DE29710397U1

DE29710397U1 - Hohlkammerprofilkühlkörper für Halbleiterbauelemente

Info

Publication number: DE29710397U1
Application number: DE29710397U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Diels Manfred De
Priority date: 1997-06-14
Filing date: 1997-06-14
Publication date: 1997-08-14
Anticipated expiration: 2007-06-15

Description

Schröter & Haverkamp" * * " Patentanwälte

European Patent and Trademark Attorneys

Manfred Diels Joachim Bayer

Hohbüschener Weg 1 Hauptstraße 173 a

58540 Meinerzhagen 51503 Rösrath

Hohlkammerprofilkühlkörper für Halbleiterbauelemente

Die Erfindung betrifft einen Hohlkammerprofilkühlkörper für Halbleiterbauelemente bestehend aus mehreren einzelnen, miteinander verbundenen Teilprofilen aus Metall mit jeweils zwei einander gegenüberliegenden, durch einen Steg miteinander verbundenen Außenwandsegmenten, welcher Hohlkammerkühlkörper außenseitig eine Bestückungsfläche zum Anbringen eines zu kühlenden Halbleiterbauelements aufweist.

Ein derartiger Hohlkammerprofilkühlkörper ist beispielsweise aus der DE &iacgr;&ogr; 295 20 474 U1 bekannt. Der bekannte Hohlkammerprofilkühlkörper stellt einen aus mehreren Teilprofilen bestehenden Profilverbund dar. Jedes Teilprofil weist zwei Außenwandsegmente auf, von denen eines Teil der aus mehreren Teilprofilen zu bildenden Bestückungsfläche ist. Die Teilprofile weisen im Bereich des die Bestückungsfläche bildenden Außenwandsegmentes an ihrer einen Längskante einen Vorsprung und an der gegenüberliegenden Kante eine komplementär zu dem Vorsprung ausgebildete Ausnehmung auf. Durch Einstecken des Vorsprunges eines TeN-profiles in die Ausnehmung eines weiteren Teilprofiles sind zwei Teilprofile miteinander verbindbar, wobei zur Herstellung des Verbundes die beiden Teilprofile miteinander verklebt sind. Das gegenüberliegende Außenwandsegment ist L-förmig parallel zur Ausnehmung abgebogen. Die Länge der L-förmigen Abbiegung entspricht dem Abstand zum benachbarten Teilprofil, so daß auch die der Bestückungsfläche gegenüberliegende Außenseite geschlossen ist.

-2-

Die beiden Außenwandsegmente sind durch Stege bzw. Rippen miteinander verbunden, so daß durch zwei zusammengesetzte Teilprofile ein Hohlraum gebildet ist, der von einem Kühlmedium, etwa Luft, durchströmt wird. Auf der aus den Teilprofilen gebildeten Bestückungsfläche ist das zu kühlende Halbleiterbauelement angeordnet. Dessen beim Betrieb entstehende Wärme wird von dem Bauelement über die Außenwandsegmente in die Stege abgeführt und schließlich auf das die Kühlkammern durchströmende Medium übertragen.

&iacgr;&ogr; Der bekannte Hohlkammerprofilkühlkörper mag zum Kühlen von sich gleichmäßig erwärmenden Halbleiterbauelementen zweckmäßig sein. Da jedoch eine Wärmeübertragung im Bereich der Bestückungsfläche von einem Teiiprofil auf ein benachbartes Teilprofil durch die zwischen den Teilprofilen befindliche Klebeschicht beeinträchtigt ist, können solche Halbleiterbauelemente, die in sich einer unterschiedlichen Erwärmung unterworfen sind, nicht immer ausreichend gekühlt werden.

Zur weiteren Steigerung der Kühlleistung von Hohlkammerprofilkühlkörpern, welches insbesondere in einer Verkleinerung der Kühlkörper resultieren soll, sind Überlegungen angestellt worden, anstelle einer Luftkühlung eine Wasserkühlung vorzusehen. Um eine ausreichende Kühlleistung zu erzielen, ist es mitunter erforderlich, das flüssige Kühlmedium druckbeaufschlagt durch die Kühlkammern des Hohlkammerprofilkühlkörpers durchströmen zu lassen. Für eine solche Anwendung ist jedoch der vorbekannte Hohlkammerprofilkühlkörper nicht vorgesehen und daher ungeeignet.

Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, einen Hohlkammerprofilkühlkörper vorzuschlagen, welcher nicht nur eine Wärmeableitung über den an ein Außenwandsegment grenzenden Steg ermöglicht, sondern der ebenfalls für eine Wasserkühlung, auch druckbeaufschlagt, geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die einzelnen Teilprofile miteinander durch formschlüssiges Verpressen gehalten und im Bereich ihrer Verbindungsstellen durch ein metallisches Fügeverfahren verbunden sind, wobei beiden Außenwandsegmenten eines Teilprofils Verbindungsmittel zum Herstellen des Verpreßverbundes zugeordnet

-3-

sind, welche Verbindungsmittel ineinandersteckbare Stegleisten und Nutleisten mit einem unter Druckbeaufschlagung deformierbaren Nutensteg zum formschlüssigen Verklammern einer eingesetzten Stegleiste umfassen.

Durch das vollständige Verpressen der einzelnen Teilprofile zur Herstellung des Hohlkammerprofilkühlkörpers ist eine Verbindungsart gewählt, bei der die Teilprofile ohne eine zur Verbindung notwendige Zwischenschicht (etwa Kleber) unmittelbar aneinandergrenzen, so daß die einzelnen Teilprofile wärmeleitend verbunden sind. Daher ist die aus einzelnen Außenwandsegmenten gebildete Bestückungsfläche als solche ebenso wärmeleitend und somit wärmeableitend ausgebildet, wie die an den Außenwandsegmenten angeformten Stege. Es werden somit auch diejenigen Hohlkammerprofilkühlkörperabschnitte zur effektiven Kühlung eines Halbleiterbauelementes genutzt, die nicht unmittelbar an das Halbleiterbauelement grenzen. Zusätzlich sind die erfindungsgemäßen Hohlkammerprofilkühlkörper im Bereich ihrer Verbindungsstellen durch ein metallisches Fügeverfahren, etwa durch Schweißen oder Löten, miteinander verbunden. Diese zusätzliche Verbindungsmaßnahme gewährleistet, daß in dem Hohlkammerprofilkühlkörper ein flüssiges Medium, etwa Wasser, eingesetzt werden kann, ohne daß zu befürchten wäre, daß Undichtigkeiten vorhanden sind oder auftreten könnten. Durch die extrem stabile Verbindung - formschlüssiges Verpressen sowie metallisches Fügeverfahren - sind die Kühlkammern des erfindungsgemäßen Hohlkammerprofilkühlkörpers auch zum Durchströmen von druckbeaufschlagten flüssigen Kühlmedien geeignet. Die günstigere Wärmeabfuhr bei einem Einsatz von flüssigen Kühlmedien erlaubt, daß der Hohlkammerprofilkühlkörper verglichen mit solchen, die ein gasförmiges Kühlmedium verwenden, wesentlich kleiner ausgestaltet werden kann. Durch die zweckmäßigerweise gleiche Ausbildung der beiden gegenüberliegenden Außenwandsegmente und der zur Verbindung der Teilprofile vorgesehenen Verbindungsmitte! erlaubt der erfindungsgemäße Hohlkammerprofilkühlkörper, daß beide durch die Außenwandsegmente gebildeten Außenflächen als Bestükkungsflächen nutzbar sind und somit ein einziger Hohlkammerprofilkühlkörper zum Kühlen von mehreren Halbleiterbauelementen verwendet werden kann.

Das formschlüssige Verpressen der einzelnen Teilprofile zur Erstellung

-4-

des Hohlkammerprofilkühlkörpers ist auch für das nachfolgende metallische Fügeverfahren von Bedeutung, da durch das formschlüssige Verpressen die Teilprofile fest miteinander verbunden sind und somit Profilverwindungen beim Durchführen des Wärme verwendenden Fügeverfahrens verhindert sind. Zur Herstellung des formschlüssigen Verpreßverbundes sind jedem Teilprofil Stegleisten und Nutleisten zugeordnet, welche ineinandersteckbar sind, wobei die Nutleiste einen deformierbaren Nutensteg zum formschlüssigen Verklammern einer eingesetzten Stegleiste umfaßt. Die einzelnen Teilprofile können sodann durch Einrollen miteinander verbunden werden, wobei durch Deformation jeweils eines Nutensteges eine plastische Materialverformung erfolgt, so daß zwischen einer eingesetzten Stegleiste und einer Nutleiste ein großflächiger Kontakt hergestellt ist.

Als Fügeverfahren zum zusätzlichen flüssigkeitsdichten Verbinden der Teilprofile kann ein solches verwendet werden, welches eine Materialzugabe vorsieht. In einem Ausführungsbeispiel ist daher vorgesehen, daß im Bereich einer Verbindungsstelle zweier Teilprofile eine Kerbe zur Aufnahme des zuzugebenden Materials angeordnet ist. Zweckmäßigerweise ist eine solche Kerbe durch eine an der Stegleiste angeformte Abschrägung und durch die Stirnseite des äußeren Nutensteges der Nutleiste gebildet.

Selbstverständlich ist auch ein solches metallisches Fügeverfahren zur Verbindung der Teilprofile anwendbar, welches eine Materialzugabe nicht vorsieht.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind Bestandteil der übrigen Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, wobei

Fig. 1 einen schematisierten Querschnitt durch einen Hohlkam

merprofilkühlkörper zeigt, dessen Teilprofile die einzelnen Verbindungsschritte wiedergebend in unterschiedlichen Bearbeitungsstadien dargestellt sind und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Figur 1 im Bereich einer

Verbindungsstelle zweier Teilprofile zeigt.

• ···· ft > · · ■ tft ·*

-5-

Figur 1 zeigt einen Hohlkammerprofilkühlkörper 1, der aus mehreren Teilprofilen T besteht. Die Teilprofile T weisen jeweils zwei Außenwandsegmente 21, 22 auf, die jeweils durch einen Steg 23 miteinander verbunden sind. An den Stegen 23 sind Kühlrippen K angeformt.

In Figur 2 ist in einer vergrößerten Darstellung der Verbund von zwei Teilprofilen T im Bereich ihrer Außenwandsegmente 21 dargestellt. Das in Figur 2 untere Teilprofil T weist an der dem anderen Teilprofil T zugewandten Kante seines Außenwandsegmentes 21 eine Nutleiste 9 auf, deren äußerer Nutensteg 10 an seinem freien Ende eine Materialanhäufung 11 aufweist. Die Materialanhäufung 11 ist zur Stegleiste 12 des oberen Teilprofiles T hin gerichtet. Auch die Stegleiste 12 weist stirnseitig eine Materialanhäufung 13 auf, welche zum äußeren Nutensteg 10 hin gerichtet ist. Durch eine solche Anordnung ist nach einer Verbindung der beiden Teilprofile T - wie in der Figur gezeigt - eine hinterschnittene Nut gebildet, in welcher die Stegleiste 12 formschlüssig verpreßt gehalten ist. Durch die formschlüssige Verpreßverbindung wird gewährleistet, daß die beiden Teilprofile T wärmeleitend miteinander verbunden sind. Zur weiteren Unterstützung der Verbindung der beiden Teilprofile 2, 3 greift auch der innere Nutensteg 14 der Nutleiste 9 in eine entsprechende Aufnahme 15 des oberen Teil profiles T.

Das obere Teilprofil T mit der Nutleiste 12 weist eine Abschrägung 16 auf, die zusammen mit der Stirnseite des äußeren Nutensteges 10 des unteren Teilprofiles T eine als V-förmiger Stoß ausgebildete Kerbe 17 bildet. Die Kerbe 17 dient zur Aufnahme einer Schweißzugabe.

Diese beispielhaft an der in Figur 2 gezeigten Verbindung erläuterten Eigenschaften gelten entsprechend für sämtliche Verbindungsstellen des Hohlkammerprofilkühlkörpers 1, wie in Figur 1 dargestellt.

Zur Erstellung des Hohlkammerprofilkühlkörpers 1 werden zunächst die einzelnen Teilprofile T ineinandergesteckt, wie dies im Schritt A der Figur 1 dargestellt ist. Im anschließenden Schritt zur Erstellung der formschlüssigen Verpressung - Schritt B - werden die zunächst noch abstehenden äußeren Nutenstege 10 der Nutleisten 9 eingerollt. Die Stegleisten 12 sind nunmehr formschlüssig in den Nutleisten 9 verklammert. Die Verbindungsstellen zwischen zwei Teiiprofilen T in diesem Stadium weisen bei

-6-

dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils die Kerbe 17 zur Aufnahme einer Schweißzugabe auf.

Die durch die formschlüssige Verpressung zueinander unbeweglichen Teilprofile T werden anschließend, wie im Schritt C dargestellt, im Bereich ihrer Verbindungsstellen durch eine Schweißung unter Materialzugabe verschweißt, wobei diese Schweißung flüssigkeitsdicht ausgeführt ist.

Durch die bereits im Schritt B erfolgte formschlüssige Verpressung ist an

die Schweißnaht 18 als einzige Anforderung deren Flüssigkeitsdichtigkeit &iacgr;&ogr; gestellt. Daher können als Materialzugabe auch solche Schweißdrähte verwendet werden, die eine relativ dehnfähige Schweißnaht ausbilden und somit rißunempfindlich sind.

Abschließend wird je nach Anwendung die Oberfläche bzw. die Oberflächen des Hohlkammerprofilkühlkörpers 1 mit den Außenwandsegmenten 21 bzw. 22 zur Erstellung von planen Bestückungsflächen 19 durch Abtragen einer gewissen Schichtdicke bearbeitet. Diese bearbeiteten Oberflächen stellen sodann die Bestückungsflächen 19 des Hohlkammerprofilkühlkörpers zum Befestigen von Halbleiterbauelementen dar.

Durch die gleichartige Ausgestaltung der beiden sich gegenüberliegenden Außenwandsegmente und deren Verbindung ist es möglich, an einem einzigen Hohlkammerprofilkühlkörper 1 zwei gegenüberliegende Bestükkungsflächen 19 vorzusehen.

Stirnseitig sind dem Hohlkammerprofilkühlkörper 1 jeweils ein Sammler zugeordnet, so daß die von den Teilprofilen gebildeten Kühlkammern gleichsam von einem flüssigen Kühlmedium, beispielsweise Wasser, durchströmt werden können.

-7-

Zusammenstellung der Bezugszeichen

1	Hohlkammerprofilkühlkörper
21	Außenwandsegment
22	Außenwandsegment
23	Steg
9	Nutleiste
10	äußerer Nutensteg
11	Materialanhäufung
12	Stegleiste
13	Materialanhäufung
14	Nutensteg
15	Aufnahme
16	Abschrägung
17	Kerbe
18	Schweißnaht
19	Bestückungsfläche
K	Kühlrippen
T	Teilprofil

Claims

-8-Schutzansprüche

1. Hohlkammerprofilkühlkörper für Halbleiterbauelemente bestehend aus mehreren einzelnen, miteinander verbundenen Teilprofilen (T) aus Metall mit jeweils zwei einander gegenüberliegenden, durch einen Steg (23) miteinander verbundenen Außenwandsegmenten (21, 22), welcher Hohlkammerkühlkörper (1) außenseitig eine Bestückungsfläche (19) zum Anbringen eines zu kühlenden Halbleiterbauelements aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teilprofile miteinander durch formschlüssiges Verpressen gehalten und im Bereich ihrer Verbindungsstellen durch ein metallisches Fügeverfahren verbunden sind, wobei beiden Außenwandsegmenten (21, 22) eines Teilprofils (T) Verbindungsmittel zum Herstellen des Verpreßverbundes zugeordnet sind, welche Verbindungsmittel ineinandersteckbare Stegleisten (12) und Nutleisten (9) mit einem unter Druckbeaufschlagung deformierbaren Nutensteg (10) zum formschlüssigen Verklammern einer eingesetzten Stegleiste (12) umfassen.

2. Hohlkammerprofilkühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als metallisches Fügeverfahren ein Fügeverfahren unter Materialzugabe vorgesehen ist.

3. Hohlkammerprofilkühlkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Fügeverfahren ein Schweiß- oder Lötverfahren vorgesehen ist.

4. Hohlkammerprofilkühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich einer Verbindungsstelle zweier Teilprofile (T) eine Kerbe (17) zur Aufnahme von beim Fügeverfahren zuzugebenden Material vorgesehen ist.

5. Hohlkammerprofilkühlkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerbe (17) durch eine an der Stegleiste (12) angeformte Abschrägung (16) und der Stirnseite des äußeren Nutensteges (10) der Nutleiste (9) gebildet ist.

6. Hohlkammerprofilkühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als metallisches Fügeverfahren ein Fügeverfahren ohne Materialzugabe vorgesehen ist

7. Hohlkammerprofilkühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stegleiste (12) und der äußere Nutensteg (10) jeder Nutleiste (9) an ihrem stirnseitigen Enden durch Materialanhäufungen (11 bzw. 13) verdickt sind, wobei die Materialanhäufung (11) der Stegleiste (12) zum äußeren Nutensteg

&iacgr;&ogr; (10) und die Materialanhäufung (13) des äußeren Nutensteges (10)

zur Stegleiste (12) hin gerichtet sind.