DE19610851A1 - Kühleinrichtung für elektronische Bauteile - Google Patents

Kühleinrichtung für elektronische Bauteile

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Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühleinrichtung für elektronische Bauteile, die dazu bestimmt ist ein elektro­ nisches Bauteil zu kühlen, wie beispielsweise eine Gleichrich­ terdiode, die Wärme entwickelt.
Ein Kühlkörper für die Kühlung eines elektronischen Bauteiles, wie beispielsweise eine Gleichrichterdiode, die Wärme ent­ wickelt, ist beispielsweise in der ungeprüften japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung No. Sho. 55-74198 beschrieben worden.
Der Kühlkörper ist in Fig. 5 dargestellt. Im Kühlkörper ist ein elektronisches Bauteil 13, wie beispielsweise eine Gleichrich­ terdiode, fest an einer Seite eines Befestigungselementes 11 befestigt, an dessen anderer Seite eine Vielzahl von Wärmeleit­ platten 17 befestigt ist (im Folgenden wird sich ggf. auf Leit­ platten 17′′ bezogen).
Gewellte Kühlrippen 19 (im Folgenden wird sich ggf. lediglich auf "Kühlrippen 19" bezogen) sind zwischen den Wärmeleitplatten 17 angeordnet.
Beim Kühlkörper wird die vom elektronischen Bauteil 13 erzeugte Wärme über das Befestigungselement 11 und die Leitplatten 17 zu den Kühlrippen 19 geleitet und dann mit den Kühlrippen 19 an die Außenluft abgestrahlt. Auf diese Weise wird das elektronische Bauteil 13 wirksam gekühlt.
Beim oben beschriebenen, herkömmlichen Kühlkörper ergeben sich jedoch folgende Schwierigkeiten: das elektronische Bauteil 13 wird durch natürliche Wärmestrahlung mit Hilfe der Leitplatten 17 und der gewellten Kühlrippen 19 gekühlt. Daher ist die Kühl­ wirkung des Kühlkörpers nicht hoch.
Darüberhinaus ergibt sich beim Kühlkörper ein Problem für den Fall, daß das elektronische Bauteil 13 voluminös ist, was bedeutet, daß es viel Wärme abstrahlt. In diesem Fall ist es notwendig, die Leitplatten 17 zu verlängern. Wenn jedoch die Leitplatten 17 verlängert werden, werden die Wirksamkeit, mit der die Leitplatten 17 die Wärme zu den Kühlrippen leiten, wie auch die thermische Leitfähigkeit vermindert. Auf diese Weise wird, selbst wenn die Zahl der Kühlrippen 19 vergrößert wird, um den wärmeabstrahlenden Bereich zu vergrößern, die Kühlkraft nicht wesentlich erhöht. Das bedeutet, das es schwierig ist, die Wärme noch wirksamer vom elektronischen Bauteil 13 abzuführen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend ist es ein Ziel der Erfindung, die oben beschriebenen Schwierigkeiten zu beseitigen, die eine her­ kömmliche Kühleinrichtung für elektronische Bauteile begleiten. Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Kühleinrichtung für elektronische Bauteile anzugeben, die eine wesentlich größere Kühlwirkung elektronischer Bauteile hat, als herkömmliche Kühleinrichtungen.
Bei einer Kühleinrichtung für elektronische Bauteile entspre­ chend eines ersten Aspektes der Erfindung, sind Außenseiten­ abschnitte einer Vielzahl von Leitungen an der Oberseite einer Kühlplatte angebracht, an deren anderer Seite ein elektronisches Bauteil befestigt ist, und ein Sammeltank ist in der Vielzahl der Leitungen vorgesehen, um Kreislaufleitungen zu bilden. In den Kreislaufleitungen ist ein Kühlmittel enthalten, und der Druck in den Kreislaufleitungen ist niedriger als der atmos­ phärische Druck.
Eine Kühleinrichtung für elektronische Bauteile entsprechend eines zweiten Aspektes der Erfindung ist so beschaffen, daß der Sammeltank in den unteren Abschnitten der Kreislaufleitungen vorgesehen ist.
Eine Kühleinrichtung für elektronische Bauteile entsprechend eines dritten Aspektes der Erfindung ist so beschaffen, daß bei der Einrichtung des ersten und zweiten Aspektes die Vielzahl der Leitungen mit einem Multidurchflußbehälter verbunden ist, der durch Strangpressen ausgebildet ist und einen flachen Quer­ schnitt hat.
Bei der Kühleinrichtung für elektronische Bauteile des ersten Aspektes, wird die Wärme, die durch das elektronische Bauteil erzeugt wird, das auf der einen Seite der Kühlplatte befestigt ist, über die Kühlplatte zur Vielzahl der Leitungen übertragen, die mit der anderen Seite der Kühlplatte verbunden sind.
Die so übertragene Wärme verdampft die Kühlflüssigkeit in den Verbindungsabschnitten der Leitungen. Danach führt das so ver­ dampfte Kühlmittel, während es in den Leitungen fließt, einen Wärmeaustausch mit der Außenluft durch, so daß es gekühlt wird und kondensiert. Das bedeutet, das Kühlmittel wird in den Sammeltank geleitet, nachdem es verflüssigt wurde.
Bei einer Kühleinrichtung für elektronische Bauteile des zweiten Aspektes ist der Sammeltank in den unteren Abschnitten der Kreislaufleitungen vorgesehen. Somit wird das Kühlmittel, nachdem es wirklich verflüssigt wurde, in den Sammeltank geleitet.
Bei einer Kühleinrichtung für elektronische Bauteile des dritten Aspektes ist die Vielzahl der Leitungen durch den Multidurch­ flußbehälter vorgesehen, der durch Strangpressen ausgebildet ist. Somit kann eine Anzahl von Leitungen einfach ausgebildet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 ist eine Seitenansicht, die eine Kühleinrichtung für elektronische Bauteile entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist eine Untersicht der Kühleinrichtung für elektronische Bauteile aus Fig. 1.
Fig. 3 ist eine Explosionszeichnung der Kühleinrichtung für elektronische Bauteile aus Fig. 1.
Fig. 4 ist eine Perspektivansicht der Kühleinrichtung für elektronische Bauteile aus Fig. 1, die mit elektrischen Ventilatoren ausgerüstet ist.
Fig. 5 ist eine Seitenansicht eines herkömmlichen Kühlkörpers.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschreiben, die in den beiliegenden Zeich­ nungen dargestellt sind.
Fig. 1 bis 3 zeigen eine Kühleinrichtung für elektronische Bau­ teile, die eine erste Ausführungsform der Erfindung bildet. In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 31 eine rechteckige Kühlplatte.
Die Kühlplatte 31 ist aus einem Metall hergestellt, wie beispielsweise Aluminium, mit einer hohen thermischen Leit­ fähigkeit.
Eine Seite der Kühlplatte 31 ist für eine elektronisches Bauteil vorgesehen. Insbesondere ist ein elektronisches Bauteil 33, wie beispielsweise ein LSI oder ein Multi-Chipmodul (MCM), das durch Integration von LSIs ausgebildet wird, mit einem Klebemittel mit hoher thermischer Leitfähigkeit auf der einen Seite der Kühl­ platte 31 festgeklebt.
Die andere (entgegengesetzte) Seite der Kühlplatte 31 ist über eine Lötplatte 37 mit einem Verbindungsabschnitt 35a verbunden, der ein Teil eines Multidurchflußbehälters 35 ist.
Die Lötplatte 37 hat Lötmaterialschichten auf beiden Seiten, vorzugsweise aus Hartlot.
Die Kühlplatte 31 hat Klemmnasen 31a.
Der Multidurchflußbehälter 35 besteht aus einem Metall, wie beispielsweise Aluminium mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit.
Der Behälter 35 wird durch Strangpressen derart hergestellt, daß er einen flachen Querschnitt und eine Vielzahl von Leitungen 35b hat, die in vorgegebenen Abständen in Richtung der Breite desselben angeordnet sind.
Der Behälter 35 ist senkrecht zum Verbindungsabschnitt 35a gebogen, und dann abwechselnd U-förmig gebogen, wodurch eine Wärmetauschsektion 35c ausgebildet wird.
Beide Enden des Behälters 35 befinden sich unter dem Gehäuse des Behälters 35, und der Sammeltank 39 ist zwischen den beiden Enden des Behälters 35 so angeordnet, daß eine Vielzahl von Kreislaufleitungen 36 ausgebildet wird.
Der Sammeltank 39 besteht aus einem Metall, wie beispielsweise Aluminium mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit.
Der Sammeltank 39 hat ein Paar Langlöcher 39a, in die beide Endabschnitte des Behälters 35 eingefügt sind.
Verschlußkappen 41 und 43 sind an beiden Enden des Sammeltankes 39 angebracht.
Kühlrippen 45, die aus gewellten Rippen bestehen, sind in der Wärmetauschsektion 35c des Behälters 35 angeordnet.
Die Kühlrippen 45 bestehen ebenfalls aus einem Metall, wie beispielsweise Aluminium, mit einer hohen thermischen Leit­ fähigkeit.
Die Kühleinrichtung für elektronische Bauteile enthält des­ weiteren Begrenzungsplatten 47, die derart angebracht sind, daß sie die äußersten Kühlrippen 45 bedecken.
Die so aufgebaute Kühleinrichtung für elektronische Bauteile wird wie folgt zusammengesetzt. Erst werden die Kühlrippen 45 und die Begrenzungsplatten 47 mit dem Multidurchflußbehälter 35 verbunden, und dann werden beide Endabschnitte des Behälters 35 in die Langlöcher 39a des Sammeltanks 39 eingefügt, und die Verschlußkappen 41 und 43 kommen mit beiden Enden des Sammel­ tanks 39 in Eingriff. Danach wird der Verbindungsabschnitt 35a des Behälters 53 über die Lötplatte 37 an der Kühlplatte 31 befestigt, und die Klemmnasen 31a werden umgebogen, um die Kühlplatte mit dem Verbindungsabschnitt 35a zu verbinden.
Danach werden die auf diese Weise zwischenzeitlich verbundenen Teile einem Lötvorgang in einem Lötofen unterzogen, wodurch sie fest zu einer Einheit verbunden werden.
Die Verschlußkappe 43 des Sammeltanks 39 hat eine Kühlmittel­ einlaßöffnung 43a. Eine vorgegebene Menge eines Kühlmittels, wie beispielsweise Wasser, wird in den Sammeltank 39 durch die Einlaßöffnung 43a eingefüllt. Danach wird die Luft aus dem Sammeltank 39 und dem Behälter 35 bis zu einem Druck von 10-5 Torr durch die Kühlmitteleinlaßöffnung 43a entfernt, und die Einlaßöffnung 43a wird mit einem Verschlußelement 49 verschlossen.
Mit der so aufgebauten Kühleinrichtung für elektronische Bauteile wird die Wärme, die durch das elektronische Bauteil 33 erzeugt wird, das auf einer Seite der Kühlplatte 31 befestigt ist, über die Kühlplatte 31 zum Multidurchflußbehälter 35 übertragen, der auf der anderen Seite der Kühlplatte 31 befestigt ist.
Durch die so übertragene Wärme wird das Kühlmittel, wie beispielsweise Wasser, verdampft, das sich in den Leitungen 35b befindet, die dem Verbindungsabschnitt 35a des Behälters 35 entsprechen. Danach führt das Kühlmittel, während es durch die Wärmetauschsektion 35c der Leitungen 35b fließt, einen Wärmeaustausch mit der Außenluft über die Kühlrippen 45 durch, wodurch es gekühlt und kondensiert wird. Das bedeutet, daß das Kühlmittel, nachdem es verflüssigt wurde, in den Sammeltank 39 geleitet wird.
Bei der so aufgebauten Kühleinrichtung für elektronische Bau­ teile, wird die vom elektronischen Bauteil 33 erzeugte Wärme über die Kühlplatte 31 zu der Vielzahl von Kreislaufleitungen 36 geleitet, und durch diese übertragene Wärme wird das Kühlmittel im Befestigungsabschnitt 35a der Vielzahl von Kreislaufleitungen 36 verdampft. Danach führt das Kühlmittel, während es durch die Vielzahl der Kreislaufleitungen 36 fließt, einen Wärmeaustausch mit der Außenluft durch, wodurch es gekühlt und kondensiert wird. Das bedeutet, das Kühlmittel wird in den Sammeltank 39 geleitet, nachdem es verflüssigt wurde. Demzufolge ist die Kühleinrichtung für elektronische Bauteile der Erfindung bei der Kühlung elektronischer Bauteile weitaus leistungsfähiger als eine herkömmliche Kühleinrichtung.
Das heißt, bei der oben beschriebenen Kühleinrichtung für elektronische Bauteile wird die gebundene Wärme des Kühlmittels dazu benutzt, die Wärme, die durch das elektronische Bauteil 33 erzeugt wird, zur Wärmetauschsektion 35c zu leiten. Demzufolge ist die Kühleinrichtung für elektronische Bauteile der Erfindung bei der Kühlung elektronischer Bauteile weitaus leistungsfähiger als eine herkömmliche Kühleinrichtung.
Dementsprechend kann, verglichen mit dem herkömmlichen Kühl­ körper, der die natürliche Wärmeabstrahlung zur Kühlung eines elektronischen Bauteils nutzt, eine große Wärmemenge mit der Kühleinrichtung der Erfindung abgeführt werden.
Bei der oben beschriebenen Kühleinrichtung für elektronische Bauteile sind die Kühlrippen 45 innerhalb der Wärmetauschsektion 35c des Behälters 35 angeordnet, und daher wird die Wärmetausch­ wirkung der Wärme mit Bezug auf die Außenluft merklich ver­ bessert.
Der Multidurchflußbehälter hat eine Vielzahl von Kreislauf­ leitungen 36; das heißt man kann eine Anzahl von Kreislauf­ leitungen einfach und bestimmt erhalten. Die Kreislaufleitungen, die man auf diesem Wege erhält sind sehr luftdicht und betriebs­ sicher.
Weiterhin ist bei der oben beschriebenen Kühleinrichtung für elektronische Bauteile der Sammeltank 39 mit dem unteren Abschnitt der Kreislaufleitungen 36 verbunden. Somit wird das Kühlmittel, das in der Wärmetauschsektion 35c verflüssigt wird, zwangsweise in den Sammeltank 39 geleitet.
Die Vielzahl der Leitungen 35b stehen über den Sammeltank 39 miteinander so in Verbindung, daß die Kreislaufleitungen 36 ausgebildet werden. Somit kann die Kühlmitteleinlaßöffnung 43a, die in der Verschlußkappe 43 des Sammeltanks 39 ausgebildet ist, zwangsläufig dazu verwendet werden, das Kühlmittel in die Leitungen zu füllen und die Luft aus denselben zu entfernen.
Darüberhinaus fließt das Kühlmittel bei der oben beschriebenen Kühleinrichtung für elektronische Bauteile gleichmäßig über die Gesamtoberfläche der Kühlplatte 31; das heißt, letztere hat keinen Hitzefleck, und daher kann das daran befestigte elek­ tronische Bauteil 33 sicher geschützt werden.
Fig. 4 zeigt die oben beschriebene Kühleinrichtung für elek­ tronische Bauteile, ausgerüstet mit Ventilatoren 51. Genauer betrachtet sind zwei Ventilatoren 51 an einer Seite des Multi­ durchflußbehälters 35 mit Schrauben 53 befestigt.
Mit der Kühleinrichtung für elektronische Bauteile kann die Luft, die durch die Kühlrippen 45 erwärmt wird, direkt aus der Einrichtung mit den Ventilatoren 51 abgeführt werden. Dieses Merkmal verbessert weiterhin die Wärmetauschwirkung der Kühl­ einrichtung.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird das technische Konzept der Erfindung zum Schutz des elektronischen Bauteiles 33 angewendet, das ein MCM ist; die Erfindung ist jedoch nicht darauf oder dadurch begrenzt. Das bedeutet, es braucht nicht erwähnt zu werden, daß die Erfindung vielfältig auf eine Vielzahl elektronischer Bauteile anwendbar ist, die Wärme erzeugen.
Wie es oben beschrieben wurde, wird bei der Kühleinrichtung für elektronische Bauteile des ersten Aspektes die vom elektro­ nischen Bauteil erzeugte Wärme über die Kühlplatte zu den Leitungen übertragen. Die so übertragene Wärme verdampft das Kühlmittel im Befestigungsabschnitt der Leitungen, und danach führt das so verdampfte Kühlmittel, während es in den Kreis­ laufleitungen fließt, einen Wärmeaustausch mit der Außenluft durch, so daß es gekühlt und kondensiert wird. Das heißt, das Kühlmittel wird in den Sammeltank geleitet, nachdem es ver­ flüssigt wurde. Demzufolge ist die Kühleinrichtung für elek­ tronische Bauteile der Erfindung bei der Kühlung elektronischer Bauteile weitaus leistungsfähiger als eine herkömmliche Kühl­ einrichtung.
Bei der Kühleinrichtung für elektronische Bauteile des zweiten Aspektes ist der Sammeltank in den unteren Abschnitten der Kreislaufleitungen vorgesehen. Somit kann das in der Wärme­ tauschsektion verflüssigte Kühlmittel direkt in den Sammeltank geleitet werden.
Bei der Kühleinrichtung für elektronische Bauteile des dritten Aspektes ist die Vielzahl der Leitungen in dem Multidurch­ flußbehälter vorgesehen, der durch Strangpressen ausgebildet wird. Somit kann man eine Anzahl von Leitungen auf einfache Weise erhalten.

Claims (5)

1. Kühleinrichtung für elektronische Bauelemente, enthaltend:
eine Kühlplatte, auf deren einer Oberfläche ein elektronisches Bauelement montiert ist;
eine Vielzahl von Leitungen, durch die ein Kühlmittel fließt, wobei Abschnitte der Außenflächen der Leitungen mit der anderen Seite der Kühlplatte verbunden sind; und
einen Sammeltank, der in der Vielzahl der Leitungen angeordnet ist, so daß eine Vielzahl von Kreislaufleitungen gebildet wer­ den, in denen das Kühlmittel enthalten ist, und der Druck in den Kreislaufleitungen geringer als der atmosphärische Druck ist.
2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, bei der der Sammeltank in den unteren Abschnitten der Kreislaufleitungen angeordnet ist.
3. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Leitungen durch einen Multidurchflußbehälter gebildet sind, der durch Strang­ pressen hergestellt ist und einen abgeflachten Querschnitt auf­ weist.
4. Kühleinrichtung nach Anspruch 3, bei der der Multidurchfluß­ behälter mit einem Wärmetauscherabschnitt versehen ist, der we­ nigstens einmal in U-förmige Gestalt gebogen ist.
5. Kühleinrichtung nach Anspruch 4, weiterhin enthaltend eine gewellte Rippe, die in dem Wärmetauscherabschnitt angeordnet ist.
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