DE19520938C2 - Anordnung zur thermischen Kopplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur thermischen Kopplung zwischen einem Bauelement und einem Kühlkörper, bei denen die Ebenen der thermisch kontaktierbaren Oberflächen von der Parallelität und einem Nennabstand abweichen, wobei zwei komplementäre, spielbehaftet mäanderförmig ineinandergreifende Wärmeübertragungsglieder vorgesehen sind, von denen eines an dem Kühlkörper starr befestigt ist und das andere federbelastet flächenhaft mit einer thermisch kontaktierbaren Oberfläche des Bauelementes verbunden ist, und die derart ausgestattet sind, daß die Summe der gegenüberliegenden Flächenanteile der komplementären, mäanderförmig ineinandergreifenden Wärmeübertragungsglieder für jedes Wärmeübertragungsglied größer als die thermisch kontaktierbare Oberfläche des Bauelementes ist.

Eine Anordnung dieser Art ist durch die DE 39 32 079 A1 bekannt. Diese Schrift offenbart eine Kühlvorrichtung für eine elektronische Einrichtung, wobei ein enger Wärmeleitkontakt zwischen der elektronischen Einrichtung und einem festen Kühlkörper zur Kühlung der elektronischen Einrichtung hergestellt wird. Ein wärmeleitfähiges Fluid ist auf einer Wärmeübertragungs­ oberfläche der elektronischen Einrichtung vorgesehen. Der feste Kühlkörper wird durch eine äußere Kraft in engen Kontakt mit der Wärmeübertragungsoberfläche der elektronischen Einrichtung gebracht. Zumindest eine der Wärmenübertragungsoberflächen, entweder des festen Kühlkörpers und/oder der elektronischen Einrichtung hat eine Vielzahl von Rillen, die mit der Außenseite dieser einen Wärmeübertragungsoberfläche in Verbindung stehen. Bei dieser bekannten Anordnung ist es als nachteilig anzusehen, daß sie relativ hoch baut.

Aus DE 92 14 061 U1 und DE 83 20 682 U1 ist die Verwendung einer Kälte bzw. Wärmeleitpaste zwischen Kälte- bzw. Wärmeübertragungsgliedern bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der gattungsgemäßen Art anzugeben, die bei sehr flacher Bauweise einen möglichst geringen thermischen Übergangswiderstand zwischen dem Bauelement und dem Kühlkörper aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wärmeübertragungsglieder auf den einander zugewandten Oberflächen Säulen in schachbrettmusterartiger Anordnung aufweisen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch 2 angegeben.

Der mit der Erfindung erzielbare besonderer Vorteil ist darin zu sehen, daß die gegenüberliegenden Flächeanteile der komplimentären Wärmeübertragungsglieder besonders groß sind, so daß sich die angestrebte sehr flache Bauweise bei niedrigem Wärmeübergangsiderstand erzielen läßt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch die Anordnung zur thermischen Kopplung und

Fig. 2 eine ausschnittweise perspektivische Darstellung des Wärmeübertragungs­ gliedes

Als bevorzugte Ausführungsform wird nachstehend die Kühlung eines Mikroprozessor­ schaltkreises beschrieben, der in einer Automatisierungsanlage eingebaut ist.

Dazu ist in Fig. 1 in teilweiser Schnittdarstellung eine Anordnung der erfindungswesentlichen Bestandteile gezeigt. Auf einer Leiterplatte 7 ist eine Fassung 6 angeordnet, die zur steckbaren Aufnahme eines als Mikroprozessorschaltkreis ausgeführten Bauelementes 4 vorgesehen ist. Das Bauelement 4 ist durch ein flaches, im wesentlichen quaderförmiges Gehäuse gebildet, wobei die der Leiterplatte 7 zugewandte Seite des Bauelementes 4 weitgehend mit Anschlußstiften 8 besetzt ist. Als thermisch kontaktierbare Oberfläche des Bauelementes 4 ist demgemäß vorzugsweise die der Leiterplatte 7 abgewandte Seite des Bauelementes 4, die zudem aufgrund der Bauform die thermisch schlüssigste Verbindung zur Wärmequelle darstellt, vorgesehen.

Wegen zulässiger Toleranzen können beliebige Punkte auf der der Leiterplatte 7 abgewandten Oberfläche des Bauelementes 4, in Fig. 1 symbolisiert durch die senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Körperkanten des Bauelementes 4, verschieden von der Leiterplatte 7 beabstandet sein, d. h. H1 ≠ H2. Dabei sind die konkrete Schieflage sowie die absoluten Abstandsmaße H1 und H2 völlig unbestimmt.

In einem konstanten Abstand ist parallel zur Ebene der Leiterplatte 7 ein Kühlkörper 1 angeordnet, der über nicht dargestellte, gleichlange Distanzstücke mit der Leiterplatte 7 fest verbunden sein kann. Zum Ausgleich der Abstandsdifferenzen zwischen der der Leiterplatte 7 abgewandten Oberfläche des Bauelementes 4 und der dem Bauelement 4 zugewandten Oberfläche des Kühlkörpers 1 sind zwei komplementäre, spielbehaftet mäanderförmig ineinandergreifende, geschnitten dargestellte Wärmeübertragungsglieder 2 und 3 vorgesehen. Dabei ist eines der Wärmeübertragungsglieder 2 starr an dem Kühlkörper 1 befestigt und das andere Wärmeübertragungsglied 3 ist durch eine Feder 5 flächenhaft mit der der Leiterplatte 7 abgewandten, thermisch kontaktierbaren Oberfläche des Bauelementes 4 kraftschlüssig verbunden. Dabei gestattet das vorgesehene Spiel zwischen den Wärmeübertragungsgliedern 2 und 3 den beabsichtigten Ausgleich der Schieflage und der Abstände.

Durch flächige Auflage des Wärmeübertragungsgliedes 3 auf der thermisch kontaktierbaren Oberfläche des Bauelementes 4 wird der thermische Obergangswiderstand an diesem Übergang kleingehalten, so daß das Temperaturgefälle zwischen dem Bauelement 4 und dem Wärmeübertragungsglied 3 gering ist. Der Wärmeübertragungswiderstand zwischen dem Kühlkörper 1 und dem Wärmeübertragungsglied 2 ist wegen der starren Verbindung vernachlässigbar.

Die Zwischenräume zwischen dem Kühlkörper 1 und dem daran befestigten Wärmeübertragungsglied 2, zwischen dem Bauelement 4 und dem mit ihm verbundenen Wärmeübertragungsglied 3 sowie zwischen den beiden Wärmeübertragungsgliedern 2 und 3 sind mit einer für sich bekannten Wärmeleitpaste ausgefüllt. Auf diese Weise wird der thermische Gesamtübergangswiderstand zwischen dem Bauelement 4 und dem Kühlkörper 1 weiter reduziert.

Der Ausschnitt in Fig. 2 zeigt ein Wärmeübertragungsglied 2 bzw. 3 mit rechteckiger Grundfläche, die schachbrettmusterartig mit Säulen besetzt ist. Im Rahmen des Spiels zwischen den Säulen ist eine Verkippung komplementärer Wärmeübertragungsglieder zueinander in beliebigen Winkeln, bezogen auf eine Körpergrundkante, möglich. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet für Bauelemente, deren thermisch kontaktierbare Oberfläche eine rechteckige Gestalt aufweist.

Bezugszeichenliste

1

Kühlkörper

2

,

3

Wärmeübertragungsglieder

4

Bauelement

5

Feder

6

Fassung

7

Leiterplatte

8

Anschlußstifte

Claims (2)

1. Anordnung zur thermischen Kopplung zwischen einem Bauelement und einem Kühlkörper, bei denen die Ebenen der thermisch kontaktierbaren Oberflächen von der Parallelität und einem Nennabstand abweichen, wobei zwei komplementäre, spielbehaftet mäanderförmig ineinandergreifende Wärmeübertragungsglieder vorgesehen sind, von denen eines an dem Kühlkörper starr befestigt ist und das andere federbelastet flächenhaft mit einer thermisch kontaktierbaren Oberfläche des Bauelementes verbunden ist, und die derart ausgestaltet sind, daß die Summe der gegenüberliegenden Flächenanteile der komplementären, mäanderförmig ineinandergreifenden Wärmeübertragungsglieder für jedes Wärmeübertragungsglied größer als die thermisch kontaktierbare Oberfläche des Bauelementes ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungsglieder (2, 3) auf den einander zugewandten Oberflächen Säulen in schachbrettmusterartiger Anordnung aufweisen.

2. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Zwischenräume zwischen dem Kühlkörper (1) und dem daran befestigten Wärmeübertragungsglied (2), zwischen dem Bauelement (4) und dem mit ihm verbundenen Wärmeübertragungsglied (3) und zwischen den beiden Wärmeübertragungsgliedern (2, 3) mit einer Wärmeleitpaste ausgefüllt ist.