DE19640381C2 - Kühlkörper für elektronische Bauelemente mit einem Lüfter und Verfahren zur Montage des Kühlkörpers - Google Patents
Kühlkörper für elektronische Bauelemente mit einem Lüfter und Verfahren zur Montage des KühlkörpersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper für elektronische
Bauelemente, insbesondere für Pentium-Prozessoren.
Für den zuverlässigen Einsatz von Halbleiter-Bauelementen
ist eine gute Wärmeabfuhr unerläßlich. Mit zunehmender Lei
stungsdichte oder mit steigender Integration der elektroni
schen Bauelemente müssen regelmäßig größere Verlustleistungen
in Form von Verlustwärme abgeführt werden. Damit ist eine gu
te Wärmeleitung im Inneren der Bausteine notwendig. Danach
folgt die Übertragung der Verlustwärme nach außen. Dies kann
verschiedenartig geschehen, beispielsweise durch Konvektion,
Wärmeleitung oder Wärmestrahlung.
Teilweise werden sog. Wärmeverteiler oder Wärmeableitkör
per aus Metall konstruktiv so plaziert, daß sie nach außen
aus dem Kunststoffgehäuse eines Bauelementes herausragen. Ein
sog. Heatslug (Wärmetrum, Wärmesenke, Wärmeableitkörper) bildet eine vollständi
ge oder partielle flächige Seite eines Kunststoffgehäuses ei
nes Bauelementes. Diese flächige Seite des Heatslugs ist ent
weder bündig mit dem Kunststoffgehäuse oder überstehend aus
gelegt. Die hier vorhandene Wärmeübertragung durch Konvektion
oder Strahlung reicht in der Regel nicht aus, da die nach au
ßen tretende Fläche des Heatslugs zu klein ist. Somit werden
für viele Bauelemente Kühlkörper aufgesetzt, die insgesamt
die wärmeableitende Oberfläche vergrößern und im Kontakt mit
der nach außen stehenden Oberfläche des Heatslugs sind. Um
diese Kühlkörper vorteilhaft anzukoppeln, werden sog. Wärme
leitfolien eingesetzt, die Unebenheiten an den Bestandteilen
ausgleichen, so daß keinerlei Lufteinschlüsse die Wärmeüber
tragung bzw. Wärmeleitung behindern.
Im Stand der Technik sind verschiedenartige Ausbildungen von
Kühlkörpern bekannt. So wird ein Kühlkörper in der DE-OS 43 35 299
beschrieben. Weitere Formen von Kühlkörpern ergeben sich
aus der DE-OS 24 25 723 oder aus der japanischen Offenlegungsschrift
3-94456. Ein mäanderförmig aus einem Blechstreifen
gebogener Kühlkörper wird in der deutschen älteren Patentanmeldung
mit der amtlichen Anmeldenummer 195 31 628.2 beschrieben.
Dieser Kühlkörper weist Mäanderbögen auf, die als Kontaktflä
chen für die Wärmeübertragung vom Heatslug zum Kühlkörper
dienen. Der Kühlkörper hat eine innere Vorspannung, die für
eine Stabilisierung der für die Montage notwendigen Schnapp
verbindungen sorgt. Im montierten Zustand ist dieser Kühlkör
per bis zu einem gewissen Grad längs elastisch.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE-OS 32 03 609 A1 ist ein Kühlkörper
für integrierte Bauelemente bekannt, welcher
aus einem mäanderförmigen Blechstreifen besteht und an einem
Konvektionsbereich Abluftöffnungen
aufweist.
Für bestimmte Kühlkörper bzw. für die Kühlung bestimmter Bau
elemente ist neben der Montage der Kühlkörper auch die Montage
eines notwendigen Lüfters zu betrachten. Da diese Kühlkörper
vor dem Hintergrund von großen Stückzahlen sehr kostengün
stig, leicht zu montieren, selbstzentrierend und gut fixier
bar sein sollen, werden hohe Anforderungen an sie gestellt.
Die im Vordergrund stehende einfache Montage wird durch die
Anforderung der Montage eines zusätzlichen Lüfters erschwert.
Durch das deutsche Gebrauchsmuster
DE-GM 94 09 045 ist ein Kühlkörper für
Mikroprozessoren bekannt, der massiv
ausgeführt ist und in den ein Lüfter und
ein Bauelement eingeschoben werden können.
Das deutsche Gebrauchsmuster DE-GM 93 02 754
offenbart eine Kühlrippenanordnung für
integrierte Schaltungen, die durch Schnapp
verbindungen mit dem elektronischen Bauelement
und mit einem Lüfter verbunden wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlkörper zu
entwickeln, der auf einen Heatslug eines Prozessors bzw.
elektronischen Bauelementes aufgeklipst werden kann. Ein Lüf
ter soll dabei integrierbar sein und gleichzeitig den Kühl
körper und das elektronische Bauelement bzw. dessen Heatslug
belüften. Weiterhin sind Verfahren zur Montage des Kühlkörpers anzuge
ben.
Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die Merkmale von
Anspruch 1 bzw. Anspruch 7, 8 oder 9.
Die Grundlage der Erfindung ist eine Konstruktion, bei der
das elektronische Bauelement unten plaziert ist und dessen
Heatslug nach oben sichtbar ist bzw. geringfügig nach oben
übersteht, wobei darauf der Kühlkörper montiert wird und an
der dem Bauelement gegenüberliegenden Seite des Kühlkörpers
der Lüfter angebracht ist. Bei dieser Erfindung liegt ein aus
einem gestanzten und gebogenen Blechstreifen dargestellter
Kühlkörper vor. Die Erzeugung von Vorspannungen durch ent
sprechende Ausbildungen der Mäanderform, wobei im montierten
Zustand eine Spannkraft wirkt und den Kühlkörper stabili
siert, ist in diesem Fall im wesentlichen aus Platzgründen
nur sehr eingeschränkt möglich. Die Anforderung besteht dar
in, eine Verbundkonstruktion aus Bauelement, Kühlkörper und
Lüfter zu erzeugen, die einfach aufgebaut und stabil ist. Die
für die Betriebssicherheit erforderliche Steifigkeit erhält
der Kühlkörper durch entsprechendes Einschnappen verschiede
ner Verbindungskonstruktionen, wobei die Bestandteile des
Verbundes jeweils eng aneinanderliegen bzw. aneinandergezogen
werden. Somit entsteht ein guter Wärmekontakt zwischen Heats
lug und Kühlkörper.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteransprü
chen entnommen werden.
Im folgenden werden anhand von schematischen Figuren Ausfüh
rungsbeispiele beschrieben.
Fig. 1 zeigt die teilweise geschnittene Seitenansicht eines
Aufbaus bestehend aus einem Sockel, einem elektronischen Bau
element, einem Kühlkörper und einem Lüfter,
Fig. 2 zeigt eine Ansicht des Kühlkörpers von oben,
Fig. 3 zeigt eine Ansicht des Kühlkörpers von unten,
Fig. 4 zeigt eine Abwicklung bzw. einen Blechstreifen aus
dem ein Kühlkörper hergestellt wird,
Fig. 5 bis 8, sowie Fig. 9 und 10 sowie 11 bis 14 zei
gen drei verschiedene Montageverfahren des Kühlkörpers, wobei
Fig. 15 den montierten Endzustand entsprechend Fig. 1 dar
stellt.
In den Fig. 1 bis 4 sind im wesentlichen konstruktive
Merkmale des Kühlkörpers 1 in verschiedenen Ansichten und bei
verschiedenen Zuständen dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Verbund eines erfindungsgemäßen Kühlkör
pers 1 zusammen mit einem eingebauten und arretierten Lüfter
4, sowie mit einem mit einem Wärmeableitkörper 3 versehenen Bauelement
2, das auf einem Sockel 20 kontaktiert ist. Kontaktpins sind
in diesem Fall nicht dargestellt ist. In Fig. 1 sind die we
sentlichen Merkmale, die die Stabilität des Kühlkörpers 1 ge
währleisten, erkennbar. Hierzu gehört, daß der Kühlkörper mit
oberen Nasen 14 und unteren Nasen 15 jeweils horizontal im
Verbund arretiert oder eingespannt ist. Die oberen Nasen 14
bilden im wesentlichen eine Arretierung für den Lüfter 4. Die
unteren Nasen 15, die entweder unter das Bauelement 2 ein
schnappen oder in einen Sockel 20 innerhalb von Vertiefungen
21 müssen durch vertikal auf den Verbund wirkende Kräfte zum
Einschnappen gebracht werden. Somit werden die unteren Mäan
derbögen 9 durch eine damit erzeugte Vorspannkraft auf den
Wärmeableitkörper 3 gedrückt. Diese Vorspannkraft wird durch entspre
chende Biegung des Blechstreifens gewährleistet. Zur besseren
Kontaktierung zwischen den unteren Mäanderbögen 9 und dem
Wärmeableitkörper 3 können sog. Wärmeleitfolien eingesetzt werden. Die
Schultern 10 und die Lappen 12 sorgen für eine exakte Aus
richtung der unteren Mäanderbögen relativ zum Wärmeableitkörper 3. Von
den oberen Mäanderbögen stehen nicht notwendigerweise alle in
Kontakt mit dem Lüfter 4. Es ist ausreichend, wenn die äuße
ren beiden oberen Mäanderbögen 6 mit den Schnappern 13 als
Auflage für den Lüfter 4 dienen. Die Aussparungen am Lüfter
4, die mit den Schnappern 13 zusammenwirken sollen, sind in
diesem Fall als Durchbrüche 6 ausgelegt. Dies können einfach
ausführbare Bohrungen sein, durch die hindurch ein Lösen der
Schnappverbindung erzielbar ist. Die Schnappverbindung sorgt
im eingebauten bzw. arretierten Zustand dafür, daß die äuße
ren Wände 7, die auch als Rippen bezeichnet werden, und die oberen Verlängerungen 18 in einer be
stimmten Position nach seitlichem Zusammendrücken des Kühl
körpers 1 arretiert sind. Der Kühlkörper 1 ist im wesentli
chen symmetrisch ausgebildet und durch das Anliegen der obe
ren Verlängerungen 18 links und rechts am Lüfter 4 ergibt
sich die Stabilität der zusammengebauten Anordnung. Nachdem
die Oberseite des Bauelementes 2 nicht vollständig vom Wärmeableit
körper 3 belegt ist, enthält die in Fig. 1 dargestellte Ausfüh
rung des Kühlkörpers 1 untere Verlängerungen 19, die ungefähr
im 90° Winkel seitwärts nach außen die äußeren Rippen 7 ver
längern, so daß die unteren Nasen 15 entsprechend eingreifen
können.
In Fig. 2 ist zusätzlich zu den in Fig. 1 dargestellten
Merkmalen ersichtlich, daß durch Zentrierhilfen 11 eine wei
tere Stabilisierung des Kühlkörpers 1 relativ zum Lüfter 4
erzielt wird. Darüber hinaus sind Öffnungen 17 in den oberen
Mäanderbögen 8 vorgesehen, die durch entsprechende Positio
nierung eine gute Luftzirkulation zwischen Lüfter 4 und
Wärmeableitkörper ermöglichen. Konstruktionsbedingt, d. h. durch die
Ausbildung des Kühlkörpers 1 aus einem gestanzten Blechstrei
fen, wird durch die oberen Verlängerungen 18 jeweils eine re
lativ große Öffnung 17 erzeugt. Die Konstruktion des Lüfters
4 mit dessen Flügeln 5 ist derart ausgebildet, daß auch die
seitlich liegenden in den beiden äußeren oberen Mäanderbögen
8 plazierten Öffnungen 17, mit Kühlluft versorgt werden. Die
ser Zusammenhang ist aus der Fig. 1 nicht zu entnehmen.
Fig. 3 zeigt eine Unteransicht des Kühlkörpers 1 mit ent
sprechenden bereits beschriebenen Details. Zusätzlich ist die
Projektion des Wärmeableitkörper 3 an zentraler Stelle angegeben.
Der Kühlkörper 1 kann beispielsweise aus Messingblech mit ei
ner Blechstärke von 0,3 mm bestehen und wird in Stanz-Biege-
Technik hergestellt. Dies hat den Vorteil eines geringen Ma
terialeinsatzes. Neben den Kosteneinsparungen beim Materi
aleinkauf hat dies auch den Vorteil des geringen Gewichtes,
was insbesondere für tragbare Rechner interessant ist, da
sich eine Gewichtsersparnis von ca. 25% gegenüber einem Alu
minium-Strang-Preßkühlkörper ergibt. Die erforderliche Stei
figkeit, die ein hinreichend festes Aufklipsen des Kühl
körpers 1 auf dem Wärmeableitkörper 3 notwendig ist, erhält der Kühl
körper 1 durch die Verbundkonstruktion zwischen Lüfter 4 und
Bauelement 2.
In Fig. 4 ist das Vorprodukt des Kühlkörpers 1, nämlich der
noch nicht gebogene Blechstreifen dargestellt. Zusätzlich zu
den bisher bezeichneten Merkmalen sind Sicken 16 eingebracht,
die eine Stabilisierung der oberen Verlängerungen 18 gewähr
leisten.
In den Fig. 5 bis 15 sind drei verschiedene Montageverfah
ren dargestellt, wobei die Fig. 15 jeweils den fertig mon
tierten Zustand wiedergibt, der der Darstellung in Fig. 1
entspricht. In den Fig. 5 bis 8 wird eine erste Variante
eines Montageverfahrens für den Kühlkörper 1 dargestellt. Da
bei wird zunächst der Lüfter 4 in den Kühlkörper einge
schnappt, nachdem der Kühlkörper 1 ausreichend weit horizon
tal auseinander gezogen worden ist. Somit erhalten die beiden
außen liegenden Rippen 7 des Kühlkörpers 1 in Kombination mit
dem Anliegen der oberen Verlängerungen 18 am Lüfter 4 ent
sprechend Fig. 7 in Verbindung mit einem festen Aufklipsen
über die Schnapper 13 zunächst ihre Steifigkeit. Im Anschluß
daran werden zur Montage auf dem Bauelement 2 die unteren Na
sen 15 entsprechend seitlich auseinandergezogen, so daß das
Bauelement 2 einführbar ist und mit leichtem vertikal gerich
teten Druck einschnappen kann.
Eine relativ einfache Variante eines Montageverfahrens wird
durch die Fig. 9 und 10 wiedergegeben. Hierbei sind je
doch gleichzeitig sämtliche Verfahrensschritte in einer kom
primierten Form auszuführen. Der Kühlkörper 1 wird horizontal
derart auseinander gezogen, daß die lagerichtig bereitge
stellten weiteren Bestandteile, der Lüfter 4 und das Bauele
ment 2, mit einer einzigen Fügebewegung horizontal angedrückt
werden und durch seitliche Entlastung des Kühlkörpers 1 bzw.
durch seitliches Zusammendrücken die Herstellung des Verbun
des geschieht. Es ergibt sich wiederum der montierte Zustand
entsprechend Fig. 15.
In den Fig. 11 bis 14 wird der Kühlkörper 1 aufgrund sei
ner guten Längselastizität ohne Lüfter in einfacher Weise auf
das Bauelement 2 entsprechend der Fig. 11 bis 13 montiert.
In einem weiteren Montageschritt wird dann der Lüfter 4 auf
der dem Bauelement 2 gegenüberliegenden Seite des Kühlkörpers
1 bei seitlich auseinandergezogenen oberen Nasen 14 einge
führt, angedrückt und arretiert. Somit ist die gesamte Kon
struktion versteift.
Weitere Vorteile der Konstruktion bestehen in der leichten
Lösbarkeit des Kühlkörpers, in dem die den Kühlkörper 1 arre
tierenden Elemente leicht entriegelt werden können. Durch
Niederdrücken der Schnapper 13, die den Lüfter 4 auf dem
Kühlkörper 1 fixieren, wird beispielsweise der Lüfter freige
geben. Dadurch wird der Kühlkörper 1 wieder elastisch und
kann leicht demontiert werden. Der Kühlkörper 1 benötigt kei
nerlei Klammern, die ihn mit anderen Bestandteilen der Anord
nung verbinden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der
Kühlkörper 1 mit sehr wenig Verschnitt beim Herstellungspro
zeß gefertigt werden kann. Wie aus der Abwicklung entspre
chend Fig. 4 ersichtlich ist, werden die Aussparungen, die
Öffnungen 17 für den Luftdurchtritt an den beiden äußeren
Kühlrippen dadurch erzeugt, daß das Material hierfür hochge
klappt ist und die oberen Verlängerungen 18 bildet. Diese
Verlängerungen sind gleichzeitig Halterungen für den Lüfter
4. Eine weitere Ausgestaltung des Kühlkörpers 1 sieht Zen
trierhilfen 11 im oberen Bereich vor. Sie bewirken, daß sich
der Lüfter beim Einschnappen in den Kühlkörper 1 von selbst
zentriert.
Claims (9)
1. Kühlkörper für elektronische Bauelemente (2), mit einem Lüfter (4), bestehend
aus einem gestanzten und gebogenen Blechstreifen, der eine
mäanderförmige Form aufweist und dessen Grundfläche ungefähr
gleich der Grundfläche des elektronischen Bauelementes (2)
ist, welches einen annähernd zentral positionierten Wärmeableitkörper
(3) mit kleinerer Grundfläche aufweist,
wobei im montierten Zustand:
- 1. mindestens zwei untere Mäanderbögen (9) des Kühlkörpers (1) mit dem Wärmeableitkörper (3) in Kontakt stehen,
- 2. die unteren Mäanderbögen (9) über Wände (7) des Kühl körpers (1) mit oberen Mäanderbögen (8) verbunden sind,
- 3. die äußeren Wände (7) durch Verlängerungen (18) über die oberen Mäanderbögen (8) nach oben verlängert sind und die Verlängerungen (18) am oberen Ende nach innen gerichtete obere Nasen (14) aufweisen, die einen Lüfter (4) in vertikaler Richtung fixieren,
- 4. die beiden äußeren oberen Mäanderbögen (8) die Auflage für den Lüfter (4) darstellen und Schnapper (13) aufweisen, die in Aussparungen oder Durchbrüche (6) des Lüfters (4) eingreifen und den Lüfter (4) relativ zum Kühlkörper (1) horizontal arretieren,
- 5. an den unteren Enden der äußeren Wände (7) befindliche nach innen gerichtete untere Nasen (15) des Kühlkörpers (1) an gegenüberliegenden Seiten des elektronischen Bauelementes (2) an dessen Unterseite oder in Vertiefungen (21) eines Sockels (20) für das elektro nische Bauelement (2) eingeschnappt sind, so daß die unteren Mäanderbögen (9) gegen den Wärmeableitkörper (3) vertikal angedrückt sind und die Verlängerungen (18) der äußeren Wände (7) am Lüfter (4) anliegen und in den oberen Mäanderbögen (8) ausgebildete Öffnungen (17) im Bereich eines Flügels (5) des Lüfters (4) liegen.
2. Kühlkörper nach Anspruch 1, worin die Mäanderbögen (8, 9)
annähernd rechtwinklig zu den Wänden (7) ausgebildet sind.
3. Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin
an den unteren Mäanderbögen (9) dargestellte Lappen (12) und
Schultern (10) mit Außenkanten des Wärmeableitkörpers (3)
korrespondieren.
4. Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin
sich die unteren Nasen (15) am äußeren Ende von
Verlängerungen (19) befinden, die an den unteren Enden der
äußeren Wände (7) ansetzen.
5. Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin
zumindest an den äußeren oberen Mäanderbögen (8)
Zentrierhilfen (11) für den Lüfter (4) vorgesehen sind.
6. Kühlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin
die an den äußeren oberen Mäanderbögen (8) befindlichen
Verlängerungen (18) durch Sicken (16) stabilisiert sind.
7. Verfahren zur Montage eines Kühlkörpers entsprechend einem
der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Lüfter (4) auf einem
elektronischen Bauelement mit folgenden Schritten:
- 1. der Kühlkörper (1) wird horizontal auseinander gezogen, so daß der Lüfter (4) zwischen den oberen Nasen (14) eingeführt werden kann,
- 2. der Kühlkörper (1) wird horizontal derart zusammengedrückt, daß die Schnapper (13) in den Durchbrüchen (6) des Lüfters (4) einschnappen,
- 3. der Kühlkörper (1) wird an den unteren Nasen (15) horizontal auseinandergezogen, so daß der Kühlkörper (1) auf das elektronische Bauelement aufsetzbar ist und die unteren Nasen (15) bei gleichzeitig vertikal nach unten wirkendem Druck auf den Kühlkörper (1) an den äußeren Kanten des elektronischen Bauelementes (2) oder in Vertiefungen (21) eines Sockels (20) für das elektronische Bauelement (2) einschnappen, sobald sie in horizontaler Richtung freigegeben werden.
8. Verfahren zur Montage eines Kühlkörpers entsprechend einem
der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Lüfter (4) auf einem
elektronischen Bauelement (2) mit folgenden Schritten:
- 1. der Kühlkörper (1) wird horizontal auseinandergezogen, so daß der Lüfter (4) zwischen den oberen Nasen (14) und das elektronische Bauelement (2) zwischen den unteren Nasen (15) eingeführt werden können,
- 2. der Lüfter (4) und das elektronische Bauelement (2) werden in vertikaler Richtung an den Kühlkörper (1) entsprechend angedrückt und der Kühlkörper (1) wird in horizontaler Richtung gleichzeitig zusammengedrückt, so daß die unteren Nasen (15) am elektronischen Bauelement (2) oder in Vertiefungen (21) eines Sockels (20) für das elektronische Bauelement (2) und die Schnapper (13) am Lüfter (4) einschnappen und die oberen Nasen (14) über den Lüfter (4) greifen.
9. Verfahren zur Montage eines Kühlkörpers entsprechend einem
der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Lüfter (4) auf einem
elektronischen Bauelement (2) mit folgenden Schritten:
- 1. der Kühlkörper (1) wird horizontal auseinandergezogen, so daß das elektronische Bauelement (2) bzw. der Sockel (21) eines elektronischen Bauelementes (2) zwischen den unteren Nasen (15) des Kühlkörpers (1) eingeführt werden kann,
- 2. der Kühlkörper (1) wird auf das elektronische Bauelement (2) angedrückt und bei horizontaler Freigabe des Kühlkörpers (1) schnappen die unteren Nasen (15) am elektronischen Bauelement (2) oder in Vertiefungen (21) eines Sockels (20) für das elektronische Bauelement (2) ein,
- 3. der Kühlkörper (1) wird an den oberen Nasen (14) horizontal derart auseinandergezogen, daß der Lüfter (4) einführbar ist,
- 4. der Lüfter (4) wird vertikal an den Kühlkörper (1) angedrückt und der Kühlkörper (1) wird gleichzeitig im oberen Bereich derart horizontal zusammengedrückt, daß die Schnapper (13) in die Durchbrüche (6) des Lüfters (4) einschnappen und die oberen Nasen (14) über die Kanten des Lüfters greifen.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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