用于电子部件的冷却体及其制造方法技术

本发明专利技术涉及用于电子部件(12)的冷却体(14)。本发明专利技术还涉及制造这样的冷却体的方法。根据本发明专利技术提出，在冷却体(14)中设置向上敞开的冷却烟囱(23)。这些冷却烟囱(23)由冷却通道(21)(例如由具有孔的开孔材料(19)形成)来提供冷却空气，其中这种冷却空气有利地有助于电子部件(12)的有效冷却，在此，空气运动根据本发明专利技术由冷却烟囱(23)中的烟囱效应产生，使得冷却体中不用安装主动元件。冷却体(14)的制造可例如通过增材制造工艺如激光熔化或激光烧结来完成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电子部件的冷却体及其制造方法本专利技术涉及用于电子部件的冷却体以及制造具有用于电子部件的安装侧(装配侧)的冷却体的方法。众所周知，电子部件优选地设有被动冷却元件，以便引走在电子部件工作期间产生的热量损失。由电子部件转换的功率的逐渐增加在使用的结构元件的同时小型化的情况下导致了电子部件的每一可用面积单元(单位面积)必须传输越来越大的热量。在这种情况下，作为热源的电子部件与所使用的冷却体(或称为散热器)或介质之间的接触面越来越小，这使电子部件的有效散热变得困难。另一方面，可靠的散热是使用电子部件产生的电路的正常功能的先决条件。在传统的冷却体技术中，使用例如由铝制成的冷却体，其提供安装侧，通过该安装侧可将其安置在电子部件的界面上。所使用的冷却体通常具有肋条以增加散热表面，并且可例如以铝以成本有效的方式作为挤压型材来制造。然而，这种被动冷却器的可能的热量排放与物理极限相关联，使得在散热期间传统的冷却元件达到其效率极限。也可选择导热更好的金属例如铜来代替铝。然而，由于较高的材料和生产成本，这种类型的冷却体是不经济的。另一种可能性包括借助冷却介质例如空气的强制对流实现的主动冷却，所述冷却介质例如为通过风扇来移动的空气或者为可在例如所谓的热管中使用的液体。这种类型的散热解决方案也比被动冷却更加昂贵，并且另外也更不可靠，从而期望省去主动冷却解决方案。因此，本专利技术的目的是提供一种用于制造冷却体的方法或冷却体，使用该冷却体可以相对简单和可靠的方式实现较高的散热效率。根据本专利技术，通过在引言中阐述的冷却体来实现该目的，至少一个冷却烟囱(Kühlkamin)在该冷却体中延伸，所述冷却烟囱远离安装侧延伸并且通向冷却体表面中的排出口。由于冷却体以其安装侧向下安装在待冷却的电子部件的上侧，因而冷却烟囱远离该安装侧延伸意味着冷却烟囱相对于冷却体的表面向上延伸。冷却烟囱的这种特性形成了其技术功能的先决条件，即使用了烟囱效应，使得位于冷却烟囱中的热空气上升并在冷却烟囱底部产生负压。根据本专利技术，在冷却体中还延伸有多个(或大量的)冷却通道，这些冷却通道具有比冷却烟囱更小的横截面并且从冷却体表面中的进入口通向冷却烟囱。冷却烟囱下部区域中的负压导致经由进入口流入该冷却通道中的空气被抽吸穿过冷却通道。该空气冷却了冷却体的围绕冷却通道的冷却体结构，从而有利地不仅仅通过热传导冷却体，而且还通过处于冷却体中的空气的对流来支持冷却体中的冷却效果。由此有利地增加了被动冷却体的冷却效率或散热效率。由于冷却体的被动操作方法，这有利地在操作上也是可靠的。冷却通道的较小的横截面有利地导致由冷却通道提供的用于从冷却体材料传热的表面增加。因此，空气可有利地被相对强地加热，由此增加了冷却烟囱中产生的烟囱效应。由此又可实现更快速的空气交换，这优化了冷却效率。冷却体可用来冷却任何电子部件。在本申请的上下文中的电子部件应被理解为是指电子元器件，而且也被理解为整个电子组件，特别地功率电子器件的部件，所述功率电子器件的功能与强烈的发热(热量形成)相关联。冷却体的安装侧通常以平面的方式构造。然而，也可以想到的是，安装侧的几何形状适应电子部件的拓扑结构。这特别适用于如下情况：待冷却的电子组件不是装配在平面电路载体上，而是装配在具有更复杂的几何形状的电路载体例如壳体上。在冷却体中，可使用一个冷却烟囱，备选地也可使用多个冷却烟囱。当提供多个冷却烟囱时，根据本专利技术的有利的实施方式，它们可在冷却体中彼此平行地延伸。其优点在于，冷却通道在其中延伸的、冷却烟囱之间的材料在冷却烟囱之间形成恒定的壁厚，并且冷却通道可均匀地分布在该材料中。至少一个冷却烟囱垂直于安装侧的取向延伸是特别有利的。通过该取向可使烟囱效应最大化，原因是经加热的空气可以无阻碍的方式垂直向上地上升。本专利技术的另一实施方式设成，冷却通道由开孔材料形成。材料的开孔特性确保了冷却空气可通过冷却体表面的孔进入冷却烟囱。在这种情况下，在开孔中有利地提供相对大的表面，经由该表面可进行从冷却体的材料到冷却空气中的热传递。开孔材料被设计(构造)成多层是特别有利的。在这种情况下设成，更靠近安装侧的层具有比更远离安装侧的层更高的热导率。特别地，开孔材料可被构造成双层，使得下层形成更接近安装侧的层并且直接邻接于作为更远离安装侧的层的上层上。这种设计的优点在于，具有较高热导率的层非常适合于将由电子部件引入冷却体中的热量迅速引导至冷却通道。由此，冷却通道中的冷却空气被相对强烈地加热。相反，冷却烟囱中上升的空气应尽可能少地冷却，由此可以最佳方式使用烟囱效应。因此，在冷却体的远离安装侧的区域中，材料的较低的导热性是有利的。这则可较少地被加热，其中在冷却体区域中的冷却通道额外地确保其一定的冷却程度。有利地，开孔材料可由金属泡沫体形成。这具有足够的热稳定性和机械稳定性，并且特别地作为靠近安装侧的材料具有足够的导热性，以便将热量从安装侧传递至冷却通道。此外，可有利地设成，安装侧由冷却器的实心的底板形成。由此可提供冷却体这样的热沉，该冷却体热沉由于其热容量而即使在负载峰值的情况下也确保电子部件的充分冷却。底板可例如由铜形成，其中由该材料而产生的热量可有利地以相对快速的方式被引导出并且被传送至冷却通道(散热的效果)。剩余的冷却体在这种情况下可由另一种更具成本效益的材料形成，例如铝。备选地，底板也可与剩余的冷却体以一体化的方式制造。在这种情况下，可示例性地使用增材制造方法(对此，更多地参见下文)。根据本专利技术的一种具体的实施方式，还可以设成，至少一个冷却烟囱借助固定在排出口上的管道附件延长。由此能够在同时相对低的材料成本的情况下制造具有更高高度的冷却烟囱，其中管道附件使冷却烟囱的烟囱井(Kaminschacht)延长，方法是将其固定在排出口上。管道附件可有利地为标准化的部件或者也可例如为被切割成一定长度的管件。所述管道附件可焊接、粘合、钎焊或压制到冷却体上。这些连接方法有利地以一个简单的装配步骤进行。此外，所指定的目的通过引言中阐述的方法来实现，即通过增材制造方法来制造具有中空内部结构的冷却体。在这种情况下，作为内部结构产生至少一个冷却烟囱，该冷却烟囱远离安装侧延伸并通向冷却体表面中的排出口。此外，形成多个具有比冷却烟囱小的横截面的冷却通道，其中所述冷却通道从冷却体表面中的进入口通向所述冷却烟囱。使用增材制造方法具有明显的优点，即内部结构的几何形状可适应相应的应用情况。在生产成本保持不变的情况下，可制造任何复杂的通道结构，所述通道结构也可有利地彼此交联或者可具有不同的横截面。例如，可以这样的方式构造冷却通道，使得它们形成为树状的。从冷却体表面开始，各个冷却通道逐渐合并成一个主通道，该主通道然后通入到冷却烟囱中。为了将没有明显加热的冷却空气引入冷却体内的区域，冷却通道的树状结构也可以相反的方式构造。大的冷却通道从冷却体的表面引导至冷却体的待冷却的区域中，并且在冷却体的待冷却部分(部段)的区域中分岔，以随后通入到冷却烟囱中。根据本专利技术方法的一种实施方式设成，在底板上制造冷却体，该底板在增材制造方法结束之后形成冷却体的一部分。如上所述，冷却体具有可用于散热效果的实心的基板是有利的。这意味着，由于热传导的作用，由待冷却的电子部件发出的热迅速地分布在底板中(散热)，其中有本文档来自技高网...

【技术保护点】
冷却体，其具有用于电子部件的安装侧(15)和与安装侧(15)相对的上侧，其特征在于，至少一个冷却烟囱(23)在所述冷却体中延伸，所述冷却烟囱远离安装侧(15)延伸并且通向所述冷却体的表面(22)中的排出口(24)，所述表面形成所述冷却体的上侧，多个具有比冷却烟囱(23)小的横截面的冷却通道(20)在所述冷却体中延伸，所述冷却通道从所述冷却体的表面中的进入口(21)通向冷却烟囱(23)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.14 DE 102015215570.61.冷却体，其具有用于电子部件的安装侧(15)和与安装侧(15)相对的上侧，其特征在于，至少一个冷却烟囱(23)在所述冷却体中延伸，所述冷却烟囱远离安装侧(15)延伸并且通向所述冷却体的表面(22)中的排出口(24)，所述表面形成所述冷却体的上侧，多个具有比冷却烟囱(23)小的横截面的冷却通道(20)在所述冷却体中延伸，所述冷却通道从所述冷却体的表面中的进入口(21)通向冷却烟囱(23)。2.根据权利要求1所述的冷却体，其特征在于，多个冷却烟囱(23)在所述冷却体中彼此平行地延伸。3.根据前述权利要求之一所述的冷却体，其特征在于，至少一个冷却烟囱(23)垂直于安装侧(15)的取向延伸。4.根据前述权利要求之一所述的冷却体，其特征在于，冷却通道(20)由三维栅格形成。5.根据权利要求4所述的冷却体，其特征在于，冷却通道(20)由开孔材料形成，其中所述开孔材料由金属泡沫体构成。6.根据权利要求4或5所述的冷却体，其特征在于，在冷却体(14)的上侧形成盖板(27)。7.根据前述权利要求之一所述的冷却体，其特征在于，所述安装侧由实心的底板(16)构成。8.根据前述权利要求之一所述的冷却体，其特征在于，至少一个冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：M弗兰克，P弗吕霍夫，R诺夫，B米勒，S内雷特，M尼德迈尔，U威特赖奇，M扎斯克，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE