DE9219058U1

DE9219058U1 - Kühlkörper mit Lüfter

Info

Publication number: DE9219058U1
Application number: DE9219058U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-09-17
Filing date: 1992-09-17
Publication date: 1997-06-05
Anticipated expiration: 2002-09-18

Description

PATENTANWÄLTE- EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

u.Z.: papO56g

Heinrich Cap
Mühlwiesenstraße 6

78112 St. Georgen

Kühlkörper mit Lüfter

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Derartige Kühlkörper dienen der Ableitung von insbesondere durch integrierte Schaltkreise entwickelten Wärme.

Durch den Fortschritt in der Halbleiter-Technologie ist es möglich, die Packungsdichte pro integriertem Schaltkreis zu steigern. Das bedeutet, daß auf der gleichen Halbleiterfläche mehr Bauelemente unterbringbar sind, wodurch gleichzeitig die Halbleiterfläche, also die Chipfläche, insgesamt gesteigert wird.

Obwohl gleichzeitig die Leistungsaufnahme einzelner Schaltungen in der Vergangenheit gesenkt werden konnte, stieg die Leistungsaufnahme jedes einzelnen Schaltkreises erheblich, weil diese zunehmend mehr Funktionen übernommen haben. Die Leistungsaufnahme stieg aber auch deshalb, weil bei taktenden Schaltungen die Taktfrequenz gesteigert werden konnte, wodurch der Anteil der dynamischen Verluste und damit die Wärmeerzeugung anstieg.

D-78048 VS-Villingen ■ Waldstrasse 33 · Telefon 07721 56007 · Telefax 07721 55164

Ganz besonders deutlich macht sich die höhere Leistungsaufnahme bei Prozessoren und Coprozessoren bei Computern bemerkbar. Moderne Prozessoren entwickeln so viel Verlustwärme, daß diese mittels des Gehäuses nicht ausreichend abgeführt werden kann. Zu diesem Zweck werden zusätzlich Kühlkörper aufgesetzt.

Auf der zur Verfugung stehenden Fläche der quadratischen oder rechteckigen Gehäuse der integrierten Schaltungen können jedoch nur relativ kleine Kühlkörper montiert werden, welche wegen der geringen Oberfläche und auch des thermischen Übergangswiderstandes nicht immer zur Kühlung der Schaltkreise ausreichen.

Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr sind lüfterunterstützte Kühlkörper bekannt, welche aus einem Kühlkörper mit aufgesetztem Lüfter bestehen.

Bekannte Anordnungen weisen z. B. einen stranggepreßten Kühlkörper mit parallelen Längsrippen zur Vergrößerung der Oberfläche auf, welche von einem mittels eines Lüfters erzeugten Luftstrom umströmt werden. Die mittels dieser Anordnung abgeführte Verlustwärme ist verglichen mit der mittels eines einfachen Kühlkörpers abgeführten Wärme um den Faktor 3 bis 10 größer.

Diese bekannten Kühlkörper sind üblicherweise quadratisch aufgebaut und werden mit ihrer glatten Fläche auf dem zu kühlenden Gehäuse eines integrierten Schaltkreises (IC-Gehäuse) mit wärmeleitendem Kleber angebracht. Die andere Seite des Kühlkörpers weist mehrere, parallel verlaufende Kühlrippen auf. Der auf diesen Kühlrippen aufliegende Axiallüfter erzeugt einen Luftstrom, der senkrecht auf die Rippen geblasen und um 90° abgelenkt wird, so daß er seitlich in nur zwei Richtungen abfließen kann.

Hierbei entstehen Luftverwirbelungen, die den Luftdurchsatz wesentlich behindern. Ideal umspült ist nur die mittlere Rippe, während die näher am Außenrand gelegenen Rippen nur

schlecht belüftet sind.

Eine in dieser Hinsicht verbesserte Luftführung ist bei der Anordnung nach US 5 019 880 realisiert. Bei dieser ist ein Kühlkörper der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art vorgesehen.

Die vorliegende Erfindung geht von einem derartigen Kühlkörper aus.

Hiernach ist ein Kühlkörper mit auf seiner Oberfläche angeordneten und im Abstand von Zentrum endenden Kühlrippen sowie einem Lüfter bekannt, welcher einen auf die Oberfläche des Kühlkörpers gerichteten Luftstrom erzeugt, der von der Oberfläche um 90° abgelenkt wird und durch die von den Rippen begrenzten Kanäle nach außen abgeleitet wird.

Die Abmessungen dieses Kühlaggregates sind relativ groß, da der vom Lüfter erzeugte Luftstrom über ein vergleichsweise langes Rohr dem Kühlkörper zugeführt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde, ohne Verschlechterung der Kühlleistung die Abmessungen dieser Kühlkörperanordnung erheblich zu reduzieren, um eine kompakte, jedoch mit hohem Wirkungsgrad arbeitene Baugruppe zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit dem nach Anspruch 1 gekennzeichneten Kühlkörper gelöst.

Eine besonders vorteilhafte Konstruktion ist Gegenstand des Anspruchs 2.

Bei dieser Anordnung ist der Lüfter in den Kühlkörper unmittelbar integriert, wobei die Kühlrippen den Lüfter mit Ausnahme seiner Oberseite allseitig umschließen. Hierdurch ergibt sich eine sehr kompakte, flache Baugruppe bei hervorragendem Warenaustausch zwischen dem vom Lüfter erzeugten· Luftstrom und

den Kühlrippen.

Die sternförmig angeordneten Kühlrippen sorgen dafür, daß die vom Lüfter angesaugte Luft gleichmäßig alle Rippen umströmt und radial in allen Richtungen mit geringen Verwirblungen abfließen kann.

Zur Erzeugung einer möglichst laminaren Strömung sind gemäß Anspruch 3 die beidseitigen Enden der Rippen strömungsgünstig geformt, vorzugsweise mit einem Radius gerundet, welcher mindestens der halben Wandstärke der Rippen entspricht.

Der Verbesserung des Wärmeüberganges dient der Vorschlag gemäß Anspruch 4, nach welchem die Oberfläche des Kühlkörpers eloxiert, lackiert oder aufgerauht ist.

Fertigungstechnisch günstig sind im Druckguß- bzw. Fließpreßverfahren hergestellte Kühlkörper, wie diese mit den Ansprüchen 5 und 6 angegeben sind. Derart hergestellte Kühlkörper können in ihren Abmessungen an die jeweilige Lüftergröße angepaßt werden. Zweckmäßigerweise sind diese zur Montage des Lüfters bzw. zur Montage des Kühlkörpers am Gerät oder an Leiterplatten mit Bohrungen versehen, wie diese mit den Ansprüchen 7 bis 9 gekennzeichnet sind.

Soweit die Bohrungen beim Strang- bzw. Fließpressen gleichzeitig hergestellt werden, lassen sich die Herstellkosten senken, da zusätzliche Arbeitsgänge, nämlich das Bohren oder Stanzen von Löchern, entfallen.

Wegen der höheren Kühlleistung eines derartigen Kühlkörpers können langsam drehende Lüfter eingesetzt werden, die zum einen leiser sind und zum anderen eine größere Lebensdauer besitzen.

Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, erläutert. In dieser zeigen

Fig. 1 Aufsicht des Kühlkörpers ohne Lüfter und
Fig. 2 Schnitt des Kühlkörpers gemäß Fig. 1 längs der Linie
H-II.

Ein derartiger Kühlkörper kann bei Bedarf ganz oder teilweise über das zu kühlende Element hinausragen. In den überstehenden Zonen können weitere Bohrungen vorgesehen sein, mittels welcher der Kühlkörper anschraubbar ist. Wird der Kühlkörper zum Beispiel an einer Leiterplatte derart befestigt, daß das IC-Gehäuse überdeckt wird, kann auf die teure und umständliche Verklebung mit wärmeleitendem Kleber verzichtet werden. Es genügt die Anbringung von Wärmeleitpaste oder einer einfachen Wärmeleitfolie zwischen Gehäuse und Kühlkörper.

105/145

Claims

•STPÄRTNER PATENTANWÄLTE- EUROPEAN PATENT ATTORNEYS u.Z.: papO5Sg SCHÜTZANSPRUCHE

1. Kühlkörper mit auf seiner Oberfläche angeordneten und im. Abstand vom Zentrum endenden Kühlrippen und einem Lüfter, welcher einen auf die Oberfläche des Kühlkörpers gerichteten Luftstrom erzeugt, der von der Oberfläche um 90° abgelenkt und durch Kanäle nach außen abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter im Zentrum des Kühlkörpers angeordnet ist und die Kühlrippen diesen wenigstens teilweise umschließen.

2. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen sternförmig verlaufen und der Lüfter unmittelbar auf den Kühlrippen im Bereich des Zentrums derart angeordnet ist, daß der Luftstrom durch die von den Rippen begrenzten radial verlaufenden Kanäle nach außen abgeleitet wird, wobei die Kühlrippen sich außerhalb der Umrißkanten des Lüfters bis zur Oberseite des Lüfters erstrecken und diesen mit Ausnahme seiner Oberseite umschließen.

3. Kühlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beidseitigen Enden der Rippen strömungsgünstig geformt sind, vorzugsweise mit einem Radius gerundet sind, welcher mindestens der halben Wandstärke der Rippen entspricht.

D-78048 VS-Villingen ■ Waldstrasse 33 · Telefon 07721 56007 ■ Telefax 07721 55164

4. Kühlkörper nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß seine Oberfläche eloxiert, lackiert oder aufgerauht ist.

5. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er im Druckgußverfahren hergestellt ist.

6. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er im Fließpreßverfahren hergestellt ist.

7. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch mindestens zwei diametral zueinander angeordnete Durchgangsbohrungen oder Sackbohrungen zur Befestigung des Lüfters mittels selbstschneidender Schrauben an dem Kühlkörper.

8. Kühlkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlrippen mit mittig angeordneten Verstärkungen ausgestattet sind, welche die Bohrungen aufweisen.

9. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei weitere Bohrungen außerhalb der Fläche, welche der Lüfter oder ein zu kühlendes Element bedeckt, zur Befestigung des Kühlkörpers vorzugsweise an einem Gerät oder einer Leiterplatte vorgesehen sind.

125/145