shaped.
- a) daß der Kühlkörper (1) mindestens 2 Reihen paralleler Kühlkanäle (4, 6) aufweist, die dicht benachbart zu 1. und 2. Bauelement-Auflageflächen (10, 11) angeordnet sind, und
- b) daß in jedem Kühlkanal (4, 6) mindestens ein Verwirbelungskörper (12) angeordnet ist.
- a) that the heat sink ( 1 ) has at least 2 rows of parallel cooling channels ( 4 , 6 ) which are arranged closely adjacent to the 1st and 2nd component support surfaces ( 10 , 11 ), and
- b) that in each cooling channel ( 4 , 6 ) at least one swirl body ( 12 ) is arranged.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19934301865 DE4301865A1 (en) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | Cooling box for electric component |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE19934301865 DE4301865A1 (en) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | Cooling box for electric component |
Publications (1)
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| DE4301865A1 true DE4301865A1 (en) | 1994-07-28 |
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ID=6478838
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| DE19934301865 Withdrawn DE4301865A1 (en) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | Cooling box for electric component |
Country Status (1)
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| DE (1) | DE4301865A1 (en) |
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