DE69329548T2

DE69329548T2 - Herstellungsverfahren für eine Stift-Wärmesenke

Info

Publication number: DE69329548T2
Application number: DE1993629548
Authority: DE
Inventors: Hyogo-Ken Hayashi Chihiro; Aichi-Ken Ohminato Kimihiko
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd; Sumikin Precision Forge Inc
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-07-08
Filing date: 1993-07-08
Publication date: 2001-06-07
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: DE69329548D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stift-Wärmesenken mit guten Wärmeübergangseigenschaften, die durch Kaltschmieden, Warmschmieden, Heißschmieden oder durch Kombinationen dieser Verfahren mit einer Alkali- Auflösung hergestellt werden.
Bemühungen, den Integrationsgrad bei Halbleiterelementen zu erhöhen, sind so beachtlich fortgeschritten, dass Elemente entstanden sind, die eine Leistung von 35 Watt oder mehr pro Chip verbrauchen. Um derartige Hochleistungshalbleiterelemente mit hoher Zuverlässigkeit zu betreiben, muss die von den Elementen erzeugte Wärme auf effiziente Weise nach außen geleitet werden. Hierfür sind hochintegrierte Halbleiterelemente durch eine Wärmesenke mit Kühlrippen ausgestattet.
Heute gibt es für den allgemeinen Einsatz zwei Arten von Wärmesenken, eine mit Kühlrippen in Kanalform, bei der ebene parallele Platten in einem Wabenmuster angeordnet sind, und die andere mit Kühlrippen in Turmform, bei der eine Vielzahl von Scheiben in Turmform aufeinander geschichtet sind. Beide Arten von Kühlrippen werden durch ein maschinelles Verfahren hergestellt, deshalb werden durch die Einschränkung der Dicke der verwendeten Walzvorrichtung und durch Schwierigkeiten beim Durchführen des Schneidens die Produktionskosten unvermeidlich erhöht.
Kostengünstige Kühlrippen in Kanalform werden durch Heißstrangpressen hergestellt, aber bei diesem Verfahren werden die Dicke und der Zwischenraum der Rippen bis zu einem solchen Grad eingeschränkt, dass nur Wärmesenken mit schlechten Übergangseigenschaften hergestellt werden können.
Vor vielen Jahren haben sich Forscher für die Übergangseigenschaften von Stift-Wärmesenken interssiert, insbesondere für deren Anstiegsflankeneffekte. Von da an wurden mehrere Berichte über die Herstellung von Stift- Wärmesenken durch Formgießen, maschinelle Formgebung oder sogar Kaltschmieden veröffentlicht.
Obwohl seitdem ein beträchtlicher Zeitraum vergangen ist, hat die Herstellung derartiger Stift-Wärmesenken noch keinen wesentlichen kommerziellen Erfolg mit industriellem Ausmaß erzielt.
Formgussverfahren und maschinelle Formgebungsverfahren sind nicht in der Lage, die gewünschten Wärmesenken mit einer zufriedenstellenden Effizienz herzustellen. Andererseits ist es mit Kaltschmieden schwierig, eine gute Kaltformgebung, nämlich eine effektive Plastikbearbeitung, sicherzustellen. Außerdem sind, egal welches Verfahren angewendet wird, die Wärmeübergangseigenschaften der erzeugten Stift-Wärmesenken nicht besser, als die der heute im herkömmlichen Gebrauch verwendeten bestehenden Wärmesenken.
Um die vorher beschriebenen Probleme bei der Herstellung von Stift-Wärmesenken durch Schmiedeverfahren, und insbesondere durch Kaltschmiedeverfahren, zu lösen und gleichzeitig bemerkenswerte Verbesserungen bei den Wärmeübergangseigenschaften von Stift-Wärmesenken zu erreichen, haben die Erfinder zahlreiche Experimente mit variierenden Stiftdurchmessern, Stift-zu-Stift Abständen und Stifthöhen durchgeführt. Aus den Ergebnissen haben die Erfinder gelernt, dass es einen gewissen Zusammenhang zwischen den Stiftformen und entweder den Wärmeübergangseigenschaften der Wärmesenken oder deren Herstellungsschwierigkeiten gibt. Die Hersteller fanden ebenso heraus, dass eine ideale Stift-Wärmesenke mit guter Wirtschaftlichkeit und hoher Effektivität auf der Grundlage dieses Zusammenhangs hergestellt werden kann.
Um eine ideale Stift-Wärmesenke herzustellen, müssen die verwendeten Stifte die folgenden Anforderungen erfüllen. (1) Während dem Kaltschmieden sollte das Material für die Stifte keine Löcher in dem Formwerkzeug bilden, wodurch Stifte mit ungleicher Höhe entstehen oder der Auswurfvorgang erschwert wird oder das Brechen der Auswurfstifte verursacht wird. Zusätzlich sollten keine anderen Betriebsprobleme, wie Rissbildung im Werkzeug auf treten (diese Anforderung wird im folgenden als "Herstellungsschwierigkeit" bezeichnet). (2) Die durch Kaltschmieden hergestellten Wärmesenken sollten weitaus bessere Übergangseigenschaften als herkömmliche Kanal-, Turm- und Stift-Wärmesenken haben.
Um Stift-Wärmesenken in der Form eines Quadrates mit 40 mm zu entwerfen, haben die Erfinder ein Kaltschmiedeexperiment durchgeführt, bei dem die folgenden drei Parameter in fünf Stufen variierten: Stiftdurchmesser (d) von 0,5 bis 2,5 mm in 0,5 mm-Schritten, Stift-zu-Stift Abstand (c) (der nicht mit dem Zwischenraum zwischen den Stiften verwechselt werden sollte) von 0,5 bis 2,5 mm in 0,5 mm-Schritten und Höhe (h) von 5 bis 25 mm in 5 mm-Schritten. Dann haben die Erfinder ein Experiment in einem Windkanal durchgeführt, um die Wärmeübergangseigenschaften der Stifte zu bestimmen. Aus den Ergebnissen haben die Erfinder gelernt, dass η, welches ein Index für den Zuwachs des Wärmeübertragungsbereichs und durch die folgende Gleichung definiert ist,
einen Schlüssel für die Abschätzung nicht nur der Wärmeübertragungseigenschaften, sondern auch für die Eigenschaften des Druckabfalls der Stifte sowie für die Beurteilung der Herstellungsschwierigkeiten darstellt.
Die Kühlstifte der vorliegenden Erfindung können entweder allein durch Schmiedeverfahren hergestellt werden oder durch eine Kombination aus Schmieden und anschließendem Alkaliätzen. Die durch Schmieden hergestellte Wärmesenke wird als "geschmiedete Wärmesenke", wohingegen die durch eine Kombination aus Schmieden und anschließendem Alkaliätzen hergestellte als "Schmiede-Ätz-Wärmesenke" bezeichnet wird. Schmieden kann Kaltschmieden, Warmschmieden oder Heißschmieden sein.
Fig. 1 (a) ist eine perspektivische Schemaansicht einer Stift-Wärmesenke, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
Fig. 1 (b) ist ein Diagramm, das die Berechung des Stiftzu-Stift Abstandes (c) für den Fall zeigt, dass die Stifte in einem rechteckigem Muster angeordnet sind;
Fig. 1 (c) ist ein Diagramm, das die Berechung des Stiftzu-Stift Abstandes (c) für den Fall zeigt, dass die Stifte in einem versetzten Muster angeordnet sind;
Fig. 2 ist eine Skizze, die die Durchführung des Kaltschmiedens bei der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 (a) und 3 (b) zeigen eine Aufsicht bzw. eine Seitenansicht von Kanalrippen einer der beiden Vergleichsproben von Wärmesenken, die gemäß Beispiel 1 hergestellt wurden;
Fig. 4 (a) und 4 (b) zeigen eine Aufsicht bzw. eine Seitenansicht von Turmrippen der anderen der beiden Vergleichsproben von Wärmesenken, die gemäß Beispiel 1 hergestellt wurden;
Fig. 5 (a) und 5 (b) zeigen eine Aufsicht bzw. eine Seitenansicht von Stiften der herkömmlichen Probe einer Wärmesenke, die gemäß Beispiel 1 hergestellt wurde; und
Fig. 6 (a) und 6 (b) zeigen eine Aufsicht bzw. eine Seitenansicht von Stiften auf der Stift-Wärmesenke, die nach Beispiel 1 gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
Die Bedeutung der einzelnen Parameter in der Gleichung für η ist unten beschrieben.
Die Fig. 1 (a) zeigt eine perspektivische Ansicht einer Stift-Wärmesenke, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
Ist die Stifthöhe (h) im Vergleich zu dem Stiftdurchmesser (d) übermäßig groß, wodurch der Wert für den Index η übertrieben ansteigt, werden Löcher in dem Werkzeug gebildet, die den Auswurfvorgang erschweren oder Stifte mit ungleicher Höhe produzieren oder manchmal das Brechen der Auswurfstifte verursachen.
Ist der Stift-zu-Stift Abstand (c) im Vergleich zu dem Stiftdurchmesser (d) übermäßig klein, wodurch wiederum der Wert des Index η übermäßig ansteigt, können Risse zwischen den Löchern in dem Werkzeug entstehen, wodurch möglicherweise das Werkzeug selbst brechen kann. Außerdem hat ein Experiment in einem Windkanal gezeigt, dass ein erhöhter Druckabfall in der Wärmesenke während des Tests deren Wärmeübergangseigenschaften eher verschlechtert als verbessert, insbesondere wenn die Leistung eines Kühlgebläses vergleichsweise klein ist.
Ist andererseits die Stifthöhe (h) im Vergleich zu dem Stiftdurchmesser (d) übermäßig klein oder ist der Stift-zu- Stift Abstand (c) im Vergleich zu dem Stiftdurchmesser (d) übermäßig groß, wird der Wert für η übermäßig klein und der erreichte Wärmeübergangsbereich ist nicht ausreichend, um die gewünschten Wärmeübergangseigenschaften zu sichern.
Um daher sicherzustellen, dass Kühlrippen wesentlich bessere Übergangseigenschaften als existierende Rippen in Kanalform oder Turmform oder sogar Stiftform haben und in industriellem Maßstab ohne weitere Herstellungsprobleme hergestellt werden können, muss der Index η die folgende Ungleichung erfüllen:
1,5 ≤ η ≤ 7,5
Bevorzugt erfüllt η die folgende Ungleichung:
2,5 ≤ η ≤ 6,5
Insbesondere wird bevorzugt, dass die folgende Ungleichung erfüllt wird:
3,5 ≤ η ≤ 5,5
Wie bereits erwähnt wurde, ist η ein Index für den Zuwachs des Wärmeübergangsbereichs, aber er repräsentiert auch die Eigenschaften des Druckabfalls ebenso wie die Schwierigkeit (oder die Einfachheit) bei der Plastikbearbeitung.
Hier ist es interessant, dass herkömmliche Stift- Wärmesenken, die durch Kaltschmieden hergestellt wurden, Werte für η haben, die von 0,2 bis zu 1,0 reichen. Mit η- Werten in diesem Bereich ist der Wärmeübergangsbereich unzureichend, um zufriedenstellende Wärmeübergangseigenschaften sicherzustellen, und die tatsächliche Leistung der Wärmesenke ist geringer als die einer herkömmlichen Kanal- oder Turmwärmesenke.
Daher sind allgemein gesprochen die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Stifte derart ausgebildet, dass vergleichsweise dünne Stifte mit einer größtmöglichen Länge nahe genug aneinander angeordnet sind, um optimale Wärmeübergangseigenschaften zu sichern. Gemäß der vorliegenden Erfindung können Stift-Wärmesenken hergestellt werden, die sowohl in Bezug auf Herstellungsschwierigkeiten als auch auf die Wärmeübergangseigenschaften zufriedenstellend sind. Daher ist die vorliegende Erfindung von großem praktischen Wert.
Es ist noch eine Anmerkung über den Stift-zu-Stift Abstand (c) zu machen, der einer der Faktoren ist, der den Wert des Index η bestimmt. Wie die Fig. 1 (a) zeigt, können die Stifte in einem rechteckigen Muster angeordnet werden, wobei der Zwischenraum der Stifte in longitudinaler und in transversaler Richtung unterschiedlich ist. In diesem Fall wird der Abstand c&sub1; zwischen Stiften 10 in zwei Spalten und der Abstand c&sub2; zwischen Stiften in zwei Reihen gemittelt, um den Stift-zu-Stift Abstand (c) wie folgt zu berechnen:
c = 1/2(c&sub1; + c&sub2;)
Die Stifte 10 können auf verschiedene Arten angeordnet werden. Wie Fig. 1 (b) zeigt, können sie in einem versetzten Muster angeordnet werden, bei dem der Zwischenraum zwischen den Stiften für Referenzreihen und Pseudoreferenzreihen, die in Bezug auf die Referenzreihen schräg liegen, unterschiedlich ist. In diesem Fall ist der Abstand c&sub1; zwischen Stiften in Referenzreihen und der Abstand c&sub2; zwischen Stiften in Pseudoreferenzreihen gemittelt, um den Stift-zu-Stift Abstand (c) wie folgt zu berechnen:
c = 1/2(c&sub1; + c&sub2;)
Als nächstes wird der wichtige Punkt einer Kaltschmiedetechnik beschrieben, die das Ausbilden von nahe aneinander angeordneten Stiften ermöglicht, während sichergestellt wird, dass der Index η zur Bewertung der Wärmeausbildungseigenschaften gleich oder größer 1,5 ist.
Fig. 2 ist eine Skizze, die die Durchführung des Kaltschmiedens, um die Stift-Wärmesenke gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen. Durch 1 ist in der Zeichnung die Wärmesenke mit geformten Stiften gezeigt, 2 ist ein Stanzstempel, 3 ist ein Formwerkzeug, 4 ist ein Unterstützungsteil, das zur Durchführung der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, 5 ist ein Außengehäuse, 6 ist eine Zwischenlage, 7 ist ein Auswurfstift, 8 ist eine Unterstützungsführung für den Auswurfstift, der ebenfalls für den Zweck der Durchführung der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, 9 ist ein Kissenzylinder und 10 ist ein Abstandshalter.
Die Formgebung selbst kann auf herkömmliche Weise durchgeführt werden. Das zu formende Material wird nämlich auf dem Formwerkzeug 3 plaziert und durch Mittel des Stanzstempels 2 in eine gewünschte Form geschmiedet. Um die Bildung von Löchern in dem Werkzeug und die Entstehung von ungleich hohen Stiften während dem Kaltschmieden zu vermeiden, ist der Auflagebereich des Formwerkzeugs 2 mit einer Oberflächenrauhigkeit ausgebildet, die nicht größer als 0,05 um ist und in dem Ausgangsbereich des Werkzeugs ist eine "Hilfe" vorgesehen, sodass die Reibung zwischen der inneren Oberfläche des Werkzeugs und dem Material für den Stift auf nahezu Null verringert wird.
Das Brechen von Auswurfstiften ist in vielen Fällen dem gleichen Grund zuzuschreiben, aus dem Löcher in dem Werkzeug oder ungleich hohe Stifte entstehen. Daher ist es sehr wichtig, den Auflagebereich des Formwerkzeuges abzudecken und in angemessener Weise eine Hilfe in dem Ausgangsbereich des Werkzeuges vorzusehen.
Das Formwerkzeug 3 (und bevorzugt ebenso das Unterstützungsteil 4) wird aus zwei oder sogar drei Wänden durch Schrumpfanpassung gebildet und eine komprimierende vorspannung wird auf das Werkzeug in Umfangsrichtung und radialer Richtung ausgeübt, um Rissbildung bei dem Werkzeug zu vermeiden. Die Unterstützungsteile 4 sind zu dem Zweck vorgesehen, eine Biegedeformation und eine Rissbildung des Formwerkzeuges 3 zu vermeiden. Die Unterstützungsführung 8 ist als ein Mittel notwendig, um das Brechen der Auswurfstifte zu verhindern.
Unter Berücksichtigung der gerade beschriebenen Vorkehrungen wurde es möglich, Kaltschmieden in industriellem Maßstab unter äußerst harten Bedingungen, welche die Beziehung 1,5 ≤ η ≤ 7,5 erfüllen, durchzuführen. Jedoch ist es beinahe unmöglich, auch wenn alle diese Vorkehrungen berücksichtigt werden, Kaltschmieden in der industriellen Praxis unter Bedingungen durchzuführen, die die Beziehung η > 7,5 erfüllen. Außerdem ist, wie bereits dargelegt wurde, ein beachtlicher Druckabfall bei dem Experiment aufgetreten, das in einem Windkanal mit einem eingestellten Wert für η größer als 7,5 durchgeführt wurde, und dies führt zu einer ungewollten Verschlechterung der Wärmeübergangseigenschaften der Wärmesenke, insbesondere, wenn die Leistung eines Kühlgebläses klein ist.
Es wird daran erinnert, dass je kleiner der Stiftdurchmesser (d) ist, um so wahrscheinlicher treten in dem Werkzeug Löcher auf und um so größer ist die Tendenz der Stifthöhe (h) ungleich zu werden. Falls es gewünscht wird, den Stiftdurchmesser (d) sehr klein zu halten, können daher zunächst Stifte mit einem geringfügig größeren Durchmesser (d') durch das Kaltschmiedeverfahren, wie es im vorhergehenden Absatz beschrieben wurde, hergestellt werden. Die Oberfläche der Stifte wird dann mit einer Alkalilösung wie wässrigem Ätznatron geätzt, sodass der gewünschte Stiftdurchmesser (d) und Stift-zu-Stift Abstand (c) erreicht werden können. Die auf diese Weise hergestellte Wärmesenke wird als "Schmiede-Ätz-Wärmesenke" bezeichnet. Bei der Herstellung einer Schmiede-Ätz-Wärmesenke müssen sowohl η' der quasi-geschmiedeten Stifte und η der quasi-alkaligeätzten Stifte innerhalb des Bereiches von 1,5 (inklusive) bis 7,5 (inklusive) liegen. In diesem Fall muß der Wert von η nach dem Alkaliätzen innerhalb dieses Bereiches liegen. Es ist zu beachten, dass die Änderungen, die möglicherweise in der Höhe der Stifte auftreten, wenn diese mit Alkali geätzt werden, nahezu zu vernachlässigen sind.
Die folgenden Beispiele sind zu dem Zweck vorgesehen, die vorliegende Erfindung weiter zu veranschaulichen, aber sollen in keiner Weise einschränkend sein.

Beispiel 1

Eine Aluminiumplatte (40 · 40 · 5 mm) wurde mit einem Werkzeug mit einer in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung kaltgeschmiedet, wodurch eine Stift-Wärmesenke hergestellt wurde, bei der 100 (10 · 10) Stifte (2,5 mm Durchmesser · 20 mm Höhe) in einem rechteckigen Muster angeordnet wurden. Benachbarte Stifte wurden mit einem Abstand von 1,5 mm angeordnet.
Das Kaltschmieden konnte auf konsistente Weise durchgeführt werden, ohne dass irgendwelche Löcher in dem Werkzeug entstehen oder die Auswurfstifte brechen. Es entstanden keine defekten Stifte mit ungleicher Höhe. Für die betrachtete Stift-Wärmesenke war η gleich 3,13.
Anschließend wurde die Unterseite der Wärmesenke bearbeitet bis die Dicke der unteren Wand 1 mm war. Die so gefertigte Wärmesenke wurde einem Experiment in einem Windkanal unterzogen, um ihre Wärmeübergangseigenschaften zu untersuchen. Der Wärmewiderstand der Wärmesenke variierte innerhalb eines Bereichs von 3 - 2ºC/W, wenn Wärme mit 5 bis 10 W erzeugt wurde und die Luftgeschwindigkeit 1-2 m/s betrug.
Es wurden zwei Vergleichsproben einer Wärmesenke hergestellt. Eine davon war eine Kanalwärmesenke (40 · 40 mm, 14 Rippen), deren Aufsicht und Seitenansicht jeweils in den Fig. 3 (a) bzw. 3 (b) gezeigt sind. Diese Wärmesenke hatte einen thermischen Widerstand in dem Bereich von 5 bis 3ºC/W. Die andere Vergleichsprobe war eine Turmwärmesenke (40 mm im Durchmesser, 6 Rippen), deren Aufsicht und Seitenansicht jeweils in den Fig. 4 (a) bzw. 4 (b) gezeigt sind. Diese Wärmesenke hatte einen thermischen Widerstand, der in dem Bereich von 6 bis 4ºC/W variierte.
Die Fig. 5 (a) bzw. 5 (b) zeigen eine Aufsicht bzw. eine Seitenansicht einer herkömmlichen Stift-Wärmesenke. Wie gezeigt ist, sind die Maße der Wärmesenke 40 mm · 40 mm und sie weist 49 (7 · 7) Stifte auf, wobei die entsprechenden Parameter wie folgt sind: d = 2 mm, c = 4 mm, h = 10 mm und η = 0,56. Diese Wärmesenke hatte einen thermischen Widerstand, der in dem Bereich von 5,5 bis 3,5ºC/W variierte.
Die Fig. 6 (a) bzw. 6 (b) zeigen eine Aufsicht bzw. eine Seitenansicht einer Stift-Wärmesenke, die in Beispiel 1 gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde. Bei einem Vergleich der vorher vorgestellten Daten, ist erkennbar, dass die Stift-Wärmesenke nach der vorliegenden Erfindung bemerkenswerte Wärmeübergangseigenschaften zeigt.
Die Wärmeübergangseigenschaften einer Wärmesenke werden im allgemeinen in Bezug auf den thermischen Widerstand ausgedrückt.

Beispiel 2

Eine Platte mit Aluminiumlegierung (40 · 40 · 5 mm) wurde mit einem Werkzeug gemäß Fig. 2 kaltgeschmiedet, wobei eine Stift-Wärmesenke hergestellt wurde, bei der 181 [(10 · 10) + (9 · 9)] Stifte (2 mm im Durchmesser · 20 mm in der Höhe) in einem versetzten Muster angeordnet waren.
Benachbarte Stifte waren mit einem Abstand von 0,829 mm angeordnet.
Das Kaltschmieden konnte in konsistenter Weise ohne die Entstehung jeglicher Löcher in dem Werkzeug oder dem Brechen der Auswurfstifte durchgeführt werden. Es wurden keine defekten Stifte mit ungleicher Höhe gefunden.
Anschließend wurde die Unterseite der Wärmesenke bearbeitet, bis die Dicke der unteren Wand 1 mm betrug. Die so hergestellte Wärmesenke wurde einem Experiment in einem Windkanal unterzogen, um die Wärmeübergangseigenschaften zu untersuchen. Der thermische Widerstand der Wärmesenke variierte innerhalb eines Bereiches von 2,5 bis 1,5ºC/W, wenn die erzeugte Wärmeleistung 5-10 Watt und die Luftgeschwindigkeit 1-2 m/s betrug. Daher übertrafen die Übergangseigenschaften der betrachteten Wärmesenke bei weitem diejenigen, der herkömmlichen Versionen. Für diese Wärmesenke betrug η 5,00.

Beispiel 3

Eine qudratische Aluminiumplatte (40 · 40 mm) mit einer Dicke von 7,5 mm wurde mit einem Werkzeug gemäß Fig. 2 kaltgeschmiedet, wobei eine Stift-Wärmesenke mit nahezu Netzform hergestellt wurde (wobei die Stifte mit einer Form hergestellt wurden, die der gewünschten Endform sehr nahe kam) und bei der 225 (15 · 15) Stifte (jeder mit 1,5 mm im Durchmesser und 30 mm in der Höhe) in einem rechteckigen Muster angeordnet wurden. Anschließend wurde die Wärmesenke in eine 10%ige wässrige Lösung von Ätznatrium für ungefähr 17 Minuten getaucht bis der Durchmesser jedes Stiftes auf 1,0 mm verringert wurde.
Der Abstand zwischen benachbarten Stiften auf dem kaltgeschmiedeten Erzeugnis betrug 1,17 mm. Das Kaltschmieden konnte auf konsistente Weise ohne jegliche Probleme durchgeführt werden, wie Rissbildung des Werkzeuges oder Brechen der Auswurfstifte. Es gab keine defekten Stifte mit ungleicher Höhe. Für die betrachtete Wärmesenke betrug η 6,31.
Der Abstand zwischen benachbarten Stiften des Erzeugnisses nach dem Ätzen mit Ätznatron betrug 1,67 mm. Die Unterseite der Wärmesenke wurde bearbeitet bis die Dicke der unteren Wand 1 mm betrug. Die derart hergestellte Wärmesenke wurde einem Experiment in einem Windkanal unterzogen, um ihre Wärmeübergangseigenschaften zu untersuchen. Der thermische Widerstand der Wärmesenke variierte innerhalb eines Bereiches von 2,0 bis 1,5ºC/W bei einer erzeugten Wärmeleistung von 5-10 W und einer Windgeschwindigkeit von 1-2 m/s. Daher übertrafen die Übergangseigenschaften der betrachteten Wärmesenke bei weitem diejenigen von herkömmlichen Versionen. Für diese Wärmesenke betrug η 4,21.
Deshalb sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer geschmiedeten, insbesondere kaltgeschmiedeten Stift-Wärmesenke vor, deren Wärmeübergangseigenschaften bei weitem besser sind als die von herkömmlichen Kanal-, Turm- oder sogar Stift-Wärmesenken. Außerdem kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung in industriellen Ausmaßen ohne jegliche Betriebsprobleme durchgeführt werden, wie das Entstehen von Löchern in dem Formwerkzeug, Ungleichheit in der Höhe der Stifte, mißglückte Auswurfverfahren, Brechen der Auswurfstifte oder Rissbildung in dem Werkzeug.
Die vorliegende Erfindung sieht ein neues und effizientes Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Stift- Wärmesenke vor. Das Verfahren ist nicht nur auf Kaltschmieden anwendbar, sondern auch auf Warmschmieden und auf Heißschmieden. Dies trägt auch zu großen Vorteilen bei der praktischen Anwendung bei.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Stift-Wärmesenke durch Schmieden, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmieden mit einem Formwerkzeug durchgeführt wird, das eine Oberflächenrauheit von höchstens 0,05 um aufweist, und daß die Stifte mit einem im wesentlichen runden Querschnitt hergestellt werden, um folgender Beziehung zu entsprechen:

worin d der Durchmesser der Stifte, c der Abstand zwischen den Stiften und η die Höhe der Stifte ist.

2. Verfahren zur Herstellung einer Stift-Wärmesenke nach Anspruch 1, worin

die Ungleichung ist.

3. Verfahren zur Herstellung einer Stift-Wärmesenke nach Anspruch 1, worin

die Ungleichung ist.

4. Verfahren zur Herstellung einer Stift-Wärmesenke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Stifte in einem rechteckigen Muster angeordnet sind.

5. Verfahren zur Herstellung einer Stift-Wärmesenke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Stifte in einem versetzten Muster angeordnet sind.

6. Verfahren zur Herstellung einer Stift-Wärmesenke nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die besagte Stift- Wärmesenke fast in ihre Endform geschmiedet und dann die geschmiedete Wärmesenke mit Alkali geätzt wird.

7. Verfahren zur Herstellung einer Stift-Wärmesenke nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Oberflächenrauhheit des Formwerkzeuges auf 0,05 um eingestellt wird.

8. Verfahren zur Herstellung einer Stift-Wärmesenke nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Schmieden ein Kaltschmieden ist.