Die vorliegende Erfindung betrifft die Wärmeabfuhr elektrischer, beispielsweise elektronischer, Schaltungen. Insbesondere sind, ohne darauf beschränkt zu sein, eine Vorrichtung zum Abführen von Wärme, ein Teilesatz einer oder mehrerer solcher Vorrichtungen, ein Ensemble verschiedener Vorrichtungen und ein Herstellungsverfahren der Vorrichtung offenbart.

Elektrische Schaltungen umfassen Wärmequellen, die an Wärmeabgabestelle über Wärmesenken entwärmt werden müssen, um die langfristige und zuverlässige Funktion der elektrischen Schaltung sicherzustellen. Die Wärme muss meist indirekt über einen Wärmepfad mit thermischen Kontakten zu einem Kühlkörper abgeführt, da die leistungsstärksten Wärmequellen, wie Leistungstransistoren und Prozessoren, über die elektrische Schaltung räumlich verteilt angeordnet sind. Deshalb müssen die Wärmepfade an die jeweilige elektrische Schaltung angepasst sein.

Um diese Flexibilität zu erreichen, umfassen herkömmliche Wärmepfade sogenannte "Heatspreader", welche die Funktion der individuellen Wärmeleitung zwischen der Wärmeabgabestelle der elektrischen Schaltung und dem Kühlkörper haben.

Insbesondere dienen die "Heatspreader" auch als Abstandshalter (fachsprachlich: "Spacer") zwischen einer Leiterplatte der elektrischen Schaltung und dem Kühlkörper für die Bauhöhe weiterer Bauteile der elektrischen Schaltung.

Die thermische und mechanische Anbindung der herkömmlichen "Heatspreader" an den Kühlkörper ist jedoch mit Nachteilen verbunden. So werden die "Heatspreader" herkömmlicherweise über ein Gehäuse oder durch Verschraubungen mit dem Kühlkörper verbunden. Solche thermischen Kontaktstellen verschlechtern die Wärmeleitung. Auch der Einsatz einer plastischen und wärmeleitenden Masse, die fachsprachlich als "Thermal Interface Material" (TIM) bezeichnet wird, an den Kontaktstellen kann die Wärmeleitungseffizienz nicht auf das Niveau eines homogenen (d.h. integralen) Gussstücks heben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Technik zum Abführen von Wärme einer elektrischen Schaltung anzugeben, die es ermöglicht, gleiche Kühlkörper für verschiedene elektrische Schaltung einzusetzen und dabei eine gleiche oder vergleichbare Wärmeleitungseffizienz zu erreichen, wie bei einem auf die jeweilige elektrische Schaltung angepassten Kühlkörper.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen jedes der unabhängigen Ansprüche gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung, die wahlweise miteinander kombinierbar sind, sind im Folgenden unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren offenbart. Insbesondere sind Merkmale, die im Kontext der Vorrichtung genannt sind, auch entsprechend im Verfahren realisierbar, beispielsweise durch einen Schritt des Bereitstellens des entsprechenden Merkmals oder durch einen Schritt des Ausführens einer Funktion der Vorrichtung. Ferner kann die Vorrichtung jedes im Kontext des Verfahrens genannte Merkmal umfassen und kann dazu ausgebildet sein, einen jeden im Kontext des Verfahrens genannten Schritt auszuführen.

Ein erster Aspekt betrifft eine Vorrichtung zum Abführen von Wärme einer elektrischen Schaltung. Die Vorrichtung umfasst einen Kühlkörper. Der Kühlkörper weist eine Kühlkörperbasis und mehrere sich von der Kühlkörperbasis erstreckende Kühlrippen zur Abgabe von Wärme auf. Die Vorrichtung umfasst ferner mindestens ein Wärmetransportmodul. Das mindestens eine Wärmetransportmodul ist jeweils an einem ersten Ende des Wärmetransportmoduls mittels Presspassung und/oder metallischen Stoffschlusses an einer Fügestelle des Kühlkörpers mechanisch und wärmeleitend mit dem Kühlkörper verbunden oder verbindbar. Ferner weist das mindestens eine Wärmetransportmodul jeweils an einem vom ersten Ende beabstandeten zweiten Ende des Wärmetransportmoduls eine Kontaktfläche auf, die dazu ausgebildet ist, mindestens eine Wärmeabgabestelle der elektrischen Schaltung zur Aufnahme der Wärme der elektrischen Schaltung zu kontaktieren.

Die Technik ermöglicht, ausgehend von einem (beispielsweise generischen) Kühlkörper, eine an die elektrische Schaltung angepasste Vorrichtung zum Abführen der Wärme. Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können die Wärme der elektrischen Schaltung über das an die mindestens eine Wärmeabgabestelle der elektrischen Schaltung angepasste mindestens eine Wärmetransportmodul am zweiten Ende aufnehmen. Dabei können das mindestens eine Wärmetransportmodul und/oder der Kühlkörper, insbesondere dessen Kühlkörperbasis, auch der Verteilung der Wärme (Wärmespreizung) dienen. Die elektrische Schaltung kann miteinander elektrisch verschaltete (beispielsweise elektronische) Bauteile umfassen. Die Bauteile können in einem oder mehreren Modulen oder auf einem oder mehreren Schaltungsträgem angeordnet sein. Die Bauteile können lineare Bauteile (beispielsweise Widerstände, Kapazitäten oder Induktivitäten) und nicht-lineare Bauteile (beispielsweise Transistoren) umfassen, einschließlich elektromechanischer Bauteile (beispielsweise Relais oder Magnetventile).

In jedem Ausführungsbeispiel kann die Presspassung und/oder der metallische Stoffschluss eine thermische (nämlich wärmeleitende) und mechanische Verbindung zum Kühlkörper ermöglichen. Dabei kann die wärmeleitende Verbindung aufgrund des metallischen Stoffschlusses integral-einstückig sein oder nach der Presspassung so wirkungsvoll sein, wie wenn Kühlkörper und Wärmetransportmodul integraleinstückig wären. Das heißt die Vorrichtung kann bezüglich des Wärmetransfers vergleichbar mit einer aus einem Block hergestellten Vorrichtung sein. Gleichfalls ist die Herstellung modular für eine einfache Variantenbildung. Beispielsweise können durch die Presspassung und/oder den metallischen Stoffschluss Flächen am ersten Ende, die mit dem Kühlkörper in Kontakt stehen, einen Wärmeleitwiderstand aufweisen, der im Wesentlichen einem integral-einstückigen Bauteil entspricht.

Ein Presspassungsprofil (auch: erstes Profil der Presspassung) am ersten Ende des Wärmetransportmoduls kann auskragende Flächen und transversale Flächen umfassen. Die auskragenden Flächen können konvexe und/oder longitudinal Flächen sein und/oder sich in Verlängerung der Strecke vom zweiten Ende zum ersten Ende (d.h. einer Längsrichtung des Wärmetransportmoduls) erstrecken.

Die transversalen Flächen können Flächen neben und/oder zwischen den auskragenden Flächen sein und/oder sich quer (beispielsweise senkrecht) zur Längsrichtung erstrecken.

Der Kühlkörper kann an der Fügestelle ein Presspassungsprofil (auch: zweites Profil der Presspassung) aufweisen, das zum ersten Profil komplementär ist, beispielsweise eine für eine Presspassung wenigstens abschnittsweise aufeinander abgestimmte und/oder korrespondierende Formgebung. Beispielsweise kann das zweite Profil auskragende Flächen und transversale Flächen aufweisen, die zu den auskragenden Flächen beziehungsweise den transversalen Flächen des ersten Profils komplementär sind. Durch die Presspassung kann die Wärme sowohl über die auskragenden Flächen als auch die transversalen Flächen an den Kühlkörper abgegeben werden. Alternativ oder ergänzend können durch den metallischen Stoffschluss die auskragenden Flächen und/oder die transversalen Flächen als Grenzflächen zwischen Wärmetransportmodul und Kühlkörper aufgehoben werden. In jedem Ausführungsbeispiel kann als grundlegende Wirkung der Wärmeübergangswiderstände zwischen den Kontaktflächen minimiert sein, was durch den (beispielsweise durch die Presspassung indizierten) metallischen Stoffschluss gelingt oder durch die Presspassung zumindest im Wesentlichen einem Stoffschluss gleich kommt.

Die an der Kontaktfläche aufgenommene und/oder die an den Kühlrippen abgeführte Wärme (genauer: die Wärmemenge) kann ein Teil (beispielsweise ein Bruchteil) der von der elektrischen Schaltung erzeugten Wärme (d.h. der Wärmemenge) sein.

Die Kühlrippen können (beispielsweise dünnwandige) Lamellen umfassen oder (zumindest einige von ihnen) als solche gestaltet sein.

Das Wärmetransportmodul kann ein Wärmeverteiler sein. Dieser kann dementsprechend fachsprachlich als "Heatspreader", "Heatspreader-Modul", "modularer Heatspreader" oder als "modulare Heatspreader-Spacer-Kombination" bezeichnet werden. Die mindestens eine Wärmeabgabestelle kann mindestens ein Wärmezentrum (fachsprachlich: "Hotspot") der elektrischen Schaltung umfassen.

Die mindestens eine Wärmeabgabestelle der elektrischen Schaltung kann eine Wärmeabgabestelle eines elektronischen Bauteils (beispielsweise eines Leistungstransistors, eines integrierten Schaltkreis oder eines Prozessors) umfassen. Alternativ oder ergänzend kann die mindestens eine Wärmeabgabestelle der elektrischen Schaltung eine Wärmesammelstelle auf einem Schaltungsträger (beispielsweise auf einer Leiterplatte) umfassen. Die Wärmesammelstelle kann (beispielsweise über Kupferflächen oder Leiterbahnen der elektrischen Schaltung) die Wärme mehrerer Bauteile der elektrischen Schaltung abführen.

Die Presspassung kann ein Presssitz (auch: Verpressung oder Pressfit) sein. Alternativ oder ergänzend kann die Presspassung eine Übermaßpassung sein, beispielsweise gefügt im durch Wärmeausdehnung temporär geweiteten Zustand eines äußeren (konkaven) Presspassungsprofils. Alternativ oder ergänzend kann die Presspassung durch Nachpressen gefügt sein, beispielsweise durch Nachpressen eines metallischen Füllmaterials, das vorzugsweise mit dem Material des Wärmetransportmoduls und/oder des Kühlkörpers übereinstimmt.

Der metallische Stoffschluss kann ein Stoffschluss zwischen Metallen (beispielsweise einem ersten Metall des Wärmetransportmoduls und dem ersten Metall oder einem zweiten Metall des Kühlkörpers) oder Legierungen sein. Alternativ oder ergänzend kann der metallische Stoffschluss unter Verzicht von Zusatzwerkstoffen an der Fügestelle bereitgestellt sein.

Das zweite Ende kann auch als warmes Ende und das erste Ende dementsprechend als kaltes oder kühles Ende bezeichnet werden. Alternativ oder ergänzend kann das erste Ende als freies Ende oder Fügeende bezeichnet werden.

In jedem Ausführungsbeispiel kann die Fügestelle (beispielsweise eines des mindestens einen Wärmetransportmoduls) an der Kühlkörperbasis oder an einer der Kühlrippen angeordnet sein.

Die Anordnung mindestens einer Fügestelle an der Kühlkörperbasis kann eine kompakte Kombination der elektrischen Schaltung und der Vorrichtung ermöglichen, beispielsweise indem Bauteile der elektrischen Schaltung zwischen den Kühlrippen (beispielsweise an den benachbarten Kühlrippen anliegend oder im Zwischenraum freistehend) angeordnet sind.

Alternativ oder ergänzend kann die Anordnung mindestens einer Fügestelle an einer der Kühlrippen eine Länge des Wärmepfads über das Wärmetransportmodul zwischen der Kontaktfläche und der Fügestelle reduzieren (beispielsweise im Vergleich zu einer Fügestelle an der Kühlkörperbasis). Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn die Wärmeabgabestelle (beispielsweise eine Wärmequelle) der elektrischen Schaltung in unmittelbarer Nachbarschaft zu einer Kühlrippe ist.

Alternativ oder ergänzend kann vorteilhafterweise die Kühlrippe mit Fügestelle die Wärme an die Umgebung abgeben, ohne Umweg über die Kühlkörperbasis.

Alternativ oder ergänzend kann die Anordnung mindestens einer Fügestelle an einer Außenseite einer der äußeren Kühlrippen des Kühlkörpers ein Bauteil (oder mehrere Bauteile) der elektrischen Schaltung mit dem Kühlkörper thermisch verbinden, beispielsweise selbst wenn das Bauteil neben dem Kühlkörper angeordnet ist, d.h. nicht von der Kühlfläche oder der Kühlkörperbasis überdeckt ist. Dadurch kann die elektrische Schaltung (beispielsweise ein Schaltungsträger der elektrischen Schaltung) großflächiger als der Kühlkörper (beispielsweise als die Kühlkörperbasis) sein.

Durch die modulare Kombination des Kühlkörpers mit dem mindestens einen Wärmetransportmodul können gleiche Kühlkörper für verschiedene elektrische Schaltungen angepasst sein. Dabei kann die Presspassung und/oder der metallische Stoffschluss eine mechanische und thermische Verbindung zwischen dem Wärmetransportmodul und dem Kühlkörper erreichen, die gleich oder vergleichbar mit einer integral-einstückigen Vorrichtung ist (beispielsweise im Vergleich zu einer durch Ur- oder Umform prozesse hergestellten Vorrichtung, die aus einem originär einstückig Grundkörper erstellt wurde). Durch das Fügen (d.h. die Presspassung und/oder den metallischen Stoffschluss) ist dieser Zustand erreichbar.

Das Fügen (d.h. die Presspassung und/oder der metallische Stoffschluss) des mindestens einen Wärmetransportmoduls am Kühlkörper ermöglicht eine einfache, kostengünstige, individuell platzierbare und robuste thermische Anbindung (z.B. die Funktion einer thermischen Brücke) der kontaktierten Wärmeabgabestelle und/oder schafft Bauraum für Bauteile zwischen Kühlkörperbasis und Schaltungsträger (z.B. die Funktion eines Abstandshalters), ohne die Effizienz der Wärmeleitung signifikant zu beeinträchtigen im Vergleich mit einem individuell angepassten und aus einem Stück gefrästen Kühlkörper.

Dieselben oder weitere Ausführungsbeispiele der Vorrichtung ermöglichen eine Bestückung von Bauelementen auf dem Schaltungsträger zwischen Schaltungsträger und Kühlkörperbasis (fachsprachlich auch: "Heat Sink Base") und/oder eine thermische Kontaktierung sogar außerhalb der Kühlkörperbasis. Letzteres ermöglicht einen effizienten Schaltungsplan der elektrischen Schaltung, beispielsweise ein effizientes Layout des Schaltungsträgers (beispielsweise der Leiterplatte). Erstgenannte Ausführungsbeispiele können eine Bestückung von Bauelementen (auch: Bauteilen) unterhalb des Kühlkörpers (fachsprachlich auch: "Heat-Sink") ermöglichen, welche höher aufbauen als die über das Wärmetransportmodul anzuschließende Wärmeabgabestelle (fachsprachlich auch: "Heatspot" oder "Hotspot"). Das heißt der Kühlkörper beziehungsweise dessen Kühlbasis überdeckt das Bauelement dabei, welches dem Kühlkörper zugewandt orientiert ist. Somit kann die mindestens eine Fügestelle für Einbaulagen unterhalb des Kühlkörpers an der Kühlkörperbasis vorteilhaft nutzbar sein und/oder (insbesondere vorteilhaft beim im vorstehenden Absatz zweitgenannten Ausführungsbeispiel) an den Kühlrippen ausgebildet sein, beispielsweise für eine seitliche oder frontale Kontaktierungsrichtung. Somit können Ausführungsbeispiele eine thermische Anbindung einer seitlich außerhalb des Kühlkörpers liegenden Wärmeabgabestelle der elektrischen Schaltung an den Kühlkörper ermöglichen.

Zahlreiche geometrische Varianten sind für Profile der Presspassung möglich. Beispielhafte Prinzipien des Fügens sind die Presspassung (insbesondere Übermaßpassung) und/oder das Nachpressen von Material beim oder nach dem Fügen.

Durch die Presspassung und/oder den metallischen Stoffschluss ist kein thermisches Schnittstellenmaterial (fachsprachlich: "Thermal Interface Material", kurz TIM) im thermischen Kontaktpfad erforderlich. Dadurch sind die Materialkosten der Vorrichtung geringer und es entfallen Applizierungskosten.

Die Presspassung bzw. der metallische Stoffschluss können den thermischen Widerstand im thermischen Pfad reduzieren.

Aufgrund der effizienten Wärmeabführung kann die Vorrichtung zu einer längeren Standzeit (beispielsweise Funktionsdauer) der Bauteile der elektrischen Schaltung beitragen.

Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können durch die mechanisch robuste Verbindung (beispielsweise eine Verbindung, deren mechanische Belastungsgrenze durch das Wärmetransportmodul selbst und nicht durch das Fügen bestimmt ist) Fehlerquellen bei der Montage eliminieren, wie beispielsweise lose thermische Kontakte.

Indem die Vorrichtung als Baugruppe montierbar ist, entfallen separate Fügeelemente, wodurch sich die Montage vereinfacht, Material eingespart wird und geringere Applizierungskosten (beispielsweise TIM nur an den Kontaktflächen der zweiten Enden) anfallen. Zusätzliche Halterungen in einem Gehäuse zur Positionierung loser Abstandshalter (Spacer) und loser Wärmeverteiler (Heatspreader) können entfallen, wodurch die den Platzbedarf im Gehäuse reduziert. Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können aufgrund der Presspassung bzw. des metallischen Stoffschlusses mechanisch robust, einfach und individuell platzierbar sein.

Die Montage ist weniger fehleranfällig. Fügekonturen (d.h. Fügegeometrien und Presspassungsprofile) können im Zuge eines vorstufigen Urform- und/oder Trenn- Fertigungsverfahrens erstellt werden und sind somit quasi aufwandsneutral. Ferner sind diese Elemente (beispielsweise im Gegensatz zu einer Schraubverbindung) unverlierbar an dem Kühlkörper gehalten.

Die Presspassung (d.h. der Pressfit) kann als Fügetechnik dienen, um die funktionelle Kombination aus Heatspreader und Spacer mit dem Kühlkörper mechanisch zuverlässig und thermisch effizient in einer kompakten Baugröße zu einer Baugruppe zu verbinden, insbesondere ohne dass weitere Zusatzstoffe-Zmittel zur Verbindung notwendig sind.

Die Vorrichtung kann ferner ein Gehäuse umfassen, in dem die elektrische Schaltung angeordnet ist. Die Kühlrippen des Kühlkörpers können außerhalb des Gehäuses freiliegen. Alternativ oder ergänzend kann das mindestens eine Wärmetransportmodul wenigstens abschnittsweise oder vollständig innerhalb des Gehäuses angeordnet sein.

Der Kühlkörper kann eine Außenwand des Gehäuses bilden. Alternativ oder ergänzend kann das Wärmetransportmodul die Wärme der elektrischen Schaltung aus einem für kühlende oder zirkulierende Luft unzugänglichen Bereich des Gehäuses der elektrischen Schaltung zum Kühlkörper transportieren. Beispielsweise kann das mindestens eine Wärmetransportmodul keine Kühlrippen (beispielsweise Lamellen) umfassen und/oder optimiert sein für den Wärmetransport von der Wärmequelle zum Kühlkörper, womit es schnell die Wärme weiter transportiert und vorzugsweise kühlrippenfrei ausgestaltet ist. Alternativ oder ergänzend kann das Wärmetransportmodul eine aktive oder passive Wärmebrücke sein.

Die Presspassung kann (zumindest abschnittsweise, insbesondere partiell oder punktuell) den metallischen Stoffschluss aufweisen. Der Stoffschluss kann durch Kaltverschweißen, Fließpressen und/oder Reibung bei der Presspassung bewirkt sein. Die Presspassung zwischen dem Wärmetransportmodul und dem Kühlkörper kann durch eine transversale Translationsbewegung (Transversalbewegung) gefügt werden. Beispielsweise können die transversalen Flächen bei der Presspassung durch Scherkräfte und/oder die Transversalbewegung oberflächlich fließen oder aufschmelzen. Alternativ oder ergänzend kann die Presspassung zwischen dem Wärmetransportmodul und dem Kühlkörper durch eine longitudinale Translationsbewegung (Longitudinalbewegung) gefügt werden. Beispielsweise können die longitudinalen Flächen bei der Presspassung durch Scherkräfte und/oder die Longitudinalbewegung oberflächlich fließen oder aufschmelzen. In beiden Fällen kann so am ersten Ende zumindest abschnittsweise der metallische Stoffschluss zwischen dem Wärmetransportmodul und dem Kühlkörper hergestellt sein.

Der metallische Stoffschluss kann eine Schweißverbindung zwischen einem Metall des Wärmetransportmoduls und einem Metall des Kühlkörpers sein. Das Metall des Wärmetransportmoduls und das Metall des Kühlkörpers können gleich sein. Alternativ oder ergänzend kann der metallische Stoffschluss eine Legierung des Metalls des Wärmetransportmoduls und das Metalls des Kühlkörpers sein. Beispielsweise umfasst der metallische Stoffschluss keine vom Metall des Wärmetransportmoduls und vom Metall des Kühlkörpers verschiedene dritte Komponente. Vorteilhafterweise kann das Fügen unter Verzicht auf jegliches Hilfsmaterial und/oder ohne Zufuhr zusätzlicher Energie (s.u. Lichtbogenschweißen) ausgeführt werden.

Der metallische Stoffschluss kann eine Lichtbogenschweißverbindung umfassen. Der metallische Stoffschluss (d.h. die Lichtbogenschweißverbindung) kann durch Elektrodenschweißen (d.h. Lichtbogenschweißen) hergestellt sein.

Das Wärmetransportmodul kann am ersten Ende ohne Formschluss und/oder flach auf der (beispielsweise ebenfalls flachen) Fügestelle durch Lichtbogenschweißen aufgeschweißt sein.

Alternativ oder ergänzend kann während des Verpressens ein Strom zur Erwärmung zwischen dem Kühlkörper und dem Wärmetransportmodul angelegt sein, so dass das erste Ende des Wärmetransportmoduls durch Gesenkschmieden oder Fließpressen in eine Ausnehmung (beispielsweise als Gesenk an der Fügestelle) des Kühlkörpers fließt. Durch die Erwärmung (beispielsweise durch Aufschmelzen) und/oder das Gesenkschmieden oder Fließpressen können bei einer herkömmlichen Presspassung verbliebene Lufteinschlüsse beseitigt werden.

Die Presspassung kann mittels induktiver Erwärmung des ersten Endes den metallischen Stoffschluss aufweisen. Beispielsweise kann vor, während oder nach der Presspassung ein Induktor (beispielsweise eine wassergekühlte Induktionsspule) um das Wärmetransportmodul (beispielsweise in der Längsrichtung) gelegt sein zur induktiven Erwärmung des ersten Endes des Wärmetransportmoduls.

Durch diesen Energieeintrag - oder allein durch das Fließpressen - können makroskopische oder mikroskopische Lufteinschlüsse zwischen dem Wärmetransportmodul und dem Kühlkörper aufgeschmolzen werden. Die wärmeleitende Verbindung zwischen dem Wärmetransportmodul und dem Kühlkörper kann lückenlos und homogen sein.

Die Fügestelle kann zwei benachbarte Kühlrippen umfassen. Die Presspassung kann einen Reibschluss und/oder den metallischen Stoffschluss zwischen dem Wärmetransportmodul und wenigstens einer der Kühlrippen (oder zwischen den zwei benachbarten Kühlrippen) des Kühlkörpers umfassen. Beispielsweise kann die Presspassung durch ein Übermaß des Wärmetransportmoduls am ersten Ende im Vergleich zu einem Abstand zwischen den benachbarten Kühlrippen bewirkt sein. Das Wärmetransportmodul kann zwischen die zwei benachbarten Kühlrippen eingepresst sein. Das Einpressen (Eindrücken) kann längs oder quer ausgeführt werden.

Alternativ oder ergänzend kann eine Kontur der Kühlrippen die Oberfläche des Kühlkörpers im Vergleich zu einer ebenen Oberfläche vergrößern zum Wärmeaustausch mit der Umgebung. Diese Kontur der Kühlrippen kann zugleich ein Presspassungsprofil (auch: zweites Profil der Presspassung) als (potentielle) Fügestelle für die Presspassung sein.

Alternativ oder ergänzend können die Kühlrippen ein Presspassungsprofil (d.h. das zum ersten Profil komplementäre zweite Profil der Presspassung) sein. Das Presspassungsprofil kann dort, wo kein Wärmetransportmodul mittels Presspassung mit dem Kühlkörper verbunden (d.h. gefügt) ist, die Oberfläche des Kühlkörpers vergrößern zum Wärmeaustausch mit der Umgebung (d.h. als Kühlrippen des Kühlkörpers fungieren). Dort wo ein Wärmetransportmodul mittels der Presspassung mit dem Kühlkörper verbunden (d.h. gefügt) ist, kann das Presspassungsprofil die Presspassung mit dem Wärmetransportmodul ermöglichen.

Das mindestens eine Wärmetransportmodul kann jeweils am ersten Ende ein erstes Profil der Presspassung aufweisen. Der Kühlkörper kann an der jeweiligen Fügestelle ein (beispielsweise abschnittsweise) zum ersten Profil komplementäres zweites Profil aufweisen. Beispielsweise kann der Kühlkörper eine oder mehrere weitere Fügestellen mit dem zweiten Profil aufweisen, so dass bei der Herstellung die Variantenbildung ermöglicht ist.

Die eine oder mehreren weiteren Fügestellen können ungefügt sein. Das heißt der Kühlkörper kann (beispielsweise bei der Herstellung vor der Presspassung) einen Überschuss an Fügestellen aufweisen. Der Kühlkörper kann bei der Herstellung der Vorrichtung mehrere Fügestellen mit dem zweiten Profil aufweisen, so dass angepasst an die elektrische Schaltung (beispielsweise Geometrie, Position und/oder Anzahl der mindestens einen Wärmeabgabestelle der elektrischen Schaltung) jeweils eines des mindestens einen Wärmetransportmoduls mit einer der mehrere Fügestellen verbunden ist.

Das erste Profil und das zweite Profil können in der Presspassung lückenlos ineinandergreifen oder ineinander fließen. Durch die lückenfreie oder lückenarme Verbindung ist eine Steigerung der Wärmeübergangseffizienz ermöglicht, beispielsweise gegenüber der konventionellen thermischen Verbindung mittels TIM.

Die Verbindungspartner der Presspassung können vollflächig und lückenlos ineinandergreifen oder ineinander fließen (beispielsweise für den metallischen Stoffschluss).

Beispielsweise sind das erste Profil und das zweite Profil Formen derart miteinander korrespondierend gestaltet, dass das erste Profil wenigstens abschnittsweise nach dem Fügen in dem zweiten Profil aufgenommen ist. Das zweite Profil ist insbesondere eine Ausnehmung in dem Kühlkörper, mit dem Vorteil, dass damit die Fläche zur Anordnung unbeeinträchtigt ist. Optional stimmt ein Volumen (beispielsweise ein Materialvolumen) des ersten Profils mit einem Volumen (beispielsweise einem Hohlraumvolumen) des zweiten Profils übereinstimmen oder ist geringfügig größer als das Volumen des zweiten Profils, um durch plastische Verformung (beispielsweise Fließpressen) bei der Presspassung die Bildung von Lufteinschlüsse an der Verbindung zwischen dem Kühlkörper und dem Wärmetransportmodul auszuschließen. Dadurch kann ein Wärmeleitwiderstand reduziert werden.

Das zweite Ende kann dem ersten Ende gegenüberliegen bei zumindest einem des mindestens einen Wärmetransportmoduls. Alternativ oder ergänzend kann sich zumindest ein Wärmetransportmodul des mindestens einen Wärmetransportmoduls vom zweiten Ende entlang einer Längsrichtung zum ersten Ende erstrecken und/oder quer (vorzugsweise senkrecht) zur Fläche des ersten Endes angeordnet sein. Zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende kann seitlich zur Längsrichtung (beispielsweise parallel zur Längsrichtung) eine weitere Kontaktfläche angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend kann das mindestens eine Wärmetransportmodul jeweils mehrere Kontaktflächen zur Aufnahme der Wärme aufweisen.

Beispielsweise kann eine erste Kontaktfläche am in der Längsrichtung dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende angeordnet und/oder quer, insbesondere senkrecht, zur Längsrichtung sein. Alternativ oder ergänzend kann eine zweite Kontaktfläche seitlich (d.h. lateral) versetzt zur Längsrichtung und/oder parallel zur Längsrichtung sein.

Der Kühlkörper kann unabhängig von der elektrischen Schaltung ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann das mindestens eine Wärmetransportmodul abhängig von einer Topographie der mindestens einen Wärmeabgabestelle der elektrischen Schaltung mit dem Kühlkörper verbunden und/oder geformt sein.

Der (beispielsweise generische) Kühlkörper kann über das mindestens eine Wärmetransportmodul (beispielsweise in modularer Bauweise) an die Topographie der mindestens einen Wärmeabgabestelle der elektrischen Schaltung angepasst sein. Der Kühlkörper kann dadurch trotz der wärmeleitenden Anbindung von der elektrischen Schaltung dazu beabstandet sein, um eine Kollision auszuschließen. Alternativ oder ergänzend kann das mindestens eine Wärmetransportmodul durch eine Form (beispielsweise am zweiten Ende) und/oder eine Länge (z.B. in der Längsrichtung) des mindestens einen Wärmetransportmodules (beispielsweise auf dem Schaltungsträger) verteilte und/oder unterschiedlich ausgerichtete Wärmeabgabestellen zur Aufnahme der Wärme der elektrischen Schaltung kontaktieren. Die Vorrichtung kann eine Vielzahl der Wärmetransportmodule umfassen. Die Wärmetransportmodule können sich jeweils vom Kühlkörper mit unterschiedlichen Längen zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende (beispielsweise zueinander parallel) erstrecken. Die unterschiedlichen Längen können einer Topographie der Wärmeabgabestellen der elektrischen Schaltung (beispielsweise der Bauhöhen von Bauteilen der elektrischen Schaltung auf dem Schaltungsträger) entsprechen. Die unterschiedlichen Längen können komplementär zu einer Topographie der mindestens einen Wärmeabgabestelle der elektrischen Schaltung sein. Alternativ oder ergänzend können die unterschiedlichen Längen den Abständen von der Kühlkörperbasis zur jeweiligen Wärmeabgabefläche entsprechen.

Durch die Form und/oder Länge der Wärmetransportmodule können verteilte und/oder unterschiedlich ausgerichtete Wärmeabgabestellen zur Aufnahme der Wärme der elektrischen Schaltung kontaktiert oder kontaktierbar sein.

Der Kühlkörper kann Aluminium oder Kupfer oder eine Legierung (beispielsweise mit Aluminium und Kupfer) umfassen. Alternativ oder ergänzend kann das mindestens eine Wärmetransportmodul Kupfer oder Aluminium oder eine Legierung (beispielsweise mit Aluminium und Kupfer) umfassen.

Durch die große Wärmeleitfähigkeit von Kupfer können unterschiedlich lange Wärmeleitungswege bis zum Kühlkörper thermisch ausgeglichen sein. Durch die geringe Dichte von Aluminium kann ein Gesamtgewicht der Vorrichtung gering sein.

Zwischen dem Schaltungsträger (beispielsweise der Leiterplatte) und der Kühlkörperbasis des Kühlkörpers und/oder neben dem mindestens einen Wärmetransportmodul kann ein Bauteil auf dem Schaltungsträger (beispielsweise auf der Leiterplatte) angeordnet sein, welches in Richtung des Kühlkörpers höher aufbaut als die über das Wärmetransportmodul kontaktierte Wärmeabgabestelle. Beispielsweise kann ein über das Wärmetransportmodul thermisch angeschlossenes Bauteil kleiner sein als das zwischen der Kühlkörperbasis und dem Schaltungsträger und/oder neben dem mindestens einen Wärmetransportmodul auf dem Schaltungsträger angeordnete (d.h. bestückte) Bauteil.

In jedem Ausführungsbeispiels ist vorzugsweise der Schaltungsträger (beispielsweise die Leiterplatte) parallel zur Kühlkörperbasis ausgerichtet, wenn oder nachdem der Kühlkörper daran angeordnet ist. Der Kühlkörper und/oder das mindestens eine Wärmetransportmodul können mit einem Fluid gefüllt sein. Beispielsweise kann das mindestens eine Wärmetransportmodul ein parallel zum Wärmestrom oder einer Längsrichtung des Wärmetransportmoduls vom zweiten Ende zum ersten Ende ausgerichtetes Wärmerohr umfassen. Beispielsweise können ein Siedepunkt eines im Wärmerohr hermetisch eingeschlossenen Arbeitsmediums auf die Temperatur am ersten Ende und ein Kondensationspunkt des Arbeitsmediums auf die Temperatur am zweiten Ende des Wärmetransportmoduls angepasst sein.

Durch das Wärmerohr kann der gesamte Wärmeleitwiderstand des Verbunds aus Wärmetransportmodul und Kühlkörper weiter reduziert werden. Beispielsweise kann der gesamte Wärmeleitwiderstand kleiner als bei einem integral-einstückigen Bauteil mit der entsprechenden kombinierten Form des Wärmetransportmoduls und des Kühlkörpers sein.

Das Arbeitsmedium kann ein Kältemittel sein. Alternativ oder ergänzend kann zur Minimierung des Wärmeleitwiderstands ein Stoff des Arbeitsmediums und/oder ein Druck des Arbeitsmediums so gewählt sein, dass die Siedetemperatur des Arbeitsmediums am zweiten Ende nur knapp über und/oder am ersten Ende nur knapp unter der Siedetemperatur des Arbeitsmediums ist.

Als ein Ausführungsbeispiel des Wärmerohrs kann das Wärmetransportmodul am ersten Ende eine Bohrung entlang der Längsrichtung aufweisen, welche mit dem Arbeitsmedium befüllt und durch die Presspassung gasdicht verschlossen ist.

Ein zweiter Aspekt der Technik betrifft ein System, das eine elektrische Schaltung (beispielsweise einen Schaltungsträger mit der elektrischen Schaltung) und eine Vorrichtung zum Abführen von Wärme der elektrischen Schaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst. Die Kontaktfläche (oder Kontaktflächen) des mindestens einen Wärmetransportmoduls kann (oder können) die mindestens eine Wärmeabgabestelle der elektrischen Schaltung zur Aufnahme der Wärme der elektrischen Schaltung kontaktieren.

In jedem Aspekt kann der Schaltungsträger mit der elektrischen Schaltung ein sogenanntes "System on a Module" (SOM-Board) sein.

Das System kann jedes im Zusammenhang mit dem Vorrichtungsaspekt genanntes Merkmal aufweisen. Beispielsweise kann das mindestens eine Wärmetransportmodul angepasst sein an eine Topographie der mindestens einen Wärmeabgabestelle der elektrischen Schaltung.

Ein dritter Aspekt der Technik betrifft ein Ensemble von Vorrichtungen zum Abführen von Wärme einer elektrischen Schaltung gemäß dem ersten Aspekt, wobei die Vorrichtungen des Ensembles den gleichen Kühlkörper aufweisen und sich darin unterscheiden, dass das mindestens eine Wärmetransportmodule an verschiedenen Fügestellen des Kühlkörpers mechanisch und wärmeleitend mit dem Kühlkörper verbunden ist und/oder dass das mindestens eine Wärmetransportmodule unterschiedliche Längen zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende aufweist.

Vorteilhafterweise kann der gleiche Kühlkörper für verschiedene elektrische Schaltungen verwendet werden.

Ein vierter Aspekt der Technik betrifft einen Teilesatz für eine Vorrichtung zum Abführen von Wärme einer elektrischen Schaltung gemäß dem ersten Aspekt oder für ein Ensemble gemäß dem dritten Aspekt. Der Teilesatz umfasst einen oder mehrere gleiche Kühlkörper, der bzw. die eine Kühlkörperbasis und mehrere sich von der Kühlkörperbasis erstreckende Kühlrippen zur Abgabe von Wärme aufweist bzw. aufweisen. Ferner umfasst der Teilesatz eine Vielzahl von Wärmetransportmodulen, die jeweils an einem ersten Ende des Wärmetransportmoduls mittels Presspassung und/oder metallischen Stoffschlusses an einer Fügestelle des Kühlkörpers mechanisch und wärmeleitend mit dem Kühlkörper verbindbar sind, und die jeweils an einem vom ersten Ende beabstandeten zweiten Ende des Wärmetransportmoduls eine Kontaktfläche aufweisen, die dazu ausgebildet ist, mindestens eine Wärmeabgabestelle der elektrischen Schaltung zur Aufnahme der Wärme der elektrischen Schaltung zu kontaktieren, wobei die Vielzahl von Wärmetransportmodulen unterschiedliche Längen zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende aufweist.

Vorteilhafterweise kann der Teilesatz einen modularen Aufbau der Vorrichtung angepasst an die elektrische Schaltungen ermöglichen.

Ein fünfter Aspekt der Technik betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Abführen von Wärme einer elektrischen Schaltung. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Bereitstellens eines Kühlkörpers, der eine Kühlkörperbasis und mehrere sich von der Kühlkörperbasis erstreckende Kühlrippen zur Abgabe von Wärme aufweist.

Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Pressfügens und/oder metallstoffschlüssigen Fügens mindestens eines Wärmetransportmoduls jeweils mit einem ersten Ende des Wärmetransportmoduls an einer Fügestelle des Kühlkörpers zur mechanischen und wärmeleitenden Verbindung mit dem Kühlkörper.

Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Kontaktierens des mindestens einen Wärmetransportmoduls jeweils mit einer an einem vom ersten Ende beabstandeten zweiten Ende des Wärmetransportmoduls angeordneten Kontaktfläche an mindestens einer Wärmeabgabestelle der elektrischen Schaltung zur Aufnahme der Wärme der elektrischen Schaltung.

Der Schritt des Pressfügens bedeutet das Herstellen einer Presspassung. Alternativ oder ergänzend bedeutet das metallstoffschlüssige Fügen das Herstellen eines metallischen Stoffschlusses. Vorzugsweise wird das metallstoffschlüssige Fügen durch Kaltverschweißen ohne zusätzliches Einbringen von Prozesswärme ausgeführt.

Der Kühlkörper kann eine Vielzahl von Fügestellen aufweisen. Das Fügen (d.h. das Pressfügen und/oder das metallstoffschlüssige Fügen) kann ein Auswählen der Fügestelle aus der Vielzahl von Fügestellen abhängig von (beispielsweise der Topographie) der elektrischen Schaltung umfassen.

Das Verfahren kann ferner einen Schritt des Einkürzens, optional des Fräsens, des mindestens einen Wärmetransportmoduls jeweils am zweiten Ende abhängig von der elektrischen Schaltung umfassen. Beispielsweise wird das Einkürzen nach dem Fügen (d.h. nach dem Pressfügen und/oder nach dem metallstoffschlüssigen Fügen) ausgeführt.

Beispielsweise kann eine Vielzahl von Wärmetransportmodulen (nach dem Fügen der Vielzahl von Wärmetransportmodulen mit dem Kühlkörper) in einem Vorgang (beispielsweise in einem Fräsvorgang) abhängig von (beispielsweise der Topographie) der elektrischen Schaltung eingekürzt werden.

Ein Vorteil des Einkürzens ist eine genaue Abstimmung der Maße gegenüber einem vorherigen Anpassen, wodurch eine höhere Maßgenauigkeit erzielbar ist. Durch die während des Vorgangs bereits bestehende mechanische Verbindung der Wärmetransportmodule über den Kühlkörper können die Wärmetransportmodule präzise entsprechend (beispielsweise der Topographie) der Wärmeabgabestellen der elektrischen Schaltung eingekürzt werden.

Das Bereitstellen des Kühlkörpers kann ein Extrudieren (beispielsweise Strangpressen) des Kühlkörpers umfassen, beispielsweise einschließlich der Kühlkörperbasis und der Kühlrippen und/oder einschließlich der einen oder mehreren Fügestellen (d.h. des zweiten Profils).

Das Verfahren kann ferner ein Bereitstellen (beispielsweise ein Extrudieren, vorzugsweise Strangpressen) des mindestens einen Wärmetransportmoduls umfassen, beispielsweise einschließlich des ersten Profils am ersten Ende zur Presspassung und/oder einschließlich der Kontaktfläche am zweiten Ende, die dazu ausgebildet ist, eine Wärmeabgabestelle der elektrischen Schaltung zur Aufnahme der Wärme der elektrischen Schaltung zu kontaktieren.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen, die wahlweise miteinander kombinierbar sind, näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines herkömmlichen Kühlkörpers gemäß einem Referenzbeispiel;

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Abführen von Wärme einer elektrischen Schaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht, mit Blickrichtung parallel der Kühlrippen, einer Vorrichtung zum Abführen von Wärme einer elektrischen Schaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung, mit Blickrichtung senkrecht der Kühlrippen, der Vorrichtung zum Abführen von Wärme einer elektrischen Schaltung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht, mit Blickrichtung parallel der Kühlrippen, einer Vorrichtung zum Abführen von Wärme einer elektrischen Schaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel; Fig. 6 eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Beispiels einer Presspassung, die in jedem Ausführungsbeispiel einsetzbar ist;

Fig. 7 eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Beispiels einer Presspassung, die in jedem Ausführungsbeispiel einsetzbar ist;

Fig. 8 eine schematische perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zum Abführen von Wärme einer elektrischen Schaltung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;

Fig. 9 eine schematisches Flussdiagram eines Herstellungsverfahrens eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung; und

Fig. 10 A-C schematische Darstellungen eines fünften Beispiels einer Presspassung, die in jedem Ausführungsbeispiel einsetzbar ist, in verschiedenen Stadien eines Pressfügens mittels eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Herstellungsprozesses, das auf weitere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Herstellungsprozesses einsetzbar ist.

Hierin sind in verschiedenen Ausführungsformen gezeigte oder beschriebene Merkmale mit gleichen Bezugszeichen austauschbar.

Fig. 1 zeigt ein Referenzbeispiel. Durch die thermische Anbindung eines Bauteils 14 an eine Basis 12 eines Kühlkörpers 11 ist der Abstand zwischen Leiterplatte 13 und Basis 12 festgelegt. Dies schließt aus, dass ein weiteres Bauteil 14 mit größerer Bauhöhe unter dem Kühlkörper auf der Leiterplatte 13 untergebracht werden kann.

Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der allgemein mit Bezugszeichen 100 bezeichneten Vorrichtung zum Abführen von Wärme einer elektrischen (beispielsweise elektronischen) Schaltung.

Die Vorrichtung 100 umfasst einen Kühlkörper 110 mit eine Kühlkörperbasis 114 und mehrere sich von der Kühlkörperbasis erstreckenden Kühlrippen 112 zur Abgabe von Wärme.

Ferner umfasst die Vorrichtung 100 mindestens ein Wärmetransportmodul 120. Jedes Wärmetransportmodul 120 ist jeweils an einem ersten Ende 122 des Wärmetransportmoduls 120 mittels Presspassung 130 und/oder metallischen Stoffschlusses an einer Fügestelle des Kühlkörpers 110 mechanisch und wärmeleitend mit dem Kühlkörper 110 verbunden. Jedes Wärmetransportmodul 120 weist jeweils an einem vom ersten Ende 122 beabstandeten zweiten Ende 124 des Wärmetransportmoduls 120 eine Kontaktfläche 144 auf, die dazu ausgebildet ist, mindestens eine Wärmeabgabestelle 142 der elektrischen Schaltung zur Aufnahme der Wärme der elektrischen Schaltung zu kontaktieren.

Durch die Presspassung 130 und/oder den metallischen Stoffschlusses kann ein Wärmestrom in der Richtung 126 so effizient fließen, wie wenn das Wärmetransportmodul 120 und der Kühlkörpers 110 integral-einstückig (beispielsweiße ein Metallgussteil oder aus einem Werkstück gefräst) wäre.

Im Gegensatz zur in Fig. 1 gezeigten direkten thermischen Anbindung ermöglichen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 die kombinierte Funktion als Heatspreader und Spacer, d.h. als thermische Abstandsüberbrückung, falls die Wärmeabgabestelle 142 der elektrischen Schaltung flacher ist als weitere Bauelemente auf einem Schaltungsträger 140 (beispielsweise einer Leiterplatte 140) der elektrischen Schaltung unterhalb der des Kühlkörpers.

Zwischen der Leiterplatte 140 und der Kühlkörperbasis 114 des Kühlkörpers 110 und/oder neben dem mindestens einen Wärmetransportmodul 120 ist ein Bauteil 146 auf der Leiterplatte 140 angeordnet ist, welches in der Richtung 126 zum Kühlkörper 110 höher aufbaut als die jeweils über ein Wärmetransportmodul 120 kontaktierte Wärmeabgabestelle 142 oder Wärmeabgabestellen 142.

Die Modularität der Vorrichtung 100, d.h. die Verwendung eines Kühlkörpers 110 für verschiedene elektrische Schaltungen mit verschiedenen Wärmeabgabestelle 142, besteht aufgrund der Wahlfreiheit (beispielsweise hinsichtlich Fügestelle und Form des mindestens einen Wärmetransportmoduls) beim Fügen des Kühlkörpers 110 mit dem Wärmetransportmodul 120 oder den mehreren Wärmetransportmodulen 120. Diese Modularität wird ohne separate Fügeelemente (wie Schraub- und/oder Feder- Verbindungen) erreicht, welche herkömmlicherweise zusätzliche Montageschritte erfordern und den Wärmeleitwiderstand vergrößern, da verschraubte oder federbelastete Kontaktflächen auf eine molekularen Eben nur abschnittsweise in Kontakt stehen zur Wärmeleitung. Fig. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht (mit Blickrichtung parallel der Kühlrippen 112) einer Vorrichtung 100 zum Abführen von Wärme einer elektrischen Schaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Durch die Wärmetransportmodule 120 kann die elektrische Schaltung zwei zueinander parallele Leiterplatten 140 umfassen. Beispielsweise ermöglichen die Wärmetransportmodule 120, dass die elektrische Schaltung einer räumlichen Struktur mit mehreren Ebenen aufweist. Eine (obere) erste Leiterplatte 140 umfasst Bauteile 148, die in herkömmlicher Weise direkt die Kühlkörperbasis 114 kontaktieren. Eine (untere) zweite Leiterplatte 140 umfasst Bauteile, die als Wärmeabgabestelle 142 über mindestens ein Wärmetransportmodul 120 an den Kühlkörper 110 thermisch gekoppelt sind.

Fig. 4 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung des Ausführungsbeispiels der Fig. 3 entlang der Schnittlinie A-A. Optional kann die zweite Leiterplatte 140 mindestens ein Bauteil 146 umfassen, das im durch die Wärmetransportmodule 120 geschaffenen Raum angeordnete ist. Beispielsweise ist die zweite Leiterplatte 140 größer als die erste Leiterplatte 140. Das Bauteil 146 ist auf der zweiten Leiterplatte 140 außerhalb der ersten Leiterplatte angeordnet und erstreckt über die Ebene der ersten Platine 140 hinaus.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Wärmetransportmodul 120 bzw. sind die Wärmetransportmodule 120 an die Kühlkörperbasis 114 gefügt zur thermischen Kontaktierung der Wärmeabgabestellen 142 von Bauteilen unterhalb der Kühlkörperbasis 114 und/oder zwischen den Kühlrippen 112.

Bei einem in Fig. 5 schematisch gezeigten dritten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 ist mindestens ein Wärmetransportmodul 120 an eine randständige Kühlrippe 112 gefügt zur thermischen Kontaktierung von Wärmeabgabestellen 142 (d.h. Bauteilen), die seitlich neben dem Kühlkörper 110 auf der Leiterplatte 140 angeordnet sind.

Diese seitliche Ankopplung von Bauteilen an eine Kühlrippe 112 ist mit jeder der vorstehend beschriebenen Ankopplungen von Bauteilen an die Kühlkörperbasis 114 kombinierbar. Alternativ oder ergänzend können, wie im Kontext des dritten Ausführungsbeispiels in Fig. 5 schematisch gezeigt, mehrere Wärmeabgabestellen 142 (z.B. mehrere Bauteil) der elektrischen Schaltung an ein Wärmetransportmodul 120 angekoppelt sein.

Das erste Ende 122 und das zweite Ende 124 liegen in Längsrichtung 126 des Wärmetransportmoduls 120 gegenüber. Bei zumindest einem Wärmetransportmodul 120 ist seitlich zur Längsrichtung 126 eine weitere Kontaktfläche 144 (beispielsweise parallel zur Längsrichtung 126) angeordnet ist.

So kann eine erste Kontaktfläche 144 (beispielsweise senkrecht zur Längsrichtung 126) am in der Längsrichtung 126 dem ersten Ende 122 gegenüberliegenden zweiten Ende 124 des Wärmetransportmoduls 120 angeordnet sein. Zusätzlich kann eine zweite Kontaktfläche 144 (beispielsweise parallel zur Längsrichtung) seitlich (d.h. lateral) versetzt zur Längsrichtung 126 am Wärmetransportmodul 120 angeordnet sein.

Die Fign. 6 und 7 zeigen schematische Schnittdarstellungen von Beispielen der Presspassung, die in jedem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 einsetzbar sind. Die linke Bildhälfte zeigt den Zustand vor dem Fügen und die rechte Bildhälfte den gefügten Zustand von Kühlkörper 110 und Wärmetransportmodul 120.

Das erste Ende des Wärmetransportmoduls 120 weist ein erstes Profil der Presspassung auf. Die Fügestelle des Kühlkörpers 110 weist ein komplementäres zweites Profil der Presspassung auf. Während in den gezeigten Beispielen das erste Profil konvex und das zweite Profil konkave sind, können in jedem Ausführungsbeispiel die ersten und zweiten Profile auch vertauscht sein.

Jedes Beispiel umfasst transversale Flächen am ersten Ende des Wärmetransportmoduls 120, die senkrecht zur Längsrichtung ist (welche die vertikale Richtung in der Darstellungsebene ist).

Das in Fig. 6 gezeigte erste Beispiel des ersten Profils umfasst V-förmige longitudinale Flächen. Das Fügen kann eine Transversalbewegung senkrecht zur Längsrichtung umfassen, bei der das erste Profil in das zweite Profile seitlich gesteckt wird und entlang des Kühlkörpers 110 zu gewünschten Fügestelle bewegt wird. Optional kann dabei auftretende Reibungswärme die Flächen erwärmen oder sogar aufschmelzen, wodurch abschnittsweise der metallische Stoffschluss entsteht.

Alternativ oder ergänzend kann, bei jedem Ausführungsbeispiel und/oder jeder Profilform, nach bereits erfolgter formschlüssiger und/oder reibschlüssiger Fügung, das erste Ende am Wärmetransportmodul 120 und/oder die Fügestelle am Kühlkörper 110 induktiv erwärmt werden. Durch Anlassen, d.h. das Erwärmen auf eine Anlasstemperatur (beispielsweise von mindestens 500 Grad Celsius), kann ein Kriechen (d.h. eine viskoelastische oder plastische Verformung) des metallischen Wärmetransportmoduls 120 am ersten Ende und/oder des Kühlkörpers 110 an der Fügestelle bewirkt oder beschleunigt werden, so dass die effektive Austauschfläche für die Wärmeleitung auf molekularer Ebene erheblich vergrößert wird oder Lufteinschlüsse reduziert oder eliminiert werden.

Alternativ oder ergänzend kann, bei jedem Ausführungsbeispiel und/oder jeder Profilform, nach bereits erfolgter formschlüssiger und/oder reibschlüssiger Fügung, das erste Ende am Wärmetransportmodul 120 und/oder die Fügestelle am Kühlkörper 110 induktiv aufgeschmolzen werden für den metallischen Stoffschluss.

Das in Fig. 8 gezeigte zweite Beispiel des ersten Profils umfasst Rechteckprofile als longitudinale Flächen. Das Fügen kann eine Longitudinalbewegung in der Längsrichtung umfassen. Die Profile können (beispielsweise durch unterschiedlich breite und/oder unterschiedlich tiefe Rechteckprofile) gegen ein lateral versetztes fügen gesichert sein.

Fig. 8 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung der Vorrichtung 100 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, bei dem die Kühlrippen 112 zudem als Presspassungsprofil (d.h. als das Kühlkörper-seitige "zweite" Profil der Presspassung) fungieren. Dadurch ist die Fügestelle in einer großen Fläche des Kühlkörpers 110 (beispielsweise auf dem Raster der Kühlrippen 112) frei wählbare.

Dort wo kein Wärmetransportmodul 120 gefügt ist, fungieren die Kühlrippen 112 weiterhin zur Abgabe der Wärme an die Umgebung.

Fig. 9 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens 1100 zur Herstellung einer Vorrichtung (beispielsweise einem Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten Vorrichtung 100) zum Abführen von Wärme einer elektrischen Schaltung. In einem Schritt 1102 wird ein Kühlkörper 110 bereitstellt, der eine Kühlkörperbasis 114 und mehrere sich von der Kühlkörperbasis erstreckende Kühlrippen 112 zur Abgabe von Wärme aufweist.

In einem Schritt 1104 wird durch Pressfügen und/oder metallstoffschlüssiges Fügen mindestens eines Wärmetransportmoduls 120 jeweils mit einem ersten Ende 122 des Wärmetransportmoduls 120 an einer Fügestelle des Kühlkörpers 110 eine mechanische und wärmeleitende Verbindung mit dem Kühlkörper 110 hergestellt.

In einem Schritt 1106 kontaktiert das mindestens einen Wärmetransportmoduls 120 jeweils mit einer an einem vom ersten Ende 122 beabstandeten zweiten Ende 124 des Wärmetransportmoduls 120 angeordneten Kontaktfläche 144 mindestens eine Wärmeabgabestelle 142 der elektrischen Schaltung zur Aufnahme der Wärme der elektrischen Schaltung.

Das Verfahren kann einen jeden vorstehend im Kontext der Vorrichtung 100 beschriebenen Schritt umfassen. Beispielsweise kann das metallstoffschlüssige Fügen das Lichtbogenschweißen umfassen. Alternativ oder ergänzend zum Pressfügen kann das metallstoffschlüssige Fügen durch das induktive Erwärmen realisiert werden.

Der Kühlkörper kann eine Vielzahl von Fügestellen aufweisen. Das Fügen (d.h. das Pressfügen und/oder das metallstoffschlüssige Fügen) kann ein Auswählen der Fügestelle aus der Vielzahl von Fügestellen angepasst an die Topographie der elektrischen Schaltung umfassen.

Vorzugsweise nach dem Schritt des Fügens 1104 und/oder vor dem Schritt des Kontaktierens 1106 kann das Verfahren 1100 ferner einen Schritt des Einkürzen, beispielsweise durch Fräsen, des mindestens einen Wärmetransportmoduls 120 umfassen. Dadurch kann am zweiten Ende 124 des jeweiligen Wärmetransportmoduls 120 die Kontaktfläche 144 für den thermischen Kontakt mit der jeweiligen Wärmeabgabestelle 142 entsprechend der Position und/oder Ausrichtung Wärmeabgabestelle 142 hergestellt werden.

Beispielsweise kann eine Vielzahl von Wärmetransportmodulen 120 nach dem Fügen der Vielzahl von Wärmetransportmodulen 120 in einem Vorgang entsprechend der Topographie der elektrischen Schaltung gefräst werden. Durch die während des Vorgangs bereits bestehende mechanische Verbindung der Wärmetransportmodule 120 über den Kühlkörper 110 können die Wärmetransportmodule 120 präzise an das Höhenprofil der Wärmeabgabestellen der elektrischen Schaltung angepasst werden.

Das Bereitstellen 1102 des Kühlkörpers 110 kann ein Extrudieren (beispielsweise Strangpressen) des Kühlkörpers umfassen, beispielsweise einschließlich der Kühlkörperbasis 114 und der Kühlrippen 112 und/oder einschließlich der einen oder mehreren Fügestellen (d.h. des zweiten Profils).

Das Verfahren 1100 kann ferner ein Bereitstellen (beispielsweise ein Extrudieren, vorzugsweise Strangpressen) des mindestens einen Wärmetransportmoduls 120 umfassen, beispielsweise einschließlich des ersten Profils am ersten Ende 122 zur Presspassung und/oder einschließlich der Kontaktfläche 144 am zweiten Ende 124, die dazu ausgebildet ist, eine Wärmeabgabestelle 142 der elektrischen Schaltung zur Aufnahme der Wärme der elektrischen Schaltung zu kontaktieren.

Fig. 10 A-C zeigen schematische Darstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer nicht maßstabsgetreuen Darstellung, wobei verschiedenen Stadien eines Pressfügens dargestellt sind, anhand dessen auch ein eine weiteres Ausführungsbeispiels eines Herstellungsprozesses verdeutlicht ist.

Fig. 10 A zeigt in schematischer Darstellungsweise ein erstes Stadium eines Pressfügens von der Kühlkörperbasis 114 des Kühlkörpers 110 eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, der abschnittsweise in einem Querschnitt dargestellt ist, mit dem Wärmetransportmodul 120. Die Bezugszeichen sind in den Darstellungen der Fig. 10 A-C zur besseren Übersicht teilweise stellvertretend an einer Darstellung eingetragen.

Das Wärmetransportmodul 120 in diesem ersten Stadium beabstandet zur Kühlkörperbasis 114 und an einer für die Presspassung 130 (in Fig. 10 C mit einem Bezugszeichen verdeutlicht) vorgesehenen Fügestelle 150 ausgerichtet.

Das erste freie Ende 122 des Wärmetransportmoduls 120 ist vor dessen Einfügen in eine dafür vorgesehene Fügestelle 150 derart eingerichtet und ausgebildet, dass sich das erste freie Ende 122 beim Einfügen in die Fügestelle 150 wenigstens abschnittsweise elastisch-plastisch, insbesondere plastisch, zur Realisierung der Presspassung 130 umformt. Damit ist erreicht, dass das freie Ende 122 im Wesentlich die Querschnittsform 151 der Fügestelle 150 annähernd annimmt und diese für den thermischen Kontakt lückenarm bzw. lückenfrei füllt, wie dies anhand der Figuren Fig. 10 B und Fig. 10 C verdeutlicht ist. Damit ist eine für den thermischen Kontakt hohlraumarme bzw. holraumfreie Presspassung 130 realisierbar, wodurch der thermische Kontakt zwischen Kühlkörper 110 und Wärmetransportmodul 120 optimierbar bzw. optimiert ist.

In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die elastisch-plastische bzw. plastische Verformung insbesondere an dem freien Ende 122 des Wärmetransportmoduls 120.

Dazu weist das vor dessen Einfügen in die Fügestelle 150 freie Ende 122 einen Querschnitt 152 mit einer Querschnittskontur 154 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel in Längsrichtung 126 eine Anordnung von nebeneinander angeordneten Vorsprünge 156 und Senken 158 (in Fig, 12 A/B jeweils mit einem einheitlichen Bezugszeichen versehen) aufweist. Aufgrund der Querschnittsdarstellung ist die Darstellung planar. Die Vorsprünge 156 und Senken 158 haben aber in diesem Ausführungsbeispiel auch eine Erstreckung in die Blattebene hinein, so dass z.B. die durch die jeweilige Senke 158 eine nutenförmige Erstreckung aufweist. Analoges gilt für den jeweiligen Vorsprung 156 im Sinne einer stegförmigen Erstreckung.

Diese (156,158) sind derart in Längsrichtung 126 benachbart zueinander angeordnet, dass beim Einfügen durch die vorgenannte Verformung der Vorsprung 156 und die dazu in Längsrichtung 126 benachbarte Senke 158 sich bei der vorgenannten Verformung einander annähern und sich der Vorsprung 156 unter Bewirkung einer Füllung der Senke 158 umformt, wodurch sich der Querschnitt 152 des freien Endes 122 des Wärmetransportmoduls 120 der Querschnittsform 151 der Fügestelle 150 annähernd angleicht, wie dies anhand der Darstellungen der Fig. 10 B/C zu entnehmen ist.

Darauf ist die Erfindung allerdings nicht beschränkt. Die Vorsprünge 156 und Senken 158 können auch oder nur an der Fügestelle 150 des Kühlkörpers 110 ausgebildet sein, so dass diese die Querschnittsform 151 der Fügestelle 150 des Kühlkörpers 110 und/oder des freien Ende 122 des Wärmetransportmoduls 120 prägen können. Damit entsteht erfindungsgemäß unter anderem der Vorteil, dass die Spannungen in den Bauteilen beim Einfügen zur Realisierung der gewünschten Presspassung 130 nicht zu einer ungewünschten Bauteilschwächung, z.B. durch Spannungsrissbildung, führen. Ferner können die Presskräfte auf ein Minimum reduziert werden.

Fig. 10 B zeigt in schematischer Darstellungsweise ein Zwischenstadium, in der das freie Ende 122 des Wärmetransportmoduls 120 teilweise in der Fügestelle 150 des Kühlkörpers 110 eingeführt ist.

Fig. 10 C zeigt in schematischer Darstellungsweise ein finales Stadium, in dem das freie Ende 122 des Wärmetransportmoduls 120 in der Fügestelle 150 zur Realisierung der gewünschten Presspassung 130 eingeführt ist. Erfindungsgemäß können für das Verbinden von Wärmetransportmodul 120 und der Kühlkörper miteinander eine Mehrzahl von Fügestellen 150 bzw. freie Ende 122 des Wärmetransportmoduls 120 vorgesehen sein, die unterschiedlichen Formungen aufweisen können und daher nicht einer einheitlichen Formgebung folgen müssen. So können beispielsweise die Fügestellen eine unterschiedliche Tiefe aufweisen. Ferner ist es möglich, dass die Formungen umgekehrt werden, so dass in dem freie Ende 122 des Wärmetransportmoduls 120 auch Sacklöscher gebildet sein können. Des Weiteren ist es möglich, die Formungen auch abwechselnd unterschiedlich zu gestalten, so dass eine Erhebung einer Ausnehmung folgt. Des Weiteren können die Erhebungen und Ausnehmungen in einer Abfolge benachbart zu zueinander z.B. an dem freien Ende 122 des Wärmetransportmoduls 120 und korrespondierend dazu am dem Kühlkörper 110 gebildet sein.

Erfindungsgemäß kann ein Wärmetransportmodul 120 bzw. der Kühlkörper 110 mit seinen entsprechenden Formungen (insbesondere ein freies Ende 122 des Wärmetransportmoduls 120 wie auch die Kühlkörperbasis 114 des Kühlkörpers 110 bzw. der Kühlkörper als solches) für eine Presspassung bzw. für ein Pressfügen/Pressverbund durch verschiedene Herstellungsverfahren, insbesondere Urformverfahren, beispielsweise Extrudieren bzw. Gießen, wie auch Umformverfahren, wie beispielsweise und insbesondere Strangpressen, herstellgestellt werden.

Obwohl die Erfindung in Bezug auf exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist für Fachkundige ersichtlich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können. Ferner können viele Modifikationen vorgenommen werden, um die Vorrichtung oder das Wärmetransportmodul an ein Gehäuse oder die elektrische Schaltung gemäß der Lehre der Erfindung anzupassen. Folglich ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle Ausführungsbeispiele, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen

Bezugszeichenliste

10 Herkömmliche Vorrichtung

11 Kühlkörper der herkömmlichen Vorrichtung

12 Basis der herkömmlichen Vorrichtung

13 Leiterplatte der herkömmlichen Vorrichtung

14 Bauteil auf der Leiterplatte der herkömmlichen Vorrichtung

15 Im Fall der herkömmlichen Vorrichtung nicht bestückbares Bauteil

100 Vorrichtung zur Kühlung einer elektrischen Schaltung

110 Kühlkörper

112 Kühlrippen des Kühlkörpers, beispielsweise Lamellen

114 Kühlkörperbasis des Kühlkörpers

120 Wärmetransportmodul, beispielsweise Wärmeverteiler oder Wärmebrücke

122 Erstes Ende des Wärmetransportmoduls

124 Zweites Ende des Wärmetransportmoduls

126 Längsrichtung

130 Presspassung zur thermischen und mechanischen Verbindung zwischen Kühlkörper und Wärmetransportmodul

140 Schaltungsträger, beispielsweise Leiterplatte, der elektrischen Schaltung

142 Über Wärmetransportmodul angebundene Wärmeabgabestelle, beispielsweise Bauteil der elektrischen Schaltung oder Wärmesammelstelle auf des Schaltungsträgers

144 Kontaktfläche für thermischen Kontakt, beispielsweise über Wärmeleitpaste, fachsprachlich auch: "Thermal Interface Material" (TIM)

146 In durch Wärmetransportmodul geschaffenem Raum angeordnetes Bauteil

148 Mit dem Kühlkörper direkt verbundenes Bauteil

150 Fügestelle an der Kühlkörperbasis

151 Querschnittsform der Fügestelle

152 Querschnitt des ersten Endes des Wärmetransportmoduls

154 Querschnittskontur des ersten Endes des Wärmetransportmoduls

156 Vorsprung am ersten Ende des Wärmetransportmoduls

158 Senke am ersten Ende des Wärmetransportmoduls