NO321138B1 - Kjolelegeme for halvlederkomponenter og lignende utstyr - Google Patents

Description

Oppfinnelsen gjelder et kjølelegeme for halvlederkomponenter eller lignende utstyr, som i det minste delvis er fremstilt i ekstrudert aluminium eller et annet lettmetall og som omfatter en grunnplate og flere kjøleribber utført for fastsetting i hvert sitt spor utformet i innbyrdes avstand i grunnplaten, slik at kjøleribbene etter fastsetting rager hovedsakelig parallelt med hverandre ut fra grunnplaten.

Publikajsonen DE 35 18 310 beskriver et kjølelegeme av denne art, hvor enkeltvis ekstruderte kjøleribber er formtilpasset forbundet med en ekstrudert grunnplate ved hjelp av en sammenføyningsmetode hvor kjøleribbene etter innføring i respektive spor låses til grunnplaten ved at grunnplatematerialet mellom sporene utsettes for et trykk fra et spesielt verktøy, som får det til å flyte sideveis i den hensikt å låse kjøleribbene til grunnplaten. For å forbedre denne låsing har hver kjøleribbe en koblingssokkel for innføring i et respektivt spor i grunnplaten, som kan være forsynt med rifler som løper parallelt med grunnplaten og som noe grunnplatematerial kan flyte inn i. Denne materiatdeformasjon har som mål å gi optimal varmeovergang mellom grunnplaten og kjøleribbene, men fordrer forholdsvis store krefter med et tilsvarende kraftig maskinelt oppbud for å gjennomføres.

I forhold til dette beskriver publikasjonen EP 0 483 058 et forbedret kjølelegeme som har kjøleribber i form av ekstruderte, avstivede hulprofiler, idet profilenes parallelle sidevegger både innvendig og utvendig er forsynt med rifler for å øke deres overflateareal. Også i dette tilfelle har hver kjøleribbe en koblingssokkel som kan være forsynt med rifler for å forbedre kjøleribbens låsing til grunnplaten etter deformasjon av material i platen, slik som ovenfor. Med et sådant kjølelegeme skulle både kjøleribbenes veggtykkelse og kjølelegemets fremstill i ngsomkostn inger bli mindre, og det ble oppnådd et ribbeforhold på omtrent 30:1.

Særlig ved forsert lufttilførsel med aksialventilatorer blir resultatet konstruksjoner med forholdsvis stor ribbehøyde og liten ribbetykkelse. Ribbevirkningsgraden blir da forholdsvis dårlig. Avhengig av metode er avstanden mellom de enkelte kjøleribber begrenset nedover til minst 3 mm. For anvendelse med fremtvungen konveksjon som har høyere lufthastighet og tilsvarende høyere varmeovergangstall, er det absolutt nødvendig med en god forbindelse mellom kjøleribbe og grunnplate, hvis ikke vil den store varmestrøm-tetthet føre til forholdsvis store temperaturforskjeller i sammenføyningssonen og derved merkbart forringe et kjølelegemes virkningsgrad.

Således beskriver publikasjonen DE 41 34 929 et kjølelegeme som har en grunnplate med spor for feste av enkeltvise kjøleribber, hvor sporene i grunnplaten har U-formet tverrsnitt mens koblingssokkelen på kjøleribbene har gaffellignende tverrsnitt. Når en "gaffel" presses inn i et spor bøyes og rulles da "tinnene" på gaffelen innover stik at kjøleribben låses fast i grunnplaten for å gi god forbindelse mellom kjøleribbe og grunnplate.

Ifølge den ovenfor beskrevne teknikk blir med andre ord kjøleribbene festet til grunnplaten ved hjelp av permanent deformerende operasjoner på grunnplate eller ribbe. Enten beholder kjøleribbene sin opprinnelige fasong, mens materialet i grunnplaten presses og "støpes" mot ribbenes sokler, eller grunnplaten forblir uendret, mens kjøleribbenes gafler tar form etter sporene i grunnplaten.

Det finnes imidlertid anvendelsestilfeller som ikke ubetinget rettferdiggjør det ovenfor drøftede store oppbud. Dette gjelder særlig for bruk med fri konveksjon og i mindre grad også for fremtvungen konveksjon ved lav lufthastighet.

I erkjennelse av den kjente teknikk har så den foreliggende oppfinnelse som formål å frembringe et kjølelegeme som oppviser fordelen av liten ribbeavstand så vel som liten ribbetykkelse og derved forholdsvis høy spesifikk kjøleytelse, men som samtidig på grunn av redusert oppbud under produksjonen, er mer omkostningsgunstig å fremstille.

I henhold til oppfinnelsen oppnås dette med et kjølelegeme av den innledningsvis nevnte art, og hvor den enkelte kjøleribbe har form av et plateprofil som i tverrsnitt i hovedsak har fasongen av en U, hvis to sideben utgjør kjøleribbens sidevegger som strekker seg bort fra U'ens tverrsteg.

På denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk har da kjølelegemet i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at sporene i grunnplaten i det minste delvis har økende bredde mot bunnen av sporene og at tverrsteget på hver kjøleribbe ved innføring i et spor i grunnplaten i tverrsnitt er slik utformet at midten av tverrsteget er hevet mot rommet mellom sideveggene, hvoretter tverrsteget har blitt utsatt for en utflating under samtidig økning av tverrstegets bredde og fastspenning av sideveggene mot veggene i sporet.

Når en kjøleribbe i henhold til oppfinnelsen skal festes til en grunnplate, klemmes ribb-ens to sidevegger mot hverandre mens steget og en nedre del av sideveggene føres inn i et spor i grunnplaten. I denne stilling slippes sideveggene slik at de beveger seg fra hverandre i retning av sin opprinnelige hvilestilling og den nedre del av kjøleribbens sidevegger presses da mot innsiden av sporets vegger. Den tilbakestillings- eller fjærkraft som da utøves av kjøleribbens sidevegger mot innsiden av sporets vegger holder kjøleribben fast i sporet i grunnplaten.

Til forskjell fra tidligere kjent teknikk behøver således kjøleribbene i henhold til foreliggende oppfinnelse ikke bli utformet med spesielle koblingssokler og det er heller ikke nødvendig å utføre permanent deformerende operasjoner på grunnplate eller ribbe, siden det er fjærkraft som utnyttes for å holde kjøleribbene på plass i sporene i kjøle-legemets grunnplate.

For å frembringe en tilbakestillingskraft har det vist seg gunstig at sporene i grunnplaten i tverrsnitt i det minste delvis har form av en svalehale som har størst brede nær bunnen av sporene, mens avstanden mellom en kjøleribbes sidevegger forut for innføring i et spor øker mot deres ytterkanter, slik at de spriker fra hverandre.

Et ytterligere trekk ved oppfinnelsen er at det hevede tverrsteg på den U-formede kjøle-ribbe i tverrsnitt kan ha form av en del av en sirkelbue som vender mot rommet mellom sideveggene. Alternativt kan det hevede tverrsteg i tverrsnitt ha en vinklet fasong hvis spiss peker inn i rommet mellom sideveggene. I tillegg eller i stedet kan det hevede tverrsteg løpe mellom den U-formede kjøleribbes sidevegger i avstand fra sideveggenes nærliggende fotender motsatt deres ytterkanter.

Når en kjøleribbe er ført inn i et spor kan kjøleribbens tverrsteg eventuelt påføres en trykkraft for ytterligere utflating av tverrsteget til et tilnærmet rettlinjet steg, slik at det skapes en formtilpasset kontakt mellom utsiden av sideveggene og innsiden av sporets vegger. Dette forbedrer fastsettingen av kjøleribben i det tilordnede spor, særlig når sporet i tverrsnitt er underskåret, og forbedrer også generelt varmeovergangen mellom grunnplaten og de fastsatte kjøleribber.

Ytterligere fordeler, særtrekk og detaljer ved oppfinnelsen fremgår av den etterfølgende beskrivelse av de foretrukne utføretseseksempier gitt under henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke:

Fig. 1 er en skisse av et kjølelegeme med kjøleribber på en grunnplate,

fig. 2 viser et forstørret utsnitt av fig. 1,

fig. 3 - 5 viser forskjellige utførelsesformer av kjøleribbeavsnitt,

fig. 6 er en perspektivskisse av en enkelt kjøleribbe, og

fig. 7 viser et forstørret utsnitt tilsvarende fig. 2 for en ytterligere utførelsesform.

Et kjølelegeme 10 i lettmetall, særlig fremstilt fra AIMgSiO.5 F 22, beregnet på halvlederkomponenter som av hensyn til oversiktligheten ikke er nærmere vist på tegningene, oppviser en ekstrudert grunnplate 12 med spor 14 i form av rennelignende profileringer, som er skilt fra hverandre med bunnribber 16, idet sporveggene 18 er underskåret med en vinkel w på 1 - 2°. Dette fører til omvendte trapeslignende tverrsnitt av spor 14 og bunnribber 16.

I sporene 14 med spordybde a settes det inn kjøleribber 20, 20a med et omtrent U-formet tverrsnitt og som enten er ekstrudert eller fremstilt fra et bånd tilformet ved valsing. Før de settes inn, har deres sidevegger 22 en stilling på skrå utover og avgrenser da et tverrsnitt som utvider seg i retning av ytterkanten 24 sideveggene, slik at sideveggene 22 i innbygget stilling trykkes mot hverandre av sporveggene 18 med vedkommende vinkel w.

Tverrsteget 26 i den ekstruderte kjøleribbe 20 er utformet som en del av en sirkelbue i tverrsnitt og anordnet slik som vist i fig. 3 på den platevendte sideveggende 23, eller slik som vist i fig. 4, i avstand fra denne. Avstanden i tilsvarer den halve spordybde a.

I fig. 2 er tverrsteget 26 buet bare i sideveggområdet.

I fig. 5 og 6 er det vist et tverrsteg 26a i en kjøleribbe 20a fremstilt fra et valsetilformet bånd, som har en noe trekantet form.

Fig. 7 viser et spor 14a med en særskilt form, som omtrent halvveis har et rettvinklet

tverrsnitt (avsnitt 18a) og som fra den halve spordybde a til bunnen 15 av sporet utvider seg til en svalehaleform (avsnitt 18b). Sporbunnen 15 har her konkav utforming og etter sin deformering drøftet nedenfor, danner tverrsteget 26b et plan i den fastliggende kjøle-ribbe 20a.

Bredden b (fig. 3) av ribbefoten er mindre enn minstemålet av sporbredden e (fig. 1 og 2), slik at kjøleribben 20 først kan settes inn uten særlig kraft. Kjøleribben 20 blir festet til grunnplaten 12 på følgende måte: De sirkelsegmentformede eller trekantformede tverrsteg 26, 26a blir ved hjelp av en trykkraft som like gjerne kan frembringes ved hjelp av valser som også ved hjelp av stemjern, deformert slik at de tilnærmet, slik som vist i fig. 7, danner et rett steg. Derved spres sideveggene 22 i fotområdet og trykkes mot sporveggene 18, slik at det opprettes en formtilpasset forbindelse mellom utsiden av sideveggene og innsiden av sporveggene 18. Det derved oppnådde kontakttrykk sikrer en fullt ut tilstrekkelig varmeovergang med hensyn til det forutsette anvendelsesområde.

Claims (9)

1. Kjølelegeme for halvlederkomponenter eller lignende utstyr, som i det minste delvis er fremstilt i ekstrudert aluminium eller et annet lettmetall og som omfatter en grunnplate (12) og flere kjøleribber (20, 20a) utført for fastsetting i hvert sitt spor (14) utformet i innbyrdes avstand i grunnplaten, slik at kjøleribbene etter fastsetting rager hovedsakelig parallelt med hverandre ut fra grunnplaten, og hvor den enkelte kjøleribbe har form av et plateprofil som i tverrsnitt i hovedsak har fasongen av en U, hvis to sideben utgjør kjøle-ribbens sidevegger (22) som strekker seg bort fra U'ens tverrsteg (26, 26a), karakterisert ved at sporene (14) i grunnplaten (12) i det minste delvis har økende bredde (e) mot bunnen (15) av sporene og at tverrsteget (26, 26a) på hver kjøle-ribbe (20, 20a) ved innføring i et spor i grunnplaten i tverrsnitt er slik utformet at midten av tverrsteget er hevet mot rommet mellom sideveggene (22), hvoretter tverrsteget har blitt utsatt for en utflating under samtidig økning av tverrstegets bredde (b) og fastspenning av sideveggene (22) mot veggene (18,18b) i sporet (14).

2. Kjølelegeme som angitt i krav 1, og hvor sporene (14) i grunnplaten (12) i tverrsnitt i det minste delvis har form av en svalehale som har størst brede nær bunnen (15) av sporene.

3. Kjølelegeme som angitt i krav 2, og hvor avstanden mellom en kjøleribbes sidevegger (22) forut for innføring i et spor øker mot deres ytterkanter (24), slik at de spriker fra hverandre.

4. Kjølelegeme som angitt i krav et av kravene 1, 2 eller 3, og hvor det hevede tverrsteg (26) på den U-formede kjøleribbe (20) i tverrsnitt har form av en del av en sirkelbue som vender mot rommet mellom sideveggene (22).

5. Kjølelegeme som angitt i et av kravene 1, 2 eller 3, og hvor det hevede tverrsteg (26a) på den U-formede kjøleribbe (20a) i tverrsnitt har en vinklet fasong hvis spiss peker inn i rommet mellom sideveggene (22).

6. Kjølelegeme som angitt i et av de foregående krav, og hvor det hevede tverrsteg (26) løper mellom den U-formede kjøleribbes sidevegger (22) i avstand (i) fra sideveggenes nærliggende fotender (23) motsatt deres ytterkanter (24).

7. Kjølelegeme som angitt i krav 1, og hvor tverrsteget (26, 26a) etter innføringen i et spor (14) i grunnplaten (12) har blitt påført en trykkraft for ytterligere utflating av tverrsteget til et tilnærmet rettlinjet steg, slik at det er blitt skapt formtilpasset kontakt mellom utsiden av sideveggene (22) og innsiden av sporveggene (18,18a).

8. Kjølelegeme som angitt i krav 7, og hvor trykkraften for ytterligere utflating av tverrsteget (26, 26a) har blitt påført ved hjelp av ruller eller et stemjern.

9. Kjølelegeme som angitt i et av de foregående krav, og hvor bunnen (15) av sporene (14) har en buet fordypning mellom sporveggene (18,18a).