DE20006937U1

DE20006937U1 - Anordnung zum Ableiten von Wärme

Info

Publication number: DE20006937U1
Application number: DE20006937U
Authority: DE
Original assignee: Hsieh Hsin mao
Current assignee: Hsieh Hsin mao
Priority date: 2000-04-14
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2000-08-17
Anticipated expiration: 2010-04-15
Also published as: US6263956B1

Description

Titel: Anordnung zum Ableiten von Wärme
Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ableiten von Wärme. Sie kann die Wärmeübertragungskapazität der Anordnung zum Ableiten von Wärme erhöhen.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Fig. 1 bezieht sich auf eine bekannte Struktur zum Ableiten von Wärme aus einem extrudierten Aluminium. Sie umfasst eine Basis 11 zum Ableiten von Wärme und mehrere Rippen 12 zum Ableiten von Wärme, die sich nach oben gerichtet erstrecken. Bei dieser sind die Basis 11 zum Ableiten der Wärme und Rippen 12 zum Ableiten der Wärme einstückig ausgebildet. Auf Grund der Beschränkungen aber der extrudierten Aluminiumform kann das Verhältnis der Höhe zur Breite der Rippen nicht zu groß sein. Es ist auch nicht möglich, dass jede Rippe sehr dünn ist. Und es ist auch die Verteilung der Rippen sehr beschränkt. Daher kann nicht jede Ausgestaltung der Rippen zu einem tatsächlichen Produkt führen. Unter dem Gesichtspunkt der Entwicklung von elektronischen Elementen mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit wird eine neue Technologie benötigt, um die Nachteile der bekannten Rippen zum Ableiten von Wärme aus extrudiertem Aluminium zu überwinden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die hauptsächliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zum Ableiten von Wärme zu schaffen, um die Wärmeübertragungskapazität der Anordnung zum Ableiten von Wärme zu erhöhen. So soll sie insbesondere das Verhältnis der Höhe zur Breite der Rippen verbessern, um die wirksame Fläche für den Wärmeübergang zu erhöhen und um die Kühlkapazität zu steigern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 sind bekannte Rippen zum Ableiten von Wärme aus einem extrudieren Aluminium;
"

Fig. 2Aund2B sind eine perspektivische Ansicht der vorliegenden Erfindung und eine vergrößerte Ansicht eines ausgewählten Bereichs davon;

Fig. 3A und 3B sind eine Ansicht von der Seite auf die Rippen zum Ableiten von Wärme und eine vergrößerte Ansicht eines ausgewählten Teils davon;

Fig. 4A und 4B sind eine Ansicht von vorne auf eine Rippe zum Ableiten von Wärme und eine vergrößerte Ansicht eines ausgewählten Teils davon;

Fig. 5A und 5B sind eine Ansicht von vorne auf einen anderen Typ einer Rippe zum Ableiten von Wärme und eine vergrößerte Ansicht eines ausgewählten Teils davon;

Fig. 6A, 6B und 6C sind eine perspektivische Ansicht auf eine zweite bevorzugte Ausführungsform und zwei vergrößerte Ansichten von zwei ausgewählten Bereichen davon; 20

Fig. 7A und 7B sind eine perspektivische Ansicht der zweiten bevorzugten Ausführungsform und vergrößerte Ansicht von zwei ausgewählten Bereichen davon;

Fig. 8 ist ein Ablaufdiagramm, welches die Herstellungsschritte zeigt.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Es wird auf Fig. 2A, 2B, 2C und 2B Bezug genommen. Sie zeigen die erste bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Anordnung zum Ableiten von Wärme weist im wesentlichen eine Basis 21 zum Ableiten von Wärme, eine Mehrzahl von Rippen 22 zum Ableiten von Wärme und einen Befestigungsrahmen 23 auf.

Die Basis 21 zum Ableiten von Wärme und die Rippen 22 zum Ableiten von Wärme sind nicht einstückig ausgebildet. Die Wärmeableitbasis 21 besitzt eine obere Fläche. Die obere Fläche weist mehrere weitgehende parallele Schlitze 211 auf. Jeder Schlitz 211 besitzt eine Breite D, die geringfügig kleiner ist als eine Dicke H eines Einführabschnitts 224 der Wärmeableitrippe 22. Auf diese Weise gestattet er den Wärmeableitrippen 22, . fest in die Schlitze 211 eingesetzt zu werden, um die Wärmeübertragungskapazität der Anordnung zum Ableiten von Wärme zu erhöhen. Es heißt dies, das Verhältnis der Höhe zur Breite der Rippen zu verbessern, um die effektive Wärmeübertragungsfläche zu vergrößern und die Kühlkapazität zu verbessern.
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Dabei sind die Wärmeübertragungsrippen 22 mehrere plattenförmige Strukturen und die unteren Abschnitte dieser Wärmeableitrippen 22 werden als die Einführungsabschnitte 224 definiert.

Was den Befestigungsrahmen 23 betrifft, so ist die Befestigungsausnehmung 212 in der Nähe eines Umfangsrands der oberen Fläche der Wärmeableitbasis 21 angeordnet. Der Befestigungsrahmen 23 wird zur Festlegung der Wärmeableitrippen 22 an der Wärmeableitbasis 21 verwendet. Der Befestigungsrahmen 23 wird zunächst aus einem erweichten Befestigungsmaterial innerhalb der Befestigungsausnehmung 212 gebildet und dann abgekühlt. Schließlich nimmt er einen festen Zustand ein, und bildet den Befestigungsrahmen 23. So kann er die Wärmeableitrippen 22 an der Wärmeableitbasis 21 festlegen.

Schließlich sind, wie es in Fig. 4A, 4B, 5A und 5B dargestellt ist, zwei vorspringende Flansche 221 an den jeweils beiden Seiten jeder Wärmeableitrippe 22 angeordnet. Jeder vorstehende Abschnitt 221 besitzt eine Befestigungsbohrung 222 oder eine Kerbe 223 zur Vergrößerung der Kontaktfläche und der Befestigungskraft zwischen der Wärmeableitbasis 21 und der Wärmeableitrippe 22. D. h., das erweichte Befestigungsmaterial kann durch diese Befestigungsbohrungen 222 oder Kerben 223 fließen. Nachdem das erweichte Befestigungsmaterial abgekühlt ist und einen festen Zustand eingenommen hat, wird es zu dem festen Befestigungsrahmen 23, der die Wärmeableitrippen 22 an der Wärmeableitbasis 21 sicher festlegen kann. Und er kann das Problem beseitig-

ten, dass lockere Rippen eine nur schlechte Wärmeübertragungskapazität hervorrufen.

Was das Problem der Befestigung angeht, kann die Tiefe der Schlitze 211 nicht zu tief sein, da die Dicke der Wärmeableitbasis 21 nicht zu dick sein darf. Wenn die Höhe der Wärmeableitrippe 22 zu groß ist, werden sich die eingesetzten Wärmeableitrippen 22 . lockern auf Grund von Schwingungen oder einer von außen wirkenden Kraft. Auf diese Weise wird der Kontaktzustand schlecht. Infolge dessen wird sich die Wärmeübertragungskapazität verringern. Um dieses Problem zu lösen, ist der Befestigungsrahmen 23 von Nutzen. Das erweichte Befestigungsmaterial wird die vorspringenden Abschnitte 221 der Wärmeableitrippen 22 abdecken. Wenn es einmal abgekühlt und verfestigt ist, wird der Befestigungsrahmen 23 davon gebildet. Daher kann er das Verhältnis der Höhe zur Breite der Rippen verbessern, um die effektive Wärmeübertragungsfläche zu vergrößern und die Kühlkapazität zu verbessern.

Was die Fig. 6A, 6B, 6C, 7A und 7B betrifft, ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei diesem Beispiel ist die Wärmeableitrippe 22 nur eine einzelne, wellenförmige Plattenstruktur und die unteren Abschnitte der Wärmeableitrippe 22 werden als die Einführabschnitte 224 definiert. Daher lassen sich auch diese Einführabschnitte 224 fest in die zugehörigen Schlitze 211 der Wärmeableitbasis 21 einsetzen. Da alle anderen Elemente die gleichen wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform erwähnten Elemente sind, wird die Beschreibung für sie weggelassen.

Wie es anhand von Fig. 8 ersichtlich ist, umfasst das Fertigungsverfahren für die vorliegende Erfindung die nachfolgenden Schritte:

(1) mechanische Fertigung 31: Schneiden von mehreren Schlitzen 211 an einer oberen Fläche der Wärmeableitbasis 21 und Schneiden einer Befestigungsausnehmung 212 nahe einem Umfangsrand der oberen Fläche der Wärmeableitbasis 21; und Pressen und Formen der Wärmeableitrippe(n) 22, die fest in die zugehörigen Schlitze 211 eingesetzt werden können.

(2) Einsetzen 32: Beaufschlagen der Wärmeableitrippe(n) 22 zum festen Einsetzen in die zugehörigen Schlitze 211 der Wärmeableitbasis 21; und

(3) Einspritzen 33: Einspritzen eines erweichten Befestigungsmaterials in die Befestigungsausnehmung 212, welches dann abgekühlt wird, um schließlich zu einem festen

• Zustand geformt zu werden, der dann den Befestigungsrahmen 23 bildet, um die Wärmeableitrippe(n) 22 an der Wärmeableitbasis 21 festzulegen.

In der Praxis können, wenn das Befestigungsmaterial ein Kunststoffwerkstoff ist, die vorstehend genannten Schritte vereinfacht werden und durch diese drei Arten von Maschinen ausgeführt werden: einer Computer/numerisch gesteuerten Maschine (ähnlich einer CNC Maschine), einer Pressmaschine und einer Kunststoffspritzmaschine mit zugehörigen Formen.

Um die Wärmeübertragungskapazität insgesamt zu verbessern, kann als Befestigungswerkstoff ein Wärme leitender Kunststoff, beliebige andere metallische oder nichtmetallische Werkstoffe mit höherer Wärmeleitfähigkeit verwendet werden. Auch kann die Wärmeableitbasis 21 und können die Wärmeableitrippen 22 aus Kupfer (Cu), Aluminium (Al), einer Kupferlegierung, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen gebildet werden.

Die nachfolgende Tabelle, die Tabelle 1, zeigt das Testergebnis nach dem Testen von drei Mustern an einer Zentralverarbeitungseinheit (kurz genannt CPU) eines Computers. Dabei ist die Fläche der CPU 10*12 mm² und der aktuelle Energieverbrauch der CPU beträgt 18.24 W. Die Größe des Lüfters beträgt 50*50 mm². Die Strömungsgeschwindigkeit des Lüfters beträgt 12 cfm und sein statischer Druck berträgt 3.8 mm H₂O. Die Temperatur der Umgebung beträgt 45⁰C. Und der Wärmewiderstandswert wird definiert als der Wärmewiderstand zwischen der inneren Temperatur der CPU und dem Punkt in Höhe von 30 mm oberhalb der CPU in der Luft.

Tabelle 1

Typ Spezifikation	Bekannte Struktur aus extrudiertem Aluminium	Vorliegende Erfindung aus Kupfer (Cu)	Vorliegende Erfindung aus Aluminium (Al)
Grundabmessun gen (mm)	L61B51H5	L50B52H5	L50B5250
Abmessungen der Rippe (mm).	L51B0.86H25	L44B1H50	L44B0.3H50
Rippenzahl	19	21	30
Rippenabstand (mm)	2.45	1.25	1.276
Breite zu Höhe der Rippe	29	50	166.67
Gesamtfläche der Rippen (mm²)	46943	95424	133296
Lüftrichtung	bläst nach oben	bläst seitwärts	bläst seitwärts
Maximale Tem peratur der CPU (⁰C)	87.84	76.28	72.54
Analytischer Wärmewider stand (°C/W)	1.26	0.92	0.81
Experimenteller Wärmewider stand (°C/W)	1.28	1.01	0.90

Anhand der in der Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse können wir klar sehen, dass die Leistungsfähigkeit der vorliegenden Erfindung besser ist als diejenige aus dem bekannten extrudierten Aluminium und zwar unabhängig davon ob analytisch oder experimentell.

Sie kann daher das Verhältnis der Höhe zur Breite der Rippe verbessern, um die effektive Wärmeübertragungsfläche zu vergrößern und die Kühlkapazität zu verbessern und zwar insbesondere für elektronische Elemente.

• ·

Claims

1. Anordnung zum Ableiten von Wärme mit einer Wärmeableitbasis (21) und einer vorbestimmten Zahl einer Wärmeableitrippe oder -rippen (22);

- wobei die Wärmeableitbasis (21) und die Wärmeableitrippe(n) (22) nicht einstückig ausgebildet sind; und

- die Wärmeableitbasis (21) eine obere Fläche besitzt, wobei die obere Fläche mehrere weitgehend parallele Schlitze (211) aufweist und jeder Schlitz (211) eine Breite (D) besitzt, die geringfügig kleiner ist als eine Dicke (H) jedes Einführabschnitts (224) der Wärmeableitrippe(n) (22), damit die Wärmeableitrippe(n) (22) fest in die Schlitze (211) einsetzbar sind zur Vergrößerung der Wärmeübertragungskapazität der Anordnung zum Ableiten von Wärme.

2. Anordnung zum Ableiten von Wärme nach Anspruch 1, wobei die Wärmeableitrippen (22) mehrere plattenförmige Strukturen sind und ihre unteren Abschnitte der Wärmeableitrippen (22) als die Einführabschnitte (224) definiert sind.

3. Anordnung zum Ableiten von Wärme nach Anspruch 1, wobei die Wärmeableitrippe (22) eine einzelne wellenförmige Plattenstruktur ist und ihre unteren Abschnitte der Wärmeableitrippe (22) als der Einführabschnitt (224) definiert ist.

4. Anordnung zum Ableiten von Wärme nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine Befestigungsausnehmung (212) nahe einem Umfangsrand der oberen Fläche der Wärmeableitbasis (21) angeordnet ist; und
die Anordnung zum Ableiten von Wärme weiterhin besitzt:

- einen Befestigungsrahmen (23) zur Befestigung der Wärmeableitrippe(n) (22) an der Wärmeableitbasis (21), wobei der Befestigungsrahmen (23) aus einem erweichten Befestigungswerkstoff innerhalb der Befestigungausnehmung (212) und der dann gekühlt und schließlich zu einem festen Zustand ausgebildet wird, gebildet wird, zur Festlegung der Wärmeableitrippe(n) (22) an der Wärmeableitbasis (21).

5. Anordnung zum Ableiten von Wärme nach Anspruch 4, wobei wenigstens ein vorspringender Flansch (221) an beiden Seiten der Wärmeableitrippe(n) (22) angeordnet ist und jeder vorspringende Flansch (221) eine Befestigungsbohrung (222) oder eine Kerbe (223) besitzt zur Vergrößerung der Kontaktfläche und der Befestigungskraft zwischen der Wärmeableitbasis (21) und den der Wärmeableitrippe(n) (22).