DE29601776U1

DE29601776U1 - Heat sink for semiconductor components or the like.

Info

Publication number: DE29601776U1
Application number: DE29601776U
Authority: DE
Original assignee: Alusuisse Lonza Services Ltd
Current assignee: 3A Composites International AG
Priority date: 1996-02-02
Filing date: 1996-02-02
Publication date: 1996-06-13
Anticipated expiration: 2006-02-03

Description

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Kühlkörper für Halbleiterbauelemente od.dal. Heat sinks for semiconductor components od.dal .

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper für Halbleiterbauelemente od.dgl. Geräte — insbesondere eine Hochleistungskühleinheit — aus stranggepreßtem Aluminium oder anderem Leichtmetall mit in Abstand zueinander an eine Grundplatte angeschlossenen und davon aufragenden Kühlrippen, die jeweils mittels eines Kupplungssockels in einer Einsatznut od.dgl. Ausnehmung der Grundplatte festliegen, wobei neben jeder eine Ventilrippe aufnehmenden Einsatznut in der Grundplatte eine Hilfsnut zur zeitweiligen Aufnahme eines Werkzeuges angeordnet ist.The invention relates to a heat sink for semiconductor components or similar devices - in particular a high-performance cooling unit - made of extruded aluminum or other light metal with cooling fins connected to a base plate at a distance from one another and projecting therefrom, each of which is fixed in an insert groove or similar recess in the base plate by means of a coupling base, wherein next to each insert groove in the base plate that accommodates a valve fin, an auxiliary groove for temporarily accommodating a tool is arranged.

Die DE-PS 35 18 310 beschreibt eine derartige Kühleinheit mit in die Oberfläche der Grundplatte eingeformten Einsatznuten rechteckigen Querschnitts zur Aufnahme des Kupplungssockels einer Kühlrippe. Die Mittelachse der Einsatznut ist deren — und des Kupplungssockels — Symmetrieachse. Der Kupplungssockel ist mit Längsrippen und — von diesen begrenzten — längsgerichteten Seitennuten versehen, in welche während des Herstellungsprozesses durch ein verformendes — querschnittlich keilartiges — Werkzeug Grundplatten-Matrix eingepreßt wird; so entsteht ein formschlüssiger Verbund zwischen Kühlrippe und Grundplatte. In letzterer werden durch die Verformung sowohl in Längs- als auch in Querrichtung Spannungen erzeugt, die zum festen Sitz der Kühlrippen wesentlich beitragen; die Rückfederung der zwischen Einsatznut und Hilfsnut verbleibenden engen Rippenabschnitte des Grundprofiles wird kompensiert. Dieser Rückfederungseffekt nimmt naturgemäß mit steigender Festigkeit des Grundwerkstoffes zu. Entsprechend hoch müssen dann die erzeugten Spannungen in der Grundplatte — und damit die Stanzkraft — sein, was wiederum zu größeren Planheitsabweichungen der Grundplatte führen kann.DE-PS 35 18 310 describes such a cooling unit with insert grooves of rectangular cross-section formed into the surface of the base plate to accommodate the coupling base of a cooling fin. The central axis of the insert groove is its axis of symmetry and that of the coupling base. The coupling base is provided with longitudinal ribs and longitudinal side grooves delimited by these, into which the base plate matrix is pressed during the manufacturing process by a deforming tool with a wedge-shaped cross-section; this creates a positive connection between the cooling fin and the base plate. In the latter, the deformation in both the longitudinal and transverse directions creates stresses that contribute significantly to the firm fit of the cooling fins; the springback of the narrow rib sections of the base profile remaining between the insert groove and the auxiliary groove is compensated. This springback effect naturally increases with increasing strength of the base material. The stresses generated in the base plate - and thus the punching force - must then be correspondingly high, which in turn can lead to greater flatness deviations of the base plate.

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Die entsprechend dem Keilwinkel des verformenden Werkzeuges auf die Grundplatte gerichtete Kraftkomponente führt zu einer rückbildenden elastischen Verformung. Ein sicherer Kontakt zwischen der Unterseite des Kupplungssockels einerseits und der Grundplatte anderseits kann kaum erreicht werden, und ein Wärmefluß über Grundplatte und Unterseite des Kupplungssockels findet nur in vernachlässigbarer Größenordnung statt; der Wärmefluß wird lediglich über die Flanken dieses Kupplungssockels geführt.The force component directed at the base plate according to the wedge angle of the deforming tool leads to a regressive elastic deformation. A secure contact between the underside of the coupling base on the one hand and the base plate on the other hand can hardly be achieved, and a heat flow via the base plate and underside of the coupling base only takes place to a negligible extent; the heat flow is only guided over the flanks of this coupling base.

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, eine verbesserte Verspannung der Kühlrippe in der Grundplatte bei möglichst geringer Stanzkraft zu erreichen sowie damit die Kühlleistung je Volumeneinheit weitergehend zu verbessern.Knowing this state of the art, the inventor set himself the task of achieving improved clamping of the cooling fin in the base plate with the lowest possible punching force and thus further improving the cooling performance per unit volume.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre nach dem unabhängigen Anspruch; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildungen an.The teaching according to the independent claim leads to the solution of this task; the sub-claims indicate favorable further training.

Erfindungsgemäß ist in die Grundplatte im — von Seitenwand und Nutengrund bestimmten — Eckbereich der Einsatznut eine vom Nutengrund in die Grundplatte hinein geneigte Zusatznut eingeformt; deren Neigungswinkel mit der — bevorzugt eine Symmetrieachse bildenden — Mittelachse der Einsatznut liegt unter 90°, vorteilhafterweise zwischen 50° und 70°.According to the invention, an additional groove is formed in the base plate in the corner area of the insert groove, which is determined by the side wall and the groove base; the angle of inclination of the additional groove with the central axis of the insert groove, which preferably forms an axis of symmetry, is less than 90°, advantageously between 50° and 70°.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Querschnitt der Zusatznut gerundet; seine Kontur besteht aus einem Teilkreis und davon ausgehenden, zueinander parallelen Tangenten. Die größte Querschnittslänge entspricht bevorzugt etwa einem Drittel der Einsatznuttiefe.According to a further feature of the invention, the cross-section of the additional groove is rounded; its contour consists of a partial circle and tangents extending from it that are parallel to one another. The largest cross-sectional length preferably corresponds to approximately one third of the insert groove depth.

Dank dieses Paares von Zusatznuten beidseits der Einsatznut wird die erwähnte Rückfederung vermindert. Die erfindungsgemäße Nutform führt zu einer auf den unteren Teil der Grundplatte gerichtete Verformung der Nutflanken oder seitenwände und so zu einer zusätzlichen Spannungskomponen-Thanks to this pair of additional grooves on either side of the insert groove, the springback mentioned is reduced. The groove shape according to the invention leads to a deformation of the groove flanks or side walls directed towards the lower part of the base plate and thus to an additional stress component.

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te. Durch den Formschluß zwischen der Unterfläche des Kupplungssockels und der Grundplatte wird ein wesentlich verbesserter Wärmeübergang geschaffen und damit eine deutliche Qualitätsverbesserung des Verbundes zwischen Kühlrippen und Gehäuse bzw. Grundplatte.The positive connection between the underside of the coupling base and the base plate creates a significantly improved heat transfer and thus a significant improvement in the quality of the connection between the cooling fins and the housing or base plate.

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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt inFurther advantages, features and details of the invention emerge from the following description of a preferred embodiment and from the drawing; this shows in

Fig. 1: die Frontansicht einer Hochleistungskühleinheit aus einem Kühlkörper mit Kühlrippen;Fig. 1: the front view of a high-performance cooling unit consisting of a heat sink with cooling fins;

Fig. 2: einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig.Fig. 2: an enlarged section of Fig.

1 mit einer einzelnen Kühlrippe während der Herstellung der Hochleistungskühleinheit; 1 with a single cooling fin during the manufacturing of the high performance cooling unit;

Fig. 3: einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig.Fig. 3: an enlarged section of Fig.

2 ohne Kühlrippe;2 without cooling fin;

Fig. 4: den — vergrößerten — Ausschnitt der Fig. 2 in einer nachfolgenden Herstellungsstufe; Fig. 4: the enlarged section of Fig. 2 in a subsequent manufacturing stage;

Eine Hochleistungskühleinheit aus Leichtmetall — insbesondere aus AlMgSiO.5 F 22 — für in der Zeichnung aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht weiter dargestellte Halbleiterbauelemente weist gemäß Fig. 1 einen Kühlkörper 10 mit einem Gehäuse 12 aus einer Grundplatte 14 der Breite a von beispielsweise 150 mm und einer Dicke b von hier 25 mm sowie beidseits an die Grundplatte 14 angeformten Flankenwänden 16 auf. Letztere bilden mit der Grundplatte 14 eine — stranggepreßte — Rechteckrinne.A high-performance cooling unit made of light metal - in particular made of AlMgSiO.5 F 22 - for semiconductor components not shown in the drawing for reasons of clarity has, according to Fig. 1, a cooling body 10 with a housing 12 made of a base plate 14 with a width a of for example 150 mm and a thickness b of 25 mm here, as well as flank walls 16 formed on both sides of the base plate 14. The latter form an - extruded - rectangular channel with the base plate 14.

In die Grundplatte 14 sind zum Gehäuseinnenraum 18 hin offene — durch Bodenrippen 20 voneinander getrennte — Einsatznuten 22 rechteckigen Querschnitts der Tiefe h von beispielsweise 4 mm angeformt; die Einsatznuten 22 sind zueinander in einem Abstand e ihrer Mittelachsen A von 10 mm so-Insert grooves 22 of rectangular cross-section with a depth h of 4 mm, for example, are formed in the base plate 14 and are open towards the housing interior 18 and separated from one another by base ribs 20; the insert grooves 22 are arranged at a distance e from one another between their central axes A of 10 mm and

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wie wechselweise mit Hilfsnuten 24 etwa V-förmigen Querschnitts angeordnet. Die Hilfsnuten 24 verlaufen in den erwähnten Bodenrippen 20.arranged alternately with auxiliary grooves 24 of approximately V-shaped cross-section. The auxiliary grooves 24 run in the mentioned floor ribs 20.

In die Einsatznuten 22 rechteckigen Querschnitts der Breite i von 4 nun wird jeweils eine — parallel zu den Flankenwänden 16 gerichtete — Kühlrippe 26 mit einem den Nutenquerschnitt i. w. ausfüllenden Kupplungssockel 28 der Breite k eingesetzt; aus dessen beiden Seitenflächen sind jeweils vier Längsleisten 30 etwa sägezahnartigen Querschnitts herausgeformt .A cooling fin 26, directed parallel to the flank walls 16, with a coupling base 28 of width k that essentially fills the cross-section of the groove is inserted into the insert grooves 22 of rectangular cross-section of width i of 4; four longitudinal strips 30 of approximately sawtooth-like cross-section are formed from each of its two side surfaces.

Von den — durch Seitenwand 32 und Nutengrund 34 gebildeten — Ecken der Einsatznuten 22 geht jeweils eine querschnittlich gerundete Zusatznut 36 aus. Deren Symmetrie- oder Mittellinie M ist zur Mittelachse A der Einsatznut 22 geneigt und schließt mit letzterer einen Neigungswinkel w von etwa 60° ein. Deren Querschnittslänge &eegr; entspricht etwa einem Drittel der Tiefe h der Einsatznut 22.A cross-sectionally rounded additional groove 36 extends from the corners of the insert grooves 22 formed by the side wall 32 and the groove base 34. Its symmetry or center line M is inclined to the center axis A of the insert groove 22 and forms an angle of inclination w of approximately 60° with the latter. Its cross-sectional length η corresponds approximately to one third of the depth h of the insert groove 22.

Zum Festlegen der Kühlrippe 26 in der Grundplatte 14 werden die Seitenwände 32 der Einsatznut 22 verformt. Gemäß Fig. 3 wird in die benachbarte Hilfsnut 24, deren Seitenwände 25 einen Querschnittswinkel t von etwa 35° bestimmen, ein querschnittlich keilartiges Quetschwerkzeug 38 eingesetzt, dessen Keilwinkel q mit mehr cils 55° größer ist als jener Querschnittswinkel t der Hilfsnut 24. Das Werkzeug 38 verformt zunächst den oberen Bereich des von Einsatznut 22 und Hilfsnut 24 begrenzten Rippenabschnitts 40 durch eine Querkraft Fq und preßt die Seitenwandmatrix in Form von Werkstoff wulsten in von den Längs leisten 3 0 begrenzte Längsnuten 31 des Kupplungssockels 28. Mit zunehmender Eindringtiefe y des Werkzeuges 38 in Druckrichtung &zgr; baut sich eine Vertikalkraft F_v auf, die unter Verminderung des Querschnitts der Zusatznuten 3 6 den Kupplungssockel 2 8 auf den Nutgrund 34 drückt. Hierdurch wird ein zusätzliches Verspannen der Kühlrippe 26 erreicht.In order to secure the cooling fin 26 in the base plate 14, the side walls 32 of the insert groove 22 are deformed. According to Fig. 3, a cross-sectionally wedge-like crushing tool 38 is inserted into the adjacent auxiliary groove 24, the side walls 25 of which determine a cross-sectional angle t of approximately 35°, the wedge angle q of which is more than 55° greater than the cross-sectional angle t of the auxiliary groove 24. The tool 38 first deforms the upper region of the rib section 40 delimited by the insert groove 22 and auxiliary groove 24 using a transverse force Fq and presses the side wall matrix in the form of material beads into longitudinal grooves 31 of the coupling base 28 delimited by the longitudinal strips 30. With increasing penetration depth y of the tool 38 in the pressure direction &zgr; a vertical force F _v builds up, which presses the coupling base 2 8 onto the groove base 34 while reducing the cross section of the additional grooves 3 6. This results in additional bracing of the cooling fin 26.

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Durch die Sollbiegestelle an der durch die verformten Zusatznuten 3 6_r erreichten geschwächten Stelle an den Rippenabschnitten 40 der Grundplatte 14 wird die Stanzkraft spürbar reduziert, ohne daß dies zu Lasten des Festsitzes der Kühlrippen 26 ginge.Due to the predetermined bending point at the weakened point on the rib sections 40 of the base plate 14, which is reached by the deformed additional grooves 3 6 _r , the punching force is noticeably reduced without this being at the expense of the tight fit of the cooling fins 26.

Claims

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1. Heat sink for semiconductor components or similar devices, in particular high-performance cooling units, made of extruded aluminum or other light metal, with cooling fins connected to a base plate at a distance from one another and projecting from it, each of which is secured by means of a coupling base in an insert groove or similar recess in the base plate, wherein next to each insert groove in the base plate that accommodates a cooling fin there is an auxiliary groove for temporarily accommodating a tool,

characterized,

that an additional groove (36) is formed in the base plate (14) in the corner area of the insert groove (22) determined by the side wall (32) and the groove base (34).

2. Cooling body according to claim 1, characterized in that the center line (M) of the additional groove (36) with the center axis (A) of the insert groove (22) encloses an angle of inclination (w) of less than 90° directed towards the groove base (34).

3. Cooling body according to claim 2, characterized by an angle of inclination determined by the two center lines (M) of the additional grooves (36) between 100° and 140°·

4. Heat sink according to claim 2, characterized by an angle of inclination (w) between the central axis (A) and the center line (M) of approximately 60°.

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5. Cooling body according to one of claims 1 to 4, characterized in that the additional groove (3 6) has a cross-section which is rounded at the end.

6. Heat sink according to claim 5, characterized by a cross section consisting of a partial circle and two mutually parallel tangents to this.

7. Cooling body according to one of claims 1 to 6, characterized by a ratio of the cross-sectional length (n) of the additional groove (36) to the depth (h) of the insert groove (22) between 1:4 and 1:3.