WO2014206578A2 - Housing, cooling body and method for producing a cooling body for cooling electric and/or electronic components - Google Patents

Housing, cooling body and method for producing a cooling body for cooling electric and/or electronic components Download PDF

Info

Publication number
WO2014206578A2
WO2014206578A2 PCT/EP2014/001785 EP2014001785W WO2014206578A2 WO 2014206578 A2 WO2014206578 A2 WO 2014206578A2 EP 2014001785 W EP2014001785 W EP 2014001785W WO 2014206578 A2 WO2014206578 A2 WO 2014206578A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
housing
heat sink
cooling
components
openings
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/001785
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2014206578A3 (en
Inventor
David BURKHARDT
Original Assignee
Protonet GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Protonet GmbH filed Critical Protonet GmbH
Publication of WO2014206578A2 publication Critical patent/WO2014206578A2/en
Publication of WO2014206578A3 publication Critical patent/WO2014206578A3/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20009Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a gaseous coolant in electronic enclosures
    • H05K7/20127Natural convection
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20409Outer radiating structures on heat dissipating housings, e.g. fins integrated with the housing
    • H05K7/20418Outer radiating structures on heat dissipating housings, e.g. fins integrated with the housing the radiating structures being additional and fastened onto the housing

Definitions

  • the present invention generally relates to cooling of electronic and / or electrical components. More specifically, the present invention relates to a convection-cooled housing, a heat sink, and a method of manufacturing a heat sink for cooling electrical and / or electronic components.
  • Housing for modular electronic or electrical components in particular power semiconductors and / or SMD (surface-mounted device) components must have a specified operating temperature (eg Intel 7 Series Chipset / C2160: 108 ° C maximum inside of the chip and 104 ° C on the package surface of the chip) for the components included in the package.
  • Such housings include, for example, PC housings, server housings, control and / or control cabinets.
  • Electronic or electrical components include, for example, electrical conductors such as cables, printed circuit boards, superconductors, waveguides such as antenna elements, circulators, electromechanical components e.g. for power supply, for frequency generation, passive components such as e.g. Resistors, capacitors, active devices, e.g. Tube discrete semiconductors and power semiconductors, integrated circuits, actuators, and / or sensors.
  • a critical working temperature of a component may be a manufacturer's limit value. Depending on the robustness of the process and the intended durability of the component, the manufacturer chooses a suitable temperature range. The physical degradation processes that underlie this, on the other hand, scale exponentially with increasing temperature and current density. Manufacturers therefore choose a permissible operating range for a specific service life. For example, in Texas Instruments most chips are approved for the commercial sector eg for permanent temperatures 0-70 ° C. A maximum temperature is usually slightly higher (95-110 ° C), depending on the chip application, z.
  • Convection-cooled housings include, for example, external aluminum heat sinks (also referred to as extrusion), internal heat-conducting bridges (eg, heatpipes, copper and / or aluminum blocks), and / or a largely closed housing. Housings that include only mounting joints and / or openings for power supply and / or peripheral connections that are not air or dustproof can be said to be largely closed. This heat can be dissipated to the housing surface. In addition, it can be avoided that dust penetrates into the housing interior.
  • the disadvantage is that the construction by means of aluminum extrusions is very material-intensive, expensive and / or energy-consuming to manufacture. The design options are also limited in extrusion parts.
  • the cooling must be released through the heat-conducting leads and / or BGA pads connected to the chip DIE to the board, which then serves as a cooling lug.
  • the board with the associated thermally conductive copper conductor tracks serves as a heat sink for SMD components in such an arrangement.
  • some boards additional surfaces and / or additional cooling layer (German: layers) are installed to avoid glued and / or soldered heat sinks. Consequently, with such a cooling, the integration density of components is limited not only by the size and / or number of layers and / or vias and by the format of the SMD components, but also by the thermal resistance of the board.
  • Heat sinks are, for example, milled heatsinks, scraped heat sinks (also referred to as skiving fins), extruded heatsinks, drop forged heatsinks, cast heatsinks, heatsinks made from laminations.
  • Heatsinks may include measures to reduce the temperature resistance, for example by improved heat distribution, heat pipes, water circuits, compressors, copper inserts, which can be switched before or between the heat sink in the housing.
  • milled heat sink and scraped heat sink may reach a similar lamella density and similar thin material cross-sections as the laminations, but are much more complex in the production and in materials and format severely limited.
  • Extrusion heatsinks, cast and drop forged heat sinks have much larger lamellae or pins due to production than are possible with laminations. Consequently, they are heavier and less scalable than a heat sink made of laminations.
  • finned heat sinks have prevailed in the high performance area.
  • aluminum heat sinks with inserted lamellas and / or lamellae soldered between flat tubes (mains cooler) are used for automobiles.
  • heat sinks made of copper pipe with inserted aluminum fins are used in air conditioning technology.
  • finned heat sinks in combination with heatpipes have prevailed.
  • the finned heat sinks used to date have disadvantages. Thus, only a slight structural and / or mechanical stability is given. In addition, thin slats bend easily.
  • a heat sink consisting of flat straight blades offers little shear and torsional rigidity.
  • lamellae inserted for a housing must be provided, which, despite the low material thickness, are sufficiently rigid to form a solid housing surface. It should also be made possible that the electronic and / or electrical components should not only be kept within the specified working temperatures, but have a longer life expectancy compared to the conventional forced cooling, whereby the aging process caused by thermal stress can be reduced.
  • the object of the present invention is accordingly to provide a convection-cooled housing for electronic and / or electrical components, heat sinks for such a housing, and a manufacturing method for these heatsinks, which are structurally and / or mechanically stable, silent, low-emission, cost-effective, scalable convection cooling enable.
  • a convection-cooled housing for cooling electrical and / or electronic components.
  • the housing (100) comprising:
  • a heat sink comprising at least one fin, wherein the heat sink is disposed at the top of the housing relative to the plurality of openings so that an air flow through the housing is directly aligned with the overlying fin.
  • the fins of the heat sink may be mounted on the top of the housing perpendicular to the openings on the top of the housing so that the air flow from the openings is shared and flows directly along the surface of the fins.
  • the heat sink comprises a plurality of fins, wherein the fins are arranged at a distance of 6 to 20 mm parallel to each other in the heat sink.
  • the lamellae are arranged at a hexagonal width of 20 mm and a distance through the deep-drawn hexagonal structure effectively 10 mm apart from each other parallel to each other in the heat sink.
  • the fins are spaced at a maximum distance from each other. Although a larger distance means more effectiveness per area, but also less area and thus fewer fins.
  • a balance is made between effectiveness per area and area use. Due to the available volume on the top of the housing is a very material-saving, the effectiveness per area preferable balance to choose from.
  • openings are provided in the underside of the shell of the housing, which are arranged relative to the openings at the top, so that a natural convection direction of the air is made possible in the housing.
  • the openings in the bottom of the housing are arranged relative to the openings at the top of the housing, that the openings are arranged on the underside similar to the openings on the top and / or have a comparable overall cross-section.
  • the openings are formed as slots.
  • the elongated holes have a length from the rounded slots from the radius center to the center, which corresponds to the length of a hexagonal edge length of a fin of the heat sink.
  • the oblong holes preferably have a width which corresponds to four to six times the thickness of a lamella, for example 0.8 mm to 4 mm. So that the stability of the upper side of the housing is not impaired, the elongated holes are preferably arranged only below the vertical sections of the fins of the heat sink.
  • the components are arranged relative to each other and to the heat sink so that a natural convection of the air in the housing is made possible.
  • those of the components with the lowest load capacity in the intake air at the bottom in the housing and those of the components with the highest load capacity in the intake air are preferably arranged at the top in the housing.
  • a heat sink for cooling electrical and / or electronic components.
  • the heat sink comprising:
  • a plurality of fins is provided, wherein the fins are arranged parallel to each other to a rectangular grid of a plurality of To form hexagonal lamellar segments.
  • the heat sink is arranged on the upper side of a housing.
  • a method for producing a lamella of a heat sink for cooling electrical and / or electronic components comprises:
  • the length of the rounded slots from the radius center to the center corresponds to the length of a hexagon edge length in the metal strip of a lamella.
  • the slots preferably behave towards the hexagons and / or the hexagon width approximately 1.7 to 1. With an exemplary hexagonal width of 20mm, this results in a slot length (unwound hexagonal half) of 34mm.
  • the entire hexagonal honeycomb lattice of a lamella can thus be considered as consisting of uniform lamellar segments, each with a hexagon and a straight section with the length of the edge length of the hexagon. The resulting overall length of such a segment is 35mm, with an exemplary hex width of 20mm.
  • the pressing comprises
  • Figure 1A shows a schematic structure of a conventional industrial housing, which is passively cooled.
  • FIG. 1B shows a schematic structure of a convection-cooled housing according to the invention.
  • FIG. 2A shows a side view of an exemplary convection-cooled server housing according to the invention.
  • FIG. 2B shows a plan view of an exemplary convection-cooled server housing according to the invention.
  • Figure 3A shows a metal strip from which a blade according to the invention can be made.
  • Figure 3B is a plan view of a blade according to the invention.
  • Figure 3C is a side view of a blade according to the invention.
  • Figure 4 shows a tool for producing a blade according to the invention.
  • FIG. 5 shows a screenshot of a measurement scenario for measuring the cooling efficiency of the heat sink according to the invention.
  • FIGS. 6A to 6E are screenshots of measurement results of a first test for measuring the cooling capacity of a heat sink according to the invention.
  • FIGS. 7A to 7E are screenshots of measurement results of a second test for measuring the cooling capacity of a heat sink according to the invention.
  • FIG. 1A shows a conventional housing 10 with a heat sink 18 for cooling the circuit boards 14 and / or components 16 contained in the housing 10 (also referred to in the following as components 14, 16).
  • the housing 10 may include a shell 12, for example, be encased therewith.
  • the heat sink 18 may be attached to the top of the housing as shown in FIG. 1A.
  • a disadvantage of such a conventionally passively cooled housing 10 may be that a heat accumulation forms in the interior of the housing.
  • the heat accumulation in the interior of the housing 10 may arise because a heat sink made of extruded profile can only be flowed through in one direction and is otherwise plate-shaped.
  • a smaller fin spacing of extruded heatsinks is chosen to optimize material usage and cooling performance. Due to the massive bottom plate of a strand cooling element 18, a large finned spacing would consume considerable resources with a heat sink made of metal strips. Instead, usually a smaller heat sink 18 is selected with denser fins, a lighter, airy heat sink with multiple flow directions is not feasible in Strangpro filclar vide.
  • the cooling body 18 may have a relatively large surface, because a smaller heat sink 18 with very dense fins has a larger total surface area than a large heat sink with generous fin spacing, which is only badly utilized. A poorer utilization can result from the fact that the temperature resistance of the heat sink 18 decreases with the air velocity and the distance of the cooling surfaces to each other.
  • the former is due to the fact that the air as a heat-dissipating medium has a larger (heat capacity) at higher speed, the latter being due to the larger radiation angle to the surrounding space due to the larger louvre distance, which dissipates more heat energy in the form of infrared radiation to the surrounding space than from Accordingly, distributed over a surface, efficiency increases with increasing lamellar spacing, which means that the board 14 can only be cooled insufficiently, resulting in only a small air flow in a solid body of the housing 10. In order to ensure sufficient cooling, In accordance with a fan in combination with the heat sink 18 must be used to air through the housing 10 to press.
  • FIG. 1B shows a schematic longitudinal section through a housing 100 according to the invention with a heat sink 200 according to the invention.
  • the heat sink 200 comprises one or more fins 210 which are described with reference to FIGS. 3A, 3B, 3C and 4.
  • the housing one or more boards 120 and / or one or more electrical and / or electronic components 130 (in the following also referred to as components 120, 130) are arranged.
  • the housing 100 is accordingly suitable for receiving corresponding boards 120 and / or components 130.
  • the housing 100 is, for example, a PC housing, a notebook housing, a server housing, a control and / or control cabinet.
  • the housing 100 is convection-cooled, so that an additional fan is not necessary. Nevertheless, to improve cooling, for example, in a more densely packed housing (with a high density of components), a fan may additionally be used.
  • the fan generates a corresponding intake air for cooling the housing 100, in particular for cooling the one or more circuit boards 120 and / or electrical and / or electronic components 130 arranged therein.
  • the fan can be used to increase a natural air flow that is generated by convection leads vertically through the housing.
  • the housing 100 may include a sheet metal shell (e.g., a sheet steel shell) 110, for example, encased therewith.
  • the heat sink 200 is disposed on the housing 100. Preferably, the heat sink 200 is disposed on the upper outer surface of the sheet metal shell 1 10 and close flush with the housing 100.
  • FIG. 2A shows a side view of a convection-cooled housing 100 with heat sink 200 according to the invention as described in FIG. 1B.
  • FIG. 2B shows a top view of a convection-cooled housing 100 with heat sink 200 according to the invention as described in FIG. 1B.
  • the components 130 and / or boards 120 are arranged in the housing 100 and / or the heat sink 200 is configured and / or arranged on the housing 100 (relative to the components 120, 130) that natural convection of the air in the housing 100 is made possible to fulfill the function of forced cooling, in particular for SMD components, but no fan is additionally required.
  • a flow optimization is achieved.
  • the pressure resistance in the housing is minimized (also called shape resistance) with a simultaneous maximization of the frictional resistance of the components 130 and / or the / the board (s) 120 (also referred to as surface resistance).
  • the components 130 and / or circuit boards 120 are referred to collectively below as components 120, 130.
  • the printed circuit board (s) 120 and / or components 130 are preferably arranged in the housing 100 in such a way that a natural convection direction (namely from bottom to top) is not disturbed.
  • 10 openings 140 are provided on the upper side 104 and / or on the lower side 102 of the housing 100 in the casing 1.
  • the openings 140 in the top 104 of the housing may be in the form of elongated holes and may be aligned so that the air flow is focused directly on the overlying fins 210 of the heat sink 200.
  • the openings 140 flow from below to a fin 210 and / or individual sections of a fin 210 so that the center of the air flow is directed to the underside of the fin 210 and the air flow is divided at the fin 210.
  • the fins 210 of the heat sink 200 are spaced larger than in conventional housings.
  • spacings of less than 2 mm are usual; for chilled radiators a distance of 2-10 mm is usual, usually less than 6 mm.
  • a spacing of the fins 210 of greater than 6 mm is preferably provided. Accordingly, the advantages of greater fin spacing, which allow for improved thermal radiation, can be combined with the efficiency improvements of a closer mesh heatsink 200 that allows for better detachment of the laminar slip layer. For a given volumetric flow, a more dense mesh will provide better slip delamination.
  • a more dense mesh of a heat sink 200 also creates a greater static pressure and allows less infrared radiation.
  • the flow of the fins 210 of the heat sink 200 is formed with large pitches, but has an air flow to a heat sink with a small fin pitch.
  • no lateral cutouts are provided in the shell 110 of the housing 100 in order not to unnecessarily swirl the natural air flow (also referred to as chimney effect) and / or to reduce it between the components 130 and / or blanks 120.
  • the components 130 and / or board (s) 120 are arranged in the housing 100 in the order of their thermal capacity, with components 120, 130 with lowest load capacity in the intake air below and components 120, 130 with the highest load capacity at the top in the housing.
  • Hard-wearing components 120, 130 include, for example, hard disks (load capacity 0-60 ° C.).
  • High-load components 120, 130 include, for example, voltage converters (capacitors rated up to 85 ° C or 105 ° C), processors (up to 95 ° C), and / or motherboard with chipset (rated up to 104 ° C).
  • a heat sink 200 may be arranged on the rear side and / or a side surface of the housing 100.
  • the arrangement of the heat sink 200 on the top of the housing 100 is preferable to enhance the air flow through the housing 100 by convection.
  • the arrangement on a side surface and / or the back of the housing 100 would mean the separation into two air streams, inside and outside, and on the one side and on the other side.
  • cooling structures and / or micro-cooling bodies within the housing 100 are avoided.
  • the heat sink 200 which is arranged on the upper side 104 of the housing 100. Furthermore, a surface coating of the element carrier (not shown) arranged in the housing 100, the components 120, 130 arranged thereon, and / or the fins 210 of the heat sink 200 with respect to a thermal emissivity can be selected.
  • the emissivity of a black anodised aluminum part reaches an emissivity of up to 0.85, ie 85% of that of a perfect black body (ie the physically ideal thermal radiation source).
  • Uncoated aluminum on the other hand, usually only reaches an emissivity of approx. 0.05.
  • Paint and powder coating are a poor choice of surface coating due to their insulating effect for heat conduction. It is preferable to choose a metallic coating such as, for example, black galvanizing and / or anodization instead of a coating and / or powder coating.
  • the heat sink 200 includes light slender vanes 210 as opposed to solid swaged forged, milled and / or extruded heat sinks.
  • the fins 210 are arranged at the greatest possible distance from one another in the heat sink 200, so that a maximization of the cooling capacity per use of material is made possible. Preferably, a compromise is sought for the available volume of construction from the largest possible fin spacing and sufficiently large cooling surface. This distance is higher by a factor of 2 to 10 than by force-cooled heat sinks and by a factor of 1.5 to 4 higher than with conventional extruded passive heat sinks.
  • the heat sink 200 is arranged on an outer side, preferably the upper side, of the housing 100. Copper heatpipes may be provided from the heat sink to connect power devices 130 (e.g., CPU).
  • solder joints are provided substantially in the heat cycle of the housing 100, wherein only if necessary, if the mounting options would otherwise significantly affect the thermal grease is provided.
  • a sauceleitpastentagen also referred to as thermal interface material
  • thermal grease but also pads or thermal tape is intended to the tiny gaps in the surface between components (eg chip or cap of the Chips) and the heat sink or the bathleitmaschine to fill.
  • a high contact pressure of over 300N is necessary to distribute the TIM.
  • a high contact pressure also ensures that any manufacturing tolerances in the politicians not lead to a tilting of the Heatsinks and thus fatal air gap.
  • oscillating components 120, 130 eg a hard disk
  • the housing tilting also referred to as air gap
  • oscillating components 120, 130 can be decoupled in order not to increase a noise emission at the expense of the improved convection cooling.
  • the shell 1 10 of the housing 100 can be made predominantly of stamped parts made of thin sheet, so that a scalable production of prototypes up to mass production is possible.
  • the energy consumption compared to milling, die casting, extrusion and / or injection molding is much lower in the stamping process.
  • Thermal bridges in the housing 100 may be formed of individual heat pipes with soldered coldplates. The relative mechanical flexibility of these solutions over solid registryleittellen allows greater tolerances in sheet metal parts for and / or in the housing 100 and thus a cost, location-independent production of the housing and / or the heat sink 200 for the housing 100th
  • the housing 100 in particular the shell 110 of the housing 100 made of sheet metal, preferably made of sheet steel, so that an electromagnetic compatibility is improved.
  • the arranged in the housing 100 components 120, 130 are very well shielded against external damage in the housing despite cooling holes 140, because the openings 140 are provided only at the top and / or on the underside of the shell 1 10 of the housing 100, the openings 140th small slots are (preferably with a length of 17mm and a width of 4mm) and / or the openings 140 are provided in the shell 140 at the top of the housing 100 below the heatsink 200 disposed above.
  • the significantly higher heat capacity and thus inertia of the heat sink 200 compared to the forced-ventilated heat sink by means of fans ensures a considerably longer warm-up and / or cool-down phases of the components 120, 130. This reduces the thermal stress that is required for accelerated aging of C4 / flip-chip devices. Packages and / or cold solder joints on BGA components is responsible. Furthermore, a conventional coupling of an intelligent speed control of the forced ventilation by means of a fan to the temperature or utilization of a single larger component (eg to the CPU) contradicts the air flow actually required for the cooling, in particular of SMD components on a circuit board. This creates additional thermal stress in the plastic or ceramic housing of a smaller component.
  • FIGS. 3A, 3B and 3C show an exemplary fin 210 according to the invention which, alone or in combination with one or more of such fins 210, forms a heat sink 200 for a housing.
  • a plurality of fins 210 may be spaced parallel (preferably at a distance of 20 mm) so as to form together a rectangular grid of juxtaposed louver segments 212 which forms a heat sink.
  • Figure 3A shows a rolled metal, for example a sheet, preferably aluminum or copper alloys having a high coefficient of thermal conductivity, most preferably AL5052 / ISO AlMg2.5, from which a fin 210 can be made.
  • a rolled metal for example a sheet, preferably aluminum or copper alloys having a high coefficient of thermal conductivity, most preferably AL5052 / ISO AlMg2.5, from which a fin 210 can be made.
  • horizontally standing on the thin edge metal strip is slotted several times spaced (for example, 250-300 mm, preferably 287 mm total length, 15-25mm, preferably 20 mm wide, 35-50 mm, preferably 46.5 mm Slot length, 8-15 mm, preferably 12 mm slot spacing).
  • the portions of the blade 210 formed by the slits 210 are pressed in hexagonal shapes, shortening the overall length of the output blade 210 as shown in Fig. 3A.
  • the hexagon shapes can be generated in parallel or in succession.
  • the portion of the blade 210 above the respective slot is pulled up in one direction and the portions of the blade 210 below that slot in the opposite direction (spatially) deep-drawn, so that viewed from above (see Figure 3B) each yields a hexagon.
  • the hexagonal shapes thus form the lamellar segments 212 of the generated lamella 210. Accordingly, the parts of the lamella 210 above and below the slot are simultaneously thermoformed in both directions, independently of which spatial axis the forming process takes place.
  • FIG. 3B shows a correspondingly manufactured lamination 210 having a multiplicity of
  • FIG. 3C shows a correspondingly produced lamella 210 with a multiplicity of lamellar segments 212 in a side view.
  • the lamella 210 is preferably a lamination 210.
  • lamellae 210 are manufactured as described with reference to FIGS. 3A-3C and form a chain of hexagons, that is to say lamellae segments 212, lamellae 210 results in a substantially increased angular stability relative to the baseplate of a housing into which lamella 210 is inserted can, to form alone or in combination with one or more fins 210, a heat sink 200. For the housing.
  • honeycomb honeycomb in which a hexagonal strip is composed of two metal strips, double plate wall thicknesses, welding and / or bonding of the metal strips are avoided in a blade 210 shown.
  • a double material thickness would lead to more weight and / or material use without profit on cooling surface and a process-consuming joint.
  • the lamellae 210 for producing a heat sink gaps which are not visible from above, as they form a continuous honeycomb grid (see Figure 2B), but obliquely from above show a deposition of the honeycomb to each other ( see FIG. 3C). Accordingly, only a lesser amount of material is necessary.
  • lamellae can be produced by means of the tool 300 shown.
  • the tool 300 is composed of one or more tool parts 302-320 and enables the production of lamellae 210 from slotted sheet metal strips.
  • laminations 210 are made not by simply canting and / or deep-drawing the edges at the slots, but by one or more different movements of the two press jaws 310, 312, 314, 316 relative to the retainer (not shown) to press the blade into the tool so that the slot is exactly at the height of the transition between the two dies 310, 312, 314, 316 and not over it and / or a precise consideration of the shortening factors (the geometric shortening from the hexagon, as well as the compression , Material displacement and elongation in some corners, about 0.69x the original sheet length relative to the slotted portion of the lamella).
  • the pressing jaws 310, 312, 314, 316 are held in a guide 302 (or an external linear guide) and pressed against each other by a respective threaded block 306, 308 (or a pneumatic cylinder or a toggle) on a thread 304 around the lamellae segments 212 to form the metal strip.
  • the lower pressing jaws 310, 312 and the upper pressing jaws 314, 316 are covered by a respective cover plate 318, 320.
  • Slats 210 may be made as follows from sheet metal strips shown in FIG. 3A.
  • a deep drawing tool for a respective slat segment which results from the respective slot, a slat 210 is used, wherein for the respective slat segment 212 each two jaws are used.
  • the fin 210 is alternately inverted and deep drawn by the jaws.
  • the method described above can be automated by using more than one thermoforming tool (preferably one thermoforming tool per slot of a sheet metal strip for a slat 210) simultaneously (or in a defined sequence) and corresponding slat segments 212 simultaneously (or in the defined sequence) ) as described above to create the hexagons in the fin 210.
  • thermoforming tools described above are used, but are mounted on a common linear guide and / or can be moved by a respective own linear actuator per tool on the axis.
  • the jaws would be mounted tools according to the reduction factors of the preceding single section and the pressing process to be performed sequentially.
  • a common linear guide would not be necessary, but a positioning that prevents a longitudinal displacement of the blade between the pressing tools.
  • An insert mechanism could consist of a magazine and slide which presses the lamella in all five pressing tools. The ejection could take place via narrow slides between the individual pressing tools.
  • lamellae 210 can be made of endlessly long sheet metal strips of a roller by means of gears with trapezoidal teeth, for example, be formed. The number of segments of the lamella no longer depends on the number of pressing tools in a complete tool.
  • FIG. 4 shows a simplest version of a pressing tool which can deep-draw only one segment per operation.
  • FIGs. 5, 6A to 6E and 7A to 7E there are shown two results of tests on the cooling performance of a heat sink described with reference to Figs. 1B to 4 in comparison with conventional heat sinks.
  • FIGS. 6A-E and 7A-E in order to compare the cooling capacity of a heat sink according to the invention with conventional heat sinks, a given housing is alternately provided with a heat sink according to the invention (respectively the "mesh" curve in all FIGS. 6A-E and 7A-E), an Intel Boxed cooler, so active, OEM solution (each with “boxed” designated curve in all figures 6A-E and 7A-E) and two different passive chillers made of aluminum extruded profile (each with "strcard 1" and "strand2" designated curves in all Figures 6A-E and 7A-E).
  • the thermal load limit is therefore not an absolute value in ° C, but the differential temperature Delta T in ° K to the maximum ambient temperature of 35 ° C.
  • FIG. 5 shows a typical measurement scenario.
  • the typical operating state of a server is the idle state with short peak loads.
  • the cooling solution must also be sufficient in the limit range, ie at full load.
  • two test programs have been designed:
  • test programs were started by batch script and therefore the measuring point distances are subject to slight fluctuations (+ -500 milliseconds).
  • test method is subject to the following restrictions, which are taken into account in the evaluation:
  • the housing has a large number of ventilation openings at the top and bottom and feet that allow air to flow through the bottom. This is not the case for the average of actively cooled housings and industrial PC housings. It is to be expected that, in particular, the extruded-cooled housings benefit from this, because the components are cooled very well by the convection air flow. For horizontal mounting of the extruded profile heat sink, however, the top is completely closed and a heat build-up is likely.
  • the SK94 extruded profile heat sink was chosen because it can be attached well to the Protonet housing and with 200 * 180 * 25mm has about the same dimensions as the mesh with 230 * 210 * 20mm.
  • this extrusion heatsink weighs 2.4 times the mesh cooling (370g) at 897g and has a 2.2 times larger cooling surface (2866cm 2 vs 1318cm 2). In the evaluation it must therefore be taken into account that the thermal inertia and cooling capacity are not absolute, but in relation to the use of materials, energy production costs, weight and costs.
  • Figure 6A shows the result of the CPU (or processor) cooling.
  • the cooling by means of a heat sink according to the invention shows on the processor a temperature characteristic similar to that of the Intel boxed cooler ("boxed" curve) Inertia, landing at similar values when in horizontal orientation but after warming-up, will have a significantly lower thermal resistance in the vertical orientation.
  • Figure 6B shows the result of PCB cooling.
  • the cooling by means of a heat sink according to the invention (shown in the "mesh curve") achieves a slightly lower temperature resistance than the boxed cooler ("boxed" curve.)
  • the horizontal extruded profile (strand 1", “strand 2" curves) instead of the heat sink according to the invention creates a heat build-up and has a significantly higher temperature resistance.
  • FIG. 6C shows the result of the VRM (or voltage converter) cooling.
  • VRM or voltage converter
  • Figure 6D shows the result of HDD (or hard disk) cooling.
  • the Intel Boxed cooler (“boxed” curve) sucks its intake air through the hard drive bays and achieves the lowest temperature resistance here, the horizontally mounted extruded profile continues to supply marginal temperatures ("strlind 1" curve), whereby bas housing with vertical extruded heat sink (curve “strand2”) reaches a lower temperature than the housing with horizontal extruded heat sink (curve “strangl”) ,
  • Figure 6E shows the result of the case (or case surface) cooling.
  • the surface temperature of the housing is naturally higher with external passive coolers ("strangl", “strand2" curves) than with the boxed curve. Cooling by means of a heat sink according to the invention (shown in the "mesh curve") achieves a somewhat lower one Surface temperature than the horizontally mounted passive heat sink.
  • Figure 7A shows the result of the CPU (or processor) cooling.
  • CPU or processor
  • Figure 7B shows the result of PCB cooling.
  • cooling by means of a heat sink according to the invention shown in the "mesh curve" with the Intel boxed cooler achieves comparable average values, but a significantly lower thermal amplitude.
  • FIG 7C shows the result of the VRM (or voltage converter) cooling.
  • Theistswandlertemperatur is low through the downwardly open housing, the The thinnest thermal cycles are achieved by cooling using a heat sink according to the invention (shown in the "mesh curve”). Only the housing with horizontal extruded heat sink is again significantly higher (“strcard 1" curve), whereby the housing with vertical extruded heat sink (curve “strand2”) reaches a lower temperature than the housing with horizontal extruded heat sink (curve “strcard 1").
  • Figure 7D shows the result of HDD (or hard disk) cooling. At longer temperature cycles, the boxed curve will perform less well, which could be related to the processor waste heat dissipated inside the case of the Intel Boxed Cooler.
  • Figure 7E shows the result of the case (or case surface) cooling.
  • the surface temperature of the case continues to be higher than that of fan cooling, since the temperature sensor is practically mounted directly on the processor heat sink (or vertically mounted on the top of the vertical extrusion heat sink).
  • the low temperature of the voltage transformers, the direct at the suction openings show how the temperature gradient creates a vertical flow of air through the housing.
  • the hard drives, which are currently mounted centrally in the housing, could also be mounted further down in the next revision, in order to further improve their cooling with intake air and to separate them from the upper zone of processor and board waste heat.
  • a further reduction of the component temperatures in a cooling according to the invention can thus be generated by flow improvements and improved positioning of the components.
  • As the test with a voluminous extruded heat sink shows a further reduction of the thermal amplitude and thus a longer life expectancy of the components can only be achieved by a larger heat sink mass.

Abstract

The invention relates to a housing, a cooling body and a method for producing a cooling body for cooling electric and/or electronic components. The convection-cooled housing comprises a plurality of openings on the upper side of the housing, and a cooling body which comprises at least one lamella, arranged in such a manner, on the upper side of the housing, with respect to the plurality of openings such that an air flow passing through the housing is directed directly to the lamella which is arranged above.

Description

Gehäuse, Kühlkörper und Verfahren zum Herstellen eines Kühlkörpers zum Kühlen von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen  Housing, heat sink and method for producing a heat sink for cooling electrical and / or electronic components
Die vorliegende Erfindung bezieht sich generell auf Kühlung von elektronischen und/oder elektrischen Bauteilen. Spezifischer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein konvektionsgekühltes Gehäuse, einen Kühlkörper und ein Verfahren zum Herstellen eines Kühlkörpers zum Kühlen von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen. The present invention generally relates to cooling of electronic and / or electrical components. More specifically, the present invention relates to a convection-cooled housing, a heat sink, and a method of manufacturing a heat sink for cooling electrical and / or electronic components.
Gehäuse für modulare elektronische bzw. elektrische Bauteile (auch als Bauelemente und/oder Komponenten bezeichnet) insbesondere Leistungshalbleiter und/oder SMD (surface-mounted device) Bauelemente müssen eine spezifizierte Arbeitstemperatur (z.B. Intel 7 Series Chipset/ C2160: 108°C maximal im Inneren des Chips und 104°C an der Gehäuseoberfläche des Chips) für die im Gehäuse enthaltenen Bauelemente sicherstellen. Solche Gehäuse umfassen beispielsweise PC- Gehäuse, Servergehäuse, Steuer- und/oder Schaltschränke. Elektronische bzw. elektrische Bauelemente umfassen beispielsweise elektrische Leitung wie beispielsweise Kabel, Leiterplatten, Supraleiter, Wellenleiter wie beispielsweise Antennenelemente, Zirkulatoren, elektromechanische Bauelemente z.B. für die Stromversorgung, für die Frequenzerzeugung, passive Bauelemente wie z.B. Widerstände, Kondensatoren, aktive Bauelemente wie z.B. Röhrendiskrete Halbleiter und Leistungshalbleiter, integrierte Schaltkreise, Aktoren, und/oder Sensoren. Housing for modular electronic or electrical components (also referred to as components and / or components) in particular power semiconductors and / or SMD (surface-mounted device) components must have a specified operating temperature (eg Intel 7 Series Chipset / C2160: 108 ° C maximum inside of the chip and 104 ° C on the package surface of the chip) for the components included in the package. Such housings include, for example, PC housings, server housings, control and / or control cabinets. Electronic or electrical components include, for example, electrical conductors such as cables, printed circuit boards, superconductors, waveguides such as antenna elements, circulators, electromechanical components e.g. for power supply, for frequency generation, passive components such as e.g. Resistors, capacitors, active devices, e.g. Tube discrete semiconductors and power semiconductors, integrated circuits, actuators, and / or sensors.
Bei einer kritischen Arbeitstemperatur kann die Lebensdauer der Bauelemente eingeschränkt sein und/oder eine stabile Funktion nicht immer gewährleistet werden. Eine kritische Arbeitstemperatur eines Bauelements kann eine Grenzwertangabe des Herstellers sein. Je nach Robustheit des Prozesses und anvisierter Haltbarkeit des Bauelements wählt der Hersteller einen geeigneten Temperaturbereich. Die physikalischen Degradierungsprozesse die dem zugrunde liegen, skalieren dagegen exponentiell mit steigender Temperatur und Stromdichte. Hersteller wählen deswegen einen zulässigen Betriebsbereich für eine bestimmte Lebensdauer. Beispielsweise sind bei Texasinstruments die meisten Chips für den kommerziellen Bereich z.B. für dauerhafte Temperaturen 0-70°C zugelassen. Eine Maximaltemperatur ist in der Regel etwas höher (95-110°C), je nach Chip Einsatzzweck, z. B. gelten bei Grafikprozessoren, bei denen ein Fehler (sog. Softerror) lediglich eine kurze Bildstörung bedeuten würde, höhere Grenzwerte (110°C) als etwa bei Anwendungsprozessoren (95 °C). Demzufolge wird bei Gehäusen mit hoher elektrischer Leistungsdichte (z.B. 50W/cm2 einer 130 Watt CPU mit 263mm2 Die-Fläche (Core i7 Bloomfield)) eine aktive Kühlung (auch als Zwangskühlung bezeichnet) eingesetzt. Dabei werden häufig kleine Kühlkörper und/oder eine oder mehrere Lüfter, die Luft für den Wärmeaustausch fördern, eingesetzt. Solche Lüfter erlauben eine Reduktion der Größe des Kühlkörpers bei gleichbleibendem Temperaturwiderstand. Damit wird entsprechend die Förderleistung erhöht, um auf einen ähnlichen Wärmewiderstand zu kommen, welcher von einem größeren Kühlkörper ohne forcierte Lüftung erzielt wird. Nachteilig ist, dass solche Lüfter Emissionen wie beispielsweise einen Energieverbrauch, Staub, und/oder Schall erhöhen. Zudem erhöhen Lüfter, wie grundsätzliche jedes zusätzliche Bauelement, ein Fehlerpotential des zu kühlenden Geräts (z.B. Lagerschaden). At a critical working temperature, the life of the components may be limited and / or a stable function can not always be guaranteed. A critical working temperature of a component may be a manufacturer's limit value. Depending on the robustness of the process and the intended durability of the component, the manufacturer chooses a suitable temperature range. The physical degradation processes that underlie this, on the other hand, scale exponentially with increasing temperature and current density. Manufacturers therefore choose a permissible operating range for a specific service life. For example, in Texas Instruments most chips are approved for the commercial sector eg for permanent temperatures 0-70 ° C. A maximum temperature is usually slightly higher (95-110 ° C), depending on the chip application, z. For example, in graphics processors where an error (so-called softerror) would only mean a short frame disturbance, higher limits (110 ° C) apply than with application processors (95 ° C). Consequently, in cases with high electrical power density (eg 50W / cm 2 of a 130 watt CPU with 263mm 2 die area (Core i7 Bloomfield)) active cooling (also referred to as forced cooling) is used. In this case, small heat sink and / or one or more fans, which promote air for heat exchange, are often used. Such fans allow a reduction in the size of the heat sink with constant temperature resistance. Thus, the delivery rate is increased accordingly to come to a similar thermal resistance, which is achieved by a larger heat sink without forced ventilation. The disadvantage is that such fans increase emissions such as energy consumption, dust, and / or sound. In addition, fans, such as any additional component, increase the potential for failure of the device to be cooled (eg bearing damage).
Im industriellen Umfeld werden auch konvektionsgekühlte Gehäuse verwendet. Konvektionsgekühlte Gehäuse umfassen beispielsweise externe Aluminiumkühlkörper (auch als Extrusion bezeichnet), interne Wärmeleitbrücken (beispielsweise Heatpipes, Kupfer- und/oder Aluminiumblöcke) und/oder ein größtenteils geschlossenes Gehäuse. Gehäuse, welche lediglich Montagefugen und/oder Öffnungen für Netzteil und/oder Peripherieanschlüsse, die nicht Luft- oder Staubdicht sind, umfassen, können als größtenteils geschlossen bezeichnet werden. Dadurch kann Wärme an der Gehäuseoberfläche abgeführt werden. Zudem kann vermieden werden, dass Staub ins Gehäuseinnere eindringt. Nachteilig ist, dass die Bauweise mittels Aluminium- Extrusionen sehr materialintensiv, teuer und/oder energieaufwendig in der Herstellung ist. Die gestalterischen Möglichkeiten sind bei Extrusions -Teilen zudem eingeschränkt. Darüber hinaus kann bei einer solchen Konvektionskühlung eine Kühlung von Bauelementen und insbesondere von SMD Bauelemente im Inneren des Gehäuse die nicht mit Wärmeleitbrücken an den Kühlkörper angeschlossen sind, nicht gewährleistet werden. Dies ist vor allem für die Entwicklung immer leistungsfähiger Halbleiterplattformen mit immer größerer Bauelementedichte problematisch. Anders als bei SMD Bauelementen kann die Kühlung von aufrecht stehenden THT (Through-Hole Technologie) -Bauteilen kann durch Aufsteckkühlkörper, eingelöteten THT Kühlblechen und/oder gleich durch Chip-Packages aus Keramik und/oder solche mit integrierte Metallplatte leicht gewährleistet werden. Die wesentlich kleineren SMD Bauelemente werden demgegenüber fast ausschließlich im Kunstoffpackage hergestellt, welches die Abwärme nicht durch die eigene Oberfläche abgeben kann, weil der Temperaturwiderstand des Kunststoffpackages zu hoch ist und/oder die Oberfläche durch die zunehmende Miniaturisierung nicht mehr ausreicht. Stattdessen muss die Kühlung durch die wärmeleitenden mit dem Chip-DIE verbundenen Leads und/oder BGA-pads an die Platine abgeben werden, welche dann als Kühlfahne dient. Somit dient die Platine mit den zugeordneten wärmeleitenden Kupferleiterbahnen als Kühlkörper für SMD Bauelemente in einer solchen Anordnung. Dazu werden bei einigen Platinen zusätzliche Flächen und/oder zusätzliche Kühl-Layer (deutsch: Schichten) verbaut, um aufgeklebte und/oder angelötete Kühlkörpern zu vermeiden. Demzufolge ist bei einer solchen Kühlung, die Integrationsdichte von Bauelemente nicht nur durch die Größe und/oder Anzahl der Layer und/oder Vias und durch das Format der SMD Bauelemente limitiert, sondern auch durch den Wärmewiderstand der Platine. Insbesondere sind die meisten handelsüblichen Platinen für Luftstrom konstruiert und besitzen keine ausreichende Kühlfläche um sie in einem geschlossenen passiven Gehäuse, verbauen zu können. Folglich werden zur Kühlung leistungsfähiger Bauelement Lüfter eingesetzt. Durch den Einsatz von Lüftern wird sowohl der Heatsink des angeschlossenen Bauelements (IC wie CPU, Grafikchip, Leistungselektronik wie Mosfet, Linearregler, etc.) gekühlt als auch der verursachte Luftstrom verringert. Zudem kann der Wärmetausch zwischen der Platine und der Umgebungsluft reduziert werden weil mehr Volumenstrom und/oder eine reduzierte laminare bzw. laminierte Gleitschicht vorliegen. In the industrial environment, convection-cooled housings are also used. Convection-cooled housings include, for example, external aluminum heat sinks (also referred to as extrusion), internal heat-conducting bridges (eg, heatpipes, copper and / or aluminum blocks), and / or a largely closed housing. Housings that include only mounting joints and / or openings for power supply and / or peripheral connections that are not air or dustproof can be said to be largely closed. This heat can be dissipated to the housing surface. In addition, it can be avoided that dust penetrates into the housing interior. The disadvantage is that the construction by means of aluminum extrusions is very material-intensive, expensive and / or energy-consuming to manufacture. The design options are also limited in extrusion parts. Moreover, in such a convection cooling a cooling of components and in particular of SMD components inside the housing which are not connected to the heat sink with heat sinks, can not be guaranteed. This is particularly problematic for the development of increasingly powerful semiconductor platforms with ever greater component density. Unlike SMD devices, the cooling of upright THT (through-hole technology) devices can be easily guaranteed by slip-on heatsinks, soldered THT heatsinks and / or by ceramic chip packages and / or those with integrated metal plate. By contrast, the much smaller SMD components are produced almost exclusively in the plastic package, which can not emit the waste heat through its own surface because the temperature resistance of the plastic package is too high and / or the surface is no longer sufficient due to the increasing miniaturization. Instead, the cooling must be released through the heat-conducting leads and / or BGA pads connected to the chip DIE to the board, which then serves as a cooling lug. Thus, the board with the associated thermally conductive copper conductor tracks serves as a heat sink for SMD components in such an arrangement. For this purpose, some boards additional surfaces and / or additional cooling layer (German: layers) are installed to avoid glued and / or soldered heat sinks. Consequently, with such a cooling, the integration density of components is limited not only by the size and / or number of layers and / or vias and by the format of the SMD components, but also by the thermal resistance of the board. In particular, most commercially available circuit boards are designed for airflow and have no sufficient cooling surface to be able to install them in a closed passive housing. As a result, fans are used to cool powerful device. Through the use of fans, both the heatsink of the connected component (IC such as CPU, graphics chip, power electronics such as mosfet, linear regulator, etc.) is cooled and the air flow caused is reduced. In addition, the heat exchange between the board and the ambient air can be reduced because there is more volume flow and / or a reduced laminar or laminated sliding layer.
Darüber hinaus gibt es noch Ansätze zur Kühlung von Bauelemente, welche in Trafoöl versenkt sind und/oder bei denen kleine Wärmeleitbrücken für jedes Bauelement existieren (meistens mit Wärmeleitpads, GapPads). Solche Kühlung ist aber verhältnismäßig unflexibel, teuer und/der erfordern geringe Toleranzen die in der Serienproduktion nicht gegeben sind. Folglich eignen sich solche Kühlungen nicht zum industriellen Einsatz und/oder zur Massenproduktion. In addition, there are approaches to cooling components that are buried in transformer oil and / or where there are small thermal bridges for each component (usually with Wärmeleitpads, GapPads). But such cooling is relatively inflexible, expensive and / require low tolerances in the Series production are not given. Consequently, such cooling is not suitable for industrial use and / or mass production.
Wie bereits beschrieben, wird bei Gehäusen mit hoher elektrischer Leistungsdichte eine aktive Kühlung eingesetzt, wobei Kühlkörper und Lüfter ins Gehäuse eingesetzt werden. Kühlköper, auch als Heatsinks bezeichnet, sind beispielsweise gefräste Kühlkörper, geschabte Kühlkörper (auch als Skiving Fins bezeichnet), extrudierte Kühlkörper, gesenk-geschmiedete Kühlkörper, gegossene Kühlkörper, Kühlkörper aus Blechlamellen. Kühlkörper können Maßnahmen zur Senkung des Temperaturwiderstands beispielsweise durch verbesserte Wärmeverteilung, Heatpipes, Wasserkreisläufe, Kompressoren, Kupferinserts umfassen, welche vor bzw. zwischen den Kühlkörper in dem Gehäuse geschaltet werden können. As already described, in casings with high electrical power density, active cooling is used, wherein heat sinks and fans are inserted into the housing. Heat sinks, also referred to as heat sinks, are, for example, milled heatsinks, scraped heat sinks (also referred to as skiving fins), extruded heatsinks, drop forged heatsinks, cast heatsinks, heatsinks made from laminations. Heatsinks may include measures to reduce the temperature resistance, for example by improved heat distribution, heat pipes, water circuits, compressors, copper inserts, which can be switched before or between the heat sink in the housing.
Wird ein Kühlkörper aus Blechlamellen, gelötet, gepresst und/oder gesteckt, so wird verhältnismäßig wenig Material verbaut, weile dünne Lamellen verwendet werden und/oder Material-Mix (beispielsweise eine Grundplatte Kupfer, Lamellen Aluminium) nur minimalen zusätzlichen Aufwand erfordert. If a heat sink made of laminations, soldered, pressed and / or plugged, so relatively little material is installed, because thin slats are used and / or material mix (for example, a copper base plate, aluminum fins) requires only minimal additional effort.
Sowohl gefräste Kühlkörper als auch geschabte Kühlkörper erreichen zwar unter Umständen eine ähnliche Lamellendichte und ähnlich dünne Materialquerschnitte wie die Blechlamellen, sind aber wesentlich aufwändiger in der Herstellung und in Materialien und Format stark eingeschränkt. Although both milled heat sink and scraped heat sink may reach a similar lamella density and similar thin material cross-sections as the laminations, but are much more complex in the production and in materials and format severely limited.
Extrusionskühlkörper, gegossene und gesenk-geschmiedete Kühlkörper haben fertigungsbedingt viel größere Lamellen oder Pins als mit Blechlamellen möglich sind. Folglich sind diese schwerer und weniger gut skalierbar als ein Kühlkörper aus Blechlamellen. Extrusion heatsinks, cast and drop forged heat sinks have much larger lamellae or pins due to production than are possible with laminations. Consequently, they are heavier and less scalable than a heat sink made of laminations.
Entsprechend haben sich Lamellenkühlkörper im Hochleistungsbereich durchgesetzt. Beispielsweise kommen für Automobile Aluminiumkühlkörper mit gesteckten Lamellen und/oder zwischen Flachrohre gelötete Lamellen (Netzkühler) zum Einsatz. In der Kälte- Klimatechnik werden beispielsweise Kühlkörper aus Kupferrohr mit gesteckten Aluminiumlamellen eingesetzt. Für PCs und Notebooks haben sich Lamellenkühlkörper in Kombination mit Heatpipes durchgesetzt. Die bisher verwendeten Lamellenkühlkörper haben allerdings Nachteilteile. So ist nur eine geringe strukturelle und/oder mechanische Stabilität gegeben. Darüber hinaus verbiegen sich dünne Lamellen leicht. Ein aus flachen gerade Lamellen bestehender Kühlkörper bietet wenig Scher- und Torsionssteifigkeit. Accordingly, finned heat sinks have prevailed in the high performance area. For example, aluminum heat sinks with inserted lamellas and / or lamellae soldered between flat tubes (mains cooler) are used for automobiles. In the cold For example, heat sinks made of copper pipe with inserted aluminum fins are used in air conditioning technology. For PCs and notebooks, finned heat sinks in combination with heatpipes have prevailed. However, the finned heat sinks used to date have disadvantages. Thus, only a slight structural and / or mechanical stability is given. In addition, thin slats bend easily. A heat sink consisting of flat straight blades offers little shear and torsional rigidity.
In Anbetracht des obigen sind Nachteile der bekannten und herkömmlichen konvektionsgekühlten Gehäuse und der verwendeten Kühlkörper zu vermeiden. Dementsprechend ist eine lautlose und emissionsarme Konvektionskühlung für elektronische und/oder elektrische Bauelemente vorzusehen. Dabei sollte weniger Rohmaterial als bei herkömmlicher Konvektionskühlung benötigt werden. Eine hohe Toleranz in der Fertigung sollte möglich sein, damit die Konvektionskühlung für einen Masseproduktion geeignet sein, also sowohl in der Fertigung (Stückzahl, Verfahren) als auch in der Anwendung (Leistung, Größe, Gestaltung) skalierbar sein. Dabei sollen bevorzugt Lamellen als Kühlkörper zum Einsatz kommen, welche eine verbesserte strukturelle und/oder mechanische Stabilität aufweisen. Die Lamellen sollten möglichst vielseitig einsetzbar sein. Entsprechend sind für ein Gehäuse gesteckte Lamellen vorzusehen, welche trotz geringer Materialstärke ausreichend steif sind, um eine solide Gehäusefläche zu bilden. Es soll zudem ermöglicht werden, das elektronischen und/oder elektrischen Bauelemente sollen nicht nur innerhalb der spezifizierten Arbeitstemperaturen gehalten werden, sondern eine höhere Lebenserwartung gegenüber der herkömmlichen Zwangskühlung haben, wobei der durch thermischen Stress verursachte Alterungsprozess verringert werden kann. In view of the above, disadvantages of the known and conventional convection-cooled housings and the heatsinks used are to be avoided. Accordingly, a silent and low-emission convection cooling for electronic and / or electrical components is provided. This should require less raw material than conventional convection cooling. A high tolerance in the production should be possible, so that the Konvektionskühlung be suitable for a mass production, thus be scalable both in the production (number of units, procedures) as well as in the application (power, size, design). In this case, slats are preferably used as a heat sink, which have improved structural and / or mechanical stability. The slats should be as versatile as possible. Accordingly, lamellae inserted for a housing must be provided, which, despite the low material thickness, are sufficiently rigid to form a solid housing surface. It should also be made possible that the electronic and / or electrical components should not only be kept within the specified working temperatures, but have a longer life expectancy compared to the conventional forced cooling, whereby the aging process caused by thermal stress can be reduced.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es dementsprechend, ein konvektionsgekühltes Gehäuse für elektronische und/oder elektrische Bauelemente, Kühlkörper für ein solches Gehäuse, und ein Herstellungsverfahren für diese Kühlkörper vorzusehen, welche eine strukturell und/oder mechanisch stabile, lautlose, emissionsarme, kostengünstige, skalierbare Konvektionskühlung ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. The object of the present invention is accordingly to provide a convection-cooled housing for electronic and / or electrical components, heat sinks for such a housing, and a manufacturing method for these heatsinks, which are structurally and / or mechanically stable, silent, low-emission, cost-effective, scalable convection cooling enable. This object is solved by the subject matters of the independent claims. Preferred embodiments are subject of the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist ein konvektionsgekühltes Gehäuse zum Kühlen von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen vorgesehen. Das Gehäuse (100) umfassend: According to the invention, a convection-cooled housing is provided for cooling electrical and / or electronic components. The housing (100) comprising:
eine Vielzahl von Öffnungen an der Oberseite des Gehäuses; und  a plurality of openings at the top of the housing; and
einen Kühlkörper, welcher zumindest eine Lamelle umfasst, wobei der Kühlkörper an der Oberseite des Gehäuses relative zu der Vielzahl von Öffnungen angeordnet ist, so dass ein Luftstrom durch das Gehäuse direkt auf die darüber liegende Lamelle ausgerichtet ist.  a heat sink comprising at least one fin, wherein the heat sink is disposed at the top of the housing relative to the plurality of openings so that an air flow through the housing is directly aligned with the overlying fin.
Die Lamellen sind des Kühlkörpers können auf der Oberseite des Gehäuses senkrecht zu den Öffnungen an der Oberseite des Gehäuses angebracht werden, so dass der Luftstrom aus den Öffnungen geteilt wird und direkt an der Oberfläche der Lamellen entlang strömt. The fins of the heat sink may be mounted on the top of the housing perpendicular to the openings on the top of the housing so that the air flow from the openings is shared and flows directly along the surface of the fins.
Bevorzugt umfasst der Kühlkörper eine Vielzahl von Lamellen umfasst, wobei die Lamellen in einem Abstand von 6 bis 20 mm parallel zueinander in dem Kühlkörper angeordnet sind. Preferably, the heat sink comprises a plurality of fins, wherein the fins are arranged at a distance of 6 to 20 mm parallel to each other in the heat sink.
Weiterhin bevorzugt sind die Lamellen bei einer Sechseckbreite von 20 mm und einem Abstand durch die tiefgezogene Sechseckstruktur effektiv 10 mm voneinander entfernt parallel zueinander im Kühlkörper angeordnet. Further preferably, the lamellae are arranged at a hexagonal width of 20 mm and a distance through the deep-drawn hexagonal structure effectively 10 mm apart from each other parallel to each other in the heat sink.
Dementsprechend sind die Lamellen in einem größtmöglichen Abstand zueinander beabstandet. Ein größerer Abstand bedeutet zwar mehr Effektivität pro Fläche, aber auch weniger Fläche und somit weniger Lamellen. Bei der Konstruktion eines Kühlkörpers wird eine Balance zwischen Effektivität pro Fläche und Flächeneinsatz gewählt. Durch das zur Verfügung stehende Volumen auf der Oberseite des Gehäuses steht eine sehr materialsparende, die Effektivität pro Fläche bevorzugende Balance zur Auswahl. Bevorzugt sind in der Unterseite der Hülle des Gehäuses Öffnungen vorgesehen, welche relative zu den Öffnungen an der Oberseite angeordnet sind, so dass eine natürliche Konvektionsrichtung der Luft in dem Gehäuse ermöglicht wird. Accordingly, the fins are spaced at a maximum distance from each other. Although a larger distance means more effectiveness per area, but also less area and thus fewer fins. When designing a heat sink, a balance is made between effectiveness per area and area use. Due to the available volume on the top of the housing is a very material-saving, the effectiveness per area preferable balance to choose from. Preferably, openings are provided in the underside of the shell of the housing, which are arranged relative to the openings at the top, so that a natural convection direction of the air is made possible in the housing.
Weiterhin bevorzugt sind die Öffnungen in der Unterseite des Gehäuses so relative zu den Öffnungen an der Oberseite des Gehäuses angeordnet, dass die Öffnungen an der Unterseite ähnlich zu den Öffnungen an der Oberseite angeordnet sind und/oder einen vergleichbaren Gesamtquerschnitt aufweisen. Further preferably, the openings in the bottom of the housing are arranged relative to the openings at the top of the housing, that the openings are arranged on the underside similar to the openings on the top and / or have a comparable overall cross-section.
Bevorzugt sind die Öffnungen als Langlöcher ausgebildet. Bevorzugt weisen die Langlöcher eine Länge von den gerundeten Schlitzen vom Radiusmittelpunkt zum Mittelpunkt auf, welche der Länge einer Sechseck-Kantenlänge einer Lamelle des Kühlkörpers entspricht. Weiterhin bevorzugt weisen die Langlöcher eine Breite auf, welche dem vier bis sechsfachen der Stärke einer Lamelle entspricht, beispielsweise 0.8mm zu 4mm. Damit die Stabilität der Oberseite des Gehäuses nicht beeinträchtigt wird, sind die Langlöcher bevorzugt lediglich unterhalb der senkrechten Abschnitte der Lamellen des Kühlkörpers angeordnet. Preferably, the openings are formed as slots. Preferably, the elongated holes have a length from the rounded slots from the radius center to the center, which corresponds to the length of a hexagonal edge length of a fin of the heat sink. Furthermore, the oblong holes preferably have a width which corresponds to four to six times the thickness of a lamella, for example 0.8 mm to 4 mm. So that the stability of the upper side of the housing is not impaired, the elongated holes are preferably arranged only below the vertical sections of the fins of the heat sink.
Bevorzugt sind die Bauteile relative zueinander und zu dem Kühlkörper so angeordnet, dass eine natürliche Konvektion der Luft in dem Gehäuse ermöglicht wird. Bevorzugt sind dabei diejenigen der Bauteile mit niedrigster Belastbarkeit in der Ansaugluft unten im Gehäuse und diejenigen der Bauteile mit höchster Belastbarkeit in der Ansaugluft oben im Gehäuse angeordnet. Preferably, the components are arranged relative to each other and to the heat sink so that a natural convection of the air in the housing is made possible. In this case, those of the components with the lowest load capacity in the intake air at the bottom in the housing and those of the components with the highest load capacity in the intake air are preferably arranged at the top in the housing.
Erfindungsgemäß ist ein Kühlkörper zum Kühlen von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen vorgesehen. Der Kühlkörper umfassend: According to the invention, a heat sink is provided for cooling electrical and / or electronic components. The heat sink comprising:
zumindest eine aus einem Blechstreifen einstückig ausgebildet Lamelle, wobei die Lamellensegmente der Lamelle eine Sechseckform aufweisen.  at least one of a sheet metal strip integrally formed lamella, wherein the lamellar segments of the lamella have a hexagonal shape.
Bevorzugt ist eine Vielzahl von Lamellen vorgesehen, wobei die Lamellen parallel zueinander angeordnet werden, um ein rechteckiges Gitter aus einer Vielzahl von sechseckigen Lamellensegmenten zu bilden. Preferably, a plurality of fins is provided, wherein the fins are arranged parallel to each other to a rectangular grid of a plurality of To form hexagonal lamellar segments.
Bevorzugt ist der Kühlkörper an der Oberseite eines Gehäuses angeordnet. Preferably, the heat sink is arranged on the upper side of a housing.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung einer Lamelle eines Kühlkörpers zum Kühlen von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen vorgesehen Das Verfahren umfassend: According to the invention, a method is provided for producing a lamella of a heat sink for cooling electrical and / or electronic components. The method comprises:
beabstandetes Schlitzen eines auf der dünnen Kante waagerecht stehenden Blechstreifens;  spaced slitting of a metal strip standing horizontally on the thin edge;
Drücken bzw. Pressen der durch die beim Schlitzen entstandenen Lamellensegmente in Sechseckformen.  Pressing or pressing of the lamellar segments formed by slitting in hexagon shapes.
Die Länge der gerundeten Schlitze von Radiusmittelpunkt zum Mittelpunkt entspricht der Länge einer Sechseck-Kantenlänge in dem Blechstreifen einer Lamelle. Die Schlitze verhalten sich bevorzugt zu den Sechsecken und/oder der Sechseckbreite ca. 1,7 zu 1. Bei einer beispielhaften Sechseckbreite von 20mm ergibt sich so eine Schlitzlänge (abgewickelte Sechseckhälfte) von 34mm. Das gesamte sechseckige Wabengitter einer Lamelle kann also betrachtet werden wie aus gleichförmigen Lamellensegmenten bestehend, mit je einem Sechseck und einem geraden Abschnitt mit der Länge der Kantenlänge des Sechsecks. Die sich daraus ergebende Gesamtlänge eines solchen Segments ist 35mm, bei einer beispielhaften Sechseckbreite von 20mm. The length of the rounded slots from the radius center to the center corresponds to the length of a hexagon edge length in the metal strip of a lamella. The slots preferably behave towards the hexagons and / or the hexagon width approximately 1.7 to 1. With an exemplary hexagonal width of 20mm, this results in a slot length (unwound hexagonal half) of 34mm. The entire hexagonal honeycomb lattice of a lamella can thus be considered as consisting of uniform lamellar segments, each with a hexagon and a straight section with the length of the edge length of the hexagon. The resulting overall length of such a segment is 35mm, with an exemplary hex width of 20mm.
Bevorzugt umfasst das Drücken bzw. Pressen Preferably, the pressing comprises
ein (räumliches) Hochziehen (bzw. eine Tiefziehumformung) des Teils des Lamellensegments oberhalb des jeweiligen Schlitzes in eine Richtung; und  a (spatial) pulling up (or a thermoforming) of the part of the lamellar segment above the respective slot in one direction; and
ein Tiefziehen (als eine Art der Blechumformung) des Teils des Lamellensegments unterhalb des Schlitzes in die entgegengesetzte Richtung.  a deep drawing (as a type of sheet metal forming) of the part of the lamellar segment below the slot in the opposite direction.
Bevorzugte Ausführungsformen werden im Folgenden mit Bezug auf begleitende Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es wird angemerkt, dass selbst wenn Ausführungsformen separat beschrieben sind, einzelne Merkmale davon zu zusätzlichen Ausfuhrungsformen kombiniert werden können. Es zeigen: Preferred embodiments will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. It is noted that even though embodiments are described separately, individual features thereof are additional Embodiments can be combined. Show it:
Figur 1A einen schematischen Aufbau eines herkömmlichen Industriegehäuses, welches passiv gekühlt ist. Figure 1A shows a schematic structure of a conventional industrial housing, which is passively cooled.
Figur 1B einen schematischen Aufbau eines erfmdungsgemäßen konvektionsgekühlten Gehäuses. FIG. 1B shows a schematic structure of a convection-cooled housing according to the invention.
Figur 2A eine Seitenansicht eines beispielhaften erfindungsgemäßen konvektionsgekühlten Servergehäuses. FIG. 2A shows a side view of an exemplary convection-cooled server housing according to the invention.
Figur 2B eine Draufsicht eines beispielhaften erfindungsgemäßen konvektionsgekühlten Servergehäuses. FIG. 2B shows a plan view of an exemplary convection-cooled server housing according to the invention.
Figur 3A einen Blechstreifen, aus welchem eine erfindungsgemäße Lamelle gefertigt werden kann. Figure 3A shows a metal strip from which a blade according to the invention can be made.
Figur 3B eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Lamelle. Figure 3B is a plan view of a blade according to the invention.
Figur 3C eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Lamelle. Figure 3C is a side view of a blade according to the invention.
Figur 4 ein Werkzeug zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Lamelle. Figure 4 shows a tool for producing a blade according to the invention.
Figur 5 ein Screenshot eines Messszenarios zur Messung der Kühlungseffektivität des erfindungsgemäßen Kühlkörpers. 5 shows a screenshot of a measurement scenario for measuring the cooling efficiency of the heat sink according to the invention.
Figuren 6A bis 6E Screenshots von Messergebnissen eines ersten Tests zum Messen der Kühlleistung eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers. FIGS. 6A to 6E are screenshots of measurement results of a first test for measuring the cooling capacity of a heat sink according to the invention.
Figuren 7A bis 7E Screenshots von Messergebnissen eines zweiten Tests zum Messen der Kühlleistung eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers. Figur 1A zeigt ein herkömmliches Gehäuse 10 mit einem Kühlkörper 18 zur Kühlung der im Gehäuse 10 enthaltenen Platinen 14 und/oder Bauelementen 16 (nachfolgend zusammenfassend auch als Bauteile 14, 16 bezeichnet). Das Gehäuse 10 kann eine Hülle 12 umfassen, beispielsweise damit ummantelt sein. Der Kühlkörper 18 kann an der Oberseite des Gehäuses, wie in Figur 1 A gezeigt, angebracht sein. FIGS. 7A to 7E are screenshots of measurement results of a second test for measuring the cooling capacity of a heat sink according to the invention. FIG. 1A shows a conventional housing 10 with a heat sink 18 for cooling the circuit boards 14 and / or components 16 contained in the housing 10 (also referred to in the following as components 14, 16). The housing 10 may include a shell 12, for example, be encased therewith. The heat sink 18 may be attached to the top of the housing as shown in FIG. 1A.
Nachteilig bei einem solchen herkömmlich passiv gekühlten Gehäuse 10 kann sein, dass sich ein Hitzestau im Inneren des Gehäuses bildet. Der Hitzestau im Inneren des Gehäuses 10 kann dadurch entstehen, dass ein Kühlkörper aus Strangprofil nur in einer Richtung durchströmt werden kann und ansonsten plattenförmig ist. Ein geringerer Lamellenabstand von Strangkühlkörpern wird gewählt, um einen Materialeinsatz und eine Kühlleistung zu optimieren. Durch die massive Bodenplatte eines Strangkühlkörpers 18 würde ein großer Lamellenabstand mit einem Kühlkörper aus Blechstreifen erheblich Ressourcen verbrauchen. Stattdessen wird in der Regel ein kleinerer Kühlkörper 18 mit dichteren Lamellen gewählt, ein leichter, luftiger Kühlkörper mit mehreren Durchströmrichtungen ist im Strangpro filverfahren nicht umsetzbar. Der Kühlköper 18 kann zwar eine relative große Oberfläche aufweisen, weil ein kleinerer Kühlkörper 18 mit sehr dichten Lamellen über eine größere Gesamtoberfläche verfügt als ein großer Kühlkörper mit großzügigem Lamellenabstand, welche aber nur schlecht ausgenutzt wird. Eine schlechtere Ausnutzung kann dadurch entstehen, dass der Temperaturwiderstand des Kühlkörpers 18 mit der Luftgeschwindigkeit und dem Abstand der Kühlflächen zueinander sinkt. Ersteres liegt daran, dass die Luft als wärmeableitendes Medium bei höherer Geschwindigkeit über eine größere (Wärmekapazität verfügt. Letzteres ergibt sich bei großem Lamellenabstand durch den größeren Abstrahlwinkel zum umgebenden Raum, wodurch mehr Wärmeenergie in Form von Infrarotstrahlung an den umgebenden Raum abgegeben wird, als von Lamelle zu Lamelle verteilt. Dementsprechend ist auf eine Fläche verteilt, eine Effizienz mit steigendem Lamellenabstand größer. Dadurch kann die Platine 14 nur unzureichend gekühlt werden. Es entsteht nur eine geringer Luftstrom in einem massiven Körper des Gehäuses 10. Um eine ausreichende Kühlung zu gewährleisten, muss entsprechend ein Lüfter in Kombination mit dem Kühlkörper 18 verwendet werden, um die Luft durch das Gehäuse 10 zu pressen. A disadvantage of such a conventionally passively cooled housing 10 may be that a heat accumulation forms in the interior of the housing. The heat accumulation in the interior of the housing 10 may arise because a heat sink made of extruded profile can only be flowed through in one direction and is otherwise plate-shaped. A smaller fin spacing of extruded heatsinks is chosen to optimize material usage and cooling performance. Due to the massive bottom plate of a strand cooling element 18, a large finned spacing would consume considerable resources with a heat sink made of metal strips. Instead, usually a smaller heat sink 18 is selected with denser fins, a lighter, airy heat sink with multiple flow directions is not feasible in Strangpro filverfahren. Although the cooling body 18 may have a relatively large surface, because a smaller heat sink 18 with very dense fins has a larger total surface area than a large heat sink with generous fin spacing, which is only badly utilized. A poorer utilization can result from the fact that the temperature resistance of the heat sink 18 decreases with the air velocity and the distance of the cooling surfaces to each other. The former is due to the fact that the air as a heat-dissipating medium has a larger (heat capacity) at higher speed, the latter being due to the larger radiation angle to the surrounding space due to the larger louvre distance, which dissipates more heat energy in the form of infrared radiation to the surrounding space than from Accordingly, distributed over a surface, efficiency increases with increasing lamellar spacing, which means that the board 14 can only be cooled insufficiently, resulting in only a small air flow in a solid body of the housing 10. In order to ensure sufficient cooling, In accordance with a fan in combination with the heat sink 18 must be used to air through the housing 10 to press.
Figur 1B zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gehäuse 100 mit einem erfindungsgemäßen Kühlkörper 200. Der Kühlkörper 200 umfasst eine oder mehrere Lamellen 210, welche mit Bezug auf Figuren 3A, 3B, 3C und 4 beschrieben sind. In dem Gehäuse sind ein oder mehrere Platinen 120 und/oder ein oder mehrere elektrische und/oder elektronische Bauelemente 130 (zusammenfassend nachfolgend auch als Bauteile 120, 130 bezeichnet) angeordnet. Das Gehäuse 100 ist dementsprechend zur Aufnahme entsprechender Platinen 120 und/oder Bauelemente 130 geeignet. Das Gehäuse 100 ist beispielsweise ein PC-Gehäuse, ein Notebook-Gehäuse, ein Server-Gehäuse, ein Steuer und/oder Schaltschrank. FIG. 1B shows a schematic longitudinal section through a housing 100 according to the invention with a heat sink 200 according to the invention. The heat sink 200 comprises one or more fins 210 which are described with reference to FIGS. 3A, 3B, 3C and 4. In the housing, one or more boards 120 and / or one or more electrical and / or electronic components 130 (in the following also referred to as components 120, 130) are arranged. The housing 100 is accordingly suitable for receiving corresponding boards 120 and / or components 130. The housing 100 is, for example, a PC housing, a notebook housing, a server housing, a control and / or control cabinet.
Das Gehäuse 100 ist konvektionsgekühlt, so dass ein zusätzlicher Lüfter nicht notwendig ist. Dennoch kann zur Verbesserung der Kühlung, beispielsweise bei einem dichter gepackten Gehäuse (mit einer hohen Dichte an Bauteilen), zusätzlich ein Lüfter verwendet werden. Der Lüfter erzeugt eine entsprechende Ansaugluft zum Kühlen des Gehäuses 100, insbesondere zum Kühlen der darin angeordneten einen oder mehreren Platinen 120 und/oder elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente 130. Der Lüfter kann verwendet werden, um einen natürlichen Luftstrom zu erhöhen, der durch Konvektion senkrecht durch das Gehäuse führt. Das Gehäuse 100 kann eine Blechhülle (z.B. eine Stahlblechhülle) 110 umfassen, beispielsweise damit ummantelt sein. Der Kühlkörper 200 ist an dem Gehäuse 100 angeordnet. Bevorzugt ist der Kühlkörper 200 an der oberen Außenfläche der Blechhülle 1 10 angeordnet und schließ bündig mit dem Gehäuse 100 ab. The housing 100 is convection-cooled, so that an additional fan is not necessary. Nevertheless, to improve cooling, for example, in a more densely packed housing (with a high density of components), a fan may additionally be used. The fan generates a corresponding intake air for cooling the housing 100, in particular for cooling the one or more circuit boards 120 and / or electrical and / or electronic components 130 arranged therein. The fan can be used to increase a natural air flow that is generated by convection leads vertically through the housing. The housing 100 may include a sheet metal shell (e.g., a sheet steel shell) 110, for example, encased therewith. The heat sink 200 is disposed on the housing 100. Preferably, the heat sink 200 is disposed on the upper outer surface of the sheet metal shell 1 10 and close flush with the housing 100.
Figur 2A zeigt eine Seitenansicht eines wie in Figur 1B beschrieben erfindungsgemäßen konvektionsgekühlten Gehäuses 100 mit Kühlkörper 200. FIG. 2A shows a side view of a convection-cooled housing 100 with heat sink 200 according to the invention as described in FIG. 1B.
Figur 2B zeigt eine Draufsicht eines wie in Figur 1B beschrieben erfindungsgemäßen konvektionsgekühlten Gehäuses 100 mit Kühlkörper 200. Bevorzugt sind die Bauelemente 130 und/oder Platinen 120 so in dem Gehäuse 100 angeordnet und/oder der Kühlkörper 200 ist so ausgestaltet und/oder an dem Gehäuse 100 (relative zu den Bauteilen 120, 130) angeordnet, dass eine natürliche Konvektion der Luft in dem Gehäuse 100 ermöglicht wird, um die Funktion der Zwangskühlung insbesondere für SMD-Bauelemente zu erfüllen, wobei aber kein Lüfter zusätzlich benötigt wird. Weiterhin wird eine Strömungsoptimierung erzielt. In anderen Worten, der Druckwiderstand im Gehäuse wird minimiert (auch also Formwiderstand bezeichnet) und zwar bei einer gleichzeitigen Maximierung des Reibungswiderstands an den Bauelementen 130 und/oder der/den Platine(n) 120 (auch als Flächenwiderstand bezeichnet). Die Bauelemente 130 und/oder Platinen 120 werden im nachfolgenden zusammenfassend auch als Bauteile 120 ,130 bezeichnet. FIG. 2B shows a top view of a convection-cooled housing 100 with heat sink 200 according to the invention as described in FIG. 1B. Preferably, the components 130 and / or boards 120 are arranged in the housing 100 and / or the heat sink 200 is configured and / or arranged on the housing 100 (relative to the components 120, 130) that natural convection of the air in the housing 100 is made possible to fulfill the function of forced cooling, in particular for SMD components, but no fan is additionally required. Furthermore, a flow optimization is achieved. In other words, the pressure resistance in the housing is minimized (also called shape resistance) with a simultaneous maximization of the frictional resistance of the components 130 and / or the / the board (s) 120 (also referred to as surface resistance). The components 130 and / or circuit boards 120 are referred to collectively below as components 120, 130.
Bevorzugt werden in dem Gehäuse 100 die Platine(n) 120 und/oder Bauelemente 130 so angeordnet, dass eine natürliche Konvektionsrichtung (nämlich von unten nach oben) nicht gestört wird. Dazu sind an der Oberseite 104 und/oder an der Unterseite 102 des Gehäuses 100 in der Hülle 1 10 Öffnungen 140 vorgesehen. Die Öffnungen 140 in der Oberseite 104 des Gehäuses können in Form von Langlöchern ausgebildet sein und können so ausgerichtet werden, dass der Luftstrom direkt auf die darüberliegenden Lamellen 210 des Kühlkörpers 200 fokussiert ist. Die Öffnungen 140 strömen eine Lamelle 210 und/oder einzelne Abschnitte einer Lamelle 210 so von unten an, dass die Mitte des Luftstroms auf die Unterseite der Lamelle 210 gerichtet ist und der Luftstrom an der Lamelle 210 geteilt wird. Außerdem sind die Lamellen 210 des Kühlkörpers 200 größer beabstandet als in herkömmlichen Gehäusen. Bei zwangsbelüfteten Lamellenkühlkörpern sind Beabstandungen von unter 2 mm üblich, bei Strangkühlkörpern ist ein Abstand von 2- 10mm üblich, meist unter 6 mm. Bei dem Kühlkörper 200 ist bevorzugt ein Abstand der Lamellen 210 von größer als 6 mm vorgesehen. Dementsprechend können die Vorteile eines größeren Lamellenabstands, welcher eine verbesserte thermische Strahlung ermöglichen mit den Effizienzverbesserungen eines engmaschigeren Kühlkörpers 200, welcher eine bessere Ablösung der laminaren Gleitschicht ermöglicht, kombiniert werden. Bei gegebenem Volumenstrom erzeugt ein engmaschigeres Netz eine bessere Gleitschichtablösung. Dies ist ein linearer Effekt, also alles was engmaschiger ist, sei es auch nur 0.1mm weniger, erzeugt theoretisch eine minimal bessere Gleitschichtablösung, also besseren Wärmetransfer an das Kühlmedium. Ein engmaschigeres Netz eines Kühlkörpers 200 erzeugt aber auch einen größeren statischen Druck und lässt weniger Infrarotabstrahlung zu. Durch die Anströmung der Lamellen 210 ist der Kühlkörper 200 mit großen Lamellenabständen ausgebildet, weist aber eine Luftanströmung eines Kühlkörpers mit geringem Lamellenabstand auf. Bevorzugt werden keine seitlichen Ausschnitte in der Hülle 110 des Gehäuses 100 vorgesehen, um den natürlichen Luftstrom (auch als Kamineffekt bezeichnet) nicht unnötig zu verwirbeln und/oder zwischen den Bauelementen 130 und/oder Platinen 120 zu verringern. The printed circuit board (s) 120 and / or components 130 are preferably arranged in the housing 100 in such a way that a natural convection direction (namely from bottom to top) is not disturbed. For this purpose, 10 openings 140 are provided on the upper side 104 and / or on the lower side 102 of the housing 100 in the casing 1. The openings 140 in the top 104 of the housing may be in the form of elongated holes and may be aligned so that the air flow is focused directly on the overlying fins 210 of the heat sink 200. The openings 140 flow from below to a fin 210 and / or individual sections of a fin 210 so that the center of the air flow is directed to the underside of the fin 210 and the air flow is divided at the fin 210. In addition, the fins 210 of the heat sink 200 are spaced larger than in conventional housings. For forced-ventilated lamellar heat sinks, spacings of less than 2 mm are usual; for chilled radiators a distance of 2-10 mm is usual, usually less than 6 mm. In the case of the heat sink 200, a spacing of the fins 210 of greater than 6 mm is preferably provided. Accordingly, the advantages of greater fin spacing, which allow for improved thermal radiation, can be combined with the efficiency improvements of a closer mesh heatsink 200 that allows for better detachment of the laminar slip layer. For a given volumetric flow, a more dense mesh will provide better slip delamination. This is a linear effect, so everything that is close-meshed, even if it is only 0.1mm less, theoretically produces a slightly better sliding layer separation, so better heat transfer to the cooling medium. However, a more dense mesh of a heat sink 200 also creates a greater static pressure and allows less infrared radiation. By the flow of the fins 210 of the heat sink 200 is formed with large pitches, but has an air flow to a heat sink with a small fin pitch. Preferably, no lateral cutouts are provided in the shell 110 of the housing 100 in order not to unnecessarily swirl the natural air flow (also referred to as chimney effect) and / or to reduce it between the components 130 and / or blanks 120.
Die Bauelemente 130 und/oder Platine(n) 120 werden in der Reihenfolge ihrer thermischen Belastbarkeit im Gehäuse 100 angeordnet, wobei Bauteile 120, 130 mit niedrigster Belastbarkeit in der Ansaugluft unten und Bauteile 120, 130 mit höchster Belastbarkeit oben im Gehäuse angeordnet werden. Bauteile 120, 130 mit niedrigster Belastbarkeit umfassen beispielsweise Festplatten (Belastbarkeit 0-60°C). Bauteile 120, 130 mit höchster Belastbarkeit umfassen beispielsweise Spannungswandler (Kondensatoren Belastbarkeit bis 85°C oder 105°C), Prozessoren (bis 95°C), und/oder Hauptplatine mit Chipset (Belastbarkeit bis 104°C). Außerdem kann für die Bauteile mit der größten Abwärme der Kühlkörper 200 außerhalb des Gehäuses 100 bzw. an der oberen Außenfläche der Hülle 1 10 angeordnet werden, um negative Auswirkungen auf die umliegenden Bauteile 120, 130 zu vermeiden. Alternative und/oder zusätzlich kann ein Kühlkörper 200 an der Rückseite und/oder einer Seitenfläche des Gehäuses 100 angeordnet werden. Jedoch ist die Anordnung des Kühlkörpers 200 auf der Oberseite des Gehäuses 100 zu bevorzugen, um den Luftstrom durch das Gehäuse 100 durch Konvektion zu verstärken. Die Anordnung an einer Seitenfläche und/oder der Rückseite des Gehäuses 100 würde die Auftrennung in zwei Luftströme, innen und außen, bzw. auf der einen und auf der anderen Seite bedeuten. Bevorzugt werden Kühlstrukturen und/oder Kleinstkühlkörpern innerhalb des Gehäuses 100 vermieden. Stattdessen erfolgt eine Maximierung des Luftflusses und/oder der Effektivität des Kühlkörpers 200, welcher auf der Oberseite 104 des Gehäuses 100 angeordnet ist. Weiterhin kann eine Oberflächenbeschichtung der im Gehäuse 100 angeordneten Elemententräger (nicht gezeigt), der daran angeordneten Bauteile 120, 130, und/oder der Lamellen 210 des Kühlkörpers 200 bezüglich eines thermischen Emissionsgrades gewählt werden. Der Emissionsgrad eines schwarz anodisierten Aluminiumteils erreicht einen Emissionsgrad von bis zu 0.85, also 85% von dem eines perfekten schwarzen Körpers (also der physikalisch idealen thermischen Strahlungsquelle). Unbeschichtetes Aluminium dagegen erreicht in der Regel nur einen Emissionsgrad von ca. 0.05. Lackierung und Pulverbeschichtung sind wegen ihrer isolatorischen Wirkung für die Wärmeleitung eine schlechte Wahl der Oberflächenbeschichtung. Bevorzugt ist eine metallische Beschichtung wie z.B. Schwarzverzinkung und/oder Eloxierung zu wählen anstatt einer Lackierung und/oder Pulverbeschichtung. The components 130 and / or board (s) 120 are arranged in the housing 100 in the order of their thermal capacity, with components 120, 130 with lowest load capacity in the intake air below and components 120, 130 with the highest load capacity at the top in the housing. Hard-wearing components 120, 130 include, for example, hard disks (load capacity 0-60 ° C.). High-load components 120, 130 include, for example, voltage converters (capacitors rated up to 85 ° C or 105 ° C), processors (up to 95 ° C), and / or motherboard with chipset (rated up to 104 ° C). In addition, for the components with the largest waste heat of the heat sink 200 outside of the housing 100 or on the upper outer surface of the shell 1 10 are arranged to prevent adverse effects on the surrounding components 120, 130. Alternatively and / or additionally, a heat sink 200 may be arranged on the rear side and / or a side surface of the housing 100. However, the arrangement of the heat sink 200 on the top of the housing 100 is preferable to enhance the air flow through the housing 100 by convection. The arrangement on a side surface and / or the back of the housing 100 would mean the separation into two air streams, inside and outside, and on the one side and on the other side. Preferably, cooling structures and / or micro-cooling bodies within the housing 100 are avoided. Instead, there is a maximization of the air flow and / or the effectiveness of the heat sink 200, which is arranged on the upper side 104 of the housing 100. Furthermore, a surface coating of the element carrier (not shown) arranged in the housing 100, the components 120, 130 arranged thereon, and / or the fins 210 of the heat sink 200 with respect to a thermal emissivity can be selected. The emissivity of a black anodised aluminum part reaches an emissivity of up to 0.85, ie 85% of that of a perfect black body (ie the physically ideal thermal radiation source). Uncoated aluminum, on the other hand, usually only reaches an emissivity of approx. 0.05. Painting and powder coating are a poor choice of surface coating due to their insulating effect for heat conduction. It is preferable to choose a metallic coating such as, for example, black galvanizing and / or anodization instead of a coating and / or powder coating.
Der Kühlkörper 200 umfasst leichte schlanke Lamellen 210 im Gegensatz zu massiven gesenkgeschmiedeten, gefrästen und/oder extrudierten Kühlkörpern. Die Lamellen 210 sind in einem größtmöglichen Abstand zueinander in dem Kühlkörper 200 angeordnet, so dass eine Maximierung der Kühlleistung pro Materialeinsatz ermöglicht wird. Bevorzugt wird für das zur Verfügung stehende Bauvolumen ein Kompromiss aus größtmöglichem Lamellenabstand und ausreichend großer Kühloberfläche angestrebt. Dieser Abstand liegt um den Faktor 2 bis 10 höher als bei zwangsgekühlten Kühlkörpern und um den Faktor 1.5 bis 4 höher als bei herkömmlichen extrudierten Passivkühlkörpern. Der Kühlkörper 200 ist an einer Außenseite, bevorzugt der Oberseite, des Gehäuses 100 angeordnet. Vom dem Kühlkörper können Kupferheatpipes zum Anschluss von Leistungsbauelementen 130 (z.B. CPU) vorgesehen sein. The heat sink 200 includes light slender vanes 210 as opposed to solid swaged forged, milled and / or extruded heat sinks. The fins 210 are arranged at the greatest possible distance from one another in the heat sink 200, so that a maximization of the cooling capacity per use of material is made possible. Preferably, a compromise is sought for the available volume of construction from the largest possible fin spacing and sufficiently large cooling surface. This distance is higher by a factor of 2 to 10 than by force-cooled heat sinks and by a factor of 1.5 to 4 higher than with conventional extruded passive heat sinks. The heat sink 200 is arranged on an outer side, preferably the upper side, of the housing 100. Copper heatpipes may be provided from the heat sink to connect power devices 130 (e.g., CPU).
Bevorzugt werden Lötverbindungen im Wesentlichen im Wärmekreislauf des Gehäuses 100 vorgesehen, wobei nur notfalls, wenn die Montagemöglichkeiten sonst erheblich beeinträchtigen würden, Wärmeleitpaste vorzusehen ist. Bei Wärmeleitpastenverbindungen kann dann der Anpressdrucks maximiert werden. Eine Wärmeleitpastenverbindung (auch als Thermal Interface Material bezeichnet), z. B. Wärmeleitpaste, aber auch Pads oder Thermal Tape ist dazu vorgesehen, die winzigen Zwischenräume in der Oberfläche zwischen Bauteilen (z.B. Chip bzw. Schutzkappe des Chips) und dem Kühlkörper bzw. der Wärmeleitbrücke, zu füllen. Bei Flächen von mehreren Quadratzentimetern, wie etwa bei Prozessoren, ist ein hoher Anpressdruck von über 300N notwendig um das TIM zu verteilen. Ein hoher Anpressdruck sorgt außerdem dafür, dass etwaige Fertigungstoleranzen bei der Wärmeleitbrücke nicht zu einem verkanten des Heatsinks und damit fatalen Luftspalt führen. Es können innerhalb des Gehäuses Verkantungen (auch als Luftspalt bezeichnet) durch Verwendung flexibler Heatpipes vermieden werden. Im Gehäuse können bei der Anordnung und Montage der darin vorgesehenen Bauteile 120, 130 schwingende Bauteile 120, 130 (z.B. eine Festplatte) entkoppelt werden, um eine Geräuschemission nicht zulasten der verbesserten Konvektionskühlung zu erhöhen. Preferably, solder joints are provided substantially in the heat cycle of the housing 100, wherein only if necessary, if the mounting options would otherwise significantly affect the thermal grease is provided. With Wärmeleitpastenverbindungen then the contact pressure can be maximized. A Wärmeleitpastenverbindung (also referred to as thermal interface material), z. As thermal grease, but also pads or thermal tape is intended to the tiny gaps in the surface between components (eg chip or cap of the Chips) and the heat sink or the Wärmeleitbrücke to fill. For areas of several square centimeters, such as processors, a high contact pressure of over 300N is necessary to distribute the TIM. A high contact pressure also ensures that any manufacturing tolerances in the Wärmeleitbrücke not lead to a tilting of the Heatsinks and thus fatal air gap. It can be avoided within the housing tilting (also referred to as air gap) by using flexible heat pipes. In the case of the arrangement and assembly of the components 120, 130 therein, oscillating components 120, 130 (eg a hard disk) can be decoupled in order not to increase a noise emission at the expense of the improved convection cooling.
Bevorzugt kann die Hülle 1 10 des Gehäuses 100 überwiegend aus Stanzteilen aus Feinblech gefertigt werden, so dass eine skalierbare Produktion von Prototypen bis hin zur, Massenfertigung ermöglicht wird. Der Energieaufwand gegenüber Frästeilen, Druckguss, Extrusion und/oder Spritzguss ist beim Stanzverfahren wesentlich niedriger. Wärmeleitbrücken in dem Gehäuse 100 können aus einzelnen Heatpipes mit angelöteten Coldplates ausgebildet sein. Die relative mechanische Flexibilität dieser Lösungen gegenüber massiven Wärmeleitverbindungen ermöglicht größere Toleranzen bei Blechteilen für und/oder in dem Gehäuse 100 und damit eine kostengünstige, standortunabhängige Fertigung des Gehäuses und/oder des Kühlkörpers 200 für das Gehäuse 100. Preferably, the shell 1 10 of the housing 100 can be made predominantly of stamped parts made of thin sheet, so that a scalable production of prototypes up to mass production is possible. The energy consumption compared to milling, die casting, extrusion and / or injection molding is much lower in the stamping process. Thermal bridges in the housing 100 may be formed of individual heat pipes with soldered coldplates. The relative mechanical flexibility of these solutions over solid Wärmeleitverbindungen allows greater tolerances in sheet metal parts for and / or in the housing 100 and thus a cost, location-independent production of the housing and / or the heat sink 200 for the housing 100th
Bevorzugt ist das Gehäuse 100, insbesondere die Hülle 110 des Gehäuses 100 aus Blech, bevorzugt aus Stahlblech gefertigt, so dass eine elektromagnetische Verträglichkeit verbessert wird. Die in dem Gehäuse 100 angeordneten Bauteile 120, 130 sind gegen äußerliche Beschädigungen im Gehäuse trotz Kühlungsöffnungen 140 sehr gut abgeschirmt, weil die Öffnungen 140 nur an der Oberseite und/oder an der Unterseite der Hülle 1 10 des Gehäuses 100 vorgesehen sind, die Öffnungen 140 kleine Langlöcher sind (bevorzugt mit einer Länge von 17mm und einer Breite von 4mm) und/oder die Öffnungen 140 in der Hülle 140 an der Oberseite des Gehäuses 100 unterhalb des darüber angeordneten Kühlkörpers 200 vorgesehen sind.» Die im Vergleich zum zwangsbelüfteten Kühlkörper mittels Lüfter wesentlich größere Wärmekapazität und dadurch Trägheit des Kühlkörpers 200 sorgt für eine erheblich längere Aufwärm- und/oder Abkühlphasen der Bauteile 120, 130. Das verringert den thermischen Stress, der für ein beschleunigtes Altern von C4/Flipchip-Packages und/oder kalten Lötstellen an BGA-Bauelementen verantwortlich ist. Ferner widerspricht eine herkömmliche Koppelung einer intelligenten Drehzahlsteuerung der Zwangslüftung mittels Lüfter an die Temperatur bzw. Auslastung eines einzelnen größeren Bauteils (z.B. an die CPU) dem eigentlich für die Kühlung insbesondere von SMD-Bauelemente auf einer Platine notwendigen Luftstrom. Dies erzeugt zusätzlichen thermischen Stress in dem Kunststoff- oder Keramik-Gehäuses eines kleineren Bauteils. Preferably, the housing 100, in particular the shell 110 of the housing 100 made of sheet metal, preferably made of sheet steel, so that an electromagnetic compatibility is improved. The arranged in the housing 100 components 120, 130 are very well shielded against external damage in the housing despite cooling holes 140, because the openings 140 are provided only at the top and / or on the underside of the shell 1 10 of the housing 100, the openings 140th small slots are (preferably with a length of 17mm and a width of 4mm) and / or the openings 140 are provided in the shell 140 at the top of the housing 100 below the heatsink 200 disposed above. The significantly higher heat capacity and thus inertia of the heat sink 200 compared to the forced-ventilated heat sink by means of fans ensures a considerably longer warm-up and / or cool-down phases of the components 120, 130. This reduces the thermal stress that is required for accelerated aging of C4 / flip-chip devices. Packages and / or cold solder joints on BGA components is responsible. Furthermore, a conventional coupling of an intelligent speed control of the forced ventilation by means of a fan to the temperature or utilization of a single larger component (eg to the CPU) contradicts the air flow actually required for the cooling, in particular of SMD components on a circuit board. This creates additional thermal stress in the plastic or ceramic housing of a smaller component.
Figuren 3A, 3B und 3C zeigen eine beispielhafte erfindungsgemäße Lamelle 210 welche alleine oder in Kombination mit einer oder mehrer solcher Lamellen 210 einen Kühlkörper 200 für ein Gehäuse bildet. Bevorzugt können eine Vielzahl von Lamellen 210 so parallel beabstandet (bevorzugt in einem Abstand von 20 mm) angeordnet werden, dass sie zusammen ein rechteckiges Gitter aus aneinandergereihten Lamellensegmenten 212 bilden, welches einen Kühlkörper bildet. FIGS. 3A, 3B and 3C show an exemplary fin 210 according to the invention which, alone or in combination with one or more of such fins 210, forms a heat sink 200 for a housing. Preferably, a plurality of fins 210 may be spaced parallel (preferably at a distance of 20 mm) so as to form together a rectangular grid of juxtaposed louver segments 212 which forms a heat sink.
Figur 3A zeigt ein gewalztes Metall, beispielsweise ein Blech, bevorzugt Aluminium oder Kupferlegierungen mit hohem Wärmeleitkoeffizienten am meisten bevorzugt AL5052 / ISO AlMg2.5, aus welchem eine Lamelle 210 hergestellt werden kann. Dazu wird ein, wie in Figur 3A gezeigte auf der dünnen Kante waagerecht stehender Blechstreifen mehrfach beabstandet geschlitzt (beispielsweise 250-300 mm, bevorzugt 287 mm Gesamtlänge, 15-25mm, bevorzugt 20 mm Breite, 35-50 mm, bevorzugt 46,5 mm Schlitzlänge, 8-15 mm, bevorzugt 12 mm Schlitzabstand). Danach werden die durch die Schlitze entstandenen Bereiche der Lamelle 210 in Sechseckformen gedrückt, wobei sich die Gesamtlänge der Ausgangs-Lamelle 210, wie in Figur 3A gezeigt, verkürzt. Die Sechseckformen können parallel oder nacheinander erzeugt werden. Beim Erzeugen der Sechseckformen, wie in Figuren 3B und 3C gezeigt, wird der Teil der Lamelle 210 oberhalb des jeweiligen Schlitzes in die eine Richtung (räumlich) hochgezogen und der Teile der Lamelle 210 unterhalb diese Schlitzes in die entgegengesetzte Richtung (räumlich) tiefgezogen, so dass sich von oben betrachtet (siehe Figur 3B) jeweils ein Sechseck ergibt. Die Sechseckformen bilden somit die Lamellensegmente 212 der erzeugten Lamelle 210. Entsprechend werden die Teile der Lamelle 210 oberhalb und unterhalb des Schlitzes gleichzeitig in beide Richtungen technisch tiefgezogen, unabhängig in welcher Raumachse der Umformvorgang stattfindet. Figure 3A shows a rolled metal, for example a sheet, preferably aluminum or copper alloys having a high coefficient of thermal conductivity, most preferably AL5052 / ISO AlMg2.5, from which a fin 210 can be made. For this purpose, as shown in Figure 3A horizontally standing on the thin edge metal strip is slotted several times spaced (for example, 250-300 mm, preferably 287 mm total length, 15-25mm, preferably 20 mm wide, 35-50 mm, preferably 46.5 mm Slot length, 8-15 mm, preferably 12 mm slot spacing). Thereafter, the portions of the blade 210 formed by the slits 210 are pressed in hexagonal shapes, shortening the overall length of the output blade 210 as shown in Fig. 3A. The hexagon shapes can be generated in parallel or in succession. In creating the hexagon shapes as shown in Figs. 3B and 3C, the portion of the blade 210 above the respective slot is pulled up in one direction and the portions of the blade 210 below that slot in the opposite direction (spatially) deep-drawn, so that viewed from above (see Figure 3B) each yields a hexagon. The hexagonal shapes thus form the lamellar segments 212 of the generated lamella 210. Accordingly, the parts of the lamella 210 above and below the slot are simultaneously thermoformed in both directions, independently of which spatial axis the forming process takes place.
Figur 3B zeigt eine entsprechen hergestellte Lamelle 210 mit einer Vielzahl vonFIG. 3B shows a correspondingly manufactured lamination 210 having a multiplicity of
Lamellensegmenten 212 in einer Draufsicht. Figur 3C zeigt eine entsprechend hergestellte Lamelle 210 mit einer Vielzahl von Lamellensegmenten 212 in einer Seitenansicht. Bevorzugt ist die Lamelle 210 eine Blechlamelle 210. Slat segments 212 in a plan view. FIG. 3C shows a correspondingly produced lamella 210 with a multiplicity of lamellar segments 212 in a side view. The lamella 210 is preferably a lamination 210.
Dadurch dass Lamellen 210 wie mit Bezug auf Figuren 3A-3C beschrieben hergestellt werden und eine Kette von Sechsecken, also den Lamellensegmenten 212, bildet, ergibt sich für die Lamellen 210 eine wesentlich vergrößerte Winkelstabilität zur Grundplatte eines Gehäuses, in die die Lamelle 210 gesteckt werden kann, um alleine oder in Kombination mit einer oder mehrerer Lamellen 210 eine Kühlkörper 200. für das Gehäuse zu bilden. Because lamellae 210 are manufactured as described with reference to FIGS. 3A-3C and form a chain of hexagons, that is to say lamellae segments 212, lamellae 210 results in a substantially increased angular stability relative to the baseplate of a housing into which lamella 210 is inserted can, to form alone or in combination with one or more fins 210, a heat sink 200. For the housing.
Im Gegensatz zu herkömmlich sogenannten Honeycomb Waben (Honig- Waben), bei denen ein Sechseckstreifen aus jeweils zwei Blechstreifen zusammengesetzt wird, werden bei einer gezeigten Lamelle 210 doppelte Blech Wandstärken, Verschweißung und/oder Verklebung der Blechstreifen vermieden. Demgegenüber würde eine doppelte Materialstärke zu mehr Gewicht und/oder Materialeinsatz ohne Gewinn an Kühloberfläche sowie eine prozessaufwändige Fügestelle führen. Vielmehr entstehen bei der (parallelen) Aneinanderreihung der Lamellen 210 zur Herstellung eines Kühlkörpers Zwischenräume, welche zwar von oben nicht sichtbar sind, da diese ein durchgehendes Wabengitter bilden (siehe Figur 2B), aber beim Blick schräg von oben eine Absetzung der Waben zueinander erzeigen (siehe Figur 3C). Dementsprechend muss ist lediglich ein geringerer Materialeinsatz notwendig. Figur 4 zeigt ein beispielhaftes Werkzeug 300 zur Herstellung einer Lamelle 210. Bevorzugt können Lamellen mittels des gezeigten Werkzeugs 300 hergestellt werden. Das Werkzeug 300 ist aus einen oder mehreren Werkzeugteilen 302-320 zusammengesetzt und ermöglicht die Erzeugung von Lamellen 210 aus geschlitzten Blechstreifen. In contrast to conventional so-called honeycomb honeycomb (honeycomb), in which a hexagonal strip is composed of two metal strips, double plate wall thicknesses, welding and / or bonding of the metal strips are avoided in a blade 210 shown. In contrast, a double material thickness would lead to more weight and / or material use without profit on cooling surface and a process-consuming joint. Rather, in the (parallel) juxtaposition of the lamellae 210 for producing a heat sink gaps, which are not visible from above, as they form a continuous honeycomb grid (see Figure 2B), but obliquely from above show a deposition of the honeycomb to each other ( see FIG. 3C). Accordingly, only a lesser amount of material is necessary. FIG. 4 shows an exemplary tool 300 for producing a lamella 210. Preferably, lamellae can be produced by means of the tool 300 shown. The tool 300 is composed of one or more tool parts 302-320 and enables the production of lamellae 210 from slotted sheet metal strips.
Wie in Figur 4 gezeigt werden Lamellen 210 nicht durch einfaches Kantziehen und/oder Tiefziehen der Kanten an den Schlitzen hergestellt, sondern durch ein oder mehrere verschiedene Bewegungen der beiden Pressbacken 310, 312, 314, 316 im Verhältnis zum Rückhalter (nicht gezeigt), um die Lamelle in das Werkzeug zu drücken, so dass der Schlitz genau auLHöhe des Übergangs zwischen beiden Pressbacken 310, 312, 314, 316 liegt und nicht etwa darüber und/oder einer genaue Berücksichtigung der Verkürzungsfaktoren (die geometrische Verkürzung aus dem Sechseck, sowie die Stauchung, Materialverdrängung und Längung in einigen Ecken, ca. 0.69x der ursprünglichen Blechlänge bezogen auf den geschlitzten Bereich der Lamelle). Die Pressbacken 310, 312, 314, 316 werden in einer Führung 302 (oder einer eine externen Linearführung) gehalten und durch ein jeweiliges Gewindeblöcke 306, 308 (oder ein Pneumatikzylinder oder ein Kniehebel) auf einem Gewinde 304 gegeneinander gepresst, um die Lamellensegmente 212 aus dem Blechstreifen zu formen. Die unteren Pressbacken 310, 312 und die oberen Pressbacken 314, 316 werden von einer jeweiligen Deckplatte 318, 320 abgedeckt. As shown in FIG. 4, laminations 210 are made not by simply canting and / or deep-drawing the edges at the slots, but by one or more different movements of the two press jaws 310, 312, 314, 316 relative to the retainer (not shown) to press the blade into the tool so that the slot is exactly at the height of the transition between the two dies 310, 312, 314, 316 and not over it and / or a precise consideration of the shortening factors (the geometric shortening from the hexagon, as well as the compression , Material displacement and elongation in some corners, about 0.69x the original sheet length relative to the slotted portion of the lamella). The pressing jaws 310, 312, 314, 316 are held in a guide 302 (or an external linear guide) and pressed against each other by a respective threaded block 306, 308 (or a pneumatic cylinder or a toggle) on a thread 304 around the lamellae segments 212 to form the metal strip. The lower pressing jaws 310, 312 and the upper pressing jaws 314, 316 are covered by a respective cover plate 318, 320.
Lamellen 210 können aus wie in Figur 3A gezeigten Blechstreifen folgendermaßen hergestellt werden. Slats 210 may be made as follows from sheet metal strips shown in FIG. 3A.
In einem Herstellungsverfahren, wird ein Tiefzieh Werkzeug für ein jeweiliges Lamellensegment, welches sich durch den jeweiligen Schlitz ergibt, einer Lamelle 210 verwendet, wobei für das jeweilige Lamellensegment 212 jeweils zwei Backen verwendet werden. Für jedes Lamellensegment 212, wird die Lamelle 210 abwechselnd von den Backen umgedreht und tiefgezogen. Das zuvor beschriebene Verfahren kann dadurch automatisiert werden, das mehr als ein Tiefziehwerkzeug (bevorzugt ein Tiefziehwerkzeug pro Schlitz eines Blechstreifens für eine Lamelle 210) gleichzeitig (oder in einer definierten Abfolge) verwendet wird und die jeweiligen Lamellensegmente 212 entsprechend gleichzeitig (oder in der definierten Abfolge) wie oben beschrieben arbeiten, um die Sechsecke in der Lamelle 210 zu erzeugen. Entsprechend werden die zuvor beschriebenen Tiefziehwerkzeuge verwendet, werden jedoch auf einer gemeinsamen Linearführung montiert und/oder können durch einen jeweiligen eigenen Linearantrieb pro Werkzeug auf der Achse verschoben werden. Bei einer definierten seriellen Abfolge der Pressvorgänge würden die Backen Werkzeuge entsprechend den Verkürzungsfaktoren des vorangehenden einzelnen Abschnittes montiert sein und der Pressvorgang nacheinander ausgeführt werden. Eine gemeinsame Linearführung wäre damit nicht nötig, dafür aber eine Positionierung die eine Längsverschiebung der Lamelle zwischen den Presswerkzeugen verhindert. Ein Einlegemechanismus könnte aus einem Magazin und Schieber bestehen der die Lamelle in alle fünf Presswerkzeuge drückt. Der Auswurf könnte über schmale Schieber zwischen den einzelnen Presswerkzeugen erfolgen. In a manufacturing process, a deep drawing tool for a respective slat segment, which results from the respective slot, a slat 210 is used, wherein for the respective slat segment 212 each two jaws are used. For each fin segment 212, the fin 210 is alternately inverted and deep drawn by the jaws. The method described above can be automated by using more than one thermoforming tool (preferably one thermoforming tool per slot of a sheet metal strip for a slat 210) simultaneously (or in a defined sequence) and corresponding slat segments 212 simultaneously (or in the defined sequence) ) as described above to create the hexagons in the fin 210. Accordingly, the thermoforming tools described above are used, but are mounted on a common linear guide and / or can be moved by a respective own linear actuator per tool on the axis. In a defined serial sequence of pressing operations, the jaws would be mounted tools according to the reduction factors of the preceding single section and the pressing process to be performed sequentially. A common linear guide would not be necessary, but a positioning that prevents a longitudinal displacement of the blade between the pressing tools. An insert mechanism could consist of a magazine and slide which presses the lamella in all five pressing tools. The ejection could take place via narrow slides between the individual pressing tools.
Darüber hinaus können auch Lamellen 210 aus endlos langen Blechstreifen von einer Rolle mittels Zahnrädern mit trapezförmigen Zähnen hergestellt, beispielsweise geformt werden. Die Segmentzahl der Lamelle ist nicht mehr von der Anzahl der Presswerkzeuge in einem Gesamtwerkzeug abhängig. In addition, lamellae 210 can be made of endlessly long sheet metal strips of a roller by means of gears with trapezoidal teeth, for example, be formed. The number of segments of the lamella no longer depends on the number of pressing tools in a complete tool.
Figur 4 zeigt eine einfachste Version eines Presswerkzeugs, das lediglich ein Segment pro Vorgang tiefziehen kann. FIG. 4 shows a simplest version of a pressing tool which can deep-draw only one segment per operation.
Mit Bezug auf nachstehende Figuren 5, 6A bis 6E und 7A bis 7E sind zwei Ergebnisse von Tests hinsichtlich der Kühlleistung eines mit Bezug auf Figuren 1B bis 4 beschrieben Kühlkörpers im Vergleich zu herkömmlichen Kühlkörpern gezeigt. Referring now to Figs. 5, 6A to 6E and 7A to 7E, there are shown two results of tests on the cooling performance of a heat sink described with reference to Figs. 1B to 4 in comparison with conventional heat sinks.
Nachfolgende Figuren zeigen die Effektivität eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers (in den Figuren auch als „Mesh" oder „Meshkühlung" bezeichnet) gegenüber herkömmlichen Kühllösungen auf. Insbesondere wurde für verschiedene Kühlmethoden die Kühlleistung für einen Prozessor, eine Festplatte, eine Platine, einen Spannungswandler und die an der Oberseite gemessene Außentemperatur des Gehäuses gemessen sowie die thermischen Zyklen denen diese Bauteile bzw. Bauelemente ausgesetzt sind. Dabei sind die in der nachstehenden Tabelle genannten Grenztemperaturen zu berücksichtigen. The following figures show the effectiveness of a heat sink according to the invention (also referred to in the figures as "mesh" or "mesh cooling") conventional cooling solutions. In particular, for various cooling methods, the cooling capacity for a processor, a hard disk, a circuit board, a voltage converter and the measured at the top outside temperature of the housing was measured and the thermal cycles to which these components or components are exposed. The limit temperatures listed in the table below must be taken into account.
In den Figuren 6A-E und 7A-E ist zur Vergleichbarkeit der Kühlleistung eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers mit herkömmlichen Kühlkörpern ein gegebenen Gehäuse abwechselnd mit einem erfindungsgemäßen Kühlkörper (jeweils die mit„mesh" bezeichnete Kurve in allen Figuren 6A-E und 7A-E), ein Intel Boxedkühler, also aktiv, OEM-Lösung (jeweils mit„boxed" bezeichnete Kurve in allen Figuren 6A-E und 7A-E) und zwei verschiedene Passivkühler aus Aluminiumstrangprofil (jeweils mit„sträng 1" und„strang2" bezeichnete Kurven in allen Figuren 6A-E und 7A-E) getestet. In FIGS. 6A-E and 7A-E, in order to compare the cooling capacity of a heat sink according to the invention with conventional heat sinks, a given housing is alternately provided with a heat sink according to the invention (respectively the "mesh" curve in all FIGS. 6A-E and 7A-E), an Intel Boxed cooler, so active, OEM solution (each with "boxed" designated curve in all figures 6A-E and 7A-E) and two different passive chillers made of aluminum extruded profile (each with "sträng 1" and "strand2" designated curves in all Figures 6A-E and 7A-E).
In nachstehender Tabelle sind Messpunkte und Grenztemperaturen aufgelistet. In einer Büroumgebung können bis zu 35°C Raumtemperatur herrschen. Als thermische Belastbarkeitsgrenze wird daher kein absoluter wert in °C, sondern die Differenztemperatur Delta T in °K zur maximalen Umgebungstemperatur von 35°C angegeben. The following table lists measuring points and limit temperatures. In an office environment, room temperature can reach up to 35 ° C. The thermal load limit is therefore not an absolute value in ° C, but the differential temperature Delta T in ° K to the maximum ambient temperature of 35 ° C.
Figure imgf000022_0001
Figure imgf000022_0001
Für das Messverfahren der Kühlleistung der zu vergleichenden Kühlkörper wurde zusätzlich zu den integrierten Temperaturfühlern der Bauteile Festplatte und Prozessor, PT100 Temperaturfühler auf der Platinenrückseite, Spannungswandlern, Gehäuseoberfläche und zur Ansaugluft (Umgebungsluft) angebracht. Die Aufzeichnung erfolgte mithilfe eines Aquero5 LT Wandlers (+-0,5°K) 7, den Programmen Aquasuite und CoreTemp zur Auslesung. Aus einem laufenden System werden mithilfe des Programms BurnlnTest zwei Belastungszenarios (Figuren 6A-F und Figuren 7A-F) getestet. Dabei werden alle Komponenten des Systems, Prozessor, RAM, Festplatte, Netzwerk und I/O kurzzeitig voll ausgelastet. Die Aufzeichnung der Temperaturwerte erfolgt mithilfe des Testrechners selber. For the measuring method of the cooling performance of the heat sink to be compared, in addition to the integrated temperature sensors of the components, hard disk and processor, PT100 temperature sensor on the back of the board, voltage transformers, housing surface and attached to the intake air (ambient air). Recording was done using an Aquero5 LT transducer (+ -0.5 ° K) 7, the Aquasuite and CoreTemp programs for reading. From a running system, two load scenarios (Figures 6A-F and Figures 7A-F) are tested using the BurnlnTest program. All components of the system, processor, RAM, hard disk, network and I / O will be fully utilized for a short time. The temperature values are recorded using the test computer itself.
Figur 5 zeigt ein typisches Messszenario. Der typische Betriebszustand eines Servers ist der Ruhezustand mit kurzen Lastspitzen. Die Kühllösung muss allerdings im Grenzbereich, also bei Volllast auch ausreichen. Um diesen Bereich und den Effekt der thermischen Zyklen, der im Normalbetrieb des Servers auftritt zu simulieren, wurden zwei Testprogramme entworfen: FIG. 5 shows a typical measurement scenario. The typical operating state of a server is the idle state with short peak loads. However, the cooling solution must also be sufficient in the limit range, ie at full load. To simulate this area and the effect of the thermal cycles that occur during normal server operation, two test programs have been designed:
- Testl : 10 Sekunden Last, / 12Sekunden Ruhe - Zyklenanzahl: 50 (vgl. Figuren 6A-6E)  - Testl: 10 seconds load, / 12 seconds rest - Number of cycles: 50 (see Figures 6A-6E)
- Test 2: 200Sekunden Last / 200 Sekunden Ruhe - Zyklenanzahl: 20 (vgl. Figuren 7A-7E)  - Test 2: 200 seconds load / 200 seconds rest - Number of cycles: 20 (see Figures 7A-7E)
Wobei die Zyklenzahlen in den in Figuren 6A-E und 7A-E gezeigten Screenshots der Diagramme beschnitten sind auf 45/19 wegen der Anlaufzeit der Sensoren und Aufzeichnungsprogramme.  Wherein the cycle numbers in the screenshots of the diagrams shown in Figs. 6A-E and 7A-E are cut to 45/19 because of the start-up time of the sensors and recording programs.
Die Testprogramme wurden per Batch-Skript gestartet und die Messpunktabstände unterliegen daher prinzipbedingt leichten Schwankungen (+-500Millisekunden). The test programs were started by batch script and therefore the measuring point distances are subject to slight fluctuations (+ -500 milliseconds).
Folgende Hardware wurde getestet The following hardware has been tested
Protonet Gehäuse 8  Protonet housing 8
- Intel Xeon 1265LV2 2,5Ghz (läuft gemessen auf allen 4 Cores im Turbo bei 3,lGhz, mit  - Intel Xeon 1265LV2 2.5Ghz (runs measured on all 4 cores in Turbo at 3, lGhz, with
- einem Core bei 3,5Ghz), max. 45Watt Wärmeverlustleistung (WVL)  - one core at 3.5 GHz), max. 45W heat loss power (WVL)
- 2x 4GB SODIMM Kingston DDR3 1600 - Intel DQ77KB Mainboard, hochkant montiert mit den Spannungswandlern nach unten - 2x 4GB SODIMM Kingston DDR3 1600 - Intel DQ77KB motherboard, mounted upright with the voltage transformers facing down
- 2x 2TB Seagate Pipeline 5900.2  - 2x 2TB Seagate Pipeline 5900.2
Kühlung:  Cooling:
o Erfindungsgemäßer Kühlkörper, auch als„Mesh" bezeichnet bestehend aus Aluminiumlamellen schwarz eloxiert, 3x 6mm Heatpipes („mesh" o Heatsink according to the invention, also referred to as "mesh" consisting of aluminum fins black anodized, 3x 6mm heatpipes ("mesh")
Kurve in Figuren 6A-E und 7A-E) Curve in FIGS. 6A-E and 7A-E)
o Intel boxed-Kühler (Referenzlösung, 92mm Aktivlüfter) („boxed" Kurve in Figuren 6A-E und 7A-E)  o Intel boxed cooler (reference solution, 92mm active fan) (boxed curve in Figures 6A-E and 7A-E)
o Strangprofil Fischer Elektronik SK94 horizontal auf dem Gehäuse montiert, 3x6mm („sträng 1" Kurve in Figuren 6A-E und 7A-E) Heatpipes o Extruded profile Fischer Elektronik SK94 horizontally mounted on the housing, 3x6mm ("sträng 1" curve in Figures 6A-E and 7A-E) Heatpipes
(9) (9.)
o Strangprofil Fischer Elektronik SK94 vertikal an der Rückseite montiert, 3 x6mm Heatpipes („strang2" Kurve in Figuren 6A-E und 7A-E)  o extruded profile Fischer Elektronik SK94 mounted vertically on the backside, 3 x6mm heatpipes ("strand2" curve in figures 6A-E and 7A-E)
Die gewählte Testmethode unterliegt folgenden Einschränkungen, die bei der Auswertung berücksichtigt werden: The selected test method is subject to the following restrictions, which are taken into account in the evaluation:
- Aus Gründen der Vergleichbarkeit ist das Gehäuse immer dasselbe. Nun verfügt das Gehäuse über eine Vielzahl an Lüftungsöffnungen oben und unten und Standfüße die Luftstrom durch die Unterseite ermöglichen. Das ist beim Durchschnitt von aktiv gekühlten Gehäusen und bei Industrie PC-Gehäusen nicht gegeben. Es ist zu erwarten, dass vor allem die Strangprofilgekühlten Gehäuse hiervon profitieren, weil die Bauteile durch den Konvektionsluftstrom sehr gut gekühlt werden. Bei horizontaler Montage des Strangprofilkühlkörpers ist die Oberseite aber komplett geschlossen und ein Hitzestau wahrscheinlich.  - For reasons of comparability, the case is always the same. Now the housing has a large number of ventilation openings at the top and bottom and feet that allow air to flow through the bottom. This is not the case for the average of actively cooled housings and industrial PC housings. It is to be expected that, in particular, the extruded-cooled housings benefit from this, because the components are cooled very well by the convection air flow. For horizontal mounting of the extruded profile heat sink, however, the top is completely closed and a heat build-up is likely.
- Der SK94 Strangprofilkühlkörper wurde ausgewählt da er sich gut am Protonet Gehäuse anbringen lässt und mit 200* 180* 25mm in etwa vergleichbare Maße wie das Mesh mit 230*210*20mm hat. Dieser Strangkühlkörper wiegt allerdings mit 897g das 2,4fache der Meshkühlung (370g) und verfügt über eine 2,2-mal größere Kühloberfläche (2866cm 2 vs 1318cm 2). Bei der Auswertung ist also zu berücksichtigen, dass die thermische Trägheit und Kühlleistung nicht absolut, sondern in Relation zum Materialeinsatz, energetischen Herstellungsaufwand, Gewicht und zu den Kosten stehen. - The SK94 extruded profile heat sink was chosen because it can be attached well to the Protonet housing and with 200 * 180 * 25mm has about the same dimensions as the mesh with 230 * 210 * 20mm. However, this extrusion heatsink weighs 2.4 times the mesh cooling (370g) at 897g and has a 2.2 times larger cooling surface (2866cm 2 vs 1318cm 2). In the evaluation it must therefore be taken into account that the thermal inertia and cooling capacity are not absolute, but in relation to the use of materials, energy production costs, weight and costs.
Die erste Testreihe ist in den Screenshots der Diagramme in Figuren 6A-6F für die jeweiligen in der obigen Tabelle aufgelisteten Bauteile gezeigt. The first series of tests is shown in the screenshots of the diagrams in Figures 6A-6F for the respective components listed in the above table.
Figur 6A zeigt das Ergebnis der CPU- (bzw. Prozessor-) Kühlung. Die Kühlung mittels eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers (in der „mesh-Kurve gezeigt) zeigt auf dem Prozessor eine ähnliche Temperaturcharakteristik wie der Intel Boxedkühler („boxed"- Kurve). Das Strangprofil („sträng 1", „strang2" Kurven) zeigt eine größere Trägheit, landet bei horizontaler Ausrichtung aber nach der Aufwärmphase auf ähnlichen Werten. Bei vertikaler Ausrichtung ist der Wärmewiderstand des Strangprofils signifikant niedriger. Figure 6A shows the result of the CPU (or processor) cooling. The cooling by means of a heat sink according to the invention (shown in the "mesh curve") shows on the processor a temperature characteristic similar to that of the Intel boxed cooler ("boxed" curve) Inertia, landing at similar values when in horizontal orientation but after warming-up, will have a significantly lower thermal resistance in the vertical orientation.
Figur 6B zeigt das Ergebnis der PCB-Kühlung. Die Kühlung mittels eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers (in der„mesh-Kurve gezeigt) erreicht einen geringfügig niedrigeren Temperaturwiderstand als der Boxedkühler (,,boxed"-Kurve). Das horizontale Strangprofil („sträng 1",„strang2" Kurven) anstelle des erfindungsgemäßen Kühlkörpers erzeugt einen Hitzestau und hat einen signifikant höheren Temperaturwiderstand . Figure 6B shows the result of PCB cooling. The cooling by means of a heat sink according to the invention (shown in the "mesh curve") achieves a slightly lower temperature resistance than the boxed cooler ("boxed" curve.) The horizontal extruded profile ("strand 1", "strand 2" curves) instead of the heat sink according to the invention creates a heat build-up and has a significantly higher temperature resistance.
Figur 6C zeigt das Ergebnis der VRM- (bzw. Spannungswandler-) Kühlung. Ein Ähnliches Bild wie auf der Platinenrückseite. Durch die Positionierung der Spannungswandler auf der Gehäuseunterseite ist die Temperatur bei der Kühlung mittels eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers (in der „mesh-Kurve gezeigt) am geringsten, welche die Ansaugluft per Konvektionseffekt durch das Gehäuse leitet. Ein durch das horizontale Strangprofil geschlossenes Gehäuse kann die Spannungswandler nicht ausreichend kühlen. Figure 6C shows the result of the VRM (or voltage converter) cooling. A similar picture as on the back of the board. By positioning the voltage transformers on the bottom of the housing, the temperature during cooling by means of a heat sink according to the invention (shown in the "mesh curve) is lowest, which directs the intake air by convection effect through the housing. A closed by the horizontal extruded profile housing can not cool the voltage converter sufficient.
Figur 6D zeigt das Ergebnis der HDD- (bzw. Festplatten-) Kühlung. Der Intel Boxedkühler (,,boxed"-Kurve) saugt seine Ansaugluft durch die Festplattenschächte und erzielt hier den geringsten Temperaturwiderstand, das horizontal montierte Strangprofil liefert weiterhin grenzwertige Temperaturen („sträng 1" Kurve), wobei bas Gehäuse mit vertikalem Strangkühlkörper (Kurve „strang2") eine niedrigere Temperatur als das Gehäuse mit horizontalem Strangkühlkörper (Kurve "strangl") erreicht. Figure 6D shows the result of HDD (or hard disk) cooling. The Intel Boxed cooler ("boxed" curve) sucks its intake air through the hard drive bays and achieves the lowest temperature resistance here, the horizontally mounted extruded profile continues to supply marginal temperatures ("sträng 1" curve), whereby bas housing with vertical extruded heat sink (curve "strand2") reaches a lower temperature than the housing with horizontal extruded heat sink (curve "strangl") ,
Figur 6E zeigt das Ergebnis der Case- (bzw. Gehäuseoberflächen-) Kühlung. Die Oberflächentemperatur des Gehäuses ist bei externen Passivkühlern („strangl",„strang2" Kurven) natürlicherweise höher als beim Intel Boxedkühler („boxed" Kurve). Die Kühlung mittels eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers (in der„mesh-Kurve gezeigt) erzielt eine etwas niedrigere Oberflächentemperatur als der horizontal montierte Passivkühlkörper. Figure 6E shows the result of the case (or case surface) cooling. The surface temperature of the housing is naturally higher with external passive coolers ("strangl", "strand2" curves) than with the boxed curve. Cooling by means of a heat sink according to the invention (shown in the "mesh curve") achieves a somewhat lower one Surface temperature than the horizontally mounted passive heat sink.
Die zweite Testreihe ist in den Screenshots der Diagramme in Figuren 7A-7F für die jeweiligen in der obigen Tabelle aufgelisteten Bauteile gezeigt. The second series of tests is shown in the screenshots of the diagrams in Figures 7A-7F for the respective components listed in the above table.
Figur 7A zeigt das Ergebnis der CPU- (bzw. Prozessor-) Kühlung. Bei längeren Zyklen lassen sich genauere Aussagen zum Temperaturwiderstand und Höhe der thermischen Zyklen treffen. Die Amplitude der Zyklen ist beim Intel Boxedkühler („boxed" Kurve) größer als bei den passiven Kühlungen („strangl" „strang2" Kurven). Beide Strangkühlkörperlösungen haben hier eine lange Aufwärmphase und sehr flache Zyklen. Die Kühlung mittels eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers (in der„mesh-Kurve gezeigt) hat bei weiterhin vergleichbarem Wärmewiderstand zum Intel Boxedkühler eine geringere Amplitude bei den thermischen Zyklen. Figure 7A shows the result of the CPU (or processor) cooling. For longer cycles, more accurate statements about the temperature resistance and the height of the thermal cycles can be made. The amplitude of the cycles is greater in the case of the Intel Boxed cooler ("boxed" curve) than in the case of passive cooling ("strangl" "strand2" curves.) Both strand cooling element solutions have a long warm-up phase and very shallow cycles the "mesh curve") has a lower thermal cycling amplitude while still providing comparable thermal resistance to the Intel Boxed cooler.
Figur 7B zeigt das Ergebnis der PCB-Kühlung. In Bezug auf die Platinentemperatur, erreicht die Kühlung mittels eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers (in der„mesh-Kurve gezeigt) mit dem Intel Boxedkühler („boxed" Kurve) vergleichbare Durchschnittswerte, aber eine wesentlich geringere thermische Amplitude. Figure 7B shows the result of PCB cooling. With regard to the board temperature, cooling by means of a heat sink according to the invention (shown in the "mesh curve") with the Intel boxed cooler achieves comparable average values, but a significantly lower thermal amplitude.
Figur 7C zeigt das Ergebnis der VRM- (bzw. Spannungswandler-) Kühlung. Die Spannungswandlertemperatur ist durch das nach unten offene Gehäuse niedrig, die flachsten thermischen Zyklen erzielt die Kühlung mittels eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers (in der „mesh-Kurve gezeigt). Nur das Gehäuse mit horizontalem Strangkühlkörper liegt erneut signifikant höher („sträng 1" Kurve), wobei das Gehäuse mit vertikalem Strangkühlkörper (Kurve "strang2") eine niedrigere Temperatur erreicht als das Gehäuse mit horizontalem Strangkühlkörper (Kurve "sträng 1 "). Figure 7C shows the result of the VRM (or voltage converter) cooling. The Spannungswandlertemperatur is low through the downwardly open housing, the The thinnest thermal cycles are achieved by cooling using a heat sink according to the invention (shown in the "mesh curve"). Only the housing with horizontal extruded heat sink is again significantly higher ("sträng 1" curve), whereby the housing with vertical extruded heat sink (curve "strand2") reaches a lower temperature than the housing with horizontal extruded heat sink (curve "sträng 1").
Figur 7D zeigt das Ergebnis der HDD- (bzw. Festplatten-) Kühlung. Bei längeren Temperaturzyklen schneidet der Intel Boxedkühler („boxed" Kurve) weniger gut ab. Dieses könnte mit der Prozessorabwärme zusammenhängen, die beim Intel Boxedkühler im inneren des Gehäuses abgeführt wird. Figure 7D shows the result of HDD (or hard disk) cooling. At longer temperature cycles, the boxed curve will perform less well, which could be related to the processor waste heat dissipated inside the case of the Intel Boxed Cooler.
Figur 7E zeigt das Ergebnis der Case- (bzw. Gehäuseoberflächen-) Kühlung. Die Gehäuseoberflächentemperatur ist wie zu erwarten weiterhin höher als bei einer Kühlung per Lüfter, da der Temperaturfühler ja praktisch direkt am Prozessorkühlkörper angebracht ist (bzw. bei vertikaler Montage an der Oberseite des vertikalen Strangkühlkörpers) . Figure 7E shows the result of the case (or case surface) cooling. As expected, the surface temperature of the case continues to be higher than that of fan cooling, since the temperature sensor is practically mounted directly on the processor heat sink (or vertically mounted on the top of the vertical extrusion heat sink).
Die entwickelte (Passiv-)Kühlung mittels eines mit Bezug auf Figuren 1B bis 4 beschriebenen Kühlkörpers, bei der ein Kühlkörper aus Blechlamellen an der Oberseite des Gehäuses angebracht wird und die Ansaugluft durch das Gehäuse geleitet wird, hat sich im Test gegenüber bekannten Verfahren bewährt. Die Methode erreicht vergleichbare Prozessorkühlleistung wie die Referenzlösung mit einem aktiven Lüfter. Dabei ist die Kühlung der peripheren Bauteile besser als bei der Referenzlösung. Bei Kühlung per Intel Boxedkühler ist deshalb der Einsatz eines zusätzlichen Gehäuselüfters empfehlenswert. Der thermische Stress dem die Bauteile ausgesetzt sind ist mit der erfindungsgemäßen Kühlung geringer, weil die Kühlung insgesamt träger ist als bei aktiver Kühlung. Verglichen mit einem geschlossenen Industriegehäuse haben sich die vielen langlochförmigen Öffnungen an Unter- und Oberseite bewährt. Dasselbe Gehäuse mit einem extern montierten Strangkühlkörper an der Rückseite zur Prozessorkühlung, erreichte im Test die geringsten Prozessortemperaturen, bei allerdings überproportional größerem Gewicht, Oberfläche und Materialeinsatz verglichen mit der erfindungsgemäßen Kühlung. Die niedrige Temperatur der Spannungswandler, die direkt an den Einsaugöffnungen liegen zeigt, wie das Temperaturgefälle einen vertikalen Luftstrom durch das Gehäuse erzeugt. Die Festplatten, derzeit noch zentral im Gehäuse montiert könnten in der nächsten Revision ebenfalls weiter unten angebracht werden um deren Kühlung mit Ansaugluft weiter zu verbessern und von der weiter oben liegenden Zone der Prozessor- und Platinenabwärme zu trennen. Eine weitere Verringerung der Komponententemperaturen bei einer erfindungsgemäßen Kühlung kann also durch Strömungsverbesserungen und verbesserte Positionierung der Bauteile erzeugt werden. Wie der Test mit einem voluminöseren Strangkühlkörper zeigt, lässt sich eine weitere Verringerung der thermischen Amplitude und damit eine längere Lebenserwartung der Bauteile allerdings nur durch eine größere Kühlkörpermasse erzielen. The developed (passive) cooling by means of a heat sink described with reference to Figures 1B to 4, in which a heat sink of laminations is attached to the top of the housing and the intake air is passed through the housing, has proven in the test over known methods. The method achieves comparable processor cooling performance as the reference solution with an active fan. The cooling of the peripheral components is better than with the reference solution. When cooling with an Intel Boxed cooler, therefore, the use of an additional case fan is recommended. The thermal stress to which the components are exposed is lower with the cooling according to the invention because the cooling is generally slower than with active cooling. Compared with a closed industrial housing, the many slot-shaped openings on the bottom and top have proven themselves. The same housing with an externally mounted extruded heat sink at the rear for processor cooling achieved in the test the lowest processor temperatures, but with disproportionately larger weight, surface and material usage compared to the cooling according to the invention. The low temperature of the voltage transformers, the direct at the suction openings show how the temperature gradient creates a vertical flow of air through the housing. The hard drives, which are currently mounted centrally in the housing, could also be mounted further down in the next revision, in order to further improve their cooling with intake air and to separate them from the upper zone of processor and board waste heat. A further reduction of the component temperatures in a cooling according to the invention can thus be generated by flow improvements and improved positioning of the components. As the test with a voluminous extruded heat sink shows, a further reduction of the thermal amplitude and thus a longer life expectancy of the components can only be achieved by a larger heat sink mass.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Gehäuse 10 housing
12 Gehäusewand  12 housing wall
14 Platine  14 board
16 elektronisches und/oder elektrisches Bauelement 16 electronic and / or electrical component
18 Kühlkörper 18 heat sinks
100 Gehäuse  100 housings
102 Oberseite des Gehäuses  102 top of the housing
104 Unterseite des Gehäuses  104 Bottom of the housing
110 Gehäusewand  110 housing wall
120 Platine  120 board
130 elektronisches und/oder elektrisches Bauelement 130 electronic and / or electrical component
140 Öffnungen 140 openings
200 Kühlkörper  200 heatsinks
210 Lamelle  210 lamella
212 Lamellensegment  212 slat segment
300 Werkzeug zur Herstellung von Lamellen 300 tool for manufacturing lamellae
302-320 Werkzeugteile 302-320 tool parts

Claims

Patentansprüche claims
1. Konvektionsgekühltes Gehäuse (100) zum Kühlen von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen (120, 130), das Gehäuse (100) umfassend: A convection cooled housing (100) for cooling electrical and / or electronic components (120, 130), the housing (100) comprising:
eine Vielzahl von Öffnungen (140) an der Oberseite (104) des Gehäuses (100); und  a plurality of openings (140) on the top (104) of the housing (100); and
einen Kühlkörper (200), welcher zumindest eine Lamelle (210) umfasst, wobei der Kühlkörper (200) an der Oberseite (104) des Gehäuses (100) relative zu der Vielzahl von Öffnungen (140) angeordnet ist, so dass ein Luftstrom durch das Gehäuse (100) direkt auf die darüber liegende Lamelle (210) ausgerichtet ist.  a heat sink (200) comprising at least one fin (210), wherein the heat sink (200) is disposed at the top (104) of the housing (100) relative to the plurality of openings (140) such that air flow through the heat sink Housing (100) is aligned directly on the overlying blade (210).
2. Gehäuse (100) nach Anspruch 1, wobei der Kühlkörper (200) eine Vielzahl von Lamellen (210) umfasst, wobei die Lamellen (210) in einem Abstand von 6 bis 20 mm parallel zueinander in dem Kühlkörper (200) angeordnet sind. 2. Housing (100) according to claim 1, wherein the heat sink (200) comprises a plurality of fins (210), wherein the fins (210) are arranged at a distance of 6 to 20 mm parallel to each other in the heat sink (200).
3. Gehäuse (1009 nach Anspruch 1 oder 2, wobei in der Unterseite (102) der Hülle (110) des Gehäuses (100) Öffnungen (140) vorgesehen sind, welche relative zu den Öffnungen (140) an der Oberseite (102) angeordnet sind, so dass eine natürliche Konvektionsrichtung der Luft in dem Gehäuse (100) ermöglicht wird. 3. Housing (1009 according to claim 1 or 2, wherein in the bottom (102) of the shell (110) of the housing (100) openings (140) are provided which relative to the openings (140) on the top (102) are such that a natural convection direction of the air in the housing (100) is made possible.
4. Gehäuse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei die Öffnungen (140) als Langlöcher ausgebildet sind. 4. Housing according to one or more of the preceding claims, wherein the openings (140) are formed as slots.
5. Gehäuse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bauteile (120, 130) relative zueinander und zu dem Kühlkörper (200) so angeordnet sind, dass eine natürliche Konvektion der Luft in dem Gehäuse (100) ermöglicht wird. 5. Housing according to one or more of the preceding claims, wherein the components (120, 130) relative to each other and to the heat sink (200) are arranged so that a natural convection of the air in the housing (100) is made possible.
6. Kühlkörper (200) zum Kühlen von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen (120, 130), umfassend: A heat sink (200) for cooling electrical and / or electronic components (120, 130), comprising:
zumindest eine aus einem Blechstreifen einstückig ausgebildet Lamelle (210), wobei die Lamellensegmente (212) der Lamelle (210) eine Sechseckform aufweisen. at least one lamella (210) formed in one piece from a metal strip, wherein the lamellar segments (212) of the lamella (210) have a hexagonal shape.
7. Kühlkörper (200) nach Anspruch 6, umfassend: The heat sink (200) of claim 6, comprising:
eine Vielzahl von Lamellen (210), wobei die Lamellen (210) parallel zueinander angeordnet werden, um ein rechteckiges Gitter aus einer Vielzahl von sechseckigen Lamellensegmenten (212) zu bilden.  a plurality of laminations (210), wherein the laminations (210) are arranged parallel to one another to form a rectangular grid of a plurality of hexagonal laminar segments (212).
8. Kühlkörper nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Kühlkörper (200) an der Oberseite (104) eines Gehäuses (100) angeordnet ist. 8. The heat sink according to claim 6 or 7, wherein the heat sink (200) on the upper side (104) of a housing (100) is arranged.
9. Verfahren zur Herstellung einer Lamelle (210) eines Kühlkörpers (200) zum Kühlen von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen (120, 130), umfassend: 9. A method of manufacturing a fin (210) of a heat sink (200) for cooling electrical and / or electronic components (120, 130), comprising:
beabstandetes Schlitzen eines auf der dünnen Kante waagerecht stehenden Blechstreifens;  spaced slitting of a metal strip standing horizontally on the thin edge;
Drücken bzw. Pressen der durch die beim Schlitzen entstandenen Lamellensegmente (212) in Sechseckformen.  Squeezing the lamellar segments (212) in hexagonal shapes created by slitting.
10. Verfahren nach Anspruch 9, das Drücken bzw. Pressen umfasst: 10. The method of claim 9, comprising pressing:
Hochziehen des Teils des Lamellensegments (212) oberhalb des jeweiligen Schlitzes in eine Richtung; und  Pulling up the part of the lamellar segment (212) above the respective slot in one direction; and
Tiefziehen des Teils des Lamellensegments (212) unterhalb des Schlitzes in die entgegengesetzte Richtung.  Deep drawing the portion of the louver segment (212) below the slot in the opposite direction.
PCT/EP2014/001785 2013-06-28 2014-06-30 Housing, cooling body and method for producing a cooling body for cooling electric and/or electronic components WO2014206578A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013010867.5 2013-06-28
DE102013010867.5A DE102013010867B4 (en) 2013-06-28 2013-06-28 Arrangement for cooling in a housing arrangeable electrical and / or electronic components and computer with such

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2014206578A2 true WO2014206578A2 (en) 2014-12-31
WO2014206578A3 WO2014206578A3 (en) 2015-04-02

Family

ID=51257456

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/001785 WO2014206578A2 (en) 2013-06-28 2014-06-30 Housing, cooling body and method for producing a cooling body for cooling electric and/or electronic components

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102013010867B4 (en)
WO (1) WO2014206578A2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022091026A1 (en) 2020-10-29 2022-05-05 Leonardo S.P.A. Innovative three-dimensional u-shaped architecture for transmit/receive modules of aesa systems

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015117256A1 (en) * 2015-10-09 2017-04-13 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Vehicle component and method for producing a vehicle component

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2129032A5 (en) * 1971-03-12 1972-10-27 Creusot Loire
GB2085234A (en) * 1980-10-08 1982-04-21 Clarion Co Ltd Radiating device for power amplifier
DE3660604D1 (en) * 1985-05-15 1988-09-29 Showa Aluminum Corp Heat-exchanger of plate fin type
US4953058A (en) * 1989-09-01 1990-08-28 General Dynamics Corporation, Space Systems Div. Modular segment adapted to provide a passively cooled housing for heat generating electronic modules
JPH04266091A (en) * 1991-02-20 1992-09-22 Nec Corp Cooling mechanism for electronic device
AU648897B2 (en) * 1991-06-05 1994-05-05 Fujitsu Limited Heat pipe connector, electronic device and heat radiating fan having said pipe
US5243493A (en) * 1992-04-29 1993-09-07 Industrial Technology Research Institute Fanless convection cooling design for personal computers
DE29704885U1 (en) * 1997-03-19 1998-04-30 Siemens Ag Arrangement for dissipating heat from a heat source arranged in a housing
DE19944550A1 (en) * 1999-09-17 2001-03-22 In Blechverarbeitungszentrum S Housing with electrical and / or electronic units
JP4712273B2 (en) * 2002-06-04 2011-06-29 三菱電機株式会社 Electronic equipment
DE20304590U1 (en) * 2003-03-21 2003-06-26 Heising Dirk Power supply for computer has internal heat sink arranged above components, and connected though hole in housing to external heat sink arranged on outer wall of housing
US7457118B1 (en) * 2003-12-19 2008-11-25 Emc Corporation Method and apparatus for dispersing heat from high-power electronic devices
DE102005009076B4 (en) * 2005-02-28 2008-04-03 Nokia Siemens Networks Gmbh & Co.Kg cooling arrangement
DE202005003991U1 (en) * 2005-03-12 2005-06-23 Richard Wöhr GmbH Spring mounted, fanless cooling system with heat convection tube for electric and electronic components, mainly of computer processors and electronic modules, with finned or lamellar cooler(s) and adaptor system receiving heat
CN2875001Y (en) * 2005-12-23 2007-02-28 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 Heat radiator
US8297341B2 (en) * 2008-09-08 2012-10-30 Getac Technology Corp. Heat dissipating structure and method of forming the same
US8809697B2 (en) * 2011-05-05 2014-08-19 Carefusion 303, Inc. Passive cooling and EMI shielding system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022091026A1 (en) 2020-10-29 2022-05-05 Leonardo S.P.A. Innovative three-dimensional u-shaped architecture for transmit/receive modules of aesa systems

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014206578A3 (en) 2015-04-02
DE102013010867B4 (en) 2015-11-12
DE102013010867A1 (en) 2014-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2439774B1 (en) Heat distributor with flexible heat tube
US8730670B1 (en) Embossed heat spreader
DE60207989T2 (en) ELECTRONIC EQUIPMENT
EP2034387B1 (en) Passively cooled computer
DE112011100140B4 (en) DIMM liquid cooling unit
EP2334161B1 (en) Control unit
EP1406297A2 (en) Microstructure cooling device and use thereof
DE102007049035B4 (en) Chip cooling device with wedge element
WO2018145931A1 (en) Printed circuit board with a cooling function
DE102013010867B4 (en) Arrangement for cooling in a housing arrangeable electrical and / or electronic components and computer with such
EP2439775B1 (en) Heat distributor with mechanically secured heat coupling element
DE202013002411U1 (en) Heat spreader with flat tube cooling element
DE112009005359T5 (en) Heatsink, heat sink assembly, semiconductor module and semiconductor device with a cooling device
DE202013011767U1 (en) Cooler for computing modules of a computer
DE102005035387B4 (en) Heatsink for a module pluggable into a slot in a computer system, and module, system and computer with the same and method for cooling a module
CN109002141B (en) Computer mainframe heat dissipation equipment
DE20311131U1 (en) Noiseless modular housing system for e.g. computer has multi-layer cooling system with metal base plate having higher coefficient of thermal conduction than aluminum and on one side layer of aluminum with or without cooling fins
DE10316967A1 (en) Main board for a computer has an optimum-fitted processor for cooling the processor with heat-conductor tubes as well as a multilayered cooling system
DE202005003502U1 (en) Aluminum-copper composite fin heat sink for cooling exothermic electric/electronic components in computer processors/power electronics has an integrated heat-conducting pipe
DE20317869U1 (en) Cooling system for computer housing, comprises multi-layer heat sink body provided by profiled plate with cooling ribs and cooperating plate providing flow channels for external air
AT5588U1 (en) SLIDING LAYER COOL
DE20315034U1 (en) Easy-to-install housing for silently-operating computer has side walls and roof of square housing used as cooling surfaces with integrated cooling ribs
DE202005003991U1 (en) Spring mounted, fanless cooling system with heat convection tube for electric and electronic components, mainly of computer processors and electronic modules, with finned or lamellar cooler(s) and adaptor system receiving heat
DE202004017271U1 (en) Cooler for integrated electronic circuit module has heat sink that is easily fixed to frame of cooling fan
DE202004006689U1 (en) External cooling device for a computer processor comprises a heat sink mounted on the outside of a housing or switching cabinet and linked via heat conducting pipes to the processor on the inside of the housing

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14744768

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14744768

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2