DE10203238A1

DE10203238A1 - Kühlbaustein

Info

Publication number: DE10203238A1
Application number: DE10203238A
Authority: DE
Inventors: Hermann Ebert
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2002-01-28
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2003-06-05

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlbaustein. Erfindungsgemäß weist der Kühlbaustein ein Kühlstrangprofil (2) und zwei U-Strangprofile (4, 6) auf, wobei das Kühlstrangprofil (2) stirnseitig jeweils eine Ausnehmung (16, 18) und mehrere nebeneinander verlaufende Kühlmittelkanäle (10) aufweist, die stirnseitig mit diesen Ausnehmungen (16, 18) verbunden sind, und wobei diese Ausnehmungen (16, 18) zusammen mit korrespondierenden U-Strangprofilen (4, 6) jeweils einen Strömungsraum bilden, wobei diese U-Strangprofile (4, 6) mit dem Kühlstrangprofil (2) nicht lösbar verbunden sind. Somit erhält man einen Kühlbaustein mit großflächigen Kühlflächen (30, 32), der preiswert hergestellt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlbaustein.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 75 39 365 ist ein Kühlbaustein bekannt, mit dem zwei Halbleiterbauelemente gekühlt werden. Dieser Kühlbaustein weist einen plattenförmigen Körper aus thermisch gut leitendem Material auf. Im Innern dieses plattenförmigen Körpers sind mehrere Kühlmittelkanäle nebeneinander in einer Ebene angeordnet. Diese Kühlmittelkanäle durchsetzen in einem ersten Endabschnitt einen ersten querverlaufenden Kühlmittelkanal und münden an ihrem anderen Ende in einem weiteren, ebenfalls querverlaufenden Kühlmittelkanal. Außerdem ist je ein Anschlussmittel, beispielsweise ein Anschlussstutzen, an einer Außenseite des Kühlbausteins so angeordnet, dass er jeweils die Öffnung eines querverlaufenden Kühlmittelkanals für den Zu- bzw. Abfluss eines Kühlmittels bildet. Diese Anschlussmittel können auf einer Flachseite oder auf einer Schmalseite des plattenförmigen Körpers des Kühlbausteins angebracht sein. Die Kühlmittelkanäle können kreisförmig sein oder einen anderen Querschnitt aufweisen. Dieser Querschnitt bestimmt im wesentlichen die Dicke des Kühlbausteins.

Ein derartiger Kühlbaustein wird beispielsweise zur Kühlung von zwei Halbleiterbauelementen geringem Ausmaß verwendet.

Um Halbleiterbauelemente, beispielsweise mit den Abmessungen 140 × 190 mm zu kühlen, werden Kühlbausteine verwendet, die aus mehreren Teilen zusammengesetzt sind. Ausgangspunkt ist eine Kühlplatte, in der mehrere nebeneinander liegende Nuten gefräst sind. In den Endbereichen dieser Nuten sind Ausnehmungen gefräst, die zusammen mit Abdeckungen einen Kühlmittelverteiler, -sammler und einen Kühlmittelumlenkeinrichtung bilden. Mit Hilfe eines Deckels werden aus den Nuten Kühlmittelkanäle. Diese Abdeckungen bzw. dieser Deckel werden entweder aufgeschweißt bzw. aufgeschraubt. Ein derartiger Kühlbaustein ist wegen der vielen Bearbeitungsschritte teuer in der Herstellung.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den bekannten Kühlbaustein derart weiterzubilden, dass dieser preiswert hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, dass der erfindungsgemäße Kühlbaustein aus mehreren Strangprofilen besteht, die miteinander nicht lösbar verbunden werden, wird weniger Bearbeitungszeit benötigt, so dass der Kühlbaustein gegenüber einem herkömmlichen wesentlich preiswerter ist.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform werden zwei Kühlstrangprofile mit drei U-Strangprofilen zu einem Kühlbaustein zusammengesetzt. Dadurch erhält man einen Kühlbaustein mit doppelter Kühlplatte, ohne dass sich der Aufwand verdoppelt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Strangprofile eines Kühlbausteins steckbar ausgeführt. Dadurch sind die zu verbindenden Strangprofile zueinander mechanisch fixiert, so dass sich der Aufwand bei einer nicht lösbaren Verbindung der Strangprofile wesentlich vereinfacht.

Als nicht lösbare Verbindung wird geschweißt oder geklebt. Geklebt werden die einzelnen Strangprofile eines Kühlbausteins genau dann, wenn die Ansprüche hydrisch oder thermisch gering sind. Gegenüber dem Schweißen ist das Kleben kostengünstig.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die stirnseitigen Bereiche des Kühlstrangprofils abgesetzt ausgeführt. Durch diese Ausgestaltung sind die Schweißnähte zwischen U-Strangprofil und Kühlstrangprofil außerhalb der Ebene der Kühlfläche, die ein zu kühlendes Bauelement aufnimmt. Dadurch erübrigt sich die Nacharbeitung der Schweißnähte.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Kühlbausteins schematisch veranschaulicht sind.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlbausteins, in der
Fig. 2 ist ein Querschnitt eines Kühlstrangprofils eines Kühlbausteins nach Fig. 1 dargestellt, die
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlbausteins, wogegen die
Fig. 4 und 5 jeweils eine zugehörige Schnittdarstellung IV-IV und V-V zeigen.
In der Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines Kühlbausteins nach der Erfindung veranschaulicht. Dieser Kühlbaustein besteht aus einem Kühlstrangprofil 2, und zwei U- Strangprofile 4 und 6. Ein Querschnitt dieses Kühlstrangprofils 2 ist in der Fig. 2 näher dargestellt. Danach weist das- Kühlstrangprofil 2 einen Bereich 8 auf, in dem mehrere Kühlmittelkanäle 10 nebeneinander angeordnet sind. Außerdem weist dieser Bereich 8 jeweils schmalseitig einen Bereich 12 auf, der für die Aufnahme von Befestigungsmittel des oder der zu kühlenden Halbleiterbauelemente vorgesehen ist. Ferner weist jeder dieser beiden Bereiche 12 entlang seiner Schmalseite eine Nase 14 auf, die gegenüber dem Bereich 12 jeweils abgesetzt angeordnet sind. Diese Nasen 14 bilden einen Zuschlag für das Schweißen als nicht lösbare Verbindungstechnik. Durch das Vorhandensein dieser Nasen 14 vereinfacht sich die Herstellung einer nicht lösbaren Verbindung, sind jedoch nicht zwingend notwendig. Der Querschnitt der Kühlmittelkanäle 10 ist gemäß Fig. 2 trapezförmig ausgebildet. Neben dieser trapezförmigen Ausbildung der Querschnitte der Kühlmittelkanäle 10 können diese Querschnitte auch rechteckförmig und ellipsenförmig sein. Die Querschnittsform wird so gewählt, dass möglichst ein großer Teil des Bereichs 8 mit Kühlmittelkanälen 10 durchsetzt ist.
Die Stirnbereiche des Kühlstrangprofils 2 sind jeweils mit einer Ausnehmung 16 bzw. 18 versehen. Durch die Ausgestaltung dieser Ausnehmungen 16 und 18 beginnen bzw. enden alle Kühlmittelkanäle in der Ausnehmung 16 bzw. 18. D. h., die Kühlmittelkanäle 10 sind strömungsmäßig parallel geschaltet. Über jeden Stirnbereich wird ein U-Strangprofil 4 bzw. 6 gestülpt. Diese U-Strangprofile 4 und 6 weisen jeweils ein Anschlussmittel 20 bzw. 22 auf. Die Ausnehmung 16 bzw. 18 bilden zusammen mit dem korrespondierenden U-Strangprofil 4 bzw. 6 einen Kühlmittelverteiler bzw. einen Kühlmittelsammler. Das U- Strangprofil 4 bzw. 6 ist mit dem Kühlstrangprofil 2 verschweißt. Die Schweißnähte sind in der Fig. 1 fett dargestellt. Da jedes der beiden U-Strangprofile 4 und 6 ein Anschlussmittel 20 und 22 aufweist, wird das Kühlmittel auf der einen Seite des Kühlbausteins zugeführt und dessen anderen Seite wieder abgeführt.
Die Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlbausteins. Diese Ausführungsform besteht aus zwei Kühlstrangprofilen 2 ₁ und 2 ₂. Diese beiden Kühlstrangprofile 2 ₁ und 2 ₂ sind entlang ihrer schmalseitigen Nasen 14 ₁ und 14 ₂ miteinander verschweißt. Diese Schweißnaht ist wie in der Fig. 1 fett dargestellt. Gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 sind die beiden Kühlstrangprofile 2 ₁ und 2 ₂ an einer Stirnseite jeweils mit einer Ausnehmung 24 und 26 versehen, die einseitig offen sind. Dabei sind diese beiden Ausnehmungen 24 und 26 derart angeordnet, dass diese beim zusammen geschweißten Kühlstrangprofilen 2 ₁ und 2 ₂ eine gemeinsame Ausnehmung bilden, die annähernd über die gesamte Stirnseite dieses Kühlbausteins verläuft. Auch über diese gesamte Stirnseite ist ein U-Strangprofil 28 gestülpt, wodurch aus der gemeinsamen Ausnehmung eine Kühlmittelumlenkung erzeugt wird. D. h., die Kühlmittelkanäle 10 ₁ und 10 ₂ der beiden nebeneinander angeordneten Kühlstrangprofilen 2 ₁ und 2 ₂ sind strömungsmäßig in Reihe geschaltet. D. h., das Kühlmittel gelangt über das Anschlussmittel 20 in die parallel geführten Kühlmittelkanäle 10 ₁ des ersten Kühlstrangprofils 2 ₁, die das Kühlmittel in die Ausnehmung 24 und damit in die Ausnehmung 26 führt. Von dieser gemeinsamen Ausnehmung fließt das Kühlmittel anschließend wieder von den Kühlmittelkanälen 10 ₂ des zweiten Kühlstrangprofils 2 ₂ zur Ausnehmung 18 und fließt über das Anschlussmittel 22 aus dem Kühlbaustein wieder ab. Somit bilden die beiden Ausnehmungen 16 und 18 im Zusammenhang mit den korrespondierenden U-Strangprofilen 4 und 6 jeweils einen Kühlmittelverteiler und einen Kühlmittelsammler. Anstelle der beiden U-Strangprofilen 4 und 6 kann auch ein gemeinsames U- Strangprofil mit den beiden Anschlussmittel 20 und 22 verwendet werden. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind diese U-Strangprofile 4, 6 und 28 mit den beiden Kühlstrangprofilen 2 ₁ und 2 ₂ verschweißt. Auch hier sind diese Schweißnähte fett dargestellt.
Anhand des Querschnitts IV-IV, veranschaulicht in der Fig. 4 ist erkennbar, dass die Schweißnähte nicht in der Ebene der Kühlflächen 30, 32 und 34, 36 der beiden zusammen geschweißten Kühlstrangprofilen 2 ₁ und 2 ₂ angeordnet sind. Dies wird dadurch erreicht, dass die schmalseitig angeordneten Nasen 14 ₁ und 14 ₂ und die stirnseitigen Bereiche mit den Ausnehmungen 16, 18, 24 und 26 gegenüber diesen Kühlflächen 30 bis 36 abgesetzt angeordnet sind. Da diese Schweißnähte in einer parallel verlaufenden Ebene angeordnet sind, brauchen diese nicht nachgearbeitet werden. Lediglich die Kühlflächen 30 bis 36 müssen für einen guten Wärmeübergang nachbehandelt werden. In dieser Darstellung sind die in der Fig. 3 fett dargestellten Schweißnähte als kleine Dreiecke dargestellt.
In der Fig. 5 ist ein Längsschnitt V-V der Ausführungsform des Kühlbausteins nach Fig. 3 näher dargestellt. In dieser Darstellung, die längs durch einen Kühlmittelkanal 10 ₁ verläuft, sind die Ausnehmungen 18 und 26 gut erkennbar. Erst im Zusammenhang mit den korrespondierenden U-Strangprofilen 6 und 28 entstehen Räume für das Kühlmittel. In Abhängigkeit deren Funktion, d. h., verteilen, umlenken und sammeln, werden die mit diesen Räumen verbundenen Kühlmittelkanäle strömungsmäßig parallel, in Reihe und parallel geschaltet.
Dadurch, dass der erfindungsgemäße Kühlbaustein aus mehreren Strangprofilen 2 bzw. 2 ₁, 2 ₂ und 4, 6 und 28 zusammengeschweißt wird, sinkt dessen Herstellungskosten erheblich. Zur weiteren Vereinfachung der Schweißarbeiten sind die Strangprofile 2 bzw. 2 ₁, 2 ₂ und 4, 6 und 28 steckbar ausgeführt. Dadurch halten sich diese Strangprofile 2 bzw. 2 ₁, 2 ₂ und 4, 6 und 28 in einer Ebene und sind vor der Schweißung mechanisch bereits zueinander fixiert. Da ebenfalls die Schweißnähte nicht in der Ebene der Kühlflächen 30, 32 und 34, 36 der Kühlstrangprofile 2 ₁ und 2 ₂ angeordnet sind, entfällt eine Nachbearbeitung der Schweißnähte.

Claims

1. Kühlbaustein mit einem Kühlstrangprofil (2) und zwei U- Strangprofilen (4, 6), wobei dieses Kühlstrangprofil (2) stirnseitig jeweils eine Ausnehmung (16, 18) und mehrere nebeneinander verlaufende Kühlmittelkanäle (10) aufweist, die jeweils stirnseitig mit diesen Ausnehmungen (16, 18) verbunden sind, wobei jedes U-Strangprofil (14) mit einem Anschlussmittel (20,22) versehen ist, wobei die stirnseitigen Ausnehmungen (16, 18) mittels eines U-Strangprofils (4, 6) jeweils einen Strömungsraum bilden und wobei diese U-Strangprofile (4, 6) mit dem Kühlstrangprofil (2) nicht lösbar verbunden sind.

2. Kühlbaustein nach Anspruch 1 mit zwei Kühlstrangprofile (2 ₁, 2 ₂) und einem dritten U-Strangprofil (28), dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kühlstrangprofile (2 ₁, 2 ₂) entlang ihrer nebeneinander verlaufenden Schmalseiten miteinander nicht lösbar verbunden sind, dass die beiden Ausnehmungen (24, 26) einer ersten Stirnseite mittels des dritten U-Profils (28) einen gemeinsamen Strömungsraum bilden, wogegen die beiden Ausnehmungen (16, 18) der zweiten Stirnseite mittels einem U-Strangprofil (4, 6) mit einem Anschlussmittel (20, 22) jeweils einen Strömungsraum bilden und dass diese U-Strangprofile (4, 6, 28) mit den beiden Kühlstrangprofilen (2 ₁, 2 ₂) nicht lösbar verbunden sind.

3. Kühlbaustein nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlstrangprofil (2) schmalseitig jeweils eine Nase (14) aufweist.

4. Kühlbaustein nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strangprofile (2, 2 ₁, 2 ₂, 4, 6, 28) steckbar ausgeführt sind.

5. Kühlbaustein nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitigen Bereiche des Kühlstrangprofils (2, 2 ₁, 2 ₂) abgesetzt ausgeführt sind.

6. Kühlbaustein nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erstellung einer nicht lösbaren Verbindung geschweißt wird.

7. Kühlbaustein nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erstellung einer nicht lösbaren Verbindung geklebt wird.

8. Kühlbaustein nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche eines jeden Kühlmittelkanals (10, 10 ₁, 10 ₂) trapezförmig ist.

9. Kühlbaustein nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche eines jeden Kühlmittelkanals (10, 10 ₁, 10 ₂) rechteckförmig ist.

10. Kühlbaustein nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche eines jeden Kühlmittelkanals (10, 10 ₁, 10 ₂) ellipsenförmig ist.

11. Kühlbaustein nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strangprofile (2, 2 ₁, 2 ₂, 4, 6, 28) jeweils aus thermisch gut leitendem Material sind.