Verfahren zur Herstellung von Wärmetauschern im Sinterverfahren Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wärmetauschern zur Kühlung, insbesondere von wärmeentwickelnden Medien, wie beispielsweise Halbleiterprozessoren oder Hochleistungslampen und eine Vorrichtung mit einem Wärmetauscher zur Kühlung, insbesondere von wärmeentwickelnden Medien, wie beispielsweise Halbleiterprozessoren oder Hochleistungslampen.

Stand der Technik Solche Wärmetauscher werden seit langem vielfach zum Kühlen von wärmeentwickelnden Medien benötigt. Sie werden beispielsweise bei Microprozessoren eingesetzt, um die Wärme von dem Halbleiter wegzuführen. Die Wärme wird dabei über den Wärmetauscher an die den Wärmetauscher umgebende Luft abgegeben.

Der Wärmetauscher besteht in der Regel aus einem gut Wärme leitendem Material.

Vorzugsweise werden hierfür Metalle, wie Aluminium oder Kupfer, verwendet. Die Fläche des Wärmetauschers ist relativ groß ausgebildet, um optimal die Wärme an die Umgebungsluft abgeben zu können.

Es ist bekannt, Wärmetauscher so auszubilden, daß sie Kühlrippen zur Oberflächenvergrößerung aufweisen. Oft wird zusätzlich zur Abfuhr der Abwärme ein Ventilator eingesetzt. Diese Wärmetauscher sind auch mit anderen Kühlsystemen, wie z. B. beim Kühlschrank, gekoppelt.

Es sind Wärmetauscher bekannt, bei denen der Wärmetauscher einen Metallkern mit Kühlrippen aufweist, wobei die Oberfläche aufgeraut oder eine Metallschicht aufgesintert ist.

Unter Sintern wird das Zusammenbacken feinkörniger oder pulverförmiger Stoffe unter Hitzeeinwirkung durch oberflächliches Aufschmelzen des Gutes unter Hitzeeinwirkung, ggf. vorherige Formgebung, z. B. durch Pressen, verstanden. Die Sintertemperatur muß so hoch sein, daß die einzelnen Körner des Ausgangsstoffes durch Grenzflächenreaktion miteinander verschweißt werden. Speziell in der Metallverarbeitung und Metallurgie, z. B. in der Pulvermetallurgie, sind Verfahren bekannt, bei dem vorgepreßte Rohlinge durch Einwirkung von Druck und Hitze mit Metall-, Metalloxid-oder Karbidpulvern bearbeitet werden, um z. B. höhere Temperaturbeständigkeit oder Verschleißfestigkeit zu erreichen.

In der deutschen Offenlegungsschrift DE 199 34 554 AI wird ein Kühlkörper beschrieben, der gesinterte Teile aufweist, die eine poröse Sinterstruktur bilden, welche vom Kühlmedium durchströmt werden kann, was dessen gleichmäßige Verteilung im Kühlkörper begünstigt. Derartige gesinterte Teile sind darüberhinaus auch besonders leicht in den benötigten Formen herzustellen. Hierbei entsteht der Nachteil, daß der Kühlkörper aus mehreren Teilen, nämlich welchen, die gesintert sind, und welchen, die nicht gesintert sind, besteht. Dies bedeutet bei der Herstellung solcher Wärmetauscher, daß hierfür mehrere verschiedene Arbeitsschritte erforderlich sind. Dies treibt insbesondere aus diesen Grund die Kosten für ein solches Produkt in die Höhe.

Nachteil bei den herkömmlichen Wärmetauschern ohne gesinterte Teile ist, daß das Volumen regelmäßig-bei einer entsprechender Vergrößerung der Oberfläche für die Wärmeabfuhr-steigt.

Offenbarung der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen kostengünstigen Wärmetauscher herzustellen, der über eine bessere Wärmeabfuhr als die bekannten Wärmetauscher verfügt, ohne daß das Volumen beispielsweise für zusätzliche Flächen steigt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren zur Herstellung von Wärmetauschern zur Kühlung, insbesondere von wärmeentwickelnden Medien, wie beispielsweise Halbleiterprozessoren oder Hochleistungslampen der eingangs genannten Art, der Wärmetauscher vollständig im Sinterverfahren hergestellt wird.

Die Erfindung beruht auf dem Prinzip, die Oberfläche des Wärmetauschers zu vergrößern und diesen auf möglichst einfache Weise herzustellen. Die Oberfläche wird durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren vergrößert, da der Wärmetauscher nunmehr vollständig gesintert ist. Die kleinen elementaren Kügelchen, aus denen der Wärmetauscher zusammengebacken wird, bleiben in ihrer Grundstruktur im gesamten Körper des Wärmetauschers bestehen. Dadurch entsteht nicht nur nach außen hin eine vergrößerte Oberfläche, sondern auch im Inneren des Wärmetauschers. Die vergrößerte Oberfläche dient zur zusätzlichen Wärmeabfuhr.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich, wenn der Wärmetauscher in einem Stück hergestellt wird. Durch diese Maßnahme ist nur eine Form für den Sinterprozeß erforderlich. Dies spart mehrere Arbeitschritte, wodurch Kostenersparnis zu erzielen ist.

Als besonders geeignetes Material für das Sintern und für die Herstellung von Wärmetauschern erweist sich ein Metall oder eine Metallegierung.

Ferner wird die oben genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung mit einem Wärmetauscher zur Kühlung, insbesondere von wärmeentwickelnden Medien, wie beispielsweise Halbleiterprozessoren oder Hochleistungslampen, gelöst, der nach einem

Verfahren der vorgenannten Ansprüche hergestellt wird. Überraschenderweise zeigt sich nämlich, daß durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Wärmetauscher erheblich mehr Wärme als üblich abführen kann.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich, wenn der Wärmetauscher Kühlrippen und/oder Kühlstäbe und/oder Kühlkanäle aufweist.

Hierdurch entstehen zusätzliche Oberflächen, was zu einer noch besseren Wärmeabfuhr an das Kühlmedium führt. Die Wärmeabfuhr wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhafterweise beschleunigt, wenn geeignete Ventilationsmittel vorgesehen sind, die die an den Wärmetauscher erwärmte Luft von diesem wegführen.

Ein elektrisch angetriebener Ventilator kann die erwärmte Luft leicht gegen kühlere Luft auswechseln.

Eine vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich, wenn eine Halterung für den Wärmetauscher vorgesehen ist. Durch diese Maßnahme läßt sich eine solche Vorrichtung beispielsweise an einem Mikroprozessor befestigen.

Um zusätzliche Kühlleistung zu erhalten, ist für eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindunggemäßen Vorrichtung ein Peltierelement vorgesehen. Dieses Peltierelement kann ebenfalls dem zu kühlenden Körper Wärme entziehen und diese mit Hilfe des Wärmetauschers leicht an die Umgebungsluft abgeben.

Weitere Vorteile ergeben sich aus dem Gegenstand der Unteransprüche.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Fig. 1 zeigt in einer Prinzipskizze einen erfindungsgemäßen vollgesinterten Wärmetauscher mit Kühlstäben.

Fig. 2 zeigt in einer Prinzipskizze einen erfindungsgemäßen vollgesinterten Wärmetauscher mit Kühlrippen und Ventilator.

Bevorzugtes Ausführungsbeispiele In Fig. 1 wird mit 10 ein Wärmetauscher bezeichnet. Der Wärmetauscher wird erfindungsgemäß aus Kupfergranulat gesintert. Das Kupfergranulat wird beim Sintern zusammengebacken.

Unter Sintern wird, wie bereits oben erwähnt, das Zusammenbacken feinkörniger oder pulverförmiger Stoffe unter Hitzeeinwirkung durch oberflächliches Aufschmelzen des Gutes unter Hitzeeinwirkung, ggf. vorherige Formgebung, z. B. durch Pressen, verstanden. Die Sintertemperatur muß so hoch sein, daß die einzelnen Körner des Ausgangsstoffes durch Grenzflächenreaktion miteinander verschweißt werden.

Der Wärmetauscher 10 wird in einer Form hergestellt. Er ist für einen Halbleiterchip vorgesehen. Vorliegender Wärmetauscher 10 weist einen Grundkörper 12 auf. An seiner unteren Seite 14 ist der Grundkörper 12 des Wärmetauschers 10 mit einem Peltierelement 16 verbunden. Kontaktfläche 16 des Peltierelemnts 16 ist vollständig mit der Seite 14 des Grundkörpers 12 in Kontakt. Auf der oberen Seite 18 des Grundkörpers 12 sind Kühlstäbe 20 in bestimmten Abständen angeordnet. Ein Ventilationssystem 22 führt entstandene warme Luft ab.

In dieser Abbildung sind an einigen Stellen des Wärmetauschers 10 die Metallkügelchen 24, die durch den Sinterprozeß zusammengebacken wurden, aus Gründen der Übersicht nur angedeutet. Es sei daher darauf hingewiesen, daß der gesamte Wärmetauscher 10, d. h. Grundkörper 12 sowie Kühlstäbe 20, aus diesen zusammengebackenen Metallkügelchen 24 besteht.

Fig. 2 zeigt in einer Prinzipskizze einen erfindungsgemäßen vollgesinterten Wärmetauscher 26, jedoch diesmal anstelle der Kühlstäbe 20 (vgl. Fig. 1) mit Kühlrippen 28 und einem Ventilator 30. Der Wärmetauscher 26 weist einen Grundkörper 34 auf, auf dem die Kühlrippen 28 angeordnet sind. Grundkörper 34 sowie Kühlrippen 28, d. h. der gesamte Wärmetauscher 26, bestehen sämtlich aus gesintertem Kupfergranulat. Die

zusammengebackenen Kügelchen 36 sind in Fig. 2 angedeutet. Ein Mikroprozessor 32 wird durch den Wärmetauscher 26 gekühlt. Die Unterseite 38 des Wärmetauschers 26 steht daher vollständig mit einer der Flächen 40 des Mikroprozessors 32 in Kontakt. Der elektrisch angetriebene Ventilator bläst die erwärmte Luft zwischen den Kühlrippen weg und führt von außen neue und kühle Luft zum Kühlen hinzu.

Durch die vollgesinterten Wärmetauscher 10 bzw. 26 wird die Oberfläche gegenüber herkömmlichen Wärmetauschern enorm vergrößert. Die Kühlleistung verbessert sich daher nicht selten um bis zu mehr als 30% gegenüber dem Stand der Technik. Die gesinterten Kühlstäbe 20 bzw. Kühlrippen 28 helfen, die Oberfläche zusätzlich zu vergrößern. Die Wärmetauscher 10 und 26 werden jeweils in einer Form gesintert, so daß die Herstellung einfach von statten gehen kann. Es werden nunmehr weniger Arbeitsschritte gegenüber Wärmetauschern aus mehreren Teilen benötigt. Dies spart enorm an Herstellungskosten.