DE10153512A1 - Cooling element for modern high-efficiency semiconductor devices has cooling fins arranged on flat side of baseplate, and which have end faces on inflow and outflow sides constructed to enhance flow dynamics - Google Patents
Cooling element for modern high-efficiency semiconductor devices has cooling fins arranged on flat side of baseplate, and which have end faces on inflow and outflow sides constructed to enhance flow dynamicsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kühlkörper mit einer Grundplatte und mehreren Kühlrippen, die auf einer Flachseite dieser Grundplatte beabstandet angeordnet sind, deren Stirnflächen zusammen mit gebildeten Kühlkanälen eine Ein- bzw. Ausströmfläche für eine Kühlluft bildet. The invention relates to a heat sink with a Base plate and several cooling fins on one flat side this base plate are spaced, the End faces together with cooling channels formed one or Outflow surface for cooling air forms.
Im Handel ist ein derartiger Kühlkörper erhältlich, der beispielsweise in der Fig. 1 näher dargestellt ist. In dieser Darstellung ist mit 2 die Grundplatte, mit 4 die Flachseite mit 6 die Kühlrippen, mit 8 bzw. 10 die Stirnflächen der Kühlrippen, mit 12 bzw. 14 die Ein- bzw. Ausströmseite und mit 16 die Kühlkanäle bezeichnet. Die Kühlluft, die durch die gebildeten Kühlkanäle 16 geblasen wird, wird mittels eines Lüfters 18 erzeugt. Dieser Lüfter 18 ist direkt an der Einströmseite 12 das Kühlkörpers angebracht. Die Kühlkanäle 16 werden jeweils durch zwei benachbarten Kühlrippen 6 und einem Teil der Flachseite 4 der Grundplatte 2 gebildet. Die Ausströmseite 14 ist der Einströmseite 12 gegenüber angeordnet, und wird aus den Stirnflächen 10 der Kühlrippen 6 und den Kühlkanälen 16 gebildet. In dieser Darstellung sind die Stirnflächen 8 der Kühlrippen 6, die zusammen mit den Kühlkanälen 16 die Einströmseite 12 bilden, nicht erkennbar, da diese vom Lüfter 18 abgedeckt werden. Auf der Flachseite 20 der Grundplatte 2, die den Kühlrippen 6 abgewandt ist, sind mehrere Halbleiterbauelemente 22 mittels einer wärmeleitenden Montageplatte 24 montiert. Such a heat sink is available commercially, which is shown in more detail in FIG. 1, for example. In this illustration, 2 denotes the base plate, 4 the flat side, 6 the cooling fins, 8 and 10 the end faces of the cooling fins, 12 and 14 the inflow and outflow side and 16 the cooling channels. The cooling air which is blown through the cooling channels 16 formed is generated by means of a fan 18 . This fan 18 is attached directly to the inflow side 12 of the heat sink. The cooling channels 16 are each formed by two adjacent cooling fins 6 and part of the flat side 4 of the base plate 2 . The outflow side 14 is arranged opposite the inflow side 12 and is formed from the end faces 10 of the cooling fins 6 and the cooling channels 16 . The end faces 8 of the cooling fins 6 , which together with the cooling channels 16 form the inflow side 12 , cannot be seen in this illustration, since these are covered by the fan 18 . On the flat side 20 of the base plate 2 , which faces away from the cooling fins 6 , a plurality of semiconductor components 22 are mounted by means of a heat-conducting mounting plate 24 .
Bei modernen Leistungshalbleitern liegt die Wärmestromdichte im Bereich von 105 W/m2. Eine ökonomische Entwärmung ist hier nur mit einem Kühlkörper, der ein hohes Rippenverhältnis RV aufweist, möglich. Dieses Rippenverhältnis RV ist der Quotient aus Kühlrippenbreite RB, auch als Rippendicke bezeichnet, zu Rippenabstand RA. Die Leistungsfähigkeit des Kühlkörpers ist begrenzt durch den erreichbaren Temperaturhub ΔT der Kühlluft. Dieser Temperaturhub ΔT ist wiederum von der Geometrie des Kühlkörpers abhängig, insbesondere ist dieser proportional zum Rippenverhältnis RV. Für einen Kühlkörper mit einem Rippenverhältnis RV von Eins ergibt sich aus strömungstechnischer Sicht ein Grenzwert, mit dem eine Lufterwärmung von ungefähr 24 K erreicht werden kann. Mit dieser Lufterwärmung kann ein mittlerer Wärmestrom ≙ abgeführt werden. With modern power semiconductors, the heat flow density is in the range of 10 5 W / m 2 . Economic cooling is only possible with a heat sink that has a high fin ratio R V. This fin ratio R V is the quotient of the fin width R B , also referred to as the fin thickness, to the fin spacing R A. The performance of the heat sink is limited by the achievable temperature rise ΔT of the cooling air. This temperature rise ΔT is in turn dependent on the geometry of the heat sink, in particular this is proportional to the fin ratio R V. For a heat sink with a fin ratio R V of one, there is a limit value from a fluidic point of view with which an air heating of approximately 24 K can be achieved. A medium heat flow mittler can be dissipated with this air heating.
Die Lufterwärmung im Kühlkörper resultiert aus einem Impulsaustausch zwischen Kühlluft und Kühlfläche, an der Grenzfläche zwischen Kühlrippe 6 und Kühlkanal 16. Er ist vom Turbolenzgrad der Strömung abhängig. Je höher der Turbolenzgrad desto besser ist der Wärmeaustausch. Der Turbolenzgrad wiederum hängt von den Oberflächeneigenschaften der Rippe 6, den Stoffeigenschaften der Kühlluft und dem Eigenimpuls der Kühlluft (Luftgeschwindigkeit) ab. The air heating in the heat sink results from an exchange of impulses between the cooling air and the cooling surface, at the interface between the cooling fin 6 and the cooling channel 16 . It depends on the degree of turbulence of the flow. The higher the degree of turbulence, the better the heat exchange. The degree of turbulence in turn depends on the surface properties of the rib 6 , the material properties of the cooling air and the intrinsic momentum of the cooling air (air speed).
Der abführbare Wärmestrom ≙ lässt sich bei gegebener Lufterwärmung und Rippeneigenschaften wie Geometrie und Rauhigkeit, nur durch die Erhöhung des Turbolenzgrades steigern. Dieses kann beispielsweise durch die Erhöhung der Luftgeschwindigkeit erreicht werden. Dabei muss entweder die Luftmenge erhöht oder der Strömungskanalquerschnitt reduziert werden. Beide Maßnahmen führen zu einer Erhöhung der benötigten Lüfterleistung. The dissipatable heat flow ≙ can be Air heating and fin properties such as geometry and roughness, only increase by increasing the degree of turbulence. This can, for example, by increasing the Air speed can be reached. Either the amount of air increased or the flow channel cross section can be reduced. Both measures lead to an increase in the required Fan power.
Bei konstanten Massenstrom ≙ steigt die
Strömungsgeschwindigkeit bei Reduktion des Strömungskanalquerschnitts A, der
gleich dem Produkt Rippenabstand RA und Kühlrippenhöhe RH
ist. Durch eine Verringerung des Rippenabstandes RA steigt
die Strömungsgeschwindigkeit und das Rippenverhältnis RV an.
Eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit führt zu einem
erhöhten Gegendruck im Strömungskanal. Durch Anwendung des
Bernoulli Gesetzes lässt sich der Druckabfall eines
Strömungskanals wie folgt beschreiben:
At constant mass flow ≙, the flow velocity increases when the flow channel cross section A is reduced, which is equal to the product of fin spacing R A and cooling fin height R H. By reducing the fin spacing R A , the flow velocity and the fin ratio R V increase . An increase in the flow rate leads to an increased back pressure in the flow channel. By applying the Bernoulli law, the pressure drop of a flow channel can be described as follows:
Wie in dieser Gleichung zu sehen ist, bewirkt eine
Verringerung des Rippenabstandes RA eine Druckerhöhung ΔP. Dabei
beschreibt der Formfaktor, der mit ζ bezeichnet wird, den
Strömungswiderstand des Strömungskanals. Dieser Formfaktor ζ
setzt sich im wesentlichen aus drei Komponenten zusammen.
Diese sind:
- a) Oberflächeneigenschaften entlang des Strömungskanals (Rauhigkeit),
- b) Verhältnisse am Eintritt des Strömungskanals (Geometrie),
- c) Verhältnisse am Austritt des Strömungskanals (Geometrie).
- a) surface properties along the flow channel (roughness),
- b) conditions at the inlet of the flow channel (geometry),
- c) Conditions at the outlet of the flow channel (geometry).
Während für den Impulsaustausch ein möglichst hoher Formfaktor ζ entlang des Strömungskanals erwünscht ist, sind die Komponenten gemäß b und c dieses Formfaktors ζ unerwünscht, die zum Teil erhebliche Systemkosten verursachen. While for the pulse exchange the highest possible Form factor ζ along the flow channel is desired Components according to b and c of this form factor ζ undesirable, which sometimes cause considerable system costs.
Bei bisherigen Ausführungsformen von Kühlkörpern wird der Einfluss des Formfaktors ζ insbesondere der Komponenten b und c vernachlässigt. Bei einer Steigerung des Wärmestroms ≙, über den Kühlkörper abgeführt werden soll, steigt der Druckabfall sowohl quadratisch proportional zur Strömungsgeschwindigkeit, als auch linear über den Formfaktor ζ. Aus diesem Grund benötigen die im Handel erhältliche Kühlkörper Lüfter mit einer hohen mechanischen Leistung, die an die Kühlluft abgegeben werden kann. Diese sind jedoch teuer und groß. In previous embodiments of heat sinks Influence of the form factor ζ especially of components b and c neglected. With an increase in heat flow ≙, to be dissipated via the heat sink, increases Pressure drop both proportional to the square Flow velocity, as well as linearly via the form factor ζ. Out For this reason, you need the commercially available heat sinks Fan with a high mechanical performance, which to the Cooling air can be released. However, these are expensive and large.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den bekannten Kühlkörper derart weiterzubilden, dass ein Lüfter mit einer geringeren mechanischen Leistung verwendet werden kann. The invention is based on the object, the known Develop heat sink in such a way that a fan with a lower mechanical power can be used.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved with the characteristic Feature of claim 1 solved.
Dadurch, dass jeweils eine Stirnfläche einer jeden Kühlrippe, die in einer Ein- und Ausströmseite der Rippenanordnung für eine Kühlluft angeordnet ist, strömungsgünstig ausgebildet ist, während die Komponenten bezüglich der Geometrie am Eintritt und Austritt der Strömungskanäle des Formfaktors reduziert. Mit Verringerung des Druckabfalls wird die Lüfterleistung reduziert. Dieser Effekt wird um so größer, je enger die Kühlrippen eines Kühlkörpers angeordnet sind. D. h., eine hohe Rippendichte ist dann gegeben, wenn der Rippenabstand ungefähr gleich der Rippenbreite ist. The fact that one end face of each cooling fin, which in an inflow and outflow side of the rib arrangement for a cooling air is arranged, streamlined is, while the components in terms of geometry Entry and exit of the flow channels of the form factor reduced. As the pressure drop decreases, the Fan performance reduced. The narrower the effect, the greater the effect Cooling fins of a heat sink are arranged. That is, a high one Rib density is given when the rib spacing is approximately equal to the width of the ribs.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlkörpers ist die beabstandeten Kühlrippen derart zueinander in Strömungsrichtung der Kühlluft versetzt angeordnet, dass die Ein- und Ausströmseiten wellenförmig ausgebildet sind. Durch diese Maßnahme wird der Druckabfall weiter verringert, womit eine Reduzierung der Lüfterleistung einhergeht. In an advantageous embodiment of the invention The heat sink is the spaced cooling fins arranged offset to each other in the flow direction of the cooling air, that the inflow and outflow sides are wavy are. This measure causes the pressure drop to widen reduced, reducing the fan power accompanied.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlkörpers sind jede Stirnfläche der Kühlrippen der Einströmseite konvex und jede Stirnfläche der Kühlrippen der Ausströmseite keilförmig ausgebildet. Durch diese unterschiedlichen Ausgestaltungen der Stirnflächen einer jeden Kühlrippe erhält diese Kühlrippe jeweils die Form eines entgegen der Strömungsrichtung gestreckten Tropfes. Diese ausgebildeten Kühlrippen stellen bezüglich des Gegendrucks eine ideale Rippenform dar, wodurch die mechanische Leistung eines Lüfters am meisten reduziert werden kann. Dies geht jedoch zu Lasten der aufwendigen Herstellung des Kühlkörpers. In an advantageous embodiment of the invention Heatsinks are each face of the cooling fins Inflow side convex and each end face of the cooling fins Outflow side wedge-shaped. Through this different configurations of the end faces of each This fin is given the shape of a cooling fin against the direction of the stretched drip. This trained cooling fins provide a counter pressure ideal rib shape, whereby the mechanical performance of a Fan can be reduced the most. However, this is true Burdens of the complex production of the heat sink.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlkörpers ist jede Stirnfläche einer jeden Kühlrippe der Ein- und Ausströmseite der Rippenanordnung angeschrägt und derart in Strömungsrichtung der Kühlluft versetzt angeordnet, dass die Ein- und Ausströmseite jeweils zig-zack-förmig ausgebildet sind. Dabei verlaufen diese beiden zig-zack-förmigen Flächen phasengleich. Durch diese Ausgestaltung erhält man eine besonders wirtschaftliche Lösung für einen Kühlkörper nach der Erfindung. Durch das Anschrägen jeder Rippe und durch deren beschriebenen Anordnung stellt sich ein Mini- (jede Rippe) und ein Makro-(Rippenanordnung) Bereich ein, die jeweils zur Gegendruckverringerung beitragen. In a further embodiment of the invention Heatsink is every face of each cooling fin The inlet and outlet side of the rib arrangement is chamfered and arranged offset in the flow direction of the cooling air, that the inflow and outflow sides are each zigzag-shaped are trained. These two zigzag run Areas in phase. With this configuration you get a particularly economical solution for a heat sink according to the invention. By chamfering each rib and due to their described arrangement, a mini (each rib) and a macro (rib arrangement) area, which each contribute to reducing the counter pressure.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kühlkörpers sind den Unteransprüchen 6 bis 9 zu entnehmen. Further advantageous embodiments of the invention Heat sinks can be found in subclaims 6 to 9.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kühlkörpers schematisch veranschaulicht sind. To further explain the invention, reference is made to the drawing Reference, in which several embodiments of the heat sink according to the invention are illustrated schematically.
Fig. 1 zeigt einen handelsüblichen Kühlkörper, in der Fig. 1 shows a commercially available heat sink, in the
Fig. 2 ist eine Strömungsverteilung an Kühlrippen des Kühlkörpers nach Fig. 1 näher dargestellt, die Fig. 2 is a flow distribution on cooling fins of the heat sink of FIG. 1 shown in more detail, the
Fig. 3 zeigt eine Strömungsverteilung an Kühlrippen eines ersten erfindungsgemäß ausgebildeten Kühlkörpers, in der FIG. 3 shows a flow distribution on cooling fins of a first heat sink designed according to the invention, in which
Fig. 4 ist eine Strömungsverteilung an Kühlrippen eines zweiten erfindungsgemäß ausgebildeten Kühlkörpers dargestellt und die FIG. 4 shows a flow distribution on cooling fins of a second cooling body designed according to the invention, and FIG
Fig. 5 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform eines Kühlkörpers nach der Erfindung. Fig. 5 shows a particularly advantageous embodiment of a heat sink according to the invention.
Die Fig. 2 zeigt eine Strömungsverteilung einer Kühlluft an Kühlrippen eines handelsüblichen Kühlkörpers gemäß Fig. 1. Die Kühlluft, die mittels des Lüfters 18 erzeugt wird, sind in dieser Darstellung durch die Pfeile A dargestellt. Diese Darstellung zeigt an der einströmenden Seiten 12 Wirbelzonen B, die zu den unerwünschten Gegendruck führen. Dieser Effekt wird mit zunehmender Rippenbreite RB größer. Besonders bei stranggepressten Kühlrippen tritt dieser Effekt auf. Auf der Ausströmseite 14 der Strömungskanäle 16 bilden sich ebenfalls Wirbelzonen C aufgrund der Kühlluftbewegung an den Kanten des Rippenendes aus. Bei diesen Wirbelzonen C tritt sogar eine Strömungsumkehr auf. Diese Strömungsverteilung entsteht durch die Geometrie am Eintritt und am Austritt der Strömungskanäle 16. Diese beiden Komponenten beeinflussen wesentlich den Formfaktor ζ des Kühlkörpers, der für die Entstehung und Höhe des Kühlkörper-Druckabfalls verantwortlich ist. FIG. 2 shows a flow distribution of a cooling air on cooling fins of a commercially available heat sink according to FIG. 1. The cooling air that is generated by means of the fan 18 is represented by the arrows A in this illustration. This illustration shows 12 vortex zones B on the inflowing sides, which lead to the undesirable back pressure. This effect increases with increasing rib width R B. This effect occurs particularly with extruded cooling fins. Eddy zones C likewise form on the outflow side 14 of the flow channels 16 due to the cooling air movement at the edges of the fin end. In these vortex zones C there is even a flow reversal. This flow distribution arises from the geometry at the inlet and at the outlet of the flow channels 16 . These two components significantly influence the form factor ζ of the heat sink, which is responsible for the generation and level of the heat sink pressure drop.
In der Fig. 3 ist die Strömungsverteilung an Kühlrippen eines ersten erfindungsgemäß ausgebildeten Kühlkörpers dargestellt. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind in dieser Darstellung nur einzelne Kühlrippen 6 dargestellt. Auch bei dieser Darstellung ist die vom Lüfter 18 erzeugte Kühlluft mittels der Pfeile A dargestellt. Bei diesem ersten vorteilhaft ausgebildeten Kühlkörper sind die Stirnflächen 8 der Kühlrippen 6 konvex und deren Stirnflächen 10 keilförmig ausgebildet. Durch die konvexe Formgebung der Stirnflächen 8 der Kühlrippen 6 eines Kühlkörpers können keine Verwirbelungszonen B am Eintritt der Strömungskanäle 16 mehr auftreten, da die Kühlluft A auf keine Prallfläche mehr trifft. Durch die konvexen Stirnflächen 8, wobei diese Kühlrippen 6 in Strömungsrichtung der Kühlluft A derart versetzt angeordnet sind, dass die Einströmseite 12 wellenförmig ist, wird die Kühlluft A im Bereich zwischen den Stirnflächen 8 in benachbarte Strömungskanäle 16 geleitet. Bezüglich der strömenden Kühlluft A sind die Stirnflächen 8 der Kühlrippen 6 des Kühlkörpers konkav ausgebildet. Wie stark die konkave Ausbildung sein muss, damit keine Verwirbelungen entstehen können, hängt auch von der Luftgeschwindigkeit der einströmenden Kühlluft A ab. Durch die Gestaltung der Stirnflächen 8 der Einströmseite 12 erhöht sich die Luftmenge in jedem Strömungskanal 16 der Rippenanordnung des Kühlkörpers. Dadurch erhöht sich die Luftgeschwindigkeit in den Strömungskanälen 16 des Kühlkörpers. In FIG. 3, the flow distribution is shown at a first cooling fins according to the invention formed heat sink. For reasons of clarity, only individual cooling fins 6 are shown in this illustration. In this illustration too, the cooling air generated by the fan 18 is shown by means of the arrows A. In this first advantageously designed heat sink, the end faces 8 of the cooling fins 6 are convex and their end faces 10 are wedge-shaped. Due to the convex shape of the end faces 8 of the cooling fins 6 of a heat sink, swirl zones B can no longer occur at the inlet of the flow channels 16 , since the cooling air A no longer strikes an impact surface. Through the convex end faces 8 , these cooling fins 6 being arranged offset in the flow direction of the cooling air A in such a way that the inflow side 12 is wave-shaped, the cooling air A is guided in the region between the end faces 8 into adjacent flow channels 16 . With regard to the flowing cooling air A, the end faces 8 of the cooling fins 6 of the heat sink are concave. How strong the concave formation must be so that no turbulence can occur also depends on the air speed of the incoming cooling air A. The design of the end faces 8 of the inflow side 12 increases the amount of air in each flow channel 16 of the rib arrangement of the heat sink. This increases the air speed in the flow channels 16 of the heat sink.
Auf der Ausströmseite 14 der Rippenanordnung sind die Stirnflächen 10 der Kühlrippen 6 keilförmig ausgebildet. Dabei ist zu beachten, dass diese keilförmige Ausgestaltung der Stirnflächen 10 möglichst keine Kanten aufweisen sollten. Außerdem ist es förderlich, wenn die Schrägen der keilförmigen ausgeformten Stirnflächen 10 konkavförmig sind. Dadurch kann die Kühlluft A trotz erhöhter Luftgeschwindigkeit ohne Verwirbelung an den Strömungskanälen 16 ausströmen. The end faces 10 of the cooling fins 6 are wedge-shaped on the outflow side 14 of the fin arrangement. It should be noted that this wedge-shaped configuration of the end faces 10 should have no edges if possible. It is also beneficial if the bevels of the wedge-shaped end faces 10 are concave. As a result, the cooling air A can flow out of the flow channels 16 without swirling, despite the increased air speed.
Durch die Ausgestaltung der beiden Stirnflächen 8 und 10 einer jeden Kühlrippe 6 des Kühlkörpers erhält diese entgegen der Strömungsrichtung jeweils die Form eines langgestreckten fallenden Tropfes. Besonders die keilförmige Ausgestaltung der Stirnflächen 10 an der Ausströmseite 14 einer jeden Rippe 6 der Rippenanordnung trägt wesentlich zur Gegendruckreduktion bei. Due to the design of the two end faces 8 and 10 of each cooling fin 6 of the heat sink, the latter is given the shape of an elongated falling drip against the flow direction. In particular, the wedge-shaped configuration of the end faces 10 on the outflow side 14 of each rib 6 of the rib arrangement contributes significantly to the reduction in counter pressure.
Die Fig. 4 zeigt einen Strömungsverlauf an Kühlrippen 6 eines zweiten erfindungsgemäßen Kühlkörpers. Die Kühlluft, die vom Lüfter 18 erzeugt wird, wird ebenfalls mittels der Pfeile A dargestellt. Bei dieser besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Kühlrippen 6 sind die Stirnflächen 8 und 10 jeweils angeschrägt. Diese beiden Stirnflächen 8 und 10 einer jeden Kühlrippe 6 sind derart angeschrägt, dass die schrägen Stirnflächen 8 und 10 räumlich parallel verlaufen. Außerdem sind diese erfindungsgemäß ausgebildeten Kühlrippen 6 zueinander in Strömungsrichtung der Kühlluft A auf der Flachseite 10 der Grundplatte 2 derart versetzt angeordnet, dass die Ein- und Ausströmseite 12 und 14(Einhüllende) jeweils zig-zack-förmig verlaufen. Wegen der gleichartigen Schrägung einer jeden Kühlrippe 6 verlaufen diese zig-zack-förmigen Ein- und Ausströmseiten 12 und 14 phasengleich. Damit die Strömungskanäle 16 im Einströmbereich und Ausströmbereich der Rippenanordnung nicht offen sind, ist die Grundplatte 2 wesentlich länger als beim Kühlkörper gemäß Fig. 1. Um wie viel diese Grundplatte 2 länger ist, hängt vom Schrägungswinkel der Schrägen der Stirnflächen 8 und 10 ab. Je steiler die angeschrägten Stirnflächen 8 und 10 jeder Kühlrippe 6 sind, um so länger muss die Grundplatte 2 des Kühlkörpers nach der Erfindung sein. FIG. 4 shows a flow pattern on cooling fins 6 of a second heat sink according to the invention. The cooling air generated by the fan 18 is also represented by the arrows A. In this particularly advantageous embodiment of the cooling fins 6 , the end faces 8 and 10 are each beveled. These two end faces 8 and 10 of each cooling fin 6 are chamfered in such a way that the oblique end faces 8 and 10 run spatially parallel. In addition, these cooling fins 6 designed according to the invention are arranged offset to one another in the flow direction of the cooling air A on the flat side 10 of the base plate 2 such that the inflow and outflow sides 12 and 14 (envelopes) each run in a zigzag shape. Because of the similar inclination of each cooling fin 6 , these zigzag-shaped inflow and outflow sides 12 and 14 run in phase. So that the flow channels 16 in the inflow area and outflow area of the fin arrangement are not open, the base plate 2 is considerably longer than in the heat sink according to FIG. 1. How much longer this base plate 2 depends on the helix angle of the bevels of the end faces 8 and 10 . The steeper the beveled end faces 8 and 10 of each cooling fin 6 , the longer the base plate 2 of the heat sink must be according to the invention.
Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung der Stirnflächen 8 und 10 der Kühlrippen 6 einer Rippenanordnung eines Kühlkörpers erhält man eine besonders wirtschaftliche Ausführungsform, die ebenfalls den Gegendruck wesentlich verringert. Dabei bildet jede Kühlrippe 6 im Bereich der Ein- und Ausströmseite 12 und 14 ein Minibereich, wobei die erfindungsgemäß ausgebildete Rippenanordnung einen Makrobereich bildet, die einzeln zur Gegendruckreduktion beitragen. This advantageous configuration of the end faces 8 and 10 of the cooling ribs 6 of a rib arrangement of a heat sink provides a particularly economical embodiment which likewise significantly reduces the counter pressure. Each cooling fin 6 forms a mini area in the area of the inflow and outflow sides 12 and 14 , the fin arrangement designed according to the invention forming a macro area, which individually contribute to the reduction in counter pressure.
In der Fig. 5 ist ein vorteilhafter Kühlkörper nach der Erfindung dreidimensional dargestellt. Dieser vorteilhafte Kühlkörper weist Kühlrippen 6 auf, die gemäß der Fig. 4 auf einer Grundplatte 2 angeordnet sind, und deren Stirnflächen 8 und 10 jeweils angeschrägt sind. Diese Kühlrippen 6 sind in Nuten 26 der Grundplatte 2 eingepresst. Außerdem weist dieser Kühlkörper eine zweite Grundplatte 28 auf, die mit einer Flachseite auf den Schmalseiten der freien Enden der Kühlrippen 6 angeordnet ist. Damit auch diese zweite Grundplatte 28 mit den Kühlrippen 6 verpresst werden kann, weist die eine Flachseite ebenfalls Nuten auf. Dadurch, dass eine zweite Grundplatte 28 vorgesehen ist, sind die Strömungskanäle 16 bis auf die Ein- und Ausströmseite 12 und 14 verschlossen. Außerdem können somit auf den noch freien Flachseiten 20 und 30 der beiden Grundkörper 2 und 28 Leistungshalbleiter lösbar befestigt werden. Zur Vergrößerung der Oberfläche der Kühlrippe 6 sind diese jeweils mit Querrippen versehen, die in Strömungsrichtung der Kühlluft A verlaufen. In FIG. 5, an advantageous heat sink according to the invention is illustrated in three dimensions. This advantageous heat sink has cooling fins 6 , which are arranged according to FIG. 4 on a base plate 2 and whose end faces 8 and 10 are each beveled. These cooling fins 6 are pressed into grooves 26 in the base plate 2 . In addition, this heat sink has a second base plate 28 , which is arranged with a flat side on the narrow sides of the free ends of the cooling fins 6 . So that this second base plate 28 can also be pressed with the cooling fins 6 , the one flat side likewise has grooves. The fact that a second base plate 28 is provided means that the flow channels 16 are closed except for the inflow and outflow sides 12 and 14 . In addition, power semiconductors can thus be detachably fastened on the still free flat sides 20 and 30 of the two base bodies 2 and 28 . To enlarge the surface of the cooling fin 6 , these are each provided with transverse ribs which run in the flow direction of the cooling air A.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kühlrippen 6 im Ein- und Ausströmbereich einer Rippenanordnung eines Kühlkörpers werden die Komponenten b und c des Formfaktors ζ wesentlich verkleinert, wenn nicht sogar eleminiert. Dadurch wird der der Kühlluftströmung entgegengesetzte Gegendruck erheblich reduziert. Dadurch werden keine Lüfter 18 mit hohen mechanischen Leistungen mehr benötigt, um die gleiche Wärmemenge ≙ abzuführen. Somit verringern sich nicht nur diese Systemkosten, sondern auch der Aufwand an Wartung. Due to the inventive design of the cooling fins 6 in the inflow and outflow region of a fin arrangement of a heat sink, the components b and c of the form factor ζ are significantly reduced, if not eliminated. As a result, the counter pressure opposing the cooling air flow is considerably reduced. As a result, fans 18 with high mechanical powers are no longer required to dissipate the same amount of heat ≙. This not only reduces these system costs, but also the maintenance effort.
Claims (9)
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