DE19841911A1 - Heat sink device for semiconductor elements or electric motor has extruded lightweight metal base profile provided with projecting spaced cooling ribs - Google Patents

Heat sink device for semiconductor elements or electric motor has extruded lightweight metal base profile provided with projecting spaced cooling ribs

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Abstract

The heat sink device has an extruded base profile (1.1) made of a lightweight metal, with a number of spaced cooling ribs (1.2) projecting from the base profile in a direction which is perpendicular or at an angle to the direction of extrusion of the base profile, in thermal contact with the base profile. The cooling ribs can fit into respective locating grooves provided in the base profile. An Independent claim is also included for the production of a heat sink device.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper zum Kühlen von Elementen, insbesondere von Halbleiterbauelementen, Motoren und Aggregaten, insbesondere zumindest teilweise aus stranggepreßtem Aluminium oder anderem Leichtmetall hergestellte Kühleinheit mit in Abstand zueinander an mindestens einer Grundplatte angeschlossenen und davon abragenden Kühlrippen mit im wesentlichen L-förmiger oder T-förmiger Ausbildung der Verbindungskante, welche in Einsatznuten oder dgl. Ausnehmungen der Grundplatte mittels Verformung einer Verstemmrippe festliegen.The invention relates to a heat sink for cooling Elements, in particular of semiconductor components, motors and aggregates, especially at least partially extruded aluminum or other light metal manufactured cooling unit with at a distance from each other connected to at least one base plate and thereof protruding cooling fins with a substantially L-shaped or T-shaped formation of the connecting edge, which in Insert grooves or the like. Recesses of the base plate by means of Deformation of a caulking rib is fixed.

In vielen industriellen Bereichen müssen heute Elemente gekühlt werden. Die Kühlung von Elementen erfolgt in der Regel so, daß die Elemente auf eine Montageseite eines Kühlkörpers montiert werden und die Wärme in eine Vielzahl von Kühlrippen geleitet wird, die z. B. zu einer freien Seite des Kühlkörper abragen. Bei einer Vielzahl von Kühlkörpern sind die Kühlrippen als separate Strangpreßprofile ausgebildet und werden in einer Einsatznut oder dgl. Ausnehmung der Grundplatte verstemmt. Diese können bis zu einer Mindestdicke von ca. 1,5 mm herzustellt werden. Dabei weisen die Kühlrippen an einer Längskante einen in der Regel 3-4 mm dicken Kupplungssockel auf. Die Kühlrippen werden durch Verformung der Einsatznut gegen den Kupplungssockel verstemmt.Elements have to be used in many industrial areas today be cooled. The cooling of elements takes place in the Rule so that the elements on a mounting side of a Heatsink can be mounted and heat in a variety is guided by cooling fins, the z. B. to a free Protect the side of the heat sink. With a variety of Heatsinks are the cooling fins as separate Extruded profiles are formed and are in one  Insert groove or the like. Recess of the base plate. These can be up to a minimum thickness of approx. 1.5 mm to be manufactured. The cooling fins have one Long edge usually 3-4 mm thick Coupling base on. The cooling fins are deformed the insert groove is caulked against the coupling base.

Insbesondere bei natürlicher Kühlung durch freie Konvektion ist der Wärmeübergang von der Kühlrippenoberfläche zur Luft gering. Der Einsatz von stranggepreßten Kühlrippen mit Mindestdicke über 1,5 mm stellt wärmetechnisch häufig eine Überdimensionierung dar. Oft genügen als Kühlrippe dünne Kühlbleche von wenigen Zehntelmillimeter, um die erforderliche Wärmeleitung in der Kühlrippe sicherzustellen. Die Ausbildung von wenige Zehntelmillimeter breiten Einsatznuten zum Verstemmen dünner Kühlbleche ist strangpreßtechnisch jedoch nicht möglich.Especially with natural cooling through free convection is the heat transfer from the cooling fin surface to the air low. The use of extruded cooling fins with From a thermal point of view, a minimum thickness of more than 1.5 mm often represents a Oversizing means that thin ribs are often sufficient Cooling plates of a few tenths of a millimeter to the required heat conduction in the cooling fin ensure. Training a few Tenths of a millimeter wide grooves for caulking However, thin cooling plates are not extrusion-wise possible.

Der Erfinder hat sich zur Aufgabe gemacht, dennoch eine Möglichkeit zu schaffen, um dünnste Kühlbleche mit der Grundplatte wirtschaftlich zu verbinden.The inventor has set himself the task, yet one Possibility to create the thinnest cooling plates with the To connect the base plate economically.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Grundplatte Einsatznuten auf. Charakteristisch ist, daß die Abstände der Einsatznuten sehr gering sind und zwei benachbarte Einsatznuten eine dünne Verstemmrippe ausbilden. Die Kühlbleche weisen entlang ihrer Verbindungskante eine L- förmige oder T-förmige Ausbildung mit im wesentlichen der Breite der Einsatznut auf. Die Verstemmrippen werden im allgemeinen zur Waagerechten umgedrückt und mittels Stemmeisen gegen die Oberseite der L-förmigen oder T- förmigen Ausbildung des Kühlbleches bzw. der Kühlrippe verstemmt.To solve this problem, the base plate Insert grooves on. It is characteristic that the distances the grooves are very small and two adjacent Form a thin caulking rib. The Cooling plates have an L- along their connecting edge shaped or T-shaped training with essentially the Width of the insert groove. The caulking ribs are in the generally overturned to the horizontal and by means of Chisels against the top of the L-shaped or T- shaped formation of the cooling plate or the cooling fin caulked.

In einer anderen Ausführungsform ist neben jeder, ein Kühlblech enthaltenden Einsatznut in der Grundplatte eine in ihrer Tiefe geringere Hilfsnut angeordnet. Die Einsatznut und Hilfsnut bilden hierbei wiederum eine dünne Verstemmrippe aus. Diese Ausführung wird bevorzugt, wenn die Verbindungskante der Kühlrippen eine T-förmige Ausbildung aufweist oder wenn Kühlrippen verstemmt werden, die quer zu den Einsatznuten mit der Grundplatte verbunden werden sollen.In another embodiment, next to everyone is a Insert plate containing cooling plate in the base plate  lower auxiliary groove arranged in its depth. The The insert groove and auxiliary groove in turn form a thin one Caulking rib. This version is preferred if the connecting edge of the cooling fins is a T-shaped Training or when cooling fins are caulked, which are connected to the base plate across the insert grooves should be.

Die Ausführungen eignen sich gleichermaßen für konventionell stranggepreßte Kühlrippen als auch für abgekantete oder Ausklinkungen aufweisende dünnste Kühlbleche mit im wesentlichen L-förmiger oder T-förmiger Ausbildung der Verbindungskante.The designs are equally suitable for conventionally extruded cooling fins as well for folded or notched thinnest Cooling plates with an essentially L-shaped or T-shaped Formation of the connecting edge.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt inFurther advantages, features and details of the invention result from the following description more preferred Exemplary embodiments and with reference to the drawing; this shows in

Fig. 1 die Frontansicht eines Kühlkörpers mit längs in die Einsatznuten eingelegten Kühlrippen; Fig. 1 is a front view of a cooling body with longitudinally inserted into the socket flutes cooling fins;

Fig. 2 die Frontansicht eines Kühlkörpers mit quer zu den Einsatznuten eingesetzten Kühlrippen; Fig. 2 is a front view of a heat sink with a transversely inserted to the socket flutes cooling fins;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht auf den Kühlkörper nach Fig. 2; Fig. 3 is a perspective view of the heatsink of FIG. 2;

Fig. 4 die Frontansicht eines Kühlkörpers; Fig. 4 is a front view of a heat sink;

Fig. 5 die Frontansicht eines Kühlkörpers. Fig. 5 is a front view of a heat sink.

Ein Kühlkörper gemäß Fig. 1 weist eine Vielzahl von eng beabstandeten Einsatznuten 3 auf. Zwei benachbarte Einsatznuten 3 bilden dabei eine Verstemmrippe 4 aus. Die Verstemmrippe 4 wird im allgemeinen zur Waagerechten umgedrückt und mittels Stemmeisen 5 gegen die Oberseite 12 der L-förmigen Ausbildung 10 des Kühlbleches 2 bzw. Kühl­ rippe verstemmt.A heat sink as shown in FIG. 1 has a plurality of closely spaced socket flutes. 3 Two adjacent insert grooves 3 form a caulking rib 4 . The caulking rib 4 is generally pressed to the horizontal and caulked by means of chisels 5 against the top 12 of the L-shaped formation 10 of the cooling plate 2 or cooling rib.

Fig. 2 zeigt das Prinzip der Verstemmung von Kühlrippen 2, die quer zu den Einsatznuten 3 des Grundprofils 1 eingesetzt werden. Ausstanzungen 15 in den Kühlrippen 2 erlauben es, die Kühlrippen mit ihren L-förmigen oder T- förmigen Rippenfüßen 21 in die Einsatznuten 3 und ggf. in die Hilfnuten 8 einzusetzen. Anschließend erfolgt die Verstemmung der Verstemmrippen 4 in der Weise, daß die Verstemmrippen 4.1 und 4.2 seitlich zueinander umgedrückt und mittels Stemmeisen gegen eine Oberseite 12.3 der T- förmigen Ausbildungen 11 der Kühlrippe 2 verstemmt werden. Die Verstemmrippen 4.3 und 4.4 zeigen diese nach der Verstemmung. Fig. 2 shows the principle of caulking cooling fins 2 , which are used transversely to the grooves 3 of the base profile 1 . Punched holes 15 in the cooling fins 2 allow the cooling fins with their L-shaped or T-shaped fin feet 21 to be inserted into the insert grooves 3 and possibly into the auxiliary grooves 8 . Subsequently, the caulking of the Verstemmrippen 4 is effected in such a manner that the Verstemmrippen 4.1 and 4.2 vice presses laterally to one another and the fin 2 are caulked by means of a chisel against an upper surface 12.3 of the T-shaped formations. 11 The caulking ribs 4.3 and 4.4 show this after caulking.

In dieser beispielhaften Ausführung bilden Einsatznuten 3 und in der Tiefe und Breite geringere Hilfsnuten 8 zum Nutgrund verkürzte Verstemmrippen 4.1, 4.2 aus. Dadurch wird verhindert, daß beim Umdrücken der Verstemmrippe 4 die T-förmigen Ausbildungen 11 der Kühlrippe 2 bzw. deren Ausklinkungen oder dgl. gestaucht werden, was in der Praxis zu einer Vielzahl von Problemen führt.In this exemplary embodiment, insert grooves 3 and, in depth and width, smaller auxiliary grooves 8 to the groove base shortened caulking ribs 4.1 , 4.2 . This prevents the T-shaped constructions 11 of the cooling fin 2 or their notches or the like from being compressed when the caulking rib 4 is pressed over, which leads to a multitude of problems in practice.

Fig. 3 zeigt einen Kühlkörper nach Fig. 2 perspektivisch. Tatsächlich erfolgt im gezeigten Fall ein Umdrücken und Verstemmen nicht der gesamten Verstemmrippe 4, sondern nur der zwischen zwei Kühlrippen, z. B. der Kühlrippen 2.3 und 2.4 befindlichen Abschnitte 4.5 der Verstemmrippen 4. Dies wird auch in der Seitenansicht des Kühlkörpers in Fig. 2 deutlich. Die Abschnitte 4.5 der Verstemmrippen 4 werden bei T-förmigem Rippenfuß 21 gegen die zueinandergerichtete Oberseite 12 der beiden benachbarten Kühlrippen 2.1 und 2.2 verstemmt. Fig. 3 shows a heat sink according to Fig. 2 in perspective. In fact, in the case shown, the entire caulking rib 4 is not pressed and caulked, but only that between two cooling ribs, e.g. B. the cooling fins 2.3 and 2.4 located sections 4.5 of the caulking 4th This is also evident in the side view of the heat sink in FIG. 2. The sections 4.5 of the Verstemmrippen 4 are caulked with a T-shaped rib foot 21 against the upper side 12 directed towards one another of the two adjacent cooling fins 2.1 and 2.2.

Die Ausbildung von Verstemmrippen 4 mittels Hilfsnuten 8 eignet sich insbesondere auch für die Verstemmung von längs in die Einsatznuten festliegenden Kühlrippen mit T-förmiger Ausbildung 11 des Rippenfußes 21. Fig. 4 zeigt, daß sich diese Ausführung aber auch für die Verstemmung von längs in die Einsatznuten festliegenden Kühlrippen mit L-förmigen Ausbildungen 10 am Rippenfuß 21 eignet. Eine Hilfsnut 8 und die benachbarten Einsatznuten 3 bilden hierbei jedoch im wesentlichen nur eine Verstemmrippe 3 aus, während auf der Rückseite 9 der Kühlrippe 2 funktionell eine Stützrippe 7 ausgebildet wird. Die Verstemmrippe 4 ist vorzugsweise länger als der Rippenschenkel der L-förmigen Ausbildung 10, wodurch die Verstemmrippe 4 die Kühlrippe gegen die Stützrippe 7 oder Nutwand der Einsatznut drückt. Dies veranschaulichen die verformten Verstemmrippen 4.6 und 4.7. Vorteilhaft ist, wenn die Kühlrippen 2 eine Rastnut 20 oder dgl. am Rippenfuß 21 aufweisen. Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, am Nutgrund 16, den Nutecken 17 bzw. Nutflanken 18 der Einsatznuten 3 Hinterschneidungen 19 auszuführen, wodurch die Passung der Kühlrippe 2 in der Einsatznut 3 und/oder das Umformen der Verstemmrippen 4 verbessert wird.The formation of caulking fins 4 by means of auxiliary grooves 8 is also particularly suitable for the caulking of cooling fins with T-shaped design 11 of the fin base 21 which are fixed longitudinally in the insert grooves. Fig. 4 shows that this embodiment is also suitable for caulking longitudinally fixed cooling fins with L-shaped formations 10 on the fin base 21 . However, an auxiliary groove 8 and the adjacent insert grooves 3 essentially form only one caulking rib 3 , while a functional rib 7 is functionally formed on the rear side 9 of the cooling fin 2 . The caulking rib 4 is preferably longer than the rib leg of the L-shaped configuration 10 , as a result of which the caulking rib 4 presses the cooling rib against the support rib 7 or groove wall of the insert groove. This is illustrated by the deformed caulking ribs 4.6 and 4.7 . It is advantageous if the cooling fins 2 have a locking groove 20 or the like on the fin base 21 . It has also proven to be advantageous to make undercuts 19 on the groove base 16 , the groove corners 17 or groove flanks 18 of the insert grooves 3 , whereby the fit of the cooling fin 2 in the insert groove 3 and / or the shaping of the caulking ribs 4 is improved.

Im Falle, daß die Hilfsnut 8 eine geringere Tiefe aufweist als die Einsatznuten 3, kann eine Stützrippe 7 auch entfallen. Die Kühlrippe 2 sitzt dennoch ein Stück weit in der Einsatznut 3, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. In the event that the auxiliary groove 8 has a smaller depth than the insert grooves 3 , a support rib 7 can also be omitted. The cooling fin 2 nevertheless sits a little way in the insert groove 3 , as shown in FIG. 5.

BezugszeichenlisteReference list

11

Grundplatte (Base plate (

Fig.Fig.

1)
1)

22nd

Kühlrippe (Cooling fin (

Fig.Fig.

1)
1)

33rd

Einsatznut (Insert groove (

Fig.Fig.

1)
1)

44th

Verstemmrippe (Caulking rib (

Fig.Fig.

1)
1)

55

Stemmeisen (Chisels (

Fig.Fig.

1)
1)

66

-
-

77

Stützrippe (Support rib (

Fig.Fig.

4)
4)

88th

Hilfsnut (Auxiliary groove (

Fig.Fig.

2)
2)

99

Rückseite der Kühlrippe (Rear of the cooling fin (

Fig.Fig.

4)
4)

1010th

L-förmige Ausbildung der Verbindungskante der Kühlrippe (L-shaped formation of the connecting edge of the Cooling fin (

Fig.Fig.

1)
1)

1111

T-förmige Ausbildung der Verbindungskante der (T-shaped formation of the connecting edge of the (

Fig.Fig.

2) Kühlrippe
2) cooling fin

1212th

Oberseite eines Schenkel einer L-förmigen oder T- förmigen Kühlrippe (Top of one leg of an L-shaped or T- shaped cooling fin (

Fig.Fig.

1)
1)

1313

-
-

1414

-
-

1515

Ausstanzung (Punching (

Fig.Fig.

2)
2)

1616

Nutgrund (Groove base (

Fig.Fig.

4)
4)

1717th

Nutecke (Groove corner (

Fig.Fig.

4)
4)

1818th

Nutflanke (Flank (

Fig.Fig.

4)
4)

1919th

Hinterschneidung (Undercut (

Fig.Fig.

4)
4)

2020th

Rastnut (Locking groove (

Fig.Fig.

4)
4)

2121

Rippenfuß (Rib foot (

Fig.Fig.

2)
2)

2222

Kühlfläche der Kühlrippe (Cooling surface of the cooling fin (

Fig.Fig.

4)
4)

Claims (10)

1. Kühlkörper zum Kühlen von Elementen, insbesondere von Halbleiterbauelementen, Motoren und Aggregaten, insbesondere zumindest teilweise aus stranggepreßtem Aluminium oder anderem Leichtmetall hergestellte Kühleinheit mit in Abstand zueinander an mindestens einer Grundplatte angeschlossenen und davon abragenden Kühlrippen mit im wesentlichen L-förmiger oder T-förmiger Ausbildung der Verbindungskante, welche in Einsatznuten oder dgl. Ausnehmungen der Grundplatte mittels Verformung einer Verstemmrippe festliegen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte Nuten (3, 8) der Grundplatte (1) eine Verstemmrippe (4-4.7) ausbilden, welche zumindest abschnittsweise zu einer Seite umgedrückt und zumindest gegen eine Oberseite (12) einer L-förmigen (10) oder T- förmigen (11) Ausbildung des Rippenfußes (21) mindestens einer Kühlrippe (2-2.4) verstemmt ist.1. heat sink for cooling elements, in particular semiconductor components, motors and units, in particular at least partially made of extruded aluminum or other light metal cooling unit with spaced-apart cooling fins with at least one base plate projecting therefrom with an essentially L-shaped or T-shaped one Formation of the connecting edge , which are fixed in insert grooves or similar recesses in the base plate by means of deformation of a caulking rib, characterized in that two adjacent grooves ( 3 , 8 ) of the base plate ( 1 ) form a caulking rib ( 4-4.7 ) which, at least in sections, becomes one Side pressed and caulked at least against an upper side ( 12 ) of an L-shaped ( 10 ) or T-shaped ( 11 ) design of the fin base ( 21 ) of at least one cooling fin ( 2-2.4 ). 2. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte Einsatznuten (3) eine Verstemmrippe festlegen.2. Heat sink according to claim 1, characterized in that two adjacent insert grooves ( 3 ) define a caulking rib. 3. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einsatznuten (3) und eine Hilfsnut (8) eine Verstemmrippe festlegen.3. Heat sink according to claim 1, characterized in that an insert grooves ( 3 ) and an auxiliary groove ( 8 ) define a caulking rib. 4. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfsnut (8) zwischen zwei Einsatznuten (3) eine Verstemmrippe (4) und eine Stützrippe (7) festlegen. 4. Heat sink according to claim 1, characterized in that an auxiliary groove ( 8 ) between two insert grooves ( 3 ) define a caulking rib ( 4 ) and a support rib ( 7 ). 5. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfsnut (8) zwischen zwei Einsatznuten (3) zwei Verstemmrippen festlegen.5. Heat sink according to claim 1, characterized in that an auxiliary groove ( 8 ) between two insert grooves ( 3 ) define two caulking ribs. 6. Kühlkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verstemmrippen zur Seite der benachbarten Einsatznuten (3.1) umgedrückt und verstemmt werden.6. A heat sink according to claim 5, characterized in that the two caulking ribs are pushed and caulked to the side of the adjacent insert grooves ( 3.1 ). 7. Kühlkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verstemmrippen (4.2, 4.3) eine Höhe bis maximal 2/3 der Breite der zwischenliegenden Einsatznut (3.1) auf­ weisen.7. Heat sink according to claim 6, characterized in that the two caulking ribs ( 4.2 , 4.3 ) have a height up to a maximum of 2/3 of the width of the intermediate insert groove ( 3.1 ). 8. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstemmrippen (4.6, 4.7) eine Höhe von mindestens der Breite der Einsatznuten (3) aufweisen.8. Heat sink according to one of claims 2 and 3, characterized in that the caulking ribs ( 4.6 , 4.7 ) have a height of at least the width of the insert grooves ( 3 ). 9. Kühlkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstemmrippe (4.7) zumindest teilweise gegen die Kühlfläche (22) der von der Grundfläche (1) abragenden Kühlrippe (2) verstemmt ist.9. A heat sink according to claim 7, characterized in that the caulking rib ( 4.7 ) is at least partially caulked against the cooling surface ( 22 ) of the cooling fin ( 2 ) projecting from the base surface ( 1 ). 10. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1-9 dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippe (3) am Rippenfuß (21) zur Seite der Verstemmrippe mindestens eine Rasteinformung (20) aufweist.10. Heatsink according to one of claims 1-9, characterized in that the cooling rib ( 3 ) on the rib base ( 21 ) to the side of the caulking rib has at least one locking recess ( 20 ).
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