DE2706165A1 - Kuehlanordnung fuer elektrische bauteile - Google Patents

Kuehlanordnung fuer elektrische bauteile

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DE2706165A1
DE2706165A1 DE19772706165 DE2706165A DE2706165A1 DE 2706165 A1 DE2706165 A1 DE 2706165A1 DE 19772706165 DE19772706165 DE 19772706165 DE 2706165 A DE2706165 A DE 2706165A DE 2706165 A1 DE2706165 A1 DE 2706165A1
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heat
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block
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Hiroshi Arii
Hirohito Kawada
Chiaki Nonaka
Takashi Yoshida
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Description

MÜLLER - STEINMEISTER
TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTE
D-8OOO München 22 D-48OO Bielefeld
Triftstraße 4 Siekerwall 7
S77P24
H. Feb. 1977
SONY CORPORATION, Tokio, Japan
Kühlanordnung für elektrische Bauteile
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TER MEdR - MULLEH - SlEINMEISTEn
- 2r -S
Gegenstand der Erfindung ist eine Kühlanordnung für elektrische Bauteile.
In der Regel werden in elektroakustischen Geräten, wie Stereo-Verstärkern und Fernsehempfängern, oder in elektronischen Geräten, wie Sendern, Meßgeräten und Gleichrichtern, Hochleistungs-Halbleiterbauelemente, wie Leistungstransistoren und -dioden, verwendet. Die aufgenommene Leistung wird in den Hochleistungs-Halbleiterbauelementen größtenteils in Wärmeenergie verwandelt. Es besteht daher die Gefähr, daß die Hochleistungs-Halbleiterbauelemente bis zur Zerstörung aufgeheizt werden. Demzufolge wird an den Hochleistungs-Halbleiterbauelementen eine Kühlvorrichtung zur Abstrahlung der aus den Hochleistungs-Halbleiterbauelementen kommenden Wärme nach außen vorgesehen. Im allgemeinen wird ein aus Aluminium bestehendes Abstrahlblech mit Rippen bzw. Flügeln als Kühleinrichtung verwendet. Jedoch ist der Abstand zwischen den Rippen des Abstrahlblechs und dem Wärme erzeugenden Element unerwünscht groß, so daß der Wärmewiderstand des Kühlsystems hoch ist. Demzufolge läßt sich mit dem Abstrahlblech ein zufriedenstellender Kühleffekt nicht erzielen. Das Abstrahlblech ist mit seinen Flügeln vergleichsweise groß. Der vom Abstrahlblech im elektronischen Gerät eingenommene Raum ist vergleichsweise groß. Der Raumfaktor ist unerwünscht hoch.
Seit neuerem wird auch ein Wärmeübertragungsrohr als Wärmeübertragungsmittel zur Wärmeabstrahlung bei Elektronikgeräten verwendet. Das Wärmeübertragungsrohr zur Wärmeabstrahlung umfaßt ein an beiden Enden abgeschlossenes zylindrisches Rohr aus Kupfer. Die Innenwand des Rohres ist mit einem netzartigen Dochtmaterial ausgekleidet, das mit einer Arbeitsflüssigkeit (beispielsweise Wasser) als Wärmemedium imprägniert ist. Das Innere des Rohres steht unter vermindertem Druck, so daß die Arbeitsflüssigkeit leicht verdampfen kann.
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TbR MEEH-MULLER- SIEINMEISTER
Das Wärmeübertragungsrohr besteht aus einem Verdampfungsabschnitt, einem adiabatischen Abschnitt und einem Kondensationsabschnitt. Wenn dem Verdampfungsabschnitt des Wärmeübertragungsrohres Wärmeenergie vom Halbleiterbauelement her zugeführt wird, erhält die Arbeitsflüssigkeit im Verdampfungsabschnitt Verdampfungswärme und verdampft. Der Dampfdruck im Verdampfungsabschnitt steigt mit zunehmender Verdampfung der Arbeitsflüssigkeit. Der Dampf strömt aus dem Verdampfungsabschnitt in den adiabatischen Abschnitt mit niedrigerem Dampfdruck und erreicht dann über den adiabatischen Abschnitt den Kondensationsabschnitt. Im Kondensationsabschnitt wird der Dampf abgekühlt und kondensiert und strahlt dabei Kondensationswärme ab. Mit der Bewegung des Dampfes, der Verdampfungswärme aufgenommen hat, wird Wärme von dem als Wärmeerzeuger wirkenden Halbleiterbauelement in axialer Richtung des Wärmeübertragungsrohres weggeführt. Auf diese Weise wird vom Halbleiterbauelement kommende Wärme nach außen abgestrahlt.
Die Menge der in dem Verdampfungsabschnitt befindlichen Arbeitsflüssigkeit ist geringer als die Menge der Arbeitsflüssigkeit im Kondensationsabschnitt, da die Arbeitsflüssigkeit im Verdampfungsabschnitt immer verdampft und im Kondensationsabschnitt immer kondensiert wird. Demzufolge ist im Kondensationsabschnitt der Kapillardruck höher als im Verdampfungsabschnitt. Durch die Kapillarwirkung des Dochtmaterials wird Arbeitsflüssigkeit vom Kondensationsabschnitt in den Verdampfungsabschnitt transportiert. Die Arbeitsflüssigkeit wird bei nahezu der gleichen Temperatur kontinuierlich verdampft und kondensiert. Der Temperaturgradient im Wärmeübertragungsrohr ist im stationären Zustand über die gesamte Länge des Wärmeübertragungsrohres hinweg sehr klein. Es wird eine große Wärmemenge übertragen. Die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeübertragungsrohres ist hoch bzw. sein Wärmewiderstand gering.
Zum Kühlen wird bislang das Halbleiterbauelement auf einer Befestigungsplatte oder einem mehreckigen Metallblock angebracht, die durch Schweißen oder dgl. direkt am Verdampfungs-
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abschnitt des Wärmeübertragungsrohres befestigt sind. Nachdem Zuleitungen mit dem so angebrachten Halbleiterbauelement verbunden sind, läßt sich das Halbleiterbauelement nur zusammen mit dem Wärmeübertragungsrohr bewegen oder aber es müssen jedes Mal die Zuleitungen abgetrennt werden, wenn das Halbleiterbauelement an einen anderen Ort gebracht werden soll. Wenn das Wärmeübertragungsrohr bzw. die am Wärmeübertragungsrohr angebrachten Kühlrippen groß sind, ist es sehr mühsam, das Halbleiterbauelement an einen anderen Ort zu bringen. Ist das Halbleiterbauelement auf einem Netallblock angebracht, müssen die Anschlüsse über einen Umweg geführt werden und lassen sich nicht direkt mit einer Leiterplatte verbinden.
Das Wärmeübertragungsrohr ist hinsichtlicher seiner Wärmeleitfähigkeit zwar überlegen, diese verringert sich jedoch mit abnehmendem Durchmesser und abnehmender Länge des Wärmeübertragungsrohres. Ein langes Wärmeübertragungsrohr ist nur schlecht zu handhaben. Es ergeben sich daher mit einem Wärmeübertragungsrohr die verschiedensten Probleme.
Aus der Beschreibung der Wirkungsweise eines Wärmeübertragungsrohres ergibt sich, daß es nicht einfach ist, ein Wärmeübertragungsrohr auf eine im Gebrauch benötigte Länge zurechtzuschneiden. Es ist daher notwendig, die Länge des Wärmeübertragungsrohres für alle Einsatzfälle zu standardisieren.
Ziel der Erfindung ist es daher, eine Kühlanordnung zu schaffen, die klein und mit überlegener Wärmeabstrahlwirkung ausgestattet ist.
Deβ weiteren ist es Ziel der Erfindung, eine Kühlanordnung zu schaffen, bei welcher sich die Zuleitungen eines elektronischen Bauteils wirksam mit einer Leiterplatte verbinden lassen.
Ferner ist es Ziel der Erfindung, eine Kühlanordnung zu schaffen, bei welcher sich ein wärmeübertragungsrohr standardi-
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sierter Abmessungen wirkungsvoll einsetzen läßt.
Darüber hinaus ist es Ziel der Erfindung, eine Kühlanordnung zu schaffen, bei welcher elektronische Bauteile, eine wärmeleitender Block und ein Wärmeübertragungsrohr sehr leicht angebracht werden können.
Weiter ist es Ziel der Erfindung, eine Kühlanordnung zu schaffen, bei welcher ein Anschlußteil in dem das Wärmeübertragungsrohr tragenden wärmeleitenden Block angeordnet ist, wodurch sich die Zuleitungen des elektronischen Bauteils leicht mit der Leiterplatte verbinden lassen.
Schließlich ist es Ziel der Erfindung, eine Kühlanordnung zu schaffen, bei welcher das Wärmeübertragungsrohr und Abstrahlrippen exzentrisch miteinander verbunden werden, wodurch sie zusammen mit Leiterplatten verschiedener Größe verwendet werden kann.
Gemäß der Erfindung ist eine Kühlanordnung, welche ein Wärme erzeugendes elektrisches Bauteil mit Anschlüssen, einen das Wärme erzeugende Bauteil tragenden wärmeleitenden Block und ein an dem wärmeleitenden Block angebrachtes Wärmeübertragungsrohr zur Abstrahlung der von dem elektrischen Bauteil über den wärmeleitenden Block herkommenden Wärme an die Luft aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeleitende Block einen verdickten Abschnitt zur Verbindung mit dem Wärmeübertragungsrohr und einen angrenzend an den verdickten Abschnitt ausgebildeten dünneren Abschnitt aufweist, daß das Wärme erzeugende elektrische Bauteil auf dem wärmeleitenden Block so angebracht ist, daß sich wenigstens ein Teil des Wärme erzeugenden elektrischen Bauteils auf die Außenfläche des dünneren Abschnitts erstreckt, und daß ein Anschlußstück an der Innenfläche des dünneren Abschnitts zur Verbindung mit den Zuleitungen des Wärme erzeugenden elektrischen Bauteile angeordnet ist.
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— ^^ mm
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung. Auf dieser ist bzw. sind
Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht eines bekannten Wärmeübertragungsrohrs,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Kühlanordnung entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 eine Schnittansicht der Kühlanordnung der Fig. 2,
Fig. 4 eine perspektivische Explosionsansicht, in vergrößertem Maßstab, der Kühlanordnung der Fig. 2,
Fig. 5 eine Schnittansicht einer Kühlanordnung entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 6 eine perspektivische Explosionsansicht, in vergrößertem Maßstab, einer Kühlanordnung entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 7 und 9 Draufsichten einer Kühlanordnung entsprechend
einer vierten Ausführungsform der Erfindung, die sich voneinander in der relativen Lage des mit Kühlrippen versehenen Wärmeübertragungsrohres zum wärmeleitenden Block unterscheiden,
Fig. 8 eine Ansicht von links der Kühlanordnung der Fig. 7 und
Fig. 1OA und 10B perspektivische Ansichten einer abgewandelten Ausführungsform eines Anschlußteils zur Verwendung in der Kühlanordnung nach der Erfindung, wobei Fig. 10B das Innere des Anschlußteils zeigt.
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TEH MEEn-M(JlLLH- STt: INMΓ ISTER
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst das bekannte Wärmeübertragungsrohr, das bei der Kühlanordnung nach der Erfindung verwendet wird, anhand von Fig. 1 beschrieben.
Gemäß Fig. 1 ist die Innenwand eines geschlossenen zylindrischen Rohres mit einem netzartigen Dochtmaterial 2 ausgekleidet, das mit einer Arbeitsflüssigkeit (beispielsweise Wasser) als Wärmemedium imprägniert ist. Das Innere des Rohres 1 steht unter vermindertem Druck, so daß sich die Arbeitsflüssigkeit leicht verdampfen läßt.
Das Wärmeübertragungsrohr besteht aus einem Verdampfungsabschnitt A, einem adiabatischen Abschnitt B und einem Kondensationsabschnitt C. Wird dem Verdampfungsabschnitt A von einem Halbleiterbauelement her Wärme zugeführt, so erhält die im Verdampfungsabschnitt A befindliche Arbeitsflüssigkeit Verdampfungswärme und verdampft. Der Dampfdruck im Verdampfungsabschnitt A steigt mit zunehmender Verdampfung der Arbeitsflüssigkeit. Der Dampf strömt aus dem Verdampfungsabschnitt A mit höherem Dampfdruck zum adiabatischen Abschnitt B mit niedrigerem Dampfdruck und erreicht dann über den adiabatischen Abschnitt B den Kondensationsabschnitt C. Im Kondensationsabschnitt C wird der Dampf abgekühlt und kondensiert, so daß er KondeneationHwMniw abetxahlt. Auf diese Weise wird der Bewegung des Dampfes, dem Verdampfungswärme zugeführt worden ist, die Wärme des als Wärmeerzeuger wirkenden Halbleiterbauelements in axialer Richtung des Wärmeübertragungsrohres weggeführt, mit dem Ergebnis, daß die Wärme nach außen abgestrahlt wird.
Die Menge an Arbeitsflüssigkeit ist im Verdampfungsabschnitt A geringer als die Menge an Arbeitsflüssigkeit im Kondensationsabschnitt C, da die Arbeiteflüssigkeit immer im Verdampfungsabschnitt A verdampft und immer im Kondensationsabschnitt C kondensiert wird. Dementsprechend ist der Kapillardruck im Kondensationsabschnitt C höher als im Verdampfungsabschnitt A. Durch die Kapillarwirkung des Dochtmaterials
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wird die Arbeitsflüssigkeit vom Kondensationsabschnitt C in den Verdampfungsabschnitt A transportiert. Das kontinuierliche Verdampfen und Kondensieren der Arbeitsflüssigkeit erfolgt nahezu bei der gleichen Temperatur. Der Temperaturgradient im Wärmeübertragungsrohr ist im stationären Zustand über die gesamte Länge des Wärmeübertragungsrohres hinweg sehr klein. Es werden große Wärmemengen übertragen. Die thermische Leitfähigkeit des Wärmeübertragungsrohres ist hoch bzw. sein thermischer Widerstand ist niedrig.
Das oben beschriebene Wärmeübertragungsrohr wird in einer Kühlanordnung nach der Erfindung zur Kühlung von elektrischen Bauteilen, insbesondere elektronischen Bauteilen, wie etwa Leistungstransistoren und -dioden, verwendet.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellt. Ein wärmeleitender Block setzt sich aus zwei Blockelementen 3a und 3b zusammen. Die Wärme wird von elektronischen Bauteilen, nämlich Leistungstransistoren 6a und 6b bei dieser Ausführungsform, über den wärmeleitenden Block auf das Wärmeübertragungsrohr 1 übertragen. Wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben, wird die Wärme am Kondensationsabschnitt des Wärmeübertragungsrohrs 1 abgestrahlt. An der Außenfläche des Kondensationsabschnitts des Wärmeübertragungsrohres 1 sind mehrere aus quadratischen Platten gebildete Kühlrippen 19 befestigt, um einen besseren Abstrahleffekt zu erzielen.
Im folgenden wird anhand der Fig. 3 und 4 die Verbindung der Blockelemente 3a und 3b mit dem Wärmeübertragungsrohr 1 und einer Leiterplatte 12 im einzelnen beschrieben. Die Blockelemente 3a und 3b können die gleiche Form haben. Sie bestehen aus rechtwinkligen quaderförmigen verdickten Abschnitten 4a bzw. 4b und plattenartigen dünneren Abschnitten 5a bzw. 5b aus wärmeleitendem Material, wie etwa Aluminium. Die verdickten Abschnitte 4a und 4b sind mit Schrauben 9a, 9b, 9c und 9d miteinander verbunden, daß sie das Wärmeübertra-
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gungsrohr 1 in halbzylindrischen Ausnehmungen 10a und 10b halten, die in den Mitten der verdickten Abschnitte 4a und 4b ausgebildet sind. Die Leistungstransistoren 6a und 6b sind auf den Außenseiten der Blockelemente 3a und 3b mit Hilfe von Schrauben 7a, 7b, 7c und 7d befestigt und erstrecken sich über die verdickten Abschnitte 4a und 4b sowie die dünneren Abschnitte 5a und 5b. Die Berührflächen der Blockelemente 3a und 3b mit den Leistungstransistoren 6a und 6b sind zur Verminderung des Wärmewiderstandes zwischen den Transistoren 6a und 6b und den Blockelementen 3a und 3b mit Wärmeleitfett beschichtet. Die Transistoren 6a und 6b sind auf den Blockelementen 3a und 3b so angeordnet, daß die Transistoren 6a und 6b wenigstens zum Teil auf den dünneren Abschnitten 5a und 5b liegen. In den dünneren Abschnitten 5a und 5b sind durchgängige Bohrungen 8a und 8b bzw. 8c und 8d vorgesehen. Durch die Bohrungen 8a, 8b, 8c und 8d werden die Anschlüsse 11a, 11b, 11c bzw. 11d der Transistoren 6a und 6b geführt. Die Spitzen der Anschlüsse 11a, 11b, 11c und 11d ragen über die Innenseiten der dünneren Abschnitte 5a und 5b hinaus und werden mit Anschlußteilen 13a und 13b verlötet. Die Anschlußteile 13a und 13b können kleine Leiterplatten sein. Bei den Leiterplatten sind Bohrungen 14a, 14b, 14c und 14d für den Durchtritt der Anschlüsse 11a, 11b, 11c und 11d und Bohrungen 15a und 15b für den Durchtritt der Schrauben 7b und 7d zur Befestigung der Transistoren 6a und 6b in Platten aus isolierendem Material ausgeführt. Auf die isolierenden Platten sind Leitermuster 16 gedruckt, welche die Anschlüsse 11a bis 11d und die Schrauben 7b und 7d mit einer Leiterplatte 12 elektrisch verbinden. Die Anschlüsse 11a bis 11d werden mit den Anschlußteilen 13a und 13b verlötet, während die Schrauben 7b und 7d an den Anschlußteilen 13a und 13b mit Muttern 17a und 17b befestigt werden.
Die Anschlußteile 13a und 13b werden durch in der Leiterplatte 12 vorgesehene Langlöcher 18a und 18b eingesetzt. Wie in Fig. 3 gezeigt werden die Leitermuster 16 mit dem
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Leitermuster der Leiterplatte 12 verlötet.
Nach Beendigung der elektrischen Verdrahtung wird das Wärmeübertragungsrohr 1 in die halbzylindrischen Ausnehmungen 10a und 10b eingesetzt und die Schrauben 9a, 9b, 9c und 9d werden angezogen, wodurch das Wärmeübertragungsrohr 1 mit den verdickten Abschnitten 4a und 4b verbunden wird. Zum Abnehmen des Wärmeübertragungsrohrs 1 von den verdickten Abschnitten 4a und 4b werden die Schrauben 9a, 9b, 9c und 9d gelockert, wonach das Wärmeübertragungsrohr 1 aus den verdickten Abschnitten 4a und 4b herausgezogen werden kann.
Im folgenden wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 5 eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Teile in Fig. 5, die Teilen in den Fig. 1 bis 4 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich insofern von der ersten Ausführungsform, als die Flächen der Blockelemente 3a und 3b zur Befestigung der Transistoren 6a und 6b bezüglich der Leiterplatte 12 so geneigt sind, daß sie bezüglich einander auseinanderlaufen. Wegen der geneigten Flächen der Blockelemente 3a und 3b ist es einfach, einen Schraubenzieher an den Schrauben 7a, 7b, 7c und 7d anzubringen. Demzufolge lassen sich die Transistoren 6a und 6b, beispielsweise beim Reparieren, leicht anbringen und abnehmen.
Gemäß der Erfindung ist das Wärmeübertragungselement mit den elektronischen Bauteilen nur durch den wärmeleitenden Block verbunden, und zwar so, daß ersteres in das Loch gesteckt wird, das in letzterem vorhanden ist. Die Kühlanordnung ist einfach im Aufbau. Die Wärmeübertragung ist zufriedenstellend.
Da darüber hinaus das die Wärme erzeugende elektronische Bauteil an dem plattenartigen dünnen Abschnitt angebracht ist, läßt es sich auf normale Weise auf dem wärmeleitenden Block befestigen. Der Befestigungsvorgang ist einfach.
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MLt n - MUi 11 η sit iNMtisrtn
Im folgenden wird anhand der Fig. 6 eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Teile in Fig. 6, die Teilen in den Fig. 1 bis 4 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform insofern, als ein zweites Paar halbzylindrischer Ausnehmungen 27a und 27b neben dem ersten Paar halbzylindrischer Ausnehmungen 10a und 10b in den Blockelementen 3a und 3b ausgebildet ist, als zwei aufeinander ausgerichtete Wärmeübertragungsrohre 1a und 1b in den halbzylindrischen Ausnehmungen 10a und 10b vorgesehen sind, und als ein drittes Wärmeübertragungsrohr 1c im rechten Winkel zu dem ersten Wärmeübertragungsrohr 1a und dem zweiten Wärmeübertragungsrohr 1b in den halbzylindrischen Ausnehmungen 27a und 27b vorgesehen ist. Durch diese Kombination des Paares von Blockelementen 3a und 3b mit den drei Wärmeübertragungsrohren 1a, 1b und 1c läßt sich ein besserer Wärmeabstrahleffekt erzielen.
In der Kühlanordnung der Fig. 6 können kürzere Wärmeübertragungsrohre 1a, 1b und 1c mit größerem Durchmesser zur Steigerung des Wärmeabstrahleffektes verwendet werden. Die Wärmeübertragungsrohre 1a, 1b und 1c sowie die Kühlrippen 19 können standardisiert sein und die gleiche Form haben. Auf diese Weise läßt sich bei der Produktion die Mengenleistung steigern. Die Herstellungskosten können gesenkt werden.
Bei dieser Ausführungsform sind die Wärmeübertragungsrohre an ihren Basisenden mit dem gemeinsamen Wärmeleitungsblock verbunden und erstrecken sich in verschiedene Richtungen. Die Wärme von den wärmeerzeugenden elektronischen Bauteilen wird durch die Wärmeübertragungsrohre in verschiedene Richtungen übertragen. Demgemäß läßt sich die Länge der Wärmeübertragungsrohre passend verringern und die Wärmeleitfähigkeit erhöhen. Die Wärmeübertragungsrohre sind gerade. Ihre Herstellung und Handhabung sind einfach. Die Wärme wird in ihnen glatt übertragen.
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THII MLI M MUlI I M .Sl L INMt IS ΓΕΗ
Betrachtet man den Fall, daß zwei Wärmeübertragungsrohre mit Kühlrippen aufeinander ausgerichtet mit einem mit Halbleiterbauelementen, wie etwa Transistoren, versehenen Wärmeleitungsblock an ihren Verdampfungsabschnitten verbunden werden,und daß eine Leiterplatte, wie in Fig. 3 gezeigt, über Anschlußteile mit dem Wärmeleitungsblock verbunden ist, dann ergeben sich keine Schwierigkeiten, wenn die Breite der Leiterplatte kleiner als der Abstand zwischen den auf dem Ende des einen Wärmeübertragungsrohres befestigten Kühlrippen und den auf dem Ende des anderen Wärmeübertragungsrohres befestigten Kühlrippen ist. Wenn jedoch die Breite der Leiterplatte größer als der Abstand zwischen den auf dem Ende des einen Wärmeübertragungsrohres befestigten Kühlrippen und den auf dem Ende des anderen Wärmeübertragungsrohres befestigten Kühlrippen ist, ergeben sich beim Anbringen der Leiterplatte am Wärmeleitblock einige Schwierigkeiten. Beispielsweise ist es notwendig, die Länge der dünnen Abschnitte 5a und 6b der in Fig. 3 gezeigten Blockelemente 3a und 3b zu vergrößern. Dies macht nicht-standardisierte Blöcke erforderlich. Das ist unökonomisch .
Eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlanordnung, die diese Nachteile nicht hat, wird nun anhand der Fig. 7, 8 und 9 beschrieben. Teile in den Fig. 7 und 9, die Teilen in den Fig. 1 bis 6 entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht alle beschrieben.
Wie in Fig. 7 zu sehen, sind die in Fig. 3 gezeigten wärmeleitenden Blockelemente 3a und 3b auf den Verdampfungsabschnitten der Wärmeübertragungsrohre 1a und 1b angeordnet. Auf den anderen Enden der Wärmeübertragungsrohre 1a und 1b sind Kühlrippen 19 befestigt. Die Wärmeübertragungsrohre 1a und 1b sind, wie in Fig. 8 gezeigt, mit den Kühlrippen 19 exzentrisch kombiniert. Mit einer solchen Anordnung können zwei Arten von Leiterplatten, die sich in ihrer Größe unterscheiden, verwendet werden.
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ORIGINAL INSPECTED
TER Ml-ER-MULLKH- STCINMIiUaTLR
Wenn, wie in Fig. 7 gezeigt, die Breite einer Leiterplatte 12a kleiner als der Abstand zwischen den linken, auf dem En de des Warmeübertragungsrohres 1a befestigten Kühlrippen 19 und den rechten, auf dem Ende des Wärmeübertragungsrohres 1b befestigten Kühlrippen 19 ist, was durch die Länge der Wärme übertragungsrohre 1a und 1b und die Abmessungen der Kühlrippen 19 bestimmt wird, dann lassen sich die Leiterplatten 12a und die wärmeleitenden Blockelemente 3a und 3b in dem durch die linken und rechten Kühlrippen 19 definierten Abstand, wie in Fig. 7 gezeigt, anordnen. Eine solche Kühlanordnung ist hinsichtlich des Raumfaktors überlegen. Die Breite der Leiterplatte ist jedoch durch den Abstand zwischen den linken und rechten Kühlrippen 19 begrenzt.
Wenn die Breite der Leiterplatte so groß ist, daß die Leiterplatte nicht in dem durch die linken und rechten Kühlrippen 19 definierten Zwischenraum angeordnet werden kann, werden, wie in Fig. 9 gezeigt, die Wärmeübertragungsrohre 1a und 1b sowie die auf den Wärmeübertragungsrohren 1a und 1b befestigten Kühlrippen 19 um die Achse der Wärmeübertragungsrohre 1a und 1b bezüglich der wärmeleitenden Blockelemente 3a und 3b um 180° gedreht. Bei einer solchen Anordnung sitzt eine Leiterplatte 12b außerhalb des durch die linken und rechten Kühlrippen 19 definierten Zwischenraumes, so daß die Breite der Leiterplatte 12b durch den Abstand zwischen den linken und rechten Kühlrippen 19 nicht begrenzt wird.
Gemäß dieser Ausführungsform gibt es zwei Möglichkeiten, die mit den Kühlrippen versehenen Wärmeübertragungsrohre und die wärmeleitenden Blockelemente miteinander zu kombinieren. Es ist nicht nötig, zwei Arten von mit Kühlrippen versehenen Wärmeübertragungsrohren und wärmeleitenden Blockelementen für die beiden Anwendungsbedingungen herzustellen. Eine Art von standardisierten Wärmeübertragungsrohren mit Kühlrippen und wärmeleitenden Blockelementen kann für beide Anwendungsbedingungen verwendet werden.
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TER MELIi MULLEH-STEINMtIIiTEH
Die Exzentrizität der Mittelachse X der Wärmeübertragungsrohre bezüglich der Kühlrippen (die rund oder quadratisch sein können) sollte so gewählt werden, daß die mit den Kühlrippen versehenen Wärmeübertragungsrohre und die wärmeleitenden Blockelemente für beide Benutzungsbedingungen verwendet werden können.
Die Exzentrizität der Mittelachse X der Wärmeübertragungsrohre wird durch (L1 - L~)/2 ausgedrückt, wobei L1 den Abstand zwischen dem fernen Ende der Kühlrippen 19 und der Mittelachse X und L- den Abstand zwischen dem nahen Ende der Kühlrippen 19 und der Mittelachse X darstellt. Wenn elektronische Bauteile 28 auf der inneren, den Wärmeübertragungsrohren zugekehrten Seite der Leiterplatte angebracht werden, muß die Exzentrizität größer als die halbe Höhe des höchsten der elektronischen Bauteile 28 sein. Dementsprechend kann die Differenz (L1 - L-) ungefähr 20 bis 80 mm, vorzugsweise 40 bis 50 mm, betragen. Wird der Abstand zwischen der Mittelachse X und der Leiterplatte durch L3 dargestellt, dann wird bevorzugt, daß L1 ungefähr gleich L3 ist oder daß L1 geringfügig größer als L-, ist. Ferner wird bevorzugt, daß L1 um wenigstens die Summe aus der Höhe des höchsten der elektronischen Bauteile 28 und der Dicke der Leiterplatte größer als L2 ist. Dementsprechend kann L1 um ungefähr 20 bis 80 mm, vorzugsweise um ungefähr 40 bis 50 mm, größer als L- sein. Die Summe (L1 + L-) beträgt normalerweise ungefähr 50 bis 100 mm. Die Höhe des höchsten der elektronischen Bauteile 28 beträgt normalerweise ungefähr 40 bis 50 mm. Dementsprechend ist L^/L.. normalerweise 2/3 oder weniger als 2/3 und bevorzugt 1/2 oder weniger als 1/2.
Bei dieser Ausführungsform sind die Wärmeübertragungsrohre mit den Kühlrippen exzentrisch kombiniert. Die Wärmeübertragungsrohre und Kühlrippen sowie die wärmeleitenden Blockelemente können trotz unterschiedlicher Anwendungsbedingungen standardisiert sein.
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TEH MLEH MULt QH-HfEINMEISTER
Φ9
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen werden die Anschlußteile 13a und 13b mit der Leiterplatte 12 in einer Weise elektrisch verbunden, daß die Anschlußteile 13a und 13b in in der Leiterplatte 12 befindliche Langlöcher 18a und 18b eingesetzt werden und daß dann die Anschlußteile 13a und 13b mit der Leiterplatte 12 verlötet werden. Jedoch kann auch eine Steckfassung an der Leiterplatte 12 angebracht sein. In diesem Fall werden die Anschlußteile 13a und 13b zur elektrischen Verbindung mit der Leiterplatte 12 in die Steckfassung eingesetzt.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Leitermuster 16 kammartig zu wählen und über die Ränder der Anschlußteile 13a und 13b vorspringen zu lassen sowie eine Vielzahl von kleinen Löchern anstelle der Langlöcher 18a und 18b in der Leiterplatte vorzusehen. In diesem Fall werden die vorspringenden Teile der Leitermuster 16 jeweils in die kleinen Löcher eingesetzt und dort mit der Leiterplatte verlötet.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Anschlußteile 13a und 13b voneinander getrennt. Es kann jedoch, wie in den Fig. 1OA und 10B gezeigt, anstelle der Anschlußteile 13a und 13b auch ein einstückiger Anschlußblock 20 verwendet werden. Zum Einführen der Anschlüsse 11a und 11b des Transistors 6a sind im Anschlußblock 20 Löcher 21a und 21b ausgebildet. Ferner ist im Anschlußblock 20 ein Schraubenloch 22a zur Anbringung der Schraube 7b ausgebildet. Den Löchern 21a und 21b sowie dem Schraubenloch 22a gegenüberliegend sind weitere Löcher 21c und 21d sowie ein Schraubenloch 22b zum Einführen der Anschlüsse 11c und 11d des Transistors 6b und zum Anbringen der Schraube 7d im Anschlußblock 20 ausgebildet. Wie in Fig. 10B gezeigt, werden die Löcher 21a bis 21d durch Hülsen 25a bis 25d und die Schraubenlöcher 22a und 22b durch Schraubenzylinder 26a und 26b definiert. Die Hülsen 25a bis 25d sind mit Zuleitungen 23a, 23c, 24a bzw. 24c zu einem L-förmigen Körper verbunden. Ebenso sind die Schraubenzylinder 26a und 26 b mit Zuleitungen 23b bzw. 24b zu einem L-för-
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TEH Mf hR- MUUl-H - SIEINMLISTER
migen Körper verbunden. Die L-förmigen Körper aus den Hülsen 25a bis 25d, den Schraubenzylindern 26a und 26b und den Zuleitungen 23a bis 23c und 24a bis 24c werden in einen Formkörper aus isolierendem Werkstoff eingebettet. Auf diese Weise wird der Anschlußblock 20 hergestellt. Wie in Fig. 10A gezeigt,
ragen die Zuleitungen 23a bis 23c und 24a bis 24c über die Oberfläche des Anschlußblocks 20 hinaus. Die herausragenden Zuleitungen 23a bis 23c und 24a bis 24c werden mit der Leiterplatte elektrisch verbunden.
Der in den Fig. 1OA und 10B gezeigte Anschlußblock 20 ist so ausgelegt, daß er mit den wärmeleitenden Blockelementen 3a und 3b der in Fig. 3 gezeigten ersten·Ausführungsform kombiniert werden kann. Mit den in Fig. 5 gezeigten wärmeleitenden Blockelementen 3a und 3b der zweiten Ausführungsform wird ein trapezoidförmiger Anschlußblock kombiniert.
Zusammengefaßt schafft also die Erfindung eine Kühlanordnung mit einem wärmeleitenden, ein elektronisches Bauteil tragenden Block und einen an dem wärmeleitenden Block angebrachten Wärmeübertragungsrohr, wobei ein mit den Zuleitungen des elektronischen Bauteils verbundenes Anschlußteil in dem wärmeleitenden Block angeordnet ist.
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9ο
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Claims (9)

  1. TER ΜΕΕΠ MULLER-STEINMEISTER
    Patentansprüche
    / 1.J Kühlanordnung für ein Wärme erzeugendes elektrisches Bauteil mit Anschlüssen, mit einem wärmeleitenden Block zur Anbringung des elektrischen Bauteils darauf, einem an dem wärmeleitenden Block angebrachten Wärmeübertragungsrohr zur Abstrahlung der über den wärmeleitenden Block von dem elektrischen Bauteil herkommenden Wärme an die Luft, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeleitende Block (3a, 3b) einen verdickten Abschnitt (4a, 4b) zur Verbindung mit dem Wärmeübertragungsrohr (1) und einen an den verdickten Abschnitt anschließenden dünneren Abschnitt (5a, 5b) aufweist, und daß das elektrische Bauteil (6a; 6b) so auf dem wärmeleitenden Block anbringbar ist, daß wenigstens ein Teil des elektrischen Bauteils sich auf die Außenseite des dünneren Abschnittes erstreckt, und daß ein Anschlußteil (13a; 13b) auf der Innenseite des dünneren Abschnitts zur Verbindung mit den Anschlüssen (11a, 11b, 11c, 11d) des elektrischen Bauteils angeordnet ist.
  2. 2. Kühlanordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß in dem dünneren Abschnitt (5a, 5b) des wärmeleitenden Blocks Bohrungen (8a, 8b, 8c, 8d) zum Einsetzen der Anschlüsse (11a, 11b, 11c, 11d) des elektrischen Bauteils (6a, 6b) vorgesehen sind und daß der dünnere Abschnitt eine Einrichtung zur Befestigung des elektrischen Bauteils und des Anschlußteils (13a, 13b) an dem wärmeleitenden Block (3a, 3b) aufweist.
  3. 3. Kühlanordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß sie eine im wesentlichen senkrecht zum Anschlußteil (13a, 13b) verlaufende Leiterplatte (12) aufweist und daß das Leitermuster der Leiterplatte mit den auf dem Anschlußteil (13a, 13b) angeordneten Zuleitungen verbunden ist.
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    ORIGINAL INSPECTED
    TERMEER-MULLER-STEINMEISTER
  4. 4. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der wärmeleitende Block ein Blockelement (3a) mit einem verdickten Abschnitt (4a) und einem dünneren Abschnitt (5a) und ein zweites Blockelement (3b) mit einem verdickten Abschnitt (4b) und einem dünneren Abschnitt (5b) aufweist, daß in den verdickten Abschnitten der Form des Wärmeübertragungsrohres (1) angepaßte Ausnehmungen (10a, 10b) vorgesehen sind, und daß das Wärmeübertragungsrohr in den Ausnehmungen gehalten wird.
  5. 5. Kühlanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die dünneren Abschnitte (5a, 5b) der beiden Blockelemente (3a, 3b) einander gegenüberliegen, und daß das Anschlußteil zwei auf den gegenüberliegenden Flächen der verdünnten Abschnitte angeordnete Elemente (13a, 13b) umfaßt.
  6. 6. Kühlanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die dünneren Abschnitte (5a, 5b) der beiden Blockelemente (3a, 3b) einander gegenüberliegen, und daß das Anschlußteil (20) zwischen den gegenüberliegenden Flächen der dünneren Abschnitte liegt.
  7. 7. Kühlanordnung nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet , daß weitere, einem weiteren Wärmeübertragungsrohr (1c) angepaßte, Ausnehmungen (27a, 27b) in den verdickten Abschnitten (4a, 4b) senkrecht zu den ersten Ausnehmungen (10a, 10b) vorgesehen sind, und daß das weitere Wärmeübertragungsrohr in diesen weiteren Ausnehmungen gehalten ist.
  8. 8. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende des Wärmeübertragungsrohres (1a; 1b), entfernt von dem wärmeleitenden Block (3a, 3b) Kühlrippen (19) vorgesehen sind, und daB die Kühlrippen exzentrisch bezüglich der Achse de« Wlrmeübertragungerohres liegen.
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    TEM MFtR MÜLLCR-STEINMEISTER
  9. 9. Kühlanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die dünneren Abschnitte (5a, 5b) des WärmeIeitblocks (3a, 3b) einander gegenüberliegen und, bezüglich einander auseinanderlaufend,sich von den verdickten Abschnitten (4a, 4b) schräg wegerstrecken.
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