DE4445541B4

DE4445541B4 - Kühlkörperbefestigungseinrichtung

Info

Publication number: DE4445541B4
Application number: DE4445541A
Authority: DE
Inventors: William D. Dallas Jordan; Matthew C. Lewisville Smithers
Original assignee: Thermalloy Inc
Current assignee: Thermalloy Inc
Priority date: 1993-12-20
Filing date: 1994-12-20
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2014-12-21
Also published as: HK1006631A1; CN1104320A; GB2284937A; CN1074584C; DE4445541A1; JPH07202091A; TW332721U; JP3426368B2; US5386338A; US5428897A; GB2284937B; GB9409748D0; KR950023262A

Abstract

Vorrichtung, die Folgendes aufweist:
(a) einen Kühlkörper (30), der einen Körper (31) aus thermisch leitendem Material aufweist, der mindestens eine im Wesentlichen flache erste Hauptfläche (35) und eine zweite Hauptfläche besitzt, wobei die zweite Hauptfläche im Wesentlichen parallel zu der ersten Hauptfläche (35) angeordnet ist, wobei sich mindestens zwei Rippen (33) von der zweiten Hauptfläche aus und im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Hauptfläche (35) erstrecken; und
(b) eine Befestigungseinrichtung, die einen langgestreckten Mittelteil (42) mit im wesentlichen zylindrischem Querschnitt besitzt; und
(c) einen Bügel (45), der zwischen den Rippen (33) angeordnet und befestigt ist, der das Mittelteil (42) der Befestigungseinrichtung innerhalb des Kühlkörpers (30) aufnimmt und sichert, wobei der Bügel (45) einen im Allgemeinen halbkreisförmigen Sitz (47) zum Aufnehmen des Mittelteils (42) der Befestigungseinrichtung und Ansätze oder Vorsprünge (46) umfasst, wobei sich die Vorsprünge (46) von beiden Seiten des Sitzes (47) aus erstrecken und eine...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Vorrichtung, um elektronische Komponenten bzw. Bauteile zur Dissipation thermischer Energie an Kühlkörpern zu befestigen. Genauer bezieht sie sich auf eine Anordnung einer Feder und eines Federbügels, die einen Kühlkörper mit und in thermischer Verbindung mit einem elektronischen Bauelement (Elektronikbauelement) befestigt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Fortschritte auf dem Gebiet der Mikroelektroniktechnologie zielen darauf ab, Chipeinrichtungen zu entwickeln, die weniger physischen Raum einnehmen, während sie mehr elektronische Funktionen durchführen. Herkömmlicher Weise werden die Chips verpackt zur Verwendung in Gehäusen, die den Chip von seiner Umgebung schützen und Mittel bereitstellen, für Eingabe/Ausgabekommunikation bzw. -verbindung zwischen dem Chip und externen Schaltungsanordnungen. Der andauernde Trend zur Miniaturisierung hat die Erzeugung von mehr Wärme in einem kleineren physikalischen Raum mit weniger Struktur, um die Wärme aus dem Bauelement abzuleiten, zur Folge. Ähnlich erweitert die Entwicklung von elektronischen Schaltungseinrichtungschips unter Verwendung von zusammengesetzten Halbleitern bzw. Verbindungshalbleitern weiter die Erfordernisse für das Bilden von Bauelementen, die Einrichtungen enthalten können, die bei höheren Temperaturen betrieben werden und Einrichtungstemperaturen durch Wärmedissipation steuern bzw. kontrollieren.
In vielen Bauelementen wird Wärmeleitung aus dem Chip an das Äußere des Bauelements erzielt durch ein Übertragungsmedium mit hoher thermischer Leitfähigkeit, das in thermischer Verbindung mit dem Chip steht und eine Dissipationsoberfläche anliegend bzw. benachbart der Oberfläche des Bauelements besitzt. Andere Bauelemente leiten nur die Wärme durch das Bauelement selbst. Jedoch, um Wärme von dem Bauelement abzugeben, muss ein externer Kühlkörper an dem Einrichtungs- oder Elektronikbauelement befestigt werden. Typischerweise ist der Kühlkörper ein Körper aus einem Material, wie zum Beispiel Metall, das eine hohe thermische Leitfähigkeit besitzt. Der Kühlkörper hat gewöhnlicherweise mindestens eine flache Seite oder Stirnfläche, um sie benachbart zu einer Seite bzw. Stirnfläche des Bauelements zu positionieren und kann Rippen, Stifte oder andere Strukturen zum Abgeben von thermischer Energie an die Umgebungsatmosphäre aufweisen.
Um wirksam zu sein, muss der Kühlkörper so wenig Raum wie möglich einnehmen, während er maximale Beträge von thermischer Energie abgibt. Es ist ebenfalls wünschenswert, dass der Kühlkörper einfach und schnell befestigbar bzw. entfernbar an bzw. von dem Bauelement ist und zum Verbinden an eine große Vielfalt von verschiedenen Bauelementen anpassbar ist. Wo große Anzahlen von Einrichtungen, insbesondere Elektronikeinrichtungen, in einem Montageprozess verwendet werden, machen es ökonomische Gründe erforderlich, dass der Montageprozess, einschließlich der Montage von Kühlkörpern etc. einfach, automatisierbar, vielseitig und verläßlich ist. Demzufolge ist das Befestigen von Kühlkörpern durch Haftmittel, Schrauben, Bolzen und ähnlichem in hohem Maße nicht wünschenswert. Eine Befestigung durch einfache Bügel bzw. Klammern und Ähnlichem ist sehr viel bevorzugter, weil diese schnell und gewöhnlicherweise sehr leicht ist.

Bei früheren Versuchen, einen Kühlkörper an einem Chip oder an einem Chipgehäuse zu befestigen, wurde häufig die Wärmedissipationsoberfläche reduziert, und der Kühlkörper wurde nicht fest angebracht bzw. fixiert. Typische Beispiele sind in US 5,208,731 A und in JP 01071154 A offenbart. Bei diesen Beispielen besteht die Befestigung aus einem Einschnappbügel bzw. einer Federklemme und die Kraft, die nötig ist, um die Federklemme zu installieren, muss in der Ebene des Kühlkörpers angelegt werden zwischen den Stiften oder Rippen des Kühlkörpers, wodurch man einen Schaden an den Stiften oder Rippen des Kühlkörpers riskiert. Außerdem ist die Befestigungseinrichtung nicht an dem Kühlkörper befestigt. Demzufolge, wenn der Kühlkörper von dem Chipgehäuse entfernt wird, ist die Haltevorrichtung ein loses Teil, und es besteht die Gefahr, dass sie fallengelassen wird. Zusätzlich schließen die in den oben genannten Druckschriften offenbarten Anordnungen eine Vormontage des Kühlkörpers und der Befestigung aus. Stattdessen muss die Befestigung des Kühlkörpers gleichzeitig mit der Installierung der Schaltungseinrichtung durchgeführt werden. Demzufolge gibt es einen Bedarf für eine verbesserte Kühlkörperbefestigungsanordnung, die an den Kühlkörper vor der Installierung auf dem Bauelement befestigt werden kann, und eine solche Einrichtung, die das Risiko von Schaden an dem Kühlkörper und dem Bauelement während dem Installierungsverfahren reduziert. Außerdem wird eine Befestigungsanordnung benötigt, die einen minimalen Raumbedarf besitzt, so dass die Wärmedissipationseigenschaften der Kühlkörperkonfiguration nicht ungünstig beeinflusst werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Kühlkörperbefestigungseinrichtung vorgesehen, bei der eine einfache Federklemme verwendet werden kann, um den Kühlkörper an einem Sockel, Rahmen oder einer anderen Anbringungshalterung zu befestigen, um den Kühlkörper an einem Bauelement zu befestigen. Die Federklemmenbefestigungseinrichtung wird an dem Kühlkörper mit einem Bügel befestigt, der aus einem dünnen rechteckigen Metallblech gestanzt wurde, wobei der Bügel (45), der zwischen den Rippen (33) angeordnet und befestigt ist, der das Mittelteil (42) der Befestigungseinrichtung innerhalb des Kühlkörpers (30) aufnimmt und sichert, wobei der Bügel (45) einen im Allgemeinen halbkreisförmigen Sitz (47) zum Aufnehmen des Mittelteils (42) der Befestigungseinrichtung und Ansätze oder Vorsprünge (46) umfasst, wobei sich die Vorsprünge (46) von beiden Seiten des Sitzes (47) aus erstrecken und eine Mündung oder Öffnung dazwischen definieren, um die Federklemme aufzunehmen. Die Federklemme weist einen langgestreckten Basisteil auf, der in dem halbkreisförmigen Sitz des Bügels angeordnet ist und überschreitet eine Oberfläche des Kühlkörpers. Ist einmal die Einrichtung zwischen den Rippen des Kühlkörpers angeordnet, werden die Vorsprünge durch die Rippen zusammengedrückt, was verursacht, dass der Spalt zwischen den Vorsprüngen und dem Sitzdurchmesser reduziert wird. Indem man diesen Sitzdurchmesser und den Spalt reduziert bzw. verkleinert, wird die Federbasis zusammengedrückt und fest an ihrem Platz durch den Bügel gehalten. Da keine Modifikationen an dem Kühlkörper erforderlich sind, werden die Kosten der Implementierung der vorliegenden Kühlkörperbefestigungseinrichtung minimiert.

Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung kann verschiedene Formen annehmen und ist geeignet zur Verwendung in einer großen Vielzahl von Betriebsanordnungen. Indem man die Befestigungseinrichtung an dem Kühlkörper befestigt, wird die Betriebsanordnung des Kühlkörpers vereinfacht und ist demzufolge weniger teuer und zuverlässiger. Zusätzlich erlaubt dies eine Vorinstallation der Befestigungseinrichtung. Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlicher hervorgehen in Verbindung mit der angefügten Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:

1 eine Explosionsansicht einer Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel, die ein Bauelement, einen Befestigungsrahmen, einen Kühlkörper und eine Befestigungseinrichtung verwendet;

2 eine perspektivische Ansicht der Anordnung der 1;

3 eine geschnittene Teilansicht des Kühlkörpers und der Befestigungseinrichtung der 1, geschnitten entlang der Linie 3-3; und

4 eine perspektivische Ansicht der Befestigungseinrichtung der 1.

Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Kombination mit einem Kühlkörper 30, einem elektronischen Einrichtungsbauelement 10 und einem Befestigungsrahmen 20 in den 1 und 2 gezeigt. Wie dargestellt, weist die Befestigungseinrichtung 50 eine Federklemme 41 und ein Bügel 45 auf. Der dargestellte Kühlkörper 30 weist einen Körper 31 aus thermisch leitendem Material, wie zum Beispiel Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kupfer oder Ähnlichem auf, der eine im Wesentlichen flache erste Hauptfläche 35 und langgestreckte Stifte 33, die sich von der gegenüberliegenden Seite erstrecken, aufweist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Stifte 33 durch Schneiden über parallele Rippen hinweg gebildet, die zuvor durch Extrudieren oder durch Sägen von parallelen Schlitzen in den Körper 31 gebildet wurden. Unabhängig von dem Herstellungsverfahren hat der Körper 31 mindestens eine Vielzahl von parallelen Schlitzen oder Kanälen 34, die sich in eine erste Richtung erstrecken, um Rippen 33 zum Leiten von Wärme aus dem Körper 31 an die Umgebungsatmosphäre zu bilden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Befestigungseinrichtung 50 weist eine Federklemmeneinrichtung 50 auf, die eine Federklemme 41 mit einem langgestreckten Mittelkörperteil 42, der eine Hauptachse mit den Armen 43 und 44 definiert, die sich in im Wesentlichen entgegengesetzten Richtungen senkrecht zu der Achse des Mittelkörperteils 42 erstrecken, um eine im Wesentlichen Z-förmige Einrichtung zu definieren, wobei jeder Arm Endteile 43a und 44a besitzt, die sich aufwärts mit einem flachen Griff 43b und 44b krümmen, um mit dem Positioniermittel in Eingiff zu stehen. Die Feder 41 kann aus irgendeinem geeigneten Material gebildet werden, das flexibel aber elastisch ist, zum Beispiel eine Stange oder ein dicker Draht aus Stahl, Aluminium oder Ähnlichem. Der Bügel 45 wird aus einem dünnen rechteckigen Metallblech gebildet, das gestanzt wurde. Es sollte beachtet werden, dass der Bügel 45 aus irgendeinem geeigneten Material gebildet werden kann, das flexibel ist, aber elastisch, wie zum Beispiel Stahl, Aluminium, Plastik oder ähnlichem. Der halbkreisförmige Teil des Bügels definiert einen Sitz 47 und die Vorsprünge 46, die sich von jeder Seite des Sitzes 47 erstrecken, werden leicht nach oben verdreht. Die Außenkanten der Vorsprünge 46 definieren Lageroberflächen 46a zur Anlage an den Rippen 33 des Kühlkörpers 30. Die Verbindungen der Vorsprünge 46 und des Sitzes 47 definieren zwei Kanten 47a. Der Abstand zwischen den Kanten 47a definiert seinerseits einen Spalt oder Zwischenraum 48.
In dem nicht installierten Zustand ist der Spalt 48 größer als der Durchmesser des Mittelkörperteils 42 der Federklemme 41 und gestattet, dass der Mittelkörperteil 42 in dem Sitz 47 positioniert wird. Sobald die Feder 41 in dem Sitz 47 positioniert ist, kann die Befestigungseinrichtung 50 in dem Kühlkörper 30, wie in 3 dargestellt, installiert werden. Um die Einrichtung 50 jedoch zu installieren, müssen die zwei Vorsprünge 46 zusammengedrückt werden, um nicht an den Rippen 33 des Kühlkörpers 30 anzustoßen, da der Abstand zwischen den zwei Lageroberflächen 46a der Vorsprünge 46 in dem nicht installierten Zustand größer ist als der Abstand zwischen benachbarten Rippen 33 des Kühlkörpers 30. Sind einmal die Vorsprünge 46 zusammengedrückt, kann die Einrichtung 50 in den Schlitzen 34 des Kühlkörpers 30 positioniert werden. In dem installierten Zustand liegen die Lagerkanten 46a der Vorsprünge 46 an den Oberflächen 33a der benachbarten Rippen 33 an, wodurch der Spalt 48 und der Durchmesser des Sitzes 47 verringert wird und der langgestreckten Mittelkörper 42 der Feder 41 in dem Sitz 47 des Bügels 45 gesichert wird. Durch das oben beschriebene Sichern des Mittelkörperteils 42 wird die Feder 41 in dem Sitz 47 (drehbar) gelagert und daran befestigt. Die Endteile 43, 44 sind an gegenüberliegenden Seiten des Körpers 31 positioniert, wenn der Mittelteil 42 zwischen den Rippen 33 durch den Bügel 45 festgehalten wird.
Die Befestigung des Kühlkörpers an einem elektronischen Bauelement unter Verwendung der Untereinheit 30 ist in den 1 und 2 dargestellt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Rahmen 20, der eine offene Mitte 22 und einen mit einer Vertiefung versehenen Absatz 23 besitzt dazu verwendet, das Bauelement 10 um seinen Umfang zu tragen. Man wird erkennen, dass der Rahmen 20 nur dazu benutzt wird, Mittel zum Sichern des Kühlkörpers 30 an dem Bauelement 10 vorzusehen und folglich viele Formen annehmen kann, abhängig von der Konfiguration bzw. dem Aufbau des Bauelements 10. Zum Beispiel kann der Rahmen 20 nur die Ecken des Bauelements 10 aufnehmen oder kann die Form eines Schuhes oder eines Bügels annehmen, der an einem Teil des Umfangs des Bauelements 10 befestigt wird. Unabhängig von seiner physischen Anordnung sieht der Rahmen 20 Mittel zum Aufnehmen der Griffe 43b, 44b der Klemme 41 vor. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Rahmen 20 Spitzen bzw. Vorsprünge 24, die sich lateral nach außen von seinen gegenüberliegenden Seiten in der Nähe von den diagonal angeordneten Ecken erstrecken. Wie in den 1 und 2 dargestellt, ist das Bauelement 10 innerhalb des Rahmens 20 und der flachen Oberfläche 35 des Kühlkörpers 30 benachbart zu der Oberseite des Bauelements 10 angeordnet. Die Kühlkörpereinrichtung wird zusammengehalten bzw. gesichert, indem man die Griffe 43b, 44b unter die Spitzen bzw. Vorsprünge 24 an den Rahmen 20 klemmt.
Man erkennt, dass, indem man die Federklemme 41 in dem Kühlkörperkörper 31 festklemmt, die Unteranordnung 30 wie eine Einheit versandt, gehandhabt und zusammengebaut werden kann. Indem die Teile aneinander gesichert werden, können viele Probleme, die mit losen Teilen verbunden sind, eliminiert werden und die Befestigung der Unteranordnung 30 an ein Elektronikbauelement bzw. Einrichtungsbauelement 10 ist viel leichter und kann sogar automatisiert werden. Man erkennt ebenfalls, dass der Rahmen 20 vollständig in den Fällen eliminiert werden kann, in denen das Bauelement in einer Anbringungshalterung, wie zum Beispiel einer Fassung oder Ahnlichem, angeordnet wird. Die Fassung kann Vorsprünge, wie zum Beispiel die Vorsprünge 24, zum Aufnehmen der Griffe 43b, 44b der Feder besitzen oder die Griffe 43b, 44b der Feder können gebildet sein, um in die Ausnehmungen in der Befestigungsvorrichtung oder unter die Anbringungshalterung zu passen. Verschiedene andere Anordnungen zum Sichern der Enden der Feder an die Anbringungshalterung können vorgesehen sein, um die erfindungsgemäße Unteranordnung zu verwenden.
Die Erfindung wurde unter besonderer Bezugnahme auf eine Z-förmige Feder, die an dem Rahmen befestigt wird, beschrieben. Die Federklemme bzw. -klammer 41 kann verschiedene andere Formen annehmen und dennoch in der Lage sein, an einem Kühlkörper, wie hierin beschrieben, gesichert zu werden.

Claims

Vorrichtung, die Folgendes aufweist: (a) einen Kühlkörper (30), der einen Körper (31) aus thermisch leitendem Material aufweist, der mindestens eine im Wesentlichen flache erste Hauptfläche (35) und eine zweite Hauptfläche besitzt, wobei die zweite Hauptfläche im Wesentlichen parallel zu der ersten Hauptfläche (35) angeordnet ist, wobei sich mindestens zwei Rippen (33) von der zweiten Hauptfläche aus und im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Hauptfläche (35) erstrecken; und (b) eine Befestigungseinrichtung, die einen langgestreckten Mittelteil (42) mit im wesentlichen zylindrischem Querschnitt besitzt; und (c) einen Bügel (45), der zwischen den Rippen (33) angeordnet und befestigt ist, der das Mittelteil (42) der Befestigungseinrichtung innerhalb des Kühlkörpers (30) aufnimmt und sichert, wobei der Bügel (45) einen im Allgemeinen halbkreisförmigen Sitz (47) zum Aufnehmen des Mittelteils (42) der Befestigungseinrichtung und Ansätze oder Vorsprünge (46) umfasst, wobei sich die Vorsprünge (46) von beiden Seiten des Sitzes (47) aus erstrecken und eine Mündung oder Öffnung dazwischen definieren, die in ihrer Größe abnimmt, wenn die Vorsprünge (46) zusammengedrückt werden, um eine laterale Entnahme des langgestreckten Mittelteils (42) aus dem halbkreisförmigen Sitz (47) zu verhindern, wobei der Sitz (47) ferner so bemessen ist, daß eine Drehbewegung der Befestigungseinrichtung um eine Achse des langgestreckten Mittelteils (42) sowie eine Translationsbewegung der Befestigungseinrichtung entlang der erwähnten Achse gestattet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kühlkörper eine Vielzahl von Rippen (33) umfasst, die von der zweiten Hauptfläche hervorstehen, wodurch eine Vielzahl von Schlitzen definiert wird, die parallel zu und zwischen den Rippen (33) liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Rippen (33) durch Reihen von Stiften definiert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Befestigungseinrichtung Endteile (43a, 44a) besitzt, die sich von dem langgestreckten Mittelteil (42) in eine Richtung erstrecken, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Achse des Mittelteils (42) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Befestigungseinrichtung ein langgestreckter Körper aus einem Federmaterial ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ein elektronisches Bauelement (10) umfasst, das eine im Wesentlichen flache Hauptfläche besitzt, die in der Nähe und in thermischer Verbindung mit der ersten Hauptfläche (35) des Kühlkörpers (30) angeordnet ist bzw. steht.
Vorrichtung nach Anspruch 6, die eine Anbringungshalterung einschließt zur Zusammenarbeit mit der Befestigungseinrichtung, um den Kühlkörper (30) an dem elektronischen Bauelement (10) zu sichern.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Anbringungshalterung eine Fassung zur Aufnahme von Eingabe/Ausgabe-Leitungen aufweist, die sich aus dem elektronischen Bauelement (10) erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Anbringungshalterung einen offenen Rahmen (20) aufweist, der das elektronische Bauelement (10) um seinen Umfang aufnimmt und trägt.
Verfahren zum Herstellen einer Unteranordnung, die einen Kühlkörper (30) und eine Befestigungsfederanordnung einschließt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: (a) Bilden eines Kühlkörpers (30), der erste und zweite gegenüberliegend angeordnete Hauptflächen besitzt; (b) Vorsehen von mindestens zwei Rippen (33), die sich aus der zweiten Hauptfläche erstrecken, die senkrecht zu der ersten Hauptfläche (35) sind; (c) Positionieren des einen im wesentlichen zylindrischen Querschnitt aufweisenden Mittelteils (42) einer axial langgestreckten Befestigungsfeder (41), die Endteile (43a, 44a) besitzt, die sich in im wesentlichen entgegengesetzte Richtungen weg von der Achse des Mittelteils (42) erstrecken, in einem Bügel (45), wobei der Bügel (45) einen im Allgemeinen halbkreisförmigen Sitz (47) zum Aufnehmen des Mittelteils (42) der Befestigungseinrichtung und Ansätze oder Vorsprünge (46) umfasst, wobei sich die Vorsprünge (46) von beiden Seiten des Sitzes (47) aus erstrecken und eine Mündung oder Öffnung dazwischen definieren; (d) Positionieren des Bügels (45) mit der darin eingelegten Befestigungsfeder (41) zwischen den Rippen (33) des Kühlkörpers, wobei die Vorsprünge (46) zusammengedrückt werden, so daß die Mündung oder Öffnung zwischen den Vorsprüngen (46) in ihrer Größe abnimmt, um einerseits eine laterale Entnahme des langgestreckten Mittelteils (42) aus dem halbkreisförmigen Sitz (47) zu verhindern und andererseits eine Drehbewegung der Befestigungseinrichtung um eine Achse des langgestreckten Mittelteils (42) sowie eine Translationsbewegung der Befestigungseinrichtung entlang der erwähnten Achse zu gestatten.