DE10031465A1

DE10031465A1 - Cooling device for circuit arrangement esp. for power semiconductor circuits etc., has heat sink with upper face through which it can mechanically and thermally contact the circuit being cooled

Info

Publication number: DE10031465A1
Application number: DE2000131465
Authority: DE
Inventors: Jens Thurau
Original assignee: EUPEC GmbH
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2002-01-17
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: DE10031465B4

Abstract

A cooling device for a circuit arrangement has a heat sink (2) with the profile of its bottom face (2b) and/or the arrangement of the cooling elements having a geometry through which the individual zones (5-1,5-2,5-3) of the heat sink, in particular the lower face (2b) can be assigned for individual cooling of matched effective cooling faces via corresponding numbers of cooling elements, of the arrangement (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für eine Schal tungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a cooling device for a scarf arrangement according to the preamble of claim 1.

Bei Schaltungsanordnungen, insbesondere bei Leistungshalblei teranordnungen oder dergleichen, sind für eine verläßliche Funktion und eine hohe Lebensdauer beim Betrieb der Schal tungsanordnungen die dabei entstehenden Verlustleistungen in Form von entstehenden Wärmemengen abzuführen, um ein Überhit zen der jeweiligen Bauelemente innerhalb der Schaltungsanord nung beim Betrieb zu vermeiden.In the case of circuit arrangements, in particular in the case of power semiconductors arrays or the like are reliable Function and a long service life when operating the scarf the resulting power losses in Dissipate the amount of heat generated to prevent overheating zen of the respective components within the circuit arrangement avoid operation.

Im Stand der Technik sind dazu zum Beispiel für bestimmte Bauelemente der Schaltungsanordnung individuell zugeschnitte ne Kühleinrichtungen oder Kühler vorgesehen. Andererseits werden aufgrund der gestiegenen Anforderungen hinsichtlich der Handhabbarkeit der Schaltungsanordnungen, aber auch hin sichtlich einer kostengünstigen Entwicklung und Produktion, Kühleinrichtungen vorgesehen, welche die Schaltungsanordnung, die zum Beispiel auf einem Substrat aufgebracht ist, als Gan zes entwärmen und somit die insgesamt entstehende Verlustlei stung oder Verlustwärme an die Umgebung abführen.In the prior art, for example, for certain Components of the circuit arrangement individually cut ne cooling devices or coolers provided. on the other hand are due to the increased requirements regarding the manageability of the circuit arrangements, but also out visibly cost-effective development and production, Cooling devices are provided, which the circuit arrangement, which is applied to a substrate, for example, as a Gan heat and thus the total loss loss Dissipate power or heat loss to the environment.

Bei gängigen Konzepten der globalen Entwärmung von Schal tungsanordnungen auf Substraten ist dabei problematisch, daß die im Stand der Technik vorgesehenen Kühleinrichtungen ent lang ihrer lateralen Ausdehnung eine im wesentlichen gleich mäßige Entwärmungskapazität oder Entwärmungsfähigkeit besit zen. Bei üblichen Schaltungsanordnungen, die ebenfalls in la teraler Ausdehnung auf einem Substrat angeordnet sind, ist die laterale Verteilung der entstehenden Verlustleistung oder Verlustwärme aber durchaus unterschiedlich. So gibt es Bau teile, die nur wenig Verlustleistung aufweisen, wogegen ande re Bauteile zu einer starken Erwärmung neigen. With common concepts of global heat dissipation from scarf device arrangements on substrates is problematic in that the cooling devices provided in the prior art ent along their lateral extent is essentially the same moderate cooling capacity or cooling capacity Zen. In conventional circuit arrangements, which are also in la teral extent are arranged on a substrate the lateral distribution of the resulting power loss or But heat loss is quite different. So there is construction parts that have little power dissipation, whereas others components tend to overheat.

Darüber hinaus sind die in lateraler Nachbarschaft befindli chen und direkt benachbarten elektronischen Bauteile aufgrund des sie verbindenden Substrats, der mechanischen Ankopplung der Bauteile auf dem Substrat und insbesondere über die ge meinsam genutzte Kühleinrichtung thermisch miteinander gekop pelt. Dies führt zum Beispiel bei einer lateralen Verteilung identischer Leistungshalbleiterbauelemente dazu, daß im Rand bereich des die Bauelemente aufnehmenden Substrats lokal we niger Verlustwärme entsteht als im zentralen Bereich, weil im zentralen Bereich neben der dort direkt entstehenden Verlust wärme auch noch eine thermische Einkopplung der im Randbe reich entstehenden Verlustwärme erfolgt.In addition, they are located in the lateral neighborhood Chen and directly adjacent electronic components due of the substrate connecting them, the mechanical coupling of the components on the substrate and in particular on the ge jointly used cooling device thermally coupled together pelt. This leads to a lateral distribution, for example identical power semiconductor components that in the edge area of the substrate receiving the components locally less heat loss is generated than in the central area, because in the central area next to the loss arising there directly also heat a thermal coupling in the edge lost heat is generated.

Demzufolge müßte für eine gleichmäßige Entwärmung aller Be reiche der Schaltungsanordnung dem unterschiedlichen, lateral variierenden Wärmeaufkommen oder Aufkommen an Verlustleistung beim Einsatz der entsprechenden Kühleinrichtung Rechnung ge tragen werden.As a result, all Be range the circuit arrangement to the different, lateral varying amounts of heat or loss of power when using the appropriate cooling device will wear.

Kühleinrichtungen aus dem Stand der Technik weisen einen Kühlkörper und eine Kühlelementeanordnung auf. Der Kühlkörper besitzt mindestens eine Oberseite, durch welche die Kühlein richtung im Betrieb mit der zu entwärmenden Schaltungsanord nung mechanisch und thermisch kontaktierbar ist. Der Kühlkör per dient im Betrieb der Aufnahme von Wärmemenge von der im Betrieb kontaktierten Schaltungsanordnung. Ferner weist der Kühlkörper eine Unterseite auf, an welcher die Kühlelemente anordnung vorgesehen ist, die ihrerseits zur Abgabe von vom Kühlkörper im Betrieb aufgenommener Wärmemenge an die Umge bung ausgebildet ist.Cooling devices from the prior art have one Heatsink and a cooling element assembly. The heat sink has at least one top through which the cooler Direction in operation with the circuit arrangement to be cooled is mechanically and thermally contactable. The heat sink per serves to absorb heat from the in operation Operation contacted circuitry. Furthermore, the Heatsink a bottom on which the cooling elements arrangement is provided, which in turn for the delivery of from Heat sink in the amount of heat absorbed during operation to the reverse exercise is trained.

Diese bekannten Kühleinrichtungen besitzen entlang ihrer la teralen Ausdehnung hinweg eine im wesentlichen gleichmäßige Entwärmungskapazität und können deshalb einem lateral variie renden Wärmeaufkommen nicht Rechnung tragen. These known cooling devices have along their la teral expansion is essentially uniform Cooling capacity and can therefore cause a lateral variie do not take into account the heat generated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühleinrich tung für eine Schaltungsanordnung bereitzustellen, bei wel cher dem örtlich variierenden Wärmeaufkommen im Betrieb Rech nung getragen werden kann.The invention has for its object a cooling device device for a circuit arrangement to provide cher the locally varying amount of heat in the Rech can be worn.

Die Aufgabe wird bei einer Kühleinrichtung für eine Schal tungsanordnung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kühlein richtung für eine Schaltungsanordnung sind Gegenstand der ab hängigen Unteransprüche.The task is with a cooling device for a scarf device arrangement of the type mentioned in the introduction solved by the characterizing features of claim 1. Advantageous further developments of the cooler according to the invention direction for a circuit arrangement are the subject of dependent subclaims.

Erfindungsgemäß ist bei der Kühleinrichtung für eine Schal tungsanordnung, insbesondere für eine Leistungshalblei teranordnung oder dergleichen, vorgesehen, daß der Kühlkörper und insbesondere das Profil seiner Unterseite und/oder die Kühlelementeanordnung eine Geometrie aufweisen, durch welche individuellen Bereichen des Kühlkörpers, insbesondere der Un terseite davon, zur individuellen Entwärmung jeweils angepaß te effektive Entwärmungsflächen über entsprechende Anzahlen von Kühlelementen der Kühlelementeanordnung zuordenbar sind.According to the invention for the cooling device for a scarf arrangement, in particular for a performance seminar teranordnung or the like, provided that the heat sink and in particular the profile of its bottom and / or the Cooling element arrangement have a geometry through which individual areas of the heat sink, especially the Un bottom of it, adapted for individual cooling effective cooling surfaces via appropriate numbers of cooling elements can be assigned to the cooling element arrangement.

Es ist somit eine grundlegende Idee der vorliegenden Erfin dung, entsprechenden individuellen Abschnitten oder Bereichen des Kühlkörpers, die ja im Betrieb aufgrund der darüber ange ordneten, zu entwärmenden Schaltungsanordnung auch unter schiedlich mit Verlustwärme beaufschlagt werden, entsprechend dem jeweiligen Wärmeaufkommen zur individuellen, d. h. dem Wärmeaufkommen angepaßten, Entwärmung jeweils eine angepaßte effektive Entwärmungsfläche bereitzustellen und zuzuordnen. Da die effektive Entwärmungsfläche über die jeweils zugeord neten und auch thermisch angekoppelten Kühlelemente bzw. die entsprechenden Anzahlen davon realisiert wird, sind, entspre chend der vorzusehenden individuellen Entwärmung, den indivi duellen Bereichen angepaßte Anzahlen von Kühlelementen über eine entsprechende geometrische Ausgestaltung entweder des Kühlkörpers selbst, insbesondere über geometrische Ausgestaltungen des Profils seiner Unterseite, und/oder über die Geo metrie der Anordnung der Kühlelemente realisiert. Dabei kön nen die Geometrie des Kühlkörpers und die Geometrie der Küh lelementeanordnung gleichzeitig entsprechend variiert und an gepaßt werden.It is therefore a basic idea of the present invention appropriate individual sections or areas of the heat sink, which is in operation due to the above arranged, to be cooled circuit arrangement also under are subjected to heat loss in different ways, accordingly the respective amount of heat for individual, d. H. the Adapted heat, cooling an adapted each provide and assign effective cooling surface. Because the effective heat dissipation area is assigned to each neten and also thermally coupled cooling elements or the corresponding numbers of which are realized, correspond according to the individual cooling to be provided, the indivi duel areas adapted numbers of cooling elements over a corresponding geometric design of either Heatsink itself, especially through geometric configurations the profile of its bottom, and / or via the geo realized the arrangement of the cooling elements. You can the geometry of the heat sink and the geometry of the cooler Element arrangement simultaneously varies accordingly and on be fitted.

Grundsätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung gegenüber Kühleinrichtungen aus dem Stand der Technik, die ebenfalls einen Kühlkörper mit daran vorgesehenen Kühlelemen ten aufweisen, ist, daß bei der Erfindung der Kühlkörper und/oder die Kühlelementeanordnung geometrisch so konzipiert sind, daß Bereichen mit einem erhöhten Verlustwärmeaufkommen eine größere effektive Entwärmungsfläche, also eine höhere Anzahl von Kühlelementen zugeordnet wird, als Bereichen mit geringerem Verlustwärmeaufkommen.Fundamental advantage of the cooling device according to the invention compared to cooling devices from the prior art, the also a heat sink with cooling elements provided on it have ten is that in the invention, the heat sink and / or the cooling element arrangement is designed geometrically are areas with increased heat loss a larger effective cooling surface, i.e. a higher one Number of cooling elements is assigned as areas with less heat loss.

Grundsätzlich muß dabei natürlich das Verlustwärmeaufkommen für die einzelnen Bereiche der Schaltungsanordnung und damit für die einzelnen Bereiche der Kühleinrichtung in irgendeiner Form bekannt sein. Da aber im Randbereich der Schaltungsan ordnung und somit im Randbereich der im Betrieb befestigten Kühleinrichtungen grundsätzlich zunächst ein geringeres Ver lustwärmeaufkommen zuteil wird, als den Zentralbereichen da von, kann bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung gerade dem zentralen Bereich eine größere ef fektive Entwärmungsfläche und somit eine höhere Anzahl von Kühlelementen der Kühlelementeanordnung zugewiesen werden als den jeweiligen Randbereichen.In principle, of course, the heat loss must be generated for the individual areas of the circuit arrangement and thus for the individual areas of the cooling device in any Be known form. But since in the edge area of the circuit order and thus in the marginal area of the fortified in operation Cooling devices initially a lower Ver heat is allocated to the central areas of, can in one embodiment of the invention Cooling device just the central area a larger ef fective cooling surface and thus a higher number of Cooling elements of the cooling element arrangement are assigned as the respective border areas.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Kühleinrichtung ist es vorgesehen, daß die Küh lelemente jeweils, zumindest im Querschnitt, ein proximales Ende und ein distales Ende aufweisen. Mit dem proximalen Ende sind die Kühlelemente der Kühlelementeanordnung an der Unter seite des Kühlkörpers angeordnet. Das distale, also beabstan dete, Ende der Kühlelemente ist jeweils im wesentlichen frei und der Unterseite des Kühlkörpers gegenüberliegend oder von dieser entfernt ausgebildet.In a particularly preferred embodiment of the invention Invention cooling device, it is provided that the cooling Each element, at least in cross-section, is a proximal one End and have a distal end. With the proximal end are the cooling elements of the cooling element arrangement on the lower arranged side of the heat sink. The distal, i.e. beabstan dete, the end of the cooling elements is essentially free and the bottom of the heat sink opposite or from this trained away.

Die Enden der Kühlelemente sind je nach Geometrie der Kühle lemente auch als Abschnitte oder Endbereiche aufzufassen.The ends of the cooling elements are depending on the geometry of the cool elements also to be understood as sections or end areas.

Eine besonders platzsparende und eine effektive Wärmeabgabe an die Umgebung fördernde Anordnung der Kühlelemente ergibt sich, wenn die Kühlelemente gemäß einer bevorzugten Ausfüh rungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung, insbesondere in bezug auf ihre proximalen und/oder distalen Enden, im we sentlichen äquidistant und/oder im wesentlichen parallel zu einander angeordnet sind.A particularly space-saving and effective heat emission to the environment-promoting arrangement of the cooling elements when the cooling elements according to a preferred embodiment tion form of the cooling device according to the invention, in particular with respect to their proximal and / or distal ends, in the we substantial equidistant and / or substantially parallel to are arranged one another.

Die äquidistante und/oder parallele Anordnung kann dabei auch abschnittsweise vorliegen. So ist es zum Beispiel denkbar, daß gerade die distalen Enden der Kühlelemente der Kühlele menteanordnung, welche ganz wesentlich dem Wärmeübergang an die Umgebung dienen, streng parallel und äquidistant mit ei nem festen Abstand zueinander angeordnet sind, während die proximalen Enden eine gewisse Neigung zueinander aufweisen, weil sie dem Oberflächenprofil der Unterseite des Kühlkörpers folgen, um an diesem befestigt zu werden.The equidistant and / or parallel arrangement can also available in sections. For example, it is conceivable that just the distal ends of the cooling elements of the cooling element ment arrangement, which is very important to the heat transfer serve the environment, strictly parallel and equidistant with egg nem fixed distance from each other, while the proximal ends have a certain inclination to one another, because it matches the surface profile of the bottom of the heat sink follow to be attached to this.

Durch eine entsprechende Anordnung der Kühlelemente kann qua si eine Aufspreizung der effektiven Entwärmungsflächen zur besseren Wärmeabgabe an die Umgebung erreicht werden, was ei nen erheblichen Vorteil gegenüber Kühleinrichtungen aus dem Stand der Technik darstellt.By an appropriate arrangement of the cooling elements qua si an expansion of the effective cooling surfaces for better heat dissipation to the environment can be achieved, what egg NEN significant advantage over cooling devices from the Represents state of the art.

Bei Kühleinrichtungen aus dem Stand der Technik werden die Kühlelemente der Kühlelementeanordnung strikt äquidistant und parallel ausgebildet, so daß sich eine gleichmäßige oder uni forme laterale Verteilung der Entwärmungskapazität oder des Entwärmungsvermögens des Kühlkörpers und der Kühlelementean ordnung über die jeweilige laterale Ausdehnung hinweg ergibt. In cooling devices from the prior art, the Cooling elements of the cooling element arrangement are strictly equidistant and trained in parallel so that there is a uniform or uni shape lateral distribution of the cooling capacity or Heat sink capacity of the heat sink and the cooling elements order over the respective lateral extent.

Demgegenüber sieht eine weiter bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung vor, daß die Kühlelemente, insbesondere in bezug auf ihre proximalen und/oder distalen Enden, im wesentlichen gemäß einer jeweils zuzuordnenden An zahl von Kühlelementen und/oder gemäß einer jeweils vorzuse henden individuellen Entwärmung der individuellen Bereiche der Unterseite des Kühlkörpers, insbesondere hinsichtlich der mittleren Dichte, moduliert angeordnet sind.In contrast, a further preferred embodiment of the cooling device according to the invention that the cooling elements, especially with regard to their proximal and / or distal Ends, essentially in accordance with a respective assignment number of cooling elements and / or according to a respective vorzuse individual cooling of the individual areas the bottom of the heat sink, especially with regard to the medium density, are arranged modulated.

Das bedeutet zum Beispiel, daß Bereiche, bei denen das Ver lustwärmeaufkommen geringer ist, eine geringere Anzahl Kühle lemente aufweist. Die Kühlelemente sind in diesen Bereichen der Kühleinrichtung parallel zueinander ausgebildet und wei sen einen relativ großen lateralen Abstand zueinander auf. In Bereichen dagegen, in welchen ein relativ hohes Verlustwär meaufkommen zu erwarten ist, werden die Kühlelemente der Küh lelementeanordnung dagegen ebenfalls parallel, aber mit einem weitaus geringeren Abstand zueinander angeordnet, so daß die Kühlelementedichte dort höher ausfällt und sich somit eine höhere effektive Entwärmungsfläche allein aus dem Anbringen einer höheren Anzahl von Kühlelementen an dem jeweils vorge sehenen individuellen Bereich des Kühlkörpers an der Unter seite des Kühlkörpers ergibt. Somit ist im Gegensatz zum Stand der Technik bei dieser bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung die Kühlelementeverteilung über die laterale Ausdehnung der Kühleinrichtung hinweg nicht mehr uniform oder gleichmäßig, sondern jeweils dem zu erwar tenden Verlustwärmeaufkommen angepaßt.This means, for example, that areas where Ver less heat, less coolness elements. The cooling elements are in these areas the cooling device is formed parallel to each other and white sen a relatively large lateral distance from each other. In Areas, however, in which a relatively high heat loss is expected, the cooling elements of the cooling Element arrangement, however, also parallel, but with one arranged much smaller distance from each other, so that the Cooling element density is higher there and thus one higher effective heat dissipation area from the application alone a higher number of cooling elements on the pre see individual area of the heat sink at the bottom side of the heat sink. In contrast to State of the art in this preferred embodiment of the cooling device according to the invention the cooling element distribution not across the lateral extent of the cooling device more uniform or uniform, but to be expected adapted heat loss.

Bei dieser Ausführungsform werden somit die zuzuordnenden An zahlen von Kühlelementen und folglich die zuzuordnenden ef fektiven Entwärmungsflächen allein über die Geometrie, d. h. also die Dichte der Kühlelemente, der Kühlelementeanordnung realisiert. Der Kühlkörper selbst kann zum Beispiel als Plat te konstanter Dicke ausgebildet sein, an welchem dann die Kühlelemente der Kühlelementeanordnung in unterschiedlicher Dichte parallel und äquidistant zueinander angeordnet werden. In this embodiment, the assignable to numbers of cooling elements and consequently the assignable ef fective heat dissipation areas solely via the geometry, d. H. thus the density of the cooling elements, the cooling element arrangement realized. The heat sink itself can be used as a plat te constant thickness, on which then the Cooling elements of the cooling element arrangement in different Density parallel and equidistant to each other.

Zusätzlich oder alternativ kann die zuzuordnende Entwärmungs fläche auch über eine Variation der Länge der Kühlelemente angepaßt werden. Dabei wird dann einem Bereich mit hohem Ver lustwärmeaufkommen ein Kühlelementebereich zugeordnet, dessen Kühlelemente länger ausgelegt sind.Additionally or alternatively, the assigned heat dissipation surface also by varying the length of the cooling elements be adjusted. An area with high ver assigned a cooling element area, the Cooling elements are designed longer.

Besonders einfache geometrische Verhältnisse ergeben sich bei einer geeigneten Anordnung der Kühlelemente in bezug auf die Unterseite des Kühlkörpers, an dem die Kühlelemente befestigt sind oder werden. Es ist vorgesehen, daß die Kühlelemente zu mindest jeweils in bezug auf ihre proximalen Enden mit den jeweiligen Normalen auf der Unterseite des Kühlkörpers je weils einen im wesentlichen höchstens spitzen Winkel, vor zugsweise kleiner als 45°, einschließen. Besonders bevorzugt ist dabei ein Winkel von im wesentlichen 90°, also senkrecht, auf der Unterseite des Kühlkörpers. Durch diese Maßnahmen er gibt sich eine besonders dichte Packungsmöglichkeit der Küh lelemente in der Kühlelementeanordnung, auch wenn diese, ins besondere im Bereich der proximalen Enden, der Kontur der Un terseite des Kühlkörpers zur Befestigung folgen sollte.Particularly simple geometric relationships result in a suitable arrangement of the cooling elements with respect to the Bottom of the heat sink to which the cooling elements are attached are or will be. It is envisaged that the cooling elements too at least with respect to their proximal ends with the respective standards on the underside of the heat sink because an essentially at most acute angle preferably less than 45 °. Particularly preferred is an angle of essentially 90 °, i.e. perpendicular, on the bottom of the heat sink. Through these measures he there is a particularly tight packaging option for the Küh Elements in the cooling element arrangement, even if this, ins especially in the area of the proximal ends, the contour of the Un should follow the side of the heat sink for attachment.

Im Gegensatz zur Vorgehensweise, bei welcher die Zuordnung unterschiedlicher effektiver Entwärmungsflächen und somit un terschiedlicher Anzahlen von Kühlelementen der Kühlelemente anordnung durch eine nicht-uniforme Verteilung parallel zu einander angeordneter Kühlelemente realisiert wird, steht die Maßnahme, bei welcher, gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung, jeder individuelle Be reich des Kühlkörpers, welchem im Vergleich zu einem anderen direkt benachbarten individuellen Bereich des Kühlkörpers ei ne erhöhte effektive Entwärmungsfläche zuzuordnen ist, eine im Vergleich zu diesem jeweiligen benachbarten Bereich zumin dest eine im Mittel gesteigerte Dicke des Kühlkörpers vorge sehen aufweist. In contrast to the procedure in which the assignment different effective cooling surfaces and thus un Different numbers of cooling elements of the cooling elements arrangement by a non-uniform distribution parallel to mutually arranged cooling elements is realized Measure in which, according to a further embodiment the cooling device according to the invention, each individual loading range of the heat sink, which compared to another directly adjacent individual area of the heat sink ei ne increased effective heat dissipation area can be assigned, a compared to that particular neighboring area at least least a thickness of the heat sink increased on average see has.

Zum einen wird durch die zumindest im Mittel gesteigerte Dic ke des individuellen Bereichs des Kühlkörpers mit im Ver gleich zur Nachbarschaft erhöhter effektiver Entwärmungsflä che eine größere Wärmeaufnahmekapazität dieses Bereiches ge währleistet. Zum anderen aber erzwingt die gesteigerte Dicke im Übergang zur Nachbarschaft mit geringerer Dicke einen Übergangsbereich, welcher dann folglich eine Art Rand mit ei ner geneigten Fläche oder Flanke bildet, welche sich vom Be reich gesteigerter Dicke zum Bereich geringerer Dicke hin er streckt. Dieser Randbereich oder die Seitenflächen davon al lein bilden schon eine zusätzliche Entwärmungsfläche, an wel cher zu deren Steigerung weitere Kühlelemente der Kühlelemen teanordnung mit ihren proximalen Enden angeordnet und befe stigt werden können.On the one hand, the Dic ke of the individual area of the heat sink with in Ver right in the neighborhood of increased effective heat dissipation area greater heat absorption capacity in this area guaranteed. On the other hand, the increased thickness enforces in the transition to the neighborhood with a smaller thickness Transitional area, which is therefore a kind of border with egg ner inclined surface or flank, which is from the loading richly increased thickness towards the area of lesser thickness stretches. This edge area or the side surfaces thereof al lines already form an additional cooling surface, on which to increase their cooling elements of the cooling elements arranged with their proximal ends and befe can be adjusted.

Dazu ist es insbesondere vorgesehen, daß zwischen direkt be nachbarten individuellen Bereichen des Kühlkörpers mit unter schiedlichen zuzuordnenden effektiven Entwärmungsflächen eine Übergangsflanke oder ein Flankenbereich ausgebildet ist und daß sich der Flankenbereich vom individuellen Bereich mit ge ringerer zuzuordnender effektiver Entwärmungsfläche mit einer geringeren Schichtdicke des Kühlkörpers zum individuellen Be reich mit größerer zuzuordnender effektiver Entwärmungsfläche mit einer größeren Schichtdicke des Kühlkörpers hin er streckt.For this purpose, it is particularly provided that between be directly neighboring individual areas of the heat sink with under different effective cooling surfaces to be assigned Transition flank or a flank area is formed and that the flank area from the individual area with ge ringerer assignable effective cooling surface with a lower layer thickness of the heat sink for individual loading rich with larger allocable effective cooling surface with a greater layer thickness of the heat sink stretches.

Dadurch wird erreicht, daß die Flanke vom Bereich geringerer Schichtdicke zum Bereich stärkerer Schichtdicke kontinuier lich oder monoton ansteigt, um somit eine Seitenflanke auszu bilden, an welcher auch zusätzliche Kühlelemente anordenbar sind. Dabei wird auf der Grundlage des unterschiedlich ver teilten zu erwartenden Verlustwärmeaufkommens zunächst der Kühlkörper in individuelle Bereiche eingeteilt. Jedem indivi duellen Bereich mit einem im Betrieb zu erwartenden hohen Verlustwärmeaufkommen wird eine stärkere Schichtdicke gegeben als individuellen Bereichen, bei denen im Betrieb nur eine relativ geringe Verlustwärme zu erwarten ist. Benachbarte individuelle Bereiche des Kühlkörpers, welche unterschiedliche, zumindest mittlere, Schichtdicken aufweisen, bei denen also im Betrieb unterschiedliche Verlustwärmeaufkommen zu erwarten sind, werden in ihrem Übergangsbereich mit einer Flanke aus gebildet, die von der geringeren Schichtdicke zur stärkeren Schichtdicke führt, und zwar im wesentlichen monoton.This ensures that the edge of the area is less Layer thickness continuously to the area of thicker layer thickness Lich or increases monotonously, so that one side flank is removed form, on which additional cooling elements can be arranged are. It is based on the different ver shared the expected heat loss initially Heat sinks divided into individual areas. Everyone indivi duel area with a high expected in operation Heat loss is given a thicker layer thickness as individual areas in which only one relatively low heat loss is expected. Neighboring individual Areas of the heat sink, which different, have at least medium layer thicknesses, in which case different heat losses can be expected during operation are in their transition area with a flank formed from the smaller layer thickness to the thicker Layer thickness leads, and essentially monotonous.

Vorteilhafterweise ist der Flankenbereich dabei im wesentli chen in dem Bereich mit größerer zuzuordnender effektiver Entwärmungsfläche, also im Bereich mit größerer mittlerer Schichtdicke, ausgebildet. Dies hat Vorteile bei der Anord nung der zusätzlich vorzusehenden Kühlelemente im Flankenbe reich.The flank region is advantageously essentially Chen in the area with larger assignable more effective Cooling surface, i.e. in the area with a larger medium Layer thickness, trained. This has advantages in the arrangement the additional cooling elements to be provided in the flank rich.

Zwar können die Flankenbereiche auch stufenförmig ausgebildet sein, was einen besonders einfachen Produktionsprozeß des Kühlkörpers und der daran anzuordnenden Kühlelemente ermög licht. Dennoch wird vorzugsweise das Profil der Unterseite des Kühlkörpers - und somit der Verlauf der Dicke des Kühl körpers - insbesondere am Übergang bzw. Flankenbereich zwi schen den individuellen Bereichen des Kühlkörpers im wesent lichen kontinuierlich verlaufend ausgebildet.The flank areas can also be stepped be what a particularly simple production process of the Heat sink and the cooling elements to be arranged thereon light. Nevertheless, the profile of the bottom is preferred of the heat sink - and thus the course of the thickness of the cooling body - especially at the transition or flank area between essentially the individual areas of the heat sink Lichen trained continuously.

Zur besonders effektiven Kühlung und Abgabe der Verlustwärme an die Umgebung können die Kühlelemente der Kühlelementean ordnung unterschiedliche Formen aufweisen, insbesondere als Kühlrippen, Kühlbleche, Kühlflächen, Kühlstäbe, Kühlfinger und/oder dergleichen ausgebildet sein.For particularly effective cooling and dissipation of waste heat to the environment, the cooling elements of the cooling elements order have different shapes, especially as Cooling fins, cooling plates, cooling surfaces, cooling rods, cooling fingers and / or the like.

Oben wurde bereits angesprochen, daß ein grundsätzliches Pro blem der Kühleinrichtungen aus dem Stand der Technik auch darin besteht, daß direkt benachbarte individuelle Bereiche des Kühlkörpers thermisch aneinander gekoppelt sind und daß folglich zentrale Bereiche einer Schaltungsanordnung und so mit auch des daran angekoppelten Kühlkörpers Wärmeeinträge aus der Nachbarschaft erfahren, so daß sich gerade die Zen tren der Schaltungsanordnung bzw. des Kühlkörpers im Übermaß aufheizen können. Demgemäß ist es gemäß einer weiteren bevor zugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung vorgesehen, daß im Übergangsbereich und/oder zwischen direkt benachbarten individuellen Bereichen des Kühlkörpers Ausneh mungen und/oder Hohlräume im Inneren des Kühlkörpers ausge bildet sind, durch welche direkt benachbarte individuelle Be reiche des Kühlkörpers zumindest teilweise thermisch entkop pelbar sind. Die vorgesehenen inneren Hohlräume oder Ausneh mungen bewirken eine Unterbrechung der Wärmeleitung, insbe sondere dann, wenn der Kühlkörper als solches aus einem ther misch gut leitenden Material, insbesondere aus einem Metall, ausgebildet ist.It has already been mentioned above that a basic pro blem of the cooling devices from the prior art also is that directly adjacent individual areas of the heat sink are thermally coupled to each other and that consequently central areas of a circuit arrangement and so with the heat sink also coupled to it learned from the neighborhood, so that the Zen tren the circuit arrangement or the heat sink in excess can heat up. Accordingly, it is ahead according to another preferred embodiment of the cooling device according to the invention provided that in the transition area and / or between directly adjacent individual areas of the heat sink Ausneh openings and / or voids inside the heat sink are formed by which directly adjacent individual Be reach the heat sink at least partially thermally decoupled are feasible. The intended internal cavities or recesses mations cause an interruption in the heat conduction, in particular especially when the heat sink as such from a ther material with good mixing properties, in particular made of a metal, is trained.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung auf der Grundlage bevorzugter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung näher erläutert. In dieser istThe invention is based on a schematic Drawing based on preferred embodiments the cooling device according to the invention explained in more detail. In This is

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht eines Ausfüh rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kühleinrich tung, Fig. 1 is a sectional side view of a processing example of the invention exporting approximately Kühleinrich,

Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Küh leinrichtung, Fig. 2 is a sectional side view of another embodiment of the leinrichtung Küh according to the invention,

Fig. 3A, B geschnittene Seitenansichten von Flankenbereichen zweier Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung, Fig. 3A, B are sectional side views of edge regions of two embodiments of the cooling device according to the invention,

Fig. 4A, B Ansichten von unten zweier weiterer Ausführungs formen der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung, Fig. 4A, B views of two further below execution shapes of the cooling device according to the invention,

Fig. 5 eine geschnittene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlein richtung und Fig. 5 is a sectional side view of a further embodiment of the Kühlein direction and

Fig. 6 eine geschnittene Seitenansicht einer Kühlein richtung für eine Schaltungsanordnung aus dem Stand der Technik. Fig. 6 is a sectional side view of a Kühlein direction for a circuit arrangement from the prior art.

In Fig. 6 ist in einer geschnittenen Seitenansicht eine Küh leinrichtung 40 für eine Schaltungsanordnung aus dem Stand der Technik gezeigt. Diese bekannte Kühleinrichtung 40 weist einen Kühlkörper 42 von plattenförmiger und massiver Gestalt mit einer Oberseite 42a und mit einer Unterseite 42b auf. Die Oberseite 42a dient im Betrieb der mechanischen und thermi schen Kontaktierung des Kühlkörpers 40 an einer Schaltungsan ordnung, die in Fig. 6 nicht dargestellt ist. Die über die mechanische und thermische Kontaktierung aufgenommene Wärme wird dann über eine Kühlelementeanordnung 43 mit Kühlelemen ten 44, welche an der Unterseite 42b des Kühlkörpers 42 aus gebildet ist, an die Umgebung abgegeben. Die Kühlelemente 44 der Kühlelementeanordnung 43 sind hier als Kühlfinger oder Kühlbleche im Querschnitt dargestellt und weisen ein distales freies Ende 44a sowie ein der Befestigung dienendes proxima les Ende 44b auf.In Fig. 6, a cooling device 40 for a circuit arrangement from the prior art is shown in a sectional side view. This known cooling device 40 has a heat sink 42 of plate-like and solid shape with an upper side 42 a and a lower side 42 b. The top 42 a serves in the operation of mechanical and thermal contacting the heat sink's 40 on a circuit arrangement, which is not shown in Fig. 6. The heat absorbed via the mechanical and thermal contacting is then released via a cooling element arrangement 43 with cooling elements 44 , which is formed on the underside 42 b of the cooling body 42 , to the environment. The cooling elements 44 of the cooling element arrangement 43 are shown here as cooling fingers or cooling plates in cross section and have a distal free end 44 a and a proximal end 44 b serving for fastening.

Die Kühlelemente 44 der Kühleinrichtung 40 aus dem Stand der Technik sind hier mit gleicher Länge und parallel und äquidi stant zueinander beabstandet. Entsprechend besitzt die Küh leinrichtung 40 aus dem Stand der Technik ein über seine la terale Ausdehnung sich erstreckende uniforme oder gleichmäßi ge Entwärmungskapazität oder ein entsprechend uniformes Ent wärmungsvermögen.The cooling elements 44 of the cooling device 40 from the prior art are here with the same length and parallel and equidistant from each other. Correspondingly, the cooling device 40 from the prior art has a uniform or uniform cooling capacity extending over its lateral extension or a correspondingly uniform cooling capacity.

Im Gegensatz zum Stand der Technik besitzt die in geschnitte ner Seitenansicht dargestellte Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Kühleinrichtung 10 gemäß Fig. 1 einen Kühlkörper 2, welcher über seine laterale Ausdehnung hinweg eine variie rende Schichtdicke aufweist. Der Kühlkörper 2 ist in dem Aus führungsbeispiel der Fig. 1 in drei Bereiche 5-1, 5-2 und 5-3 unterteilt, denen fiktiv unterschiedliche Verlustwärmeaufkom men im Betrieb unterstellt werden. In contrast to the prior art, the embodiment of the cooling device 10 according to the invention shown in a sectional side view according to FIG. 1 has a cooling body 2 which has a varying layer thickness over its lateral extent. The heat sink 2 is in the exemplary embodiment from FIG. 1 divided into three areas 5-1 , 5-2 and 5-3 , which are fictitiously different loss heat sources in operation assumed.

Die Bereiche 5-1 und 5-3 am Rand des Kühlkörpers 2 besitzen eine konstante und relativ geringe Dicke oder Stärke D1. Der zentrale individuelle Bereich 5-2 des Kühlkörpers 2 weist ge nau im Zentrum eine maximale Dicke oder Stärke D2 auf, die linear und kontinuierlich zu den individuellen Randbereichen 5-1 und 5-3 hin auf den Wert D1 abfällt, wodurch jeweils ein Flankenbereich 6 ausgebildet wird. Auf der Oberseite 2a des Kühlkörpers 2 ist im Betrieb die Schaltungsanordnung ange bracht, die in Fig. 1 nicht gezeigt ist.The areas 5-1 and 5-3 at the edge of the heat sink 2 have a constant and relatively small thickness or thickness D1. The central individual area 5-2 of the heat sink 2 has a maximum thickness or thickness D2 precisely in the center, which decreases linearly and continuously towards the individual edge areas 5-1 and 5-3 to the value D1, as a result of which one flank area 6 is trained. On the top 2 a of the heat sink 2 , the circuit arrangement is introduced during operation, which is not shown in Fig. 1.

Auf der Unterseite 2b ist die Kühlelementeanordnung 3 ausge bildet, deren Kühlelemente 4 mit ihren jeweiligen proximalen Enden 4b an der Unterseite 2b des Kühlkörpers 2 befestigt sind und deren distale Enden 4a freistehend und somit zur Wärmeabgabe an die Umgebung geeignet sind.On the underside 2 b, the cooling element arrangement 3 is formed, the cooling elements 4 are fastened with their respective proximal ends 4 b to the underside 2 b of the cooling body 2 and the distal ends 4 a are free-standing and are therefore suitable for dissipating heat to the environment.

Die distalen Enden 4a der Kühlelemente 4 der Kühlelementean ordnung 3 sind parallel zueinander und äquidistant beabstan det. Die proximalen Enden 4b der Kühlelemente 4 stehen je weils in etwa senkrecht auf der Unterseite 2b des Kühlkörpers 2. Die proximalen Enden 4b folgen der Kontur 8 der Unterseite 2b des Kühlkörpers, wodurch sich die Notwendigkeit ergibt, daß die dem individuellen Bereich 5-2 zugeordneten Kühlele mente 4, die einen Kühlelementebereich 9-2 bilden, in ihrem Verlauf vom distalen Ende 4a zum jeweiligen proximalen Ende 4b hin auf den Kantenbereich 6 des individuellen Bereichs 5-2 hin abknicken. Im Gegensatz dazu verlaufen die Kühlelemente 4 der Kühlelementebereiche 9-1 und 9-3, welche den individuel len Bereichen 5-1 bzw. 5-3 des Kühlkörpers 2 zugeordnet sind, strikt linear, parallel und äquidistant zueinander.The distal ends 4 a of the cooling elements 4 of the cooling element arrangement 3 are parallel to one another and equidistantly beabstan det. The proximal ends 4 b of the cooling elements 4 are each approximately perpendicular to the underside 2 b of the heat sink 2 . The proximal ends 4 b follow the contour 8 of the underside 2 b of the heat sink, which results in the necessity that the cooling elements 4 assigned to the individual region 5-2 , which form a cooling element region 9-2 , in their course from the distal end 4 a Bend towards the respective proximal end 4 b towards the edge region 6 of the individual region 5-2 . In contrast, the cooling elements 4 of the cooling element areas 9-1 and 9-3 , which are assigned to the individual areas 5-1 and 5-3 of the cooling body 2 , are strictly linear, parallel and equidistant to one another.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 kann der zentrale indivi duelle Bereiche 5-2 des Kühlkörpers 2 stärker entwärmt wer den, um ein höheres Verlustwärmeaufkommen an die Umgebung ab zuführen. Dies wird trotz im wesentlichen uniformer Vertei lung der Kühlelemente 4 der Kühlelementeanordnung 3 allein durch die geometrische Ausgestaltung des Dickeprofils des Kühlkörpers 2 und insbesondere durch die Kontur 8 der Unter seite 2b des Kühlkörpers 2 und der daran angebrachten Kühle lemente 4 realisiert.In the embodiment of FIG. 1, the central individual areas 5-2 of the heat sink 2 can be more strongly heated in order to lead to a higher heat loss to the environment. This is in spite of substantially uniform distri 4 averaging of the cooling elements of the cooling element array 3 solely by the geometric configuration of the thickness profile of the heat sink 2 and in particular by the contour 8 of the ELEMENTS bottom 2b of the heat sink 2 and the attached Cool 4 realized.

Im Gegensatz dazu wird die dem zentralen Bereich 5-2 zuzuord nende höhere Anzahl von Kühlelementen 4 bei dem Ausführungs beispiel der Fig. 2 dadurch realisiert, daß die laterale Ver teilung der Kühlelemente der Kühlelementeanordnung 3 nicht mehr uniform oder gleichmäßig ist. Während die Kühlelemente 4 in den den individuellen Bereichen 5-1 und 5-3 des Kühlkör pers 2 zugeordneten Kühlelementebereichen 9-1 und 9-3 zuein lelemente 4 im zentralen Bereich 5-2 des Kühlkörpers 2 weit aus näher beieinander, so daß sich in dem Kühlelementebereich 9-2, welcher dem zentralen individuellen Bereich 5-2 des Kühlkörpers 2 zugeordnet ist, eine höhere Kühlelementedichte und somit eine gesteigerte effektive Entwärmungsfläche er gibt.In contrast, the higher number of cooling elements 4 assigned to the central area 5-2 in the embodiment of FIG. 2 is realized in that the lateral distribution of the cooling elements of the cooling element arrangement 3 is no longer uniform or uniform. While the cooling members 4 in the individual areas 5-1 and 5-3 of the Kühlkör pers 2 associated cooling element regions 9-1 and 9-3 zuein lelemente 4 in the central area of the heat sink 2 5-2 far out closer to each other, so that in the cooling element area 9-2 , which is assigned to the central individual area 5-2 of the heat sink 2 , gives a higher cooling element density and thus an increased effective heat dissipation area.

Bei der Ausführungsform der Fig. 2 wird somit die erhöhte ef fektive Entwärmungsfläche allein durch die Geometrie der Kühlelementeanordnung 3 realisiert, wobei der Kühlkörper 2 als massive Platte mit konstanter Dicke D1 ausgebildet ist.In the embodiment of FIG. 2, the increased effective heat dissipation surface is thus realized solely by the geometry of the cooling element arrangement 3 , the cooling body 2 being designed as a solid plate with a constant thickness D1.

In den Fig. 3A und 3B werden Details des Übergangsbereichs und insbesondere des Flankenbereichs 6 zwischen zwei indivi duellen und direkt benachbarten Bereichen 5-1 und 5-2 des Kühlkörpers 2 im Hinblick auf die an dessen Unterseite 2b an geordneten Kühlelemente 4 der Kühlelementeanordnung 3 darge stellt. Dort ist jeweils das Profil oder die Kontur 8 des Verlaufs der Dicke des Kühlkörpers 2 dargestellt.In FIGS. 3A and 3B details are of the transition region and in particular the edge region 6 between two indi vidual and directly adjacent regions 5-1 and 5-2 of the heat sink 2 with regard to b at the lower side 2 of ordered cooling elements 4 of the cooling element array 3 Darge represents. The profile or the contour 8 of the course of the thickness of the heat sink 2 is shown there in each case.

Die durchgezogene Kontur 8 macht im Grenzbereich zwischen den individuellen Bereichen 5-1 und 5-2 auf der Seite des Berei ches 5-2 von der Dicke D1 zur Dicke D2 einen Sprung, so daß der Kantenbereich 6 von einer senkrecht verlaufenden Kante gebildet wird. An dieser senkrecht verlaufenden Kante des Kantenbereichs 6 sind auch Kühlelemente 4 mit ihren proxima len Enden 4b angeordnet, welche auch im Kantenbereich 6 senk recht auf der Oberfläche 2b stehen.The solid contour 8 makes a jump in the border area between the individual areas 5-1 and 5-2 on the side of the area 5-2 from the thickness D1 to the thickness D2, so that the edge area 6 is formed by a perpendicular edge. At this vertically extending edge of the edge portion 6 and cooling elements 4 are arranged with their b proxima len ends 4, which are perpendicular in the edge area 6 on the right surface 2b.

Der Kantenbereich 6 kann auch im Bereich des anderen indivi duellen Bereichs 5-1 des Kühlkörpers 2 ausgebildet sein, wie das durch die gestrichelte Kontur 8' angedeutet ist.The edge region 6 can also be formed in the region of the other individual region 5-1 of the heat sink 2 , as is indicated by the dashed contour 8 '.

In der Fig. 3B sind ähnliche Verhältnisse gezeigt, wobei aber der Flankenbereich 6 und der dort gezeigte Profilverlauf 8 der Dicke des Kühlkörpers 2 nicht sprunghaft erfolgt, sondern kontinuierlich. Ansonsten sind die Verhältnisse ähnlich zu den in Fig. 3A gezeigten und dort beschriebenen. Wiederum ge strichelt als Kontur 8' sind die Verhältnisse angedeutet, bei welchem der Kantenbereich 6 im Bereich des anderen individu ellen Bereichs 5-1 des Kühlkörpers 2 liegt.Similar relationships are shown in FIG. 3B, but the flank region 6 and the profile profile 8 shown there of the thickness of the heat sink 2 do not take place suddenly, but continuously. Otherwise, the conditions are similar to those shown in FIG. 3A and described there. Again, dashed lines as contour 8 'indicate the conditions at which the edge region 6 lies in the region of the other individual region 5-1 of the heat sink 2 .

Die Fig. 4A und 4B zeigen Ansichten von unten zweier ver schiedener Kühlelementeanordnungen 3, welche bei der erfin dungsgemäßen Kühleinrichtung Verwendung finden. Die Kühlele mente 4 der Ausführungsform der Fig. 4A sind in Form von par allel zueinander ausgebildeten Blechen geformt. Dagegen bil den die Kühlelemente 4 der Kühlelementeanordnung 3 der Aus führungsform der Fig. 4B Kühlstäbe oder Kühlfinger von im we sentlichen gleicher Stärke, welche in unterschiedlicher Dich te, nämlich vom Randbereich zum Zentrum hin zunehmend, ange ordnet sind. FIGS. 4A and 4B show views of two bottom ver VARIOUS cooling element arrays 3, which find use in the OF INVENTION to the invention cooling means. The Kühlele elements 4 of the embodiment of Fig. 4A are shaped in the form of par allel to each other formed sheets. On the other hand, the cooling elements 4 of the cooling element arrangement 3 from the embodiment of FIG. 4B cooling rods or cooling fingers of essentially the same strength, which are arranged in different degrees, namely increasingly from the edge region to the center.

Die Fig. 5 zeigt in einer ebenfalls geschnittenen Seitenan sicht eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Küh leinrichtung 10, bei welcher darüber hinaus auch die Schal tungsanordnung 1 mit einem entsprechenden Substrat 11, zum Beispiel einem DCB-Substrat, dargestellt ist. Die Schaltungs anordnung 1 im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 besteht aus drei im wesentlichen identisch gestalteten Halbleitermodulen 12-1, 12-2 und 12-3. Diese sind auf einem DCB-Substrat 11 angeordnet, an dessen Unterseite dann die Oberseite 2a des Kühlkörpers 2 der Kühleinrichtung 10 befestigt ist. Fig. 5 shows in a similarly cut Seitenan view of a further embodiment of the invention Küh leinrichtung 10, wherein in addition, the sound processing device 1 to a corresponding substrate 11, for example, a DCB substrate, is shown. The circuit arrangement 1 in the embodiment of FIG. 5 consists of three substantially identical semiconductor modules 12-1 , 12-2 and 12-3 . These are arranged on a DCB substrate 11 , on the underside of which the top 2 a of the heat sink 2 of the cooling device 10 is then attached.

Die Unterseite 2b des Kühlkörpers 2 weist eine im wesentli chen kontinuierlich verlaufende und geschwungene Kontur 8 auf, deren Verlauf so gewählt ist, daß sich im Hinblick auf die Verteilung der Dicke eine Unterteilung des Kühlkörpers 2 in im wesentlichen drei individuelle und direkt benachbarte Bereiche 5-1, 5-2 und 5-3 ergibt, wobei der zentrale indivi duelle Bereich 5-2 eine im Mittel stärkere Dicke aufweist, als die Randbereiche 5-1 und 5-3 des Kühlkörpers 2. Das Dic keprofil oder die Kontur 8 ist in ihrem lateralen Verlauf spiegelsymmetrisch zu einer in der Mitte gelegenen Spiegele bene X.The underside 2 b of the heat sink 2 has a substantially continuous and curved contour 8 , the course of which is selected such that, with regard to the distribution of the thickness, a division of the heat sink 2 into essentially three individual and directly adjacent areas 5 -1 , 5-2 and 5-3 results, the central individual area 5-2 having an on average thicker thickness than the edge areas 5-1 and 5-3 of the heat sink 2 . The Dic keprofil or the contour 8 is mirror-symmetrical in its lateral course to a plane X in the middle.

Die größte Dicke weist der zentrale Bereich 5-2 des Kühlkör pers 2 exakt in seiner Mitte auf, mit zu den benachbarten Be reichen 5-1 und 5-3 hin abfallenden Flankenbereichen 6. Die Kühlelementeanordnung 3 ist an der Unterseite 2b des Kühlkör pers 2 mit ihren Kühlelementen 4 derart ausgebildet, daß auf grund der Anordnung der proximalen Enden 4b der Kühlelemente 4 auf der Unterseite 2b des Kühlkörpers 2 eine verhältnismä ßig hohe Zahl von Kühlelementen 4 dem zentralen individuellen Bereich 5-2 des Kühlkörpers 2 zufallen. Die Zahl der auf die Randbereiche 5-1 und 5-3 des Kühlkörpers 2 entfallenden Küh lelemente 4 ist demgegenüber im Verhältnis geringer. Aufgrund der verhältnismäßig hohen Anzahl von Kühlelementen 4, welche dem zentralen Bereich 5-2 zugeordnet sind, ergibt sich für den zentralen Bereich 5-2 des Kühlkörpers 2 eine im Verhält nis höhere effektive Entwärmungsfläche und somit auch eine höhere Entwärmungsmöglichkeit in diesem zentralen Bereich 5- 2.The central thickness 5-2 of the heat sink 2 has the greatest thickness exactly in its center, with flank areas 6 falling towards the adjacent areas 5-1 and 5-3 . The cooling element assembly 3 is formed on the underside 2 b of the Kühlkör pers 2 with their cooling elements 4 such that due to the arrangement of the proximal ends 4 b of the cooling elements 4 on the underside 2 b of the heat sink 2 a relatively high number of cooling elements 4 the central individual area 5-2 of the heat sink 2 . In contrast, the number of cooling elements 4 attributable to the edge regions 5-1 and 5-3 of the heat sink 2 is relatively smaller. Due to the relatively high number of cooling elements 4 , which are assigned to the central area 5-2 , the central area 5-2 of the heat sink 2 has a relatively higher effective heat dissipation area and thus also a higher heat dissipation possibility in this central area 5- second

Dieser höheren Entwärmungskapazität für den Bereich 5-2 steht eine zuzügliche thermische Entkoppelung der direkt benachbar ten Bereiche 5-1, 5-2 und 5-3 des Kühlkörpers 2 aufgrund der im Kühlkörper 2 vorgesehenen Hohlräume 7 im Übergangsbereich zwischen den direkt benachbarten individuellen Bereichen 5-1, 5-2 und 5-3 zur Seite. Durch diese Hohlräume 7, welche ja Ma terialaussparungen darstellen, wird der Prozeß der Wärmelei tung und damit des direkten Wärmeübergangs zwischen den be nachbarten individuellen Bereichen unterbunden, so daß aus den einzelnen individuellen Bereichen 5-1, 5-2 und 5-3 je weils im wesentlichen nur die aufgrund der darüber angeordne ten Halbleitermodule 12-1, 12-2 und 12-3 erzeugten und abge gebenen Verlustleistungen oder Verlustwärmen abgeführt werden müssen.This higher heat dissipation capacity for the area 5-2 is an additional thermal decoupling of the directly adjacent areas 5-1 , 5-2 and 5-3 of the heat sink 2 due to the cavities 7 provided in the heat sink 2 in the transition area between the directly adjacent individual areas 5 -1 , 5-2 and 5-3 to the side. Through these cavities 7 , which represent Ma material recesses, the process of heat conduction and thus the direct heat transfer between the adjacent individual areas be prevented, so that from the individual areas 5-1 , 5-2 and 5-3 each because essentially only the power losses or heat losses generated and dispensed due to the above-arranged semiconductor modules 12-1 , 12-2 and 12-3 must be dissipated.

Aufgrund des erfindungsgemäß vorgeschlagenen optimierten Kühlkonzepts wird eine effizientere Entwärmung von hochkom plexen Modulsystemen erreichbar. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die zunehmende Integrationsdichte mit immer hö heren Verlustleistungsdichten von besonderer Bedeutung. Im Gegensatz zum Stand der Technik werden bei dem erfindungsge mäßen Konzept auch bei der Verteilung mehrerer kleiner Module auf einen Kühlkörper punktuelle Konzentrationen von Verlust wärmen an bestimmten Stellen des Kühlkörpers vermeidbar. Da durch wird auch eine besonders kompakte Bauweise von Lei stungshalbleitermodulen mit entsprechenden Leistungsdichten möglich. Gerade in zentralen Bereichen von Schaltungsanord nungen, wo bei herkömmlichen Kühlkonzepten Konzentrationen von Verlustwärmen auftreten, ist die vorgeschlagene Kühlein richtung von besonderem Nutzen, weil gerade in diesen zentra len Bereichen eine größere effektive Entwärmungsfläche zur Ableitung der Verlustleistung oder Verlustwärme in die Umge bung möglich ist. Eine Wärmekonzentration in der Modulmitte wird dabei durch eine geeignete Ausformung der Kühlerstruktur in den jeweils kritischen Bereichen vermieden oder reduziert. Dabei paßt sich die Kühlkörperrippenstruktur dem Bedarf an Entwärmung durch gezieltes Aufspreizen an. Eine weitere Maß nahme ist dabei, daß im Gegensatz zum Stand der Technik, bei welchem die Kühlplattendicke, also die Schichtdicke des Kühl körpers, konstant gehalten wird, die Stärke der Kühlplatte so variiert und optimiert wird, daß - gerade in zentralen Berei chen der Schaltungsanordnung - die kritische Entwärmung opti mal gestaltet ist. Somit kann aus einer verhältnismäßig klei nen Grundfläche des Kühlkörpers eine gesteigerte Verlustlei stung abgeführt werden. Because of the optimized proposed according to the invention Cooling concept is a more efficient cooling from highly com complex module systems. This is particularly true in With regard to the increasing integration density with always higher other power densities of particular importance. in the Contrary to the prior art in the fiction concept even when distributing several small modules selective concentrations of loss on a heat sink warm at certain points of the heat sink avoidable. because is also a particularly compact design from Lei power semiconductor modules with corresponding power densities possible. Especially in central areas of circuitry where, with conventional cooling concepts, concentrations of heat loss is the suggested cooler direction of particular benefit because it is precisely in this center areas have a larger effective cooling surface Dissipation of the power loss or heat loss in the reverse exercise is possible. A heat concentration in the middle of the module is achieved by suitable shaping of the cooler structure avoided or reduced in the critical areas. The heat sink rib structure adapts to the requirements Cooling by spreading. Another measure Assumption is that, in contrast to the prior art, which is the cooling plate thickness, i.e. the layer thickness of the cooling body, is kept constant, the strength of the cooling plate so is varied and optimized that - especially in central areas Chen the circuit arrangement - the critical cooling opti times is designed. Thus, from a relatively small NEN footprint of the heat sink increased loss loss be carried away.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Schaltungsanordnung
circuitry

22

Kühlkörper
heatsink

22

a Oberseite Kühlkörper
a top heat sink

22

b Unterseite Kühlkörper
b Bottom of the heat sink

33

Kühlelementeanordnung
Cooling element arrangement

44

Kühlelement
cooling element

44

a distales Ende Kühlelement
a distal end of the cooling element

44

b proximales Ende Kühlelement
b proximal end of cooling element

5-15-1

individueller Bereich
individual area

5-25-2

individueller Bereich
individual area

5-35-3

individueller Bereich
individual area

66

Flankenbereich, Übergangsbereich
Flank area, transition area

77

Hohlraum
cavity

88th

Dickeprofil
thickness profile

9-19-1

Kühlelementebereich
Cooling elements range

9-29-2

Kühlelementebereich
Cooling elements range

9-39-3

Kühlelementebereich
Cooling elements range

1010

Kühleinrichtung
cooling device

1111

DCB-Substrat
DCB substrate

12-112-1

Halbleitermodul
Semiconductor module

12-212-2

Halbleitermodul
Semiconductor module

12-312-3

Halbleitermodul
Semiconductor module

4040

Kühleinrichtung Stand der Technik
State of the art cooling device

4242

Kühlkörper
heatsink

4242

a Oberseite Kühlkörper
a top heat sink

4242

b Unterseite Kühlkörper
b Bottom of the heat sink

4343

Kühlelementeanordnung
Cooling element arrangement

4444

Kühlelement
cooling element

4444

a distales Ende Kühlelement
a distal end of the cooling element

4444

b proximales Ende Kühlelement
b proximal end of cooling element

45-145-1

individueller Bereich
individual area

45-245-2

individueller Bereich
individual area

45-345-3

individueller Bereich
D1, D2 Dicke
A1, A2 Abstand
X Spiegelebene
individual area
D1, D2 thickness
A1, A2 distance
X mirror plane

Claims

1. Cooling device for a circuit arrangement, in particular for a power semiconductor arrangement or the like, with:
a heat sink ( 2 ), which has at least one upper side ( 2 a) through which the cooling device ( 10 ) can be mechanically and thermally contacted during operation with a circuit arrangement ( 1 ) to be cooled, and an underside ( 2 b) and which has a receptacle amount of heat from the circuit arrangement ( 1 ) contacted during operation, and
a cooling element arrangement ( 3 ) which is provided at least on the underside ( 2 b) and which is designed to give off to the surroundings the amount of heat absorbed by the cooling body ( 2 ) during operation,
characterized by
that the heat sink ( 2 ) and in particular the profile of its underside ( 2 b) and / or the cooling element arrangement ( 3 ) have a geometry through which individual regions ( 5-1 , 5-2 , 5-3 ) of the heat sink ( 2 ), in particular the underside ( 2 b) thereof, for individual cooling, each adapted effective cooling surfaces via corresponding numbers of cooling elements ( 4 ) of the cooling element arrangement ( 3 ) can be added.

2. Cooling device according to claim 1, characterized in that the cooling elements ( 4 ) each have a proximal end ( 4 b) with which they are arranged on the underside ( 2 b) of the heat sink ( 2 ), and a distal end ( 4 a ), which is essentially free and has the underside ( 2 b) of the heat sink ( 2 ) opposite.

3. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling elements ( 4 ), in particular with respect to their pro ximal and / or distal ends ( 4 b, 4 a), substantially equidistant and / or substantially parallel to each other are ordered.

4. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling elements ( 4 ), in particular with respect to their pro ximal and / or distal ends ( 4 b, 4 a), substantially GE according to an assigned number of cooling elements ( 4th ) and / or individual cooling of the individual areas (5-1, 5- 2, 5-3) of the underside ( 2 b) of the heat sink ( 2 ), in particular in terms of their average density, are arranged in a modulated manner.

5. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling elements ( 4 ) at least in each case with respect to their proximal ends ( 4 b) with the respective normals on the underside ( 2 b) of the heat sink ( 2 ) each in wesentli Chen include at most an acute angle, preferably less than 45 °.

6. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling elements ( 4 ) are each arranged substantially vertically on the underside ( 2 b) of the heat sink ( 2 ).

7. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that each area ( 5-2 ) of the heat sink ( 2 ), which one in comparison to a directly adjacent area ( 5-1 , 5-3 ) of the heat sink ( 2 ) one increased effective heat dissipation area is to be assigned, has a thickness of the heat sink ( 2 ) which is at least on average increased in comparison to this respective adjacent region ( 5-1 , 5-3 ).

8. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in
that between directly adjacent areas ( 5-1 , 5-2 , 5-3 ) of the heat sink ( 2 ) with different assignable ef fective cooling surfaces, a flank area ( 6 ) is ausgebil det and
that the flank area ( 6 ) from the area ( 5-1 , 5-3 ) with a smaller assignable effective cooling surface with a smaller layer thickness (D1) of the heat sink ( 2 ) for loading area ( 5-2 ) with a larger assignable effective cooling surface extends with a greater layer thickness (D2) of the cooling body pers ( 2 ).

9. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the flank region ( 6 ) each substantially in the loading area ( 5-2 ) is formed with a larger assignable effective heat removal area.

10. Cooling device according to one of claims 8 or 9, characterized in that in the flank region ( 6 ) cooling elements ( 4 ), in particular per ximal ends ( 4 b) thereof, are formed.

11. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the profile of the underside ( 2 b) of the heat sink ( 2 ) and in particular in the transition or in the flank area ( 6 ) between the individual areas ( 5-1 , 5-2 , 5-3 ) of the heat sink ( 2 ) is designed to run essentially continuously.

12. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that in the transition and / or in the flank area ( 6 ) between directly adjacent individual areas ( 5-1 , 5-2 , 5-3 ) of the heat sink ( 2 ) recesses and / or cavities ( 7 ) are formed in the interior of the heat sink ( 2 ), through which the directly adjacent individual areas ( 5-1 , 5-2 , 5-3 ) can be at least partially thermally decoupled.

13. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling elements ( 3 ) are designed as cooling fins, cooling plates, Kühlflä surfaces, cooling rods, cooling fingers and / or the like.