Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper mit einem Hitzeverteiler zur Aufnahme von Verlustwärme von einem bevorzugt elektronischen Bauteil.The invention relates to a heat sink with a heat spreader for absorbing heat loss from a preferably electronic component.
Elektronische Bauteile, wie zum Beispiel Transistoren, werden immer kleiner ausgeführt und mit immer höheren Schaltfrequenzen und Leistungen betrieben. Trotz intensiver Bemühungen den Wirkungsgrad dieser elektronischen Bauteile zu erhöhen, entstehen dennoch hohe Verlustleistungen, die den Einsatz externer Kühlkörper für einen sicheren Betrieb erforderlich machen. Je nach Höhe der abzuführenden Verlustwärme kommen verschiedene Arten von Kühlkörpern zum Einsatz. Für geringe Verlustleistungen ist oft eine ausreichend große Kupferfläche auf der Leiterplatte ausreichend, die das elektronische Bauteil umgibt. Für mittelgroße Verlustleistungen empfiehlt sich der Einsatz von zusätzlichen passiven Kühlkörpern, die nach Möglichkeit direkt auf das elektronische Bauteil montiert werden und gegebenenfalls zur besseren Wärmespreizung aus verschiedenen Materialien bestehen. Höhere Verlustleistungen werden abgeführt, indem der Kühlköper einen zusätzlichen Lüfter aufweist, oder indem unter Druck stehende Fluide durch den Kühlkörper gepresst werden. Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen passiven Kühlkörper zur Wärmeabfuhr, von mittelgroßen Leistungen.Electronic components, such as transistors, are being made smaller and smaller and operated with ever higher switching frequencies and powers. Despite intensive efforts to increase the efficiency of these electronic components, high power losses still occur, which make the use of external heat sinks necessary for safe operation. Depending on the amount of dissipated heat loss different types of heat sinks are used. For low power dissipation, a sufficiently large copper surface on the circuit board that surrounds the electronic component is often sufficient. For medium-sized power losses, the use of additional passive heat sinks, which are mounted directly on the electronic component if possible and possibly consist of different materials for better heat dissipation. Higher power dissipation is dissipated by the heat sink having an additional fan, or by pressurized fluids being forced through the heat sink. The present invention relates to a passive heat sink for heat dissipation, of medium power.
Aus der US 2004/0070070 A1 ist ein Kühlkörper mit einem integrierten Hitzeverteiler bekannt. Der Grundkörper des Kühlkörpers verfügt zusätzlich über Lamellen, um die Oberfläche zur Abgabe der Verlustwärme an die Umgebungsluft zu erhöhen. An seiner Unterseite weist der Kühlkörper eine kleine Ausfräsung auf, in die der Hitzeverteiler eingesetzt ist. Das zu kühlende elektronische Bauteil wird anschließend mit dem Hitzeverteiler thermisch kontaktiert.From the US 2004/0070070 A1 is a heat sink with an integrated heat distributor known. The main body of the heat sink also has lamellae to increase the surface to give off the heat loss to the ambient air. On its underside, the heat sink has a small cutout into which the heat distributor is inserted. The electronic component to be cooled is then thermally contacted with the heat distributor.
Nachteilig an der US 2004/0070070 A1 ist, dass der Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Hitzeverteiler und dem Kühlkörper gerade an der Seitenfläche des Hitzeverteilers sehr hoch ist, weil die Ausfräsungen bzw. Frästaschen aufgrund auf Grund von Toleranzen geringfügig größer sind als der Hitzeverteiler. Der hohe Wärmeüberganswiderstand zwischen den Seitenflächen des Hitzeverteilers und dem Kühlkörper führt dazu, dass die Verlustwärme von dem Hitzeverteiler einzig über die Grundfläche an den Kühlkörper übertragen wird und dadurch die maximal abführbare Verlustleistung begrenzt ist.A disadvantage of the US 2004/0070070 A1 is that the heat transfer resistance between the heat spreader and the heat sink is very high, especially at the side surface of the heat spreader, because the milled pockets due to tolerances are slightly larger than the heat spreader. The high heat transfer resistance between the side surfaces of the heat distributor and the heat sink results in that the heat loss from the heat distributor is transmitted solely via the base surface to the heat sink and thereby the maximum dissipated power loss is limited.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Kühlkörper zu schaffen, der einerseits sehr leicht ist und andererseits einen niedrigen Wärmeübergangswiderstand aufweist.It is therefore an object of the invention to provide a heat sink, on the one hand very light and on the other hand has a low heat transfer resistance.
Die Aufgabe wird bezüglich des Kühlkörpers durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kühlkörpers angegeben.The object is achieved with respect to the heat sink by the features of claim 1. In the dependent claims advantageous refinements of the heat sink according to the invention are given.
Ein erfindungsgemäßer Kühlkörper dient zur Aufnahme von Verlustwärme eines Bauteils, wobei ein Grundkörper des Kühlkörpers eine Ausnehmung aufweist, in die ein Hitzeverteiler im Wesentlichen formschlüssig eingreift. Dabei ist eine Oberfläche des Hitzeverteilers mit dem Bauteil verbunden. Weiterhin ist zumindest eine Seitenfläche des Hitzeverteilers abgerundet und/oder abgeschrägt, so dass die zumindest eine Seitenfläche des Hitzeverteilers auf dem Grundkörper des Kühlkörpers zumindest teilweise aufliegt.An inventive heat sink is used to absorb heat loss of a component, wherein a main body of the heat sink has a recess into which a heat distributor engages substantially positive fit. In this case, a surface of the heat distributor is connected to the component. Furthermore, at least one side surface of the heat distributor is rounded off and / or bevelled, so that the at least one side surface of the heat distributor rests at least partially on the base body of the heat sink.
Besonders vorteilhaft ist es, dass die zumindest eine Seitenfläche des Hitzeverteilers abgerundet und/oder abgeschrägt ist. Dadurch ist gewährleistet, dass auch die zumindest eine Seitenfläche des Hitzeverteilers auf dem Kühlkörper aufliegt und dass auch über die Seitenfläche des Hitzeverteilers die Verlustwärme von dem Bauteil an den Kühlkörper abgeführt werden kann. Dadurch kann der gesamte Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Bauteil und dem Kühlkörper gesenkt werden. Aufgrund der zweiteiligen Ausbildung des Kühlkörpers zusammen mit dem Hitzeverteiler ist es weiterhin möglich, dass der Kühlkörper aus einem relativ leichten Material, wie zum Beispiel Aluminium, herstellbar ist.It is particularly advantageous that the at least one side surface of the heat distributor is rounded off and / or bevelled. This ensures that the at least one side surface of the heat distributor rests on the heat sink and that also on the side surface of the heat spreader, the heat loss can be dissipated from the component to the heat sink. Thereby, the entire heat transfer resistance between the component and the heat sink can be lowered. Due to the two-part design of the heat sink together with the heat spreader, it is also possible that the heat sink of a relatively light material, such as aluminum, can be produced.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kühlkörpers besteht, wenn die Oberfläche des Hitzeverteilers bündig an der Oberfläche des Kühlkörpers anliegt. Dadurch wird erreicht, dass der Kühlkörper samt Hitzeverteiler formschlüssig an zum Beispiel einer Leiterplatte angebracht werden kann.Another advantage of the heat sink according to the invention is when the surface of the heat exchanger is flush with the surface of the heat sink. This ensures that the heat sink together with heat distributor can be positively attached to, for example, a printed circuit board.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kühlkörpers besteht, wenn an einer Grundfläche des Hitzeverteilers Kühllamellen ausgebildet sind. Dadurch wird erreicht, dass zum einen ein nennenswerter Anteil der Verlustleistung über die Seitenflächen des Hitzeverteilers weiter an den Kühlkörper abgegeben wird und dass zum anderen durch Verwendung der Kühllamellen am Hitzeverteiler die Oberfläche zur Abgabe der Verlustleistung an die Umgebungsluft stark vergrößert wird. Dadurch wird ein niedriger Wärmeübergangswiderstand zwischen dem zu kühlenden Bauteil über den Hitzeverteiler und den Kühlkörper bis hin zur Umgebungsluft erreicht.Another advantage of the heat sink according to the invention is when cooling fins are formed on a base of the heat spreader. This ensures that, on the one hand, a significant proportion of the power loss is dissipated via the side surfaces of the heat distributor to the heat sink and, on the other hand, the use of the cooling fins on the heat distributor greatly increases the surface area for emitting the power loss to the ambient air. This achieves a low heat transfer resistance between the component to be cooled via the heat distributor and the heat sink up to the ambient air.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kühlkörpers besteht, wenn der Kühlkörper und der Hitzeverteiler Gewindebohrungen aufweisen und wenn mittels einer Schraubverbindung der Kühlkörper und der Hitzeverteiler fest miteinander verschraubbar sind. Damit wird erreicht, dass der Kühlkörper und der Hitzeverteiler fest miteinander verbunden sind, wodurch der Wärmeübergangswiderstand weiter gesenkt werden kann. Weiterhin führen auch Erschütterungen nicht dazu, dass sich der Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Hitzeverteiler und dem Grundkörper des Kühlkörpers ändert.Another advantage of the heat sink according to the invention is when the heat sink and the heat spreader have threaded holes and when by means of a screw connection of the heat sink and the heat spreader are firmly screwed together. This ensures that the heat sink and the heat spreader firmly together are connected, whereby the heat transfer resistance can be further reduced. Furthermore, even vibrations do not cause the heat transfer resistance between the heat distributor and the main body of the heat sink changes.
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhaft beschrieben. Gleiche Gegenstände weisen dieselben Bezugszeichen auf. Die entsprechenden Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:Various embodiments of the invention will now be described by way of example with reference to the drawings. Same objects have the same reference numerals. The corresponding figures of the drawing show in detail:
1 eine räumliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kühlkörpers und des Hitzeverteilers; 1 a spatial representation of an embodiment of the heat sink and the heat spreader according to the invention;
2 eine räumliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hitzeverteilers; 2 a spatial representation of an embodiment of the heat spreader according to the invention;
3 eine räumliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hitzeverteilers im montierten Zustand, zusammen mit einer Leiterplatte und dem die Verlustwärme abgebenden Bauteil; 3 a spatial representation of an embodiment of the heat distributor according to the invention in the assembled state, together with a circuit board and the loss-heat-dissipating component;
4A einen Querschnitt und/oder Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hitzeverteilers; 4A a cross section and / or longitudinal section through an embodiment of the heat distributor according to the invention;
4B einen Querschnitt und/oder Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hitzeverteiler; 4B a cross section and / or longitudinal section through a further embodiment of the heat distributor according to the invention;
4C einen Querschnitt und/oder Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hitzeverteilers; 4C a cross section and / or longitudinal section through a further embodiment of the heat distributor according to the invention;
4D einen Querschnitt und/oder Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hitzeverteilers; 4D a cross section and / or longitudinal section through a further embodiment of the heat distributor according to the invention;
4E einen Querschnitt und/oder Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hitzeverteilers; und 4E a cross section and / or longitudinal section through a further embodiment of the heat distributor according to the invention; and
5 eine räumliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kühlkörpers, zusammen mit dem Hitzeverteiler, an dessen Grundseite Kühllamellen ausgebildet sind. 5 a spatial representation of an embodiment of the heat sink according to the invention, together with the heat distributor, are formed on the base side cooling fins.
1 zeigt eine räumliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers 1. Der dargestellte Kühlkörper 1 wird in 1 nur abschnittsweise gezeigt. Der Kühlkörper 1 dient zur Aufnahme von Verlustwärme eines Bauteils und umfasst einen Grundkörper 2 und einen Hitzeverteiler 3. Der Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1 weist eine Ausnehmung 6 auf, in die der Hitzeverteiler 3 formschlüssig eingreift, bzw. in der der Hitzeverteiler vollumfänglich drin liegt. Die Ausnehmung 6 wird dabei bevorzugt durch einen Fräsprozess hergestellt. Der Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1 besteht bevorzugt aus einem leichten, aber dennoch wärmeleitfähigen Material wie zum Beispiel Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. 1 shows a spatial representation of an embodiment of a heat sink according to the invention 1 , The heat sink shown 1 is in 1 only shown in sections. The heat sink 1 serves to absorb heat loss of a component and includes a body 2 and a heat spreader 3 , The main body 2 of the heat sink 1 has a recess 6 on, in which the heat spreader 3 positively engages, or in which the heat distributor is fully in it. The recess 6 is preferably produced by a milling process. The main body 2 of the heat sink 1 is preferably made of a lightweight, yet heat-conductive material such as aluminum or an aluminum alloy.
Der Hitzeverteiler 3 sollte nach Möglichkeit aus einem Material gefertigt sein, welches eine größtmögliche Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie z. B. Kupfer oder eine Kupferlegierung. Der Hitzeverteiler 3 dient dazu, die Verlustleistung von z. B. einem elektronischen Bauteil, welche in der Regel auf einer kleinen Fläche anfällt, auf eine größere Fläche zu spreizen, so dass diese dadurch besser an den Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1 übertragen wird. Ein rein aus Aluminium bestehender Kühlkörper 1 kann in vielen Fällen die hohe Verlustleistung, die z. T. nur auf wenigen mm2 anfällt nicht ausreichend abführen, so dass es notwendig ist, einen Hitzeverteiler 3 aus einem besser wärmeleitfähigen Material zu integrieren. Andererseits könnte der Kühlkörper 1 auch vollständig aus z. B. Kupfer bestehen, wobei dies ihn in der Herstellung deutlich teurer und insgesamt auch schwerer machen würde. Solche Kühlkörper 1 könnten unter Umständen nicht mehr an allen Stellen montiert werden. Im Hinblick auf die Wärmeleitfähigkeit ist oft auch in vielen Fällen ein rein aus Kupfer bestehender Kühlkörper 1 nicht notwendig.The heat distributor 3 should, if possible, be made of a material which has the greatest possible thermal conductivity, such. As copper or a copper alloy. The heat distributor 3 serves to reduce the power loss of z. As an electronic component, which is usually obtained on a small area to spread to a larger area, so that this better to the body 2 of the heat sink 1 is transmitted. An all-aluminum heat sink 1 In many cases, the high power loss, the z. T. only a few mm 2 accumulates insufficient dissipate, so it is necessary, a heat spreader 3 to integrate from a better thermally conductive material. On the other hand, the heat sink could 1 also completely from z. As copper, which would make him significantly more expensive in manufacturing and overall heavier. Such heat sink 1 may not be able to be mounted anywhere. With regard to the thermal conductivity is often in many cases a pure copper existing heat sink 1 unnecessary.
Sobald ein Hitzeverteiler 3 innerhalb eines Kühlkörpers 1 verwendet wird, ist allerdings der Materialübergang zwischen dem Hitzeverteiler 3 und dem Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1 von sehr großer Bedeutung. Dabei muss sichergestellt sein, dass der Wärmeübergangswiderstand möglichst klein gehalten wird. Für den Fall, dass der Hitzeverteiler 3, wie im Stand der Technik, quaderförmig ausgebildet ist, muss die Ausnehmung 6 innerhalb des Grundkörpers 2 des Kühlkörpers 1 aus Toleranzgründen etwas größer sein, als der darin einzulegende Hitzeverteiler 3. Dies führt dazu, dass die Seitenflächen 4 1 bis 4 4 des Hitzeverteilers 3 thermisch nicht mit dem Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1 kontaktiert sind. Auch das Einspritzen einer Wärmeleitpaste in die Fugen zwischen dem Hitzeverteiler 3 und dem Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1 stellt keine befriedigende Lösung dar, weil sich der Hitzeverteiler 3 bei Erwärmung ausdehnt und die Wärmeleitpaste aus den Fugen herausgepresst werden würde. Der Einsatz sogenannter Gap-Pads (Fugenpads), die in die Fugen eingeführt werden, ist ebenfalls nicht möglich, weil deren Rückstellvermögen begrenzt ist und diese nach mehreren Zyklen ihre Wirkung verlieren. Auch neuere Methoden der Verbindung wie zum Beispiel Löten oder Brazzen erlauben keine zuverlässige Verbindung zwischen einem aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung bestehenden Hitzeverteiler 3 und einem aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1.Once a heat spreader 3 inside a heat sink 1 is used, however, is the material transition between the heat spreader 3 and the body 2 of the heat sink 1 of great importance. It must be ensured that the heat transfer resistance is kept as small as possible. In the event that the heat spreader 3 , as in the prior art, is cuboid, the recess must 6 within the body 2 of the heat sink 1 for tolerance reasons to be slightly larger than the heat distribution to be inserted therein 3 , This causes the side surfaces 4 1 to 4 4 of the heat spreader 3 thermally not with the main body 2 of the heat sink 1 are contacted. Also, injecting a thermal grease into the joints between the heat spreader 3 and the body 2 of the heat sink 1 is not a satisfactory solution, because the heat distributor 3 expands when heated and the thermal grease would be pressed out of the joints. The use of so-called Gap Pads (joint pads), which are introduced into the joints, is also not possible because their resilience is limited and they lose their effect after several cycles. Even newer methods of bonding, such as brazing or brazing, do not allow a reliable connection between a copper or copper alloy heat spreader 3 and a body made of aluminum or an aluminum alloy 2 of the heat sink 1 ,
Damit auch über die Seitenflächen 4 1 bis 4 4 des Hitzeverteilers 3 eine nennenswerte Verlustleistung an den umgebenden Grundkörper 2 abgeführt werden kann, sind die Seitenflächen 4 1 bis 4 4 bevorzugt abgerundet und/oder abgeschrägt. Dabei weist zumindest eine Seitenfläche 4 1 bis 4 4 des Hitzeverteilers 3 bezüglich der Oberfläche 5 des Hitzeverteilers 3 einen Winkel 18 auf, der im Mittel kleiner ist als 90°. Dadurch ist sichergestellt, dass die zumindest eine Seitenfläche 4 1 bis 4 4 des Hitzeverteilers 3 auf dem Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1 aufliegt. Bevorzugt sind allerdings alle Seitenflächen 4 1 bis 4 4 des Hitzeverteilers 3 abgerundet und/oder abgeschrägt ausgeführt.So also on the side surfaces 4 1 to 4 4 of the heat spreader 3 a significant power loss to the surrounding body 2 can be dissipated, are the side surfaces 4 1 to 4 4 preferably rounded and / or bevelled. In this case has at least one side surface 4 1 to 4 4 of the heat spreader 3 concerning the surface 5 of the heat distributor 3 an angle 18 on average less than 90 °. This ensures that the at least one side surface 4 1 to 4 4 of the heat spreader 3 on the body 2 of the heat sink 1 rests. However, all side surfaces are preferred 4 1 to 4 4 of the heat spreader 3 rounded and / or beveled executed.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn dabei die Seitenflächen 4 1 bis 4 4 in ihrem gesamten Bereich, der sich ab einer Oberfläche 5, bis hin zur einer Grundfläche 8 erstreckt, abgerundet und/oder abgeschrägt ausgeführt sind. Der Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1 weist zu diesem Zwecke die Ausnehmung 6 auf, die bevorzugt in einem Fräsprozess herstellbar ist. Die Seitenflächen 7 1 bis 7 4 der Ausnehmung 6 des Grundkörpers 2 des Kühlkörpers 1 sind dabei invers zu den Seitenflächen 4 1 bis 4 4 des Hitzeverteilers 3 abgerundet und/oder abgeschrägt ausgeführt und liegen dadurch formschlüssig an den Seitenflächen 4 1 bis 4 4 des Hitzeverteilers 3 an. Dadurch wird die Verlustleistung nicht nur wie bisher über die Grundfläche 8 des Hitzeverteilers 3 an den Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1 übertragen, sondern auch über die Seitenflächen 4 1 bis 4 4 des Hitzeverteilers 3 an den Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1. Die Grundfläche 8 des Hitzeverteilers 3 liegt dabei ebenfalls formschlüssig an am Fuße der Ausnehmung 6 an dem Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1 an.It is particularly advantageous if the side surfaces 4 1 to 4 4 in its entire area, extending from one surface 5 , down to a base area 8th extends, rounded and / or chamfered executed. The main body 2 of the heat sink 1 has for this purpose the recess 6 on, which is preferably produced in a milling process. The side surfaces 7 1 to 7 4 of the recess 6 of the basic body 2 of the heat sink 1 are inverse to the side surfaces 4 1 to 4 4 of the heat spreader 3 executed rounded and / or bevelled and are thus form-fitting manner on the side surfaces 4 1 to 4 4 of the heat spreader 3 at. As a result, the power loss is not just as usual over the base area 8th of the heat distributor 3 to the body 2 of the heat sink 1 transferred, but also on the side surfaces 4 1 to 4 4 of the heat spreader 3 to the body 2 of the heat sink 1 , The base area 8th of the heat distributor 3 also lies positively against the foot of the recess 6 on the body 2 of the heat sink 1 at.
In 1 ist ebenfalls gut zu erkennen, dass die Oberfläche 5 des Hitzeverteilers 3 bündig an der Oberfläche 9 des Grundkörpers 2 des Kühlkörpers 1 anliegt. Dies erlaubt, dass der Kühlkörper 1 problemlos an einem Anbaukörper, wie zum Beispiel einer Leiterplatte 10, befestigt werden kann und an dieser plan anliegt. Um den Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Hitzeverteiler 3 und dem Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1 weiter zu verringern, sind sowohl am Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1, als auch am Hitzeverteiler 3 Bohrungen 11 ausgebildet. Die Bohrung 11 im Grundköper 2 des Kühlkörpers 1 ist bevorzugt als Gewindebohrung ausgeführt und die Bohrung 11 im Hitzeverteiler 3 ist bevorzugt als Durchgangsbohrung ausgeführt. Mittels einer Schraubverbindung können der Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1 und der Hitzeverteiler 3 fest miteinander verschraubt werden. Beim Anziehen dieser Schraubverbindung wird der Wärmeübergangswiderstand gesenkt.In 1 is also good to see that the surface 5 of the heat distributor 3 flush with the surface 9 of the basic body 2 of the heat sink 1 is applied. This allows the heat sink 1 easily on a mounting body, such as a circuit board 10 , can be attached and rests on this plan. To the heat transfer resistance between the heat distributor 3 and the body 2 of the heat sink 1 to further reduce, both are at the base body 2 of the heat sink 1 , as well as at the heat distributor 3 drilling 11 educated. The hole 11 in the main body 2 of the heat sink 1 is preferably designed as a threaded bore and the bore 11 in the heat distributor 3 is preferably designed as a through hole. By means of a screw connection, the main body 2 of the heat sink 1 and the heat distributor 3 be firmly bolted together. When tightening this screw the heat transfer resistance is lowered.
Weiterhin weisen der Hitzeverteiler 3 und der Anbaukörper, wie z. B. eine Leiterplatte 10, noch eine Bohrung 12 auf. Die Bohrung 12 ist im Hitzeverteiler 3 als Gewindebohrung ausgeführt, um den Anbaukörper fest mit dem Hitzeverteiler 3 verschrauben zu können.Furthermore, the heat distributor 3 and the attachment body, such as. B. a circuit board 10 , one more hole 12 on. The hole 12 is in the heat distributor 3 designed as a threaded hole to the attachment body fixed to the heat spreader 3 to be able to screw.
In dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel des Kühlkörpers 1 aus 1 weist der Hitzeverteiler 3 Ausfräsungen 13 auf, die zum Beispiel zur Aufnahme von elektronischen Bauteilen 14 dienen. Das zu kühlende elektronische Bauteil 14 ist direkt oder indirekt mit dem Hitzeverteiler 3 des Kühlkörpers 1 verbunden. Unter Verbinden ist hier zu verstehen, dass das elektronische Bauteil 14 thermisch leitend mit dem Hitzeverteiler 3 kontaktiert wird. Es ist auch möglich, dass das elektronische Bauteil 14 über den Hitzeverteiler 3 elektrisch leitend mit dem Kühlkörper 1 verbunden wird, wobei dieser dann das Bezugsmassepotential besitzt. Das elektronische Bauteil 14 ist direkt mit dem Hitzeverteiler 3 verbunden, wenn es ohne Zwischenschichten mit diesem thermisch kontaktiert ist. Im Gegensatz dazu, ist das elektronische Bauteil 14 nur indirekt mit dem Hitzeverteiler 3 verbunden, wenn zwischen beiden z. B. eine Wärmeleitpaste oder eine wärmeleitende Folie oder eine elektrisch isolierende Schicht ausgebildet ist. Bevorzugt wird der Hitzeverteiler über die Bohrung 12 mit dem Anbaukörper, wie z. B. einer Leiterplatte 10, fest verbunden, wobei das zu kühlende elektronische Bauteil 14 fest mit dem Hitzeverteiler 3 verlötet wird, wenn die Leiterplatte 10 zusammen mit dem Hitzeverteiler 3 in einen Reflow-Ofen eingeschoben wird.In the embodiment of the heat sink according to the invention 1 out 1 points the heat spreader 3 millings 13 on, for example, to accommodate electronic components 14 serve. The electronic component to be cooled 14 is directly or indirectly with the heat spreader 3 of the heat sink 1 connected. By connecting is meant here that the electronic component 14 thermally conductive with the heat distributor 3 will be contacted. It is also possible that the electronic component 14 over the heat distributor 3 electrically conductive with the heat sink 1 is connected, which then has the reference ground potential. The electronic component 14 is directly with the heat distributor 3 connected when it is thermally contacted without intermediate layers with this. In contrast, this is the electronic component 14 only indirectly with the heat spreader 3 connected when between z. B. a thermal paste or a thermally conductive foil or an electrically insulating layer is formed. The heat distributor is preferred over the bore 12 with the attachment, such. B. a circuit board 10 , firmly connected, wherein the electronic component to be cooled 14 stuck with the heat spreader 3 is soldered when the circuit board 10 together with the heat distributor 3 is inserted into a reflow oven.
Damit der Hitzeverteiler 3 problemlos in den Grundkörper 2 des Kühlkörpers eingesetzt werden kann, ist die Oberfläche 5 des Hitzeverteilers 3 größer als die Grundfläche 8 des Hitzeverteilers 3.So that the heat distributor 3 easily in the body 2 of the heat sink can be used, is the surface 5 of the heat distributor 3 larger than the footprint 8th of the heat distributor 3 ,
In 2 ist ein räumliches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hitzeverteilers 3 dargestellt. Gut zu erkennen ist, dass die Seitenflächen 4 1 und 4 2 abgerundet sind und dass die Seitenflächen 4 3 und 4 4 abgeschrägt sind. Der Hitzeverteiler 3 aus 2 weist eine Wannenform auf. Ersichtlich ist ebenfalls, dass alle Seitenflächen 4 1 bis 4 4 zusammen mit der Oberfläche 5 des Hitzeverteilers 3 im Mittel einen Winkel 18 von weniger als 90° bilden. Dargestellt sind die Bohrungen 11, um den Hitzeverteiler 3 mit dem Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1 zu verbinden und die Bohrung 12, um den Hitzeverteiler 3 mit dem Anbaukörper, wie zum Beispiel einer Leiterplatte 10, zu verbinden. Der dargestellte Hitzeverteiler 3 aus dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel aus 2 weist auf seiner Seite 4 2 noch eine Ausnehmung 17 auf. Diese ist der elektrischen Notwendigkeit geschuldet, damit Komponenten, wie z. B. Baluns, auf dem Anbaukörper nicht elektrisch mit der Bezugsmasse des Hitzeverteilers 3 verbunden werden. Diese Ausnehmung kann in anderen Ausführungsformen auch weggelassen werden.In 2 is a spatial embodiment of the heat distributor according to the invention 3 shown. Good to see is that the side surfaces 4 1 and 4 2 are rounded and that the side surfaces 4 3 and 4 4 are bevelled. The heat distributor 3 out 2 has a trough shape. It is also evident that all side surfaces 4 1 to 4 4 together with the surface 5 of the heat distributor 3 on average an angle 18 of less than 90 °. Shown are the holes 11 to the heat spreader 3 with the main body 2 of the heat sink 1 to connect and the bore 12 to the heat spreader 3 with the attachment body, such as a printed circuit board 10 , connect to. The illustrated heat spreader 3 from the embodiment of the invention 2 indicates on his side 4 2 still a recess 17 on. This is due to the electrical requirement, so that components such. B. Baluns, on the attachment not electrically to the reference ground of the heat distributor 3 connected become. This recess can also be omitted in other embodiments.
3 zeigt eine räumliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hitzeverteilers 3 im montierten Zustand. Der Hitzeverteiler 3 und mit ihm auch der Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1 sind mit dem Anbaukörper in Form einer Leiterplatte 10 verschraubt. Auf der Leiterplatte 10 befinden sich elektronische Bauteile 14, deren Verlustwärme durch den Kühlkörper 1 abgeführt werden muss. Die elektronischen Bauteile 14, bei denen es sich zum Beispiel um Transistoren handeln kann, sind thermisch leitend mit dem Hitzeverteiler 3 verbunden. 3 shows a spatial representation of an embodiment of the heat distributor according to the invention 3 in the assembled state. The heat distributor 3 and with him also the basic body 2 of the heat sink 1 are with the attachment in the form of a printed circuit board 10 screwed. On the circuit board 10 are electronic components 14 , their heat loss through the heat sink 1 must be dissipated. The electronic components 14 , which may be, for example, transistors, are thermally conductive with the heat spreader 3 connected.
4A zeigt einen Querschnitt und/oder einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hitzeverteilers 3 entlang der Achse 15 oder 16. Zu erkennen ist, dass der Hitzeverteiler 3 in seinem Querschnitt und/oder seinem Längsschnitt trapezförmig ausgebildet ist. Die Seitenflächen 4 1 bis 4 4 und die Oberfläche 5 des Hitzeverteilers 3 bilden dabei einen Winkel 18, der ungleich bzw. kleiner als 90° ist. 4A shows a cross section and / or a longitudinal section through an embodiment of the heat distributor according to the invention 3 along the axis 15 or 16 , It can be seen that the heat distributor 3 is trapezoidal in its cross-section and / or its longitudinal section. The side surfaces 4 1 to 4 4 and the surface 5 of the heat distributor 3 form an angle 18 which is less than or equal to 90 °.
4B zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Querschnitts und/oder eines Längsschnitts durch den erfindungsgemäßen Hitzeverteiler 3 entlang der Achse 15 oder 16. Der Hitzeverteile 3 weist in seinem Querschnitt und/oder seinem Längsschnitt eine dreieckige Form auf. Auch hier ist wieder sehr gut zu sehen, dass die Seitenflächen 4 1 bis 4 4 und die Oberfläche 5 des Hitzeverteilers 3 zusammen einen Winkel 18 bilden, der ungleich, bzw. kleiner als 90° ist. Die Grundfläche 8 des Hitzeverteilers 3 ist dabei nur punktuell dargestellt. 4B shows a further embodiment of a cross section and / or a longitudinal section through the heat distributor according to the invention 3 along the axis 15 or 16 , The heat distribution 3 has a triangular shape in its cross-section and / or its longitudinal section. Again, it is very good to see that the side surfaces 4 1 to 4 4 and the surface 5 of the heat distributor 3 together an angle 18 form, which is unequal, or less than 90 °. The base area 8th of the heat distributor 3 is shown only selectively.
4C zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Querschnitts und/oder Längsschnitts des erfindungsgemäßen Hitzeverteilers 3 entlang der Achse 15 oder 16. Zu erkennen ist, dass der Querschnitt und/oder Längsschnitt halbkreisförmig ausgebildet ist. Die Seitenflächen 4 1 bis 4 4 des Hitzeverteilers 3 sind dabei abgerundet und bilden zusammen mit der Oberfläche 5 im Mittel einen Winkel 18 von weniger als 90°. Der Wortlaut im Mittel ist dabei so zu verstehen, dass, wenn an jeden Punkt des Halbkreises eine Tangente angelegt werden würde, fast alle dieser Tangenten die Oberfläche 5 unter einem Winkel 18 von weniger als 90° schneiden würden. Einzig die Tangenten am Anfang des Halbkreises und am Scheitelpunkt des Halbkreises würden einen Winkel mit der Oberfläche 5 bilden, der gleich 90° oder größer 90° ist. Bei Mittelung aller Tangenten bilden die Seitenflächen 4 1 bis 4 4 allerdings einen Winkel 18 von weniger als 90° mit der Oberfläche 5. Die Grundfläche 8 des Hitzeverteilers 3 ist ebenfalls nur punktuell dargestellt. 4C shows a further embodiment of a cross section and / or longitudinal section of the heat distributor according to the invention 3 along the axis 15 or 16 , It can be seen that the cross section and / or longitudinal section is semicircular. The side surfaces 4 1 to 4 4 of the heat spreader 3 are rounded and form together with the surface 5 on average an angle 18 less than 90 °. The wording on average should be understood as meaning that if a tangent were to be applied to each point of the semicircle, almost all of these tangents would be the surface 5 at an angle 18 would cut less than 90 °. Only the tangents at the beginning of the semicircle and at the apex of the semicircle would make an angle with the surface 5 form, which is equal to 90 ° or greater than 90 °. When averaging all tangents, the side surfaces form 4 1 to 4 4 but an angle 18 less than 90 ° with the surface 5 , The base area 8th of the heat distributor 3 is also shown only occasionally.
4D zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Querschnitts und/oder Längsschnitts durch den erfindungsgemäßen Hitzeverteiler 3 entlang der Achse 15 und/oder 16. Der Querschnitt und/oder der Längsschnitt des erfindungsgemäßen Hitzeverteilers 3 weist dabei eine sogenannte Wannenform auf. Die Seitenflächen 4 1 bis 4 4 des Hitzeverteilers 3 sind dabei abgerundet und bilden zusammen mit der Oberfläche 5 einen Winkel 18, der im Mittel kleiner als 90° ist. 4D shows a further embodiment of a cross section and / or longitudinal section through the heat distributor according to the invention 3 along the axis 15 and or 16 , The cross section and / or the longitudinal section of the heat distributor according to the invention 3 has a so-called tub shape. The side surfaces 4 1 to 4 4 of the heat spreader 3 are rounded and form together with the surface 5 an angle 18 which is on average less than 90 °.
4E zeigt ein weiteres wannenförmiges Ausführungsbeispiel eines Querschnitts und/oder Längsschnitts durch den erfindungsgemäßen Hitzeverteiler 3 entlang der Achse 15 und/oder 16. Dabei weisen die Seitenflächen 4 1, 4 2 und/oder 4 3, 4 4 einen abgeschrägten Teil und einen abgerundeten Teil auf. Bevorzugt schließt ein abgeschrägter Teil an der Oberfläche 5 des Hitzeverteilers 3 an. Über den abgerundeten Teil geht der abgeschrägte Teil an die Grundfläche 8 des Hitzeverteilers über. Es ist auch möglich, dass der abgerundete Teil an die Oberfläche 5 des Hitzeverteilers 3 anschließt und über einen abgeschrägten Teil mit der Grundfläche 8 des Hitzeverteilers 3 verbunden wird. Auch in 4E ist gut zu erkennen, dass die Seitenflächen 4 1 bis 4 4 des Hitzeverteilers 3 und die Oberfläche 5 des Hitzeverteilers 3 im Mittel einen Winkel 18 von weniger als 90° bilden. 4E shows a further trough-shaped embodiment of a cross section and / or longitudinal section through the heat distributor according to the invention 3 along the axis 15 and or 16 , Here are the side surfaces 4 1 , 4 2 and / or 4 3 , 4 4 a bevelled part and a rounded part on. Preferably, a bevelled part closes on the surface 5 of the heat distributor 3 at. About the rounded part of the beveled part goes to the base 8th of the heat spreader. It is also possible that the rounded part to the surface 5 of the heat distributor 3 connects and over a beveled part with the base 8th of the heat distributor 3 is connected. Also in 4E is good to see that the side surfaces 4 1 to 4 4 of the heat spreader 3 and the surface 5 of the heat distributor 3 on average an angle 18 of less than 90 °.
Bei allen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Hitzeverteilers 3 bezüglich 4A bis 4E gilt, dass die Seitenflächen 4 1 bis 4 4 der Hitzeverteilers 3 in ihrem gesamten Bereich abgeschrägt und/oder abgerundet sind.In all embodiments of the heat distributor according to the invention 3 in terms of 4A to 4E applies that the side surfaces 4 1 to 4 4 of the heat distributor 3 bevelled and / or rounded in their entire area.
5 zeigt ein räumliches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlkörpers 1, wobei an dem Hitzeverteiler 3 Kühllamellen 19 ausgebildet sind. Die Seitenflächen 4 1 bis 4 4 des Hitzeverteilers 3 sind in diesem Fall abgeschrägt. Die Seitenflächen 7 1 bis 7 4 der Aufnahmeöffnung 6 des Grundkörpers 2 des Kühlkörpers 1 sind invers zu den Seitenflächen 4 1 bis 4 4 des Hitzeverteilers 3 abgeschrägt. Die Ausnehmung 6 ist in dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlkörpers 1 aus 5 derart gestaltet, dass sie nach außen hin offen ist und das ungehinderte Zirkulieren der Umgebungsluft zwischen den Kühllamellen 19 des Hitzeverteilers 3 erlaubt. In dem Ausführungsbeispiel aus 5 kann der Hitzeverteiler 3 einerseits die Verlustwärme über die eigenen Kühllamellen 19 an die Umgebungsluft abgeben und andererseits auch einen Teil der Verlustwärme über die Seitenflächen 4 1 bis 4 4 an den Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1 übertragen. Eine Ausbildung des Kühlkörpers 1 entsprechend dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel aus 5 erlaubt die Abfuhr höherer Verlustleistungen. 5 shows a spatial embodiment of the heat sink according to the invention 1 , being at the heat distributor 3 cooling fins 19 are formed. The side surfaces 4 1 to 4 4 of the heat spreader 3 are bevelled in this case. The side surfaces 7 1 to 7 4 of the receiving opening 6 of the basic body 2 of the heat sink 1 are inverse to the side surfaces 4 1 to 4 4 of the heat spreader 3 beveled. The recess 6 is in the embodiment of the heat sink according to the invention 1 out 5 designed so that it is open to the outside and the unimpeded circulation of the ambient air between the cooling fins 19 of the heat distributor 3 allowed. In the embodiment 5 can the heat spreader 3 on the one hand the heat loss through the own cooling fins 19 to the ambient air and on the other hand also a part of the heat loss through the side surfaces 4 1 to 4 4 to the main body 2 of the heat sink 1 transfer. An embodiment of the heat sink 1 according to the embodiment of the invention 5 allows the dissipation of higher power losses.
Bevorzugt sind die Seitenflächen 4 1 bis 4 4 abgerundet, weil dadurch die Fläche zum Übertragen der Verlustwärme maximiert wird. The side surfaces are preferred 4 1 to 4 4 rounded because it maximizes the area for transferring the heat loss.
Die Seitenflächen 4 1 bis 4 4 des Hitzeverteilers 3 können neben einer abgeschrägten, vorzugsweise abgerundeten Form auch noch eine wellenförmige Struktur aufweisen, um dadurch die Fläche zum Übertragen der Verlustwärme an den Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1 zu vergrößern. Die Seitenflächen 7 1 bis 7 4 der Ausnehmung 6 des Grundkörpers 2 des Kühlkörpers 1 weisen in diesem Fall eine wellenförmige Struktur auf, die invers zu der wellenförmigen Struktur des Hitzeverteilers 3 ist.The side surfaces 4 1 to 4 4 of the heat spreader 3 For example, in addition to a bevelled, preferably rounded shape, they may also have a wave-shaped structure in order thereby to form the surface for transmitting the heat loss to the base body 2 of the heat sink 1 to enlarge. The side surfaces 7 1 to 7 4 of the recess 6 of the basic body 2 of the heat sink 1 In this case, they have a wave-shaped structure that is inverse to the undulating structure of the heat spreader 3 is.
Auch wenn der Hitzeverteiler 3 nicht mit dem Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1 verschraubt ist, wird der Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Grundkörper 2 und dem Hitzeverteiler 3 schon dadurch gesenkt, indem der Kühlkörper 1 fest mit einem Anbaukörper, wie z. B. einer Leiterplatte 10 verbunden wird. Dadurch wird ein Druck in axialer Richtung auf den Hitzeverteiler 3 aufgebaut, der dafür sorgt, dass sowohl die Grundfläche 8 des Hitzeverteilers 3, als auch die Seitenflächen 4 1 bis 4 4 des Hitzeverteilers 3 gegen den Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1 gepresst werden. Beim Einbau des Kühlkörpers 1 mit dem Hitzeverteiler 3 an einen Anbaukörper entsteht eine Vorspannung in axialer Richtung auf den Hitzeverteiler 3, die den Wärmeübergangswiderstand senkt.Even if the heat spreader 3 not with the main body 2 of the heat sink 1 screwed, the heat transfer resistance between the body is 2 and the heat spreader 3 already lowered by the heat sink 1 firmly with an attachment, such. B. a circuit board 10 is connected. This will cause a pressure in the axial direction on the heat distributor 3 built, which ensures that both the footprint 8th of the heat distributor 3 , as well as the side surfaces 4 1 to 4 4 of the heat spreader 3 against the main body 2 of the heat sink 1 be pressed. When installing the heat sink 1 with the heat spreader 3 to an attachment body creates a bias in the axial direction of the heat spreader 3 that lowers the heat transfer resistance.
An dem Grundkörper 2 des Kühlkörpers 1 können weiterhin Kühllamellen ausgebildet sein. Der Einsatz eines zusätzlichen Lüfters in Verbindung mit dem Kühlkörper 1 ist ebenfalls möglich.At the base body 2 of the heat sink 1 can continue to be formed cooling fins. The use of an additional fan in conjunction with the heat sink 1 is also possible.
Bei dem Winkel 18 der zwischen einer Seitenfläche 4 1 bis 4 4 des Hitzeverteilers 3 und der Oberfläche 5 des Hitzeverteilers 3 gebildet ist, handelt es sich um einen Innenwinkel 18.At the angle 18 between a side surface 4 1 to 4 4 of the heat spreader 3 and the surface 5 of the heat distributor 3 is formed, it is an interior angle 18 ,
Im Rahmen der Erfindung sind alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale beliebig miteinander kombinierbar. Insbesondere sind auch an die abgerundete oder abgeschrägte Formen des Hitzeverteilers möglich.In the context of the invention, all described and / or drawn features can be combined with each other as desired. In particular, the rounded or bevelled shapes of the heat distributor are also possible.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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US 2004/0070070 A1 [0003, 0004] US 2004/0070070 A1 [0003, 0004]
