FI112585B - Jäähdytyselementti - Google Patents

Description

1 112585 Jäähdytyselementti

Keksinnön kohteena on jäähdytyselementti erityisesti tehoelektroniikan komponenttien tai/ja komponenttiyhdistelmien jäähdyttämistä varten, jossa 5 jäähdytyselementissä ainakin jäähdytysrivat on muodostettu olennaisesti litteistä tasomaisista alumiiniprofiileista, jotka on kiinnitetty toisiinsa.

Tällaiset jäähdytyselementit ovat nykyään varsin tunnettuja etenkin tehoelektroniikkalaitteiden yhteydessä. Elektroniikan jäähdytystehovaatimukset ovat kasvaneet, joten eri sovellutuksissa tarvitaan erittäin suorituskykyisiä ja telo hokkaita jäähdytyselementtejä, jotka saadaan mahtumaan entistä pienempään tilaan. Tehokkaan jäähdytyksen aikaansaamiseksi käytetään tiheäripaisia jäähdytyselementtejä, joista puolijohteiden kehittämä lämpö poistetaan mahdollisimman tehokkaasti esimerkiksi tuulettimilla tehostetun jäähdytysilmavirran avulla. Jäähdytyselementit valmistetaan useimmiten alumiinista.

15 Tiheäripaisen jäähdytyselementin muodostaminen on kuitenkin verra ten työläs toimenpide. Esimerkkinä tunnetuista ratkaisuista voidaan mainita ratkaisu, jossa jäähdytyselementti muodostetaan latomalla kahta kokoa olevia le-vyelementtejä vuorotellen päällekkäin, tukemalla rakenne tukitappien ja hitsausten avulla yhtenäiseksi kokonaisuudeksi.

20 Edellä esitetyn tunnetun ratkaisun epäkohtana on erilaisten osien lu- ..,.: kumäärä ja kokoonpanon hankaluus, jotka nostavat valmistuskustannuksia.

Edellä esitettyjen epäkohtien lisäksi on havaittu, että tiheästi sovitettujen ripojen ja tuuletuksen käytöstä huolimatta jäähdytyselementtien teho ei aina tahdo riittää, edellä esitetty seikka korostuu siinä, että tehoelektroniikka-25 laitteilta vaaditaan todennäköisesti tulevaisuudessa yhä suurempia ja suurempia tehoja ja lisäksi usein yhä pienempää kokoa, jolloin jäähdytysongelmat korostu-v : vat entisestään.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan jäähdytyselementti, jonka avulla aiemmin tunnetun tekniikan epäkohdat pystytään eliminoimaan. Tähän on ; 30 päästy keksinnön mukaisen jäähdytyselementin avulla, joka on tunnettu siitä, et tä ainakin osa jäähdytyselementin massiivisesta pohjaosasta on muodostettu pitkänomaisista kupariprofiileista, joiden pitkänomaisiin reunoihin on muodostettu viereisen profiilin kanssa yhteensopivan koiras- ja naaraspuolisen liitososan muodostavat kiilapinnat, joiden avulla profiilit tarrautuvat toisiinsa ja että taso-35 maiset alumiiniprofiilit on varustettu kupariprofiilien kiilapintojen kanssa yhteen- 2 112585 sopivilla kiilapinnoilla tasomaisten alumiiniprofiilien kiinnittämiseksi kupariprofii-leihin.

Keksinnön etuna on ennen kaikkea sen yksinkertaisuus, sillä kupari-profiilit voidaan muodostaa valmistusteknisesti helpoiksi lattamaisiksi ja mittatar-5 koiksi profiileiksi, jolloin jäähdytyselementin valmistuskustannukset saadaan edulliselle tasolle. Kustannuksia saadaan alemmaksi myös sillä, että alumiinia kalliimpaa kuparia voidaan käyttää ainoastaan siellä missä tarve on suurin.

Keksintöä ryhdytään selvittämään seuraavassa tarkemmin oheisessa piirustuksessa kuvatun erään edullisen sovellutusesimerkin avulla, jolloin 10 kuvio 1 esittää periaatteellisena perspektiivikuvantona keksinnön mu kaista jäähdytyselementtiä ja kuvio 2 esittää periaatteellisena, suuremmassa mittakaavassa esitettynä kuvantona kuvion 1 mukaisen esimerkin yksityiskohtaa.

Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukainen jäähdytyselementti. Viite-15 numeroiden 1 ja 2 avulla on merkitty litteitä tasomaisia profiileita, jotka on sovitettu muodostamaan jäähdytyselementin jäähdytysrivat. Profiilit 1 ja 2 on valmistettu alumiinista. Alumiiniprofiilin valmistaminen on alan ammattimiehelle täysin tavanomaista tekniikkaa, joten ko. seikkoja ei esitetä tarkemmin tässä yhteydessä.

20 Keksinnön mukainen jäähdytyselementti muodostetaan pääosin edellä esitetyistä profiileista latomalla profiileja päällekkäin, jolloin saadaan ai-, V, kaan kuviossa 2 esitetty rakenne, jonka massiivinen pohjaosa 3 voidaan sovittaa 't‘. lämpöä kehittävän komponentin päälle, jolloin lämpö siirtyy ympäröivään ilmaan . ripojen 4 avulla.

25 Keksinnön olennaisen ajatuksen mukaisesti ainakin osa jäähdy- tyselementin massiivisesta pohjaosasta 3 on muodostettu pitkänomaisista kupa-' : riprofiileista 5. Kunkin kupariprofiilin 5 pitkänomaisiin reunoihin on muodostettu viereisen profiilin kanssa koiras- ja naaraspuolisen liitososan muodostavat kiila-pinnat 6, 7, joiden avulla profiilit tarrautuvat toisiinsa. Tasomaiset alumiiniprofiilit 30 1, 2 on varustettu kupariprofiilien 5 kiilapintojen 6, 7 kanssa yhteensopivilla kiila- pinnoilla 8, 9, 10 tasomaisten profiilien 1,2 kiinnittämiseksi kupariprofiileihin 5.

Kuten edellä on esitetty, keksinnön mukaisesti saadaan aikaan jäähdytyselementti, jonka massiivinen pohjaosa 3 on ainakin osaksi hyvin lämpöä johtavaa kuparia ja jäähdyttävät, lämmön ilmaan siirtävät rivat 4 ovat alumiini-35 profiilia. Tällä tekniikalla voidaan tehdä erittäin tiheäripaisia jäähdytyselementte-jä, joita tarvitaan erityisesti elektroniikan puolijohteiden jäähdyttämiseen.

3 112585

Massiivisessa pohjaosassa 3 oleva kupariosa tehdään latomalla päällekkäin pieniä kupariprofiileja 5 ja kupariprofiilien reunaväleihin sovitetaan alumiiniprofiilirivat. Kupariprofiilit 5 ovat valmistusteknisesti helppoja, lattamaisia profiileja. Kuhunkin lattamaiseen profiiliin 5 on muodostettu sopivat kiilapinnat 6, 5 7 joiden avulla profiilit tarrautuvat toisiinsa. Kunkin profiilin litteän suunnan suh teen kummallakin puolella olevat tartuntapinnat on muotoiltu niin, että kiilamaiset tartuntapinnat 6, 7 muodostavat samanaikaisesti sekä tartuntaelimen naaras-että koiraspuolisen osan. Kupariprofiilin kannalta on eduksi, jos kahta puolen olevat tartuntapinnat ovat vaihesiirrossa keskenään. Kiilapintojen käyttö liitoksis-10 sa on sinänsä tunnettua tekniikkaa, joten ko. liitostavan teoriaa ei esitetä tarkemmin tässä yhteydessä. Tässä yhteydessä viitataan esimerkkeinä DE-julkaisuihin 2344703, 2344638 ja 2331155.

Alumiiniprofiileissa 1, 2 on vastaavat kiilapinnat 8, 9, 10, jotta ne voidaan kiinnittää kupariprofiileihin 5. Alumiiniprofiilit voivat olla muodoltaan myös 15 sellaisia, että niitä voidaan käyttää rakennetta täydentävinä profiileina, jolloin kalliimpia kupariprofiileita 5 käytetään vain kaikkein kuumimmissa paikoissa, joista lämpö on saatava levitettyä tehokkaasti koko jäähdytyselementtiin.

Lämmönsiirron kannalta kannattaisi käyttää jäähdytyselementtien tekoon kuparia, sillä parhaiden kuparilaatujen lämmönjohtavuus on 390 W/mK, 20 kun taas yleisesti jäähdytysprofiilien valmistukseen käytettävässä alumiiniprofiili-laadussa lämmönjohtavuus on 210 W/mK. Kuparin korkean hinnan vuoksi kupa-ria ei kuitenkaan kannata käytännössä käyttää kuin kaikkein kuumimmissa paikoissa. Vaikeutena kuparin käytössä on myös sen huono valmistettavuus profii-,* leiksi, jollaisia elektroniikkateollisuus käyttää. Kuparista voidaan tehdä muodol- 25 taan ainoastaan melko yksinkertaisia profiileja, jolloin voidaan myös käyttää ve-' totekniikkaa valmistusmenetelmänä. Kupari saadaan vetämällä hyvin tarkkamit- : täiseksi, joten liitettävyys pursottamalla tehtyihin profiileihin paranee, koska alu- miiniprofiilin 1, 2 parina on tarkkamittainen kupariprofiili 5. Alumiiniprofiilista 1, 2 : voidaan tehdä melkein miten monimutkainen tahansa pursotustekniikkaa hy- : 30 väksi käyttäen ja alumiini on lisäksi hinnaltaan edullista. Kahta valmistustekniik kaa ja kahta eri metallia käyttäen saadaan pieneen tilaan pakattua edullinen ja tehokas elektroniikan jäähdytyselementti.

Edellä esitettyä sovellutusesimerkkiä ei ole tarkoitettu mitenkään ra-·, : joittamaan keksintöä, vaan keksintöä voidaan muunnella patenttivaatimusten ; ; 35 puitteissa täysin vapaasti. Näin ollen on selvää, että keksinnön mukaisen jääh- dytyselementin tai sen yksityiskohtien ei välttämättä tarvitse olla juuri sellaisia 4 112585 kuin kuvioissa on esitetty, vaan muunlaisetkin ratkaisut ovat mahdollisia. Keksintöä ei esimerkiksi ole mitenkään rajoitettu sovellutukseen, jossa jäähdytysripojen toiset reunat ovat vapaat kuten kuvioiden esimerkissä. Keksintöä voidaan soveltaa myös ratkaisuissa, joissa jäähdytysrivat on tuettu toisiinsa myös ripojen niis-5 tä päistä, jotka ovat poispäin pohjaosasta. Ripojen tukeminen toisiinsa voidaan toteuttaa esimerkiksi kiilapintojen avulla.

Claims (3)

5 112585

1. Jäähdytyselementti erityisesti tehoelektroniikan komponenttien tai/ja komponenttiyhdistelmien jäähdyttämistä varten, jossa jäähdytyselementis- 5 sä ainakin jäähdytysrivat (4) on muodostettu olennaisesti litteistä tasomaisista alumiiniprofiileista (1,2), jotka on kiinnitetty toisiinsa, tunnettu siitä, että ainakin osa jäähdytyselementin massiivisesta pohjaosasta (3) on muodostettu pitkänomaisista kupariprofiileista (5), joiden pitkänomaisiin reunoihin on muodostettu viereisen profiilin kanssa yhteensopivan koiras- ja naaraspuolisen liitososan 10 muodostavat kiilapinnat (6, 7), joiden avulla profiilit (5) tarrautuvat toisiinsa ja että tasomaiset alumiiniprofiilit (1, 2) on varustettu kupariprofiilien (5) kiilapintojen (6, 7) kanssa yhteensopivilla kiilapinnoilla (8, 9,10) tasomaisten alumiiniprofiilien (1,2) kiinnittämiseksi kupariprofiileihin (5).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jäähdytyselementti, tunnettu 15 siitä, että kupariprofiilit (5) on sijoitettu vain massiivisen pohjaosan (3) kuumim- maksi tulevaan kohtaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jäähdytyselementti, tunnettu siitä, että kupariprofiilit (5) on sovitettu muodostamaan jäähdytyselementin koko massiivisen pohjaosan (3). 20 t » ' · · . 112585 6