DE19610853A1 - Kühleinheit für ein elektrisches Bauteil - Google Patents
Kühleinheit für ein elektrisches BauteilInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühleinheit für ein
elektrisches Bauteil, durch die dieses, wie beispielsweise ei
ne wärmeerzeugende Gleichrichterdiode, gekühlt wird.
Eine Wärmesenke zum Kühlen eines elektronischen Bauteils, wie
einer wärmeerzeugenden Gleichrichterdiode, ist beispielsweise
in der ungeprüften japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung
Nr. Hei. 55-75198 offenbart.
Die Wärmesenke ist in Fig. 7 dargestellt. In der Wärmesenke
ist ein elektronisches Bauteil 13, wie eine Gleichrichterdi
ode, fest auf einer Seite einer Halterung 11 montiert, wobei
auf deren anderer Seite eine Vielzahl von Wärmeabstrahlplatten
17 angeordnet sind, im folgenden als "Abstrahlplatten 17" be
zeichnet.
Gewellte Abstrahlrippen 19, im folgenden als "Abstrahlrippen
19" bezeichnet, sind zwischen den Wärmeabstrahlplatten 17 an
geordnet.
In der Wärmesenke wird die durch das elektronische Bauteil 13
erzeugte Wärme durch die Halterung 11 und die Abstrahlplatten
17 zu den Abstrahlrippen 19 übertragen und anschließend durch
diese an die Außenluft abgegeben. Folglich wird das elektroni
sche Bauteil 13 effektiv gekühlt.
Allerdings treten bei einer bekannten Wärmesenke, wie oben be
schrieben, die folgenden Schwierigkeiten auf: Das elektroni
sche Bauteil 13 wird mit Hilfe der Abstrahlplatten 17 und der
gewellten Abstrahlrippen 19 durch natürliche Wärmestrahlung
gekühlt. Folglich ist die Senke niedrig in ihrer Kühleffekti
vität.
Weiterhin ergibt sich bei der Senke in dem Fall ein Nachteil,
wenn das elektronische Bauteil 13 voluminös ist, d. h., wenn
eine große Menge Wärmestrahlung vorhanden ist. In diesem Fall
ist es notwendig, die Länge der Abstrahlplatten 17 zu vergrö
ßern. Werden die Abstrahlplatten 17 allerdings gestreckt, wird
die Effektivität, mit der die Abstrahlplatten 17 Wärme an die
Abstrahlrippen abgeben, ebenso wie die thermische Leitfähig
keit gesenkt. Das heißt, selbst wenn die Anzahl der Abstrahl
rippen 19 erhöht wird, um die Wärmeabstrahlfläche zu erhöhen,
nimmt die Kühlfähigkeit nicht allzuviel zu. Dies bedeutet, daß
es schwierig ist, Wärme effektiver von dem elektronischen Bau
teil 13 abzugeben.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
die obengenannten Schwierigkeiten bei der bekannten Kühlein
heit für elektronische Bauteile zu eliminieren. Insbesondere
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kühleinheit für
ein elektronisches Bauteil bereitzustellen, die viel besser in
der Kühleffektivität für das elektronische Bauteil als eine
bekannte Einheit ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist die Kühleinheit
für das elektronische Bauteil eine Oberfläche einer Kühlplatte
auf, auf deren anderer Oberfläche das elektronische Bauteil
montiert ist, welche durch ein Abdeckbauteil zur Bildung einer
Tanksektion zur Aufnahme eines Kühlmittels abgedeckt ist. Ein
Rohrbauteil ist in der Abdeckung in einer solchen Weise einge
paßt, daß dieses mit der Tanksektion in Verbindung steht. Sind
dann Tanksektion und Rohrbauteil evakuiert, ist das Kühlmittel
im Rohrbauteil und Tanksektion abgedichtet.
Eine Kühleinheit für ein elektronisches Bauteil gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeichnet sich da
durch aus, daß in der obengenannten Kühleinheit die eine Flä
che der Kühlplatte eine Ausnehmung aufweist, die die Tanksek
tion bildet.
Eine Kühleinheit für elektronisches Bauteil gemäß einem drit
ten Aspekt der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei
der vorstehend genannten Kühleinheit das Rohrbauteil gebogen
ist und mit seinen beiden Enden mit der Tanksektion in Verbin
dung steht.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung zeichnet sich eine
Kühleinheit für ein elektronisches Bauteil dadurch aus, daß
bei der Kühleinheit das Rohrbauteil als Mehrfachfließpfadbe
hälter ausgebildet ist, der durch Extrusion gebildet ist und
einen abgeflachten Querschnitt aufweist.
Bei der Kühleinheit für ein elektronisches Bauteil nach erstem
Aspekt, wird die durch das elektronische Bauteil, das auf ei
ner Oberfläche der Kühlplatte montiert ist, erzeugte Wärme zur
anderen (gegenüberliegenden) Oberfläche der Kühlplatte über
tragen.
Das Kühlmittel in der Tanksektion wird durch die auf diese
Weise übertragene Wärme verdampft und strömt aufwärts in dem
Rohrbauteil. Während des Aufwärtsströmens in dem Rohrbauteil
findet zwischen dem Kühlmittel und der Außenluft ein Wärmeaus
tausch statt, wodurch dieses abkühlt und kondensiert. Dadurch
wird dieses verflüssigt und fließt im Rohrbauteil nach unten
in die Tanksektion zurück.
Bei der Kühleinheit für ein elektronisches Bauteil nach dem
zweiten Aspekt weist die Kühlplatte eine Ausnehmung auf, die
die Tanksektion bildet. Folglich wird die von dem elektroni
schen Bauteil erzeugte Wärme mit großer Effektivität zu der
Ausnehmung übertragen.
Bei der Kühleinheit für ein elektronisches Bauteil nach drit
tem Aspekt ist das Rohrbauteil gekrümmt und steht mit seinen
beiden Enden mit dem Tank in Verbindung. Durch dieses Merkmal
kann auf die schwierige Arbeit des Abdichtens der Enden des
Rohrbauteils verzichtet werden.
Bei der Kühleinheit für ein elektronisches Bauteil nach vier
tem Aspekt wird der Multifließpfadbehälter als Rohrbauteil
verwendet, der durch Extrusion gebildet wurde. Folglich können
eine Anzahl von Rohrführungen leicht und zwangsläufig gebildet
werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausfüh
rungsbeispiele in den Figuren beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt eines Beispiels einer Kühleinheit
für ein elektronisches Bauteil gemäß einem ersten Aus
führungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie (2)-(2) nach Fig. 1;
Fig. 3 eine auseinandergezogene Darstellung von einer Kühl
platte und einer Abdeckung der Kühleinheit;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Multifließpfadbe
hälters nach Fig. 1;
Fig. 5 einen Querschnitt eines weiteren Beispiels einer Küh
leinheit für ein elektronisches Bauteil gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der Kühleinheit nach Fig.
5; und
Fig. 7 eine Seitenansicht einer bekannten Wärmesenke.
Fig. 1 und 2 zeigen ein Beispiel einer Kühleinheit für ein
elektronisches Bauteil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
er Erfindung mit einer rechteckförmigen Kühlplatte 31.
Die Kühlplatte 31 ist aus einem Metall, wie Aluminium, welches
eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist.
Ein elektronisches Bauteil 33, wie ein LSI oder ein Multichip
modul (MCM), das durch Integration von LSI′s gebildet ist,
wird durch ein Klebemittel mit hoher thermischer Leitfähigkeit
auf einer Oberfläche der Kühlplatte 31 aufgeklebt.
Auf der anderen (gegenüberliegenden) Oberfläche der Kühlplatte
31 ist eine rechteckförmige Ausnehmung 31a nach Fig. 3 gebil
det.
Die rechteckförmige Ausnehmung 31a weist eine Eingriffsausneh
mung 31b entlang ihres Umfangs und Einstemmklauen 31c außer
halb der Eingriffausnehmung auf.
Der Boden 35a einer rechteckigen Abdeckung 35 ist in Anlage
mit (eingepaßt in) der Eingriffsausnehmung 31b und fest an der
Kühlplatte 31 durch die Einstemmklauen 31c gehalten.
Die Abdeckung 35 und die Ausnehmung 31a der Kühlplatte 31 bil
den eine Tanksektion 37.
Die Abdeckung 35 ist ebenfalls aus einem Metall, wie Alumini
um, mit hoher thermischer Leitfähigkeit.
Die Abdeckung 35 weist eine Kühlmitteleinlaßöffnung 35b auf,
die durch eine Dichtung 39 abgedichtet ist.
Die Abdeckung 35 hat Montageöffnungen 35c als Langlöcher, in
die Multifließpfadbehälter 41 einsetzbar sind.
Die Behälter 41 sind ebenfalls aus einem Metall, wie Alumini
um, mit hoher thermischer Leitfähigkeit.
Die Behälter 41 sind jeder durch Extrusion in einer solchen
Weise gebildet, daß sie einen abgeflachten Querschnitt und ei
ne Vielzahl von Rohrdurchgängen 41a aufweisen, die in vorbe
stimmten Abständen in Breitenrichtung angeordnet sind.
Die Multifließpfadbehälter 41 sind alle U-förmig gebogen und
deren beide Endabschnitte sind in die Montageöffnungen 35c der
Abdeckung 35, wie oben beschrieben wurde, eingepaßt.
Jeder der Multifließpfadbehälter 41 ist schräg geschnitten,
siehe Fig. 4. Die Spitze einer jeden geschnittenen Fläche 41b
wird in Kontakt mit der Bodenfläche 31d der Ausnehmung 31a der
Kühlplatte 31 gebracht.
Wärmeabstrahlrippen 43 aus gewellten Rippen sind in den Wärme
austauschsektionen 41c der Multifließpfadbehälter 41 angeord
net.
Die Wärmeabstrahlrippen 43 sind ebenfalls aus einem Metall,
wie Aluminium, mit hoher thermischer Leitfähigkeit.
Die auf diese Weise hergestellte Kühleinheit für das elektro
nische Bauteil wird wie folgt zusammengesetzt. Zuerst wird der
Boden 35a der Abdeckung 35 mit der Eingriffausnehmung 31b der
Kühlplatte 31 in Eingriff gebracht. Dann werden die Einstemm
klauen 31c gebogen, um die Abdeckung fest an der Kühlplatte 31
zu sichern. Anschließend werden beide Endbereiche eines jeden
Multifließpfadbehälters 41 in die entsprechenden Montageöff
nungen 35c der Abdeckung 35 eingesetzt und anschließend die
Abstrahlrippen 43 auf den Behältern installiert.
Die auf diese Weise grob zusammengesetzte Kühleinheit wird
dann in einem Flammofen abgeflammt, so daß alle Bauteile zu
einer Einheit zusammengefaßt sind.
Unter dieser Bedingung wird eine vorbestimmte Menge von Kühl
mittel, wie Wasser, in die Tanksektion 37 durch die Kühlmitte
leinfüllöffnung 35b in der Abdeckung 35 eingefüllt. Dann wird
Luft von der Tanksektion 37 und den Behältern 41 bis auf einen
Druck von ungefähr 10-5 Torr durch die Kühlmitteleinfüllöff
nung 35b entfernt und diese durch die Abdichtung 39 dicht ver
schlossen.
Die auf diese Weise aufgebaute Kühleinheit für ein elektroni
sches Bauteil arbeitet wie folgt. Die durch das auf der einen
Seite der Kühlplatte 31 montierte elektronische Bauteil er
zeugte Wärme wird zum Boden 31d der Ausnehmung 31a übertragen,
die in der Kühlplatte 31 gebildet ist.
Das Kühlmittel in der Tanksektion 37 wird durch die auf diese
Weise übertragene Wärme verdampft und steigt in den Rohrdurch
führungen 31a der Multifließpfadbehälter 41 nach oben. Während
des Nachobensteigens in den Rohrdurchgängen 31a findet ein
Wärmeaustausch zwischen Kühlmittel und Außenluft statt, so daß
das Kühlmittel abkühlt und kondensiert, d. h. es wird verflüs
sigt. Das verflüssigte Kühlmittel fließt in den Rohrdurchfüh
rungen 41a in die Tanksektion 37 nach unten zurück.
Wie oben beschrieben wurde bei der Kühleinheit für das elek
tronische Bauteil, wird das Kühlmittel in der Tanksektion 37
durch die von dem elektronischen Bauteil erzeugte Hitze ver
dampft und steigt in den Rohrdurchführungen 41a der Multif
ließpfadbehälter 41 nach oben. Während des Nachobensteigens in
den Rohrdurchführungen 41a findet ein Wärmeaustausch zwischen
Kühlmittel und Außenluft statt, so daß das Kühlmittel abkühlt
und kondensiert, d. h. wieder verflüssigt wird. Das auf diese
Weise verflüssigte Kühlmittel fließt entlang der Rohrdurchfüh
rung 41a in die Tanksektion 37 nach unten. Demzufolge ist die
Kühleinheit für ein elektronisches Bauteil gemäß der Erfindung
viel besser in ihrer Kühleffektivität für das elektronische
Bauteil als eine bekannte Einheit.
Das heißt, bei der Kühleinheit für das elektronische Bauteil
gemäß der Erfindung wird die latente Wärme des Kühlmittels
verwendet, um die Wärme zu den Wärmeaustauschsektionen 41c zu
führen, wobei die Wärme von dem elektronischen Bauteil erzeugt
wird. Das heißt, die von dem elektronischen Bauteil erzeugte
Wärme kann effektiv zu den Wärmeaustauschsektionen 41c geführt
werden. Dieses Merkmal verbessert deutlich die Kühleffektivi
tät für das elektronische Bauteil der Kühleinheit gemäß der
vorliegenden Erfindung.
Folglich, im Vergleich mit einer bekannten Wärmesenke, bei der
elektronische Bauteile durch natürliche Wärmestrahlung abge
kühlt werden, kann die Kühleinheit der vorliegenden Erfindung
kompakt sein und eine große Menge Wärme abstrahlen.
Weiterhin hat bei der Kühleinheit für das elektronische Bau
teil die Kühlplatte 31 die Ausnehmung 31a, die die Tanksektion
37 bildet. Folglich wird die von dem elektronischen Bauteil
erzeugte Hitze zu der Ausnehmung 31a mit hoher Effektivität
übertragen.
Die Multifließpfadbehälter 41 sind jeder U-förmig gebogen und
mit ihren beiden Endbereichen mit der Tanksektion 37 in Ver
bindung. Folglich ist es nicht notwendig, die Endbereiche der
Multifließpfadbehälter 41 abzudichten, wodurch die Gasdicht
heit der Kühleinheit verbessert wird.
Weiterhin sind bei der Kühleinheit für das elektronische Bau
teil die Wärmeabstrahlrippen 43 in der Wärmeaustauschsektion
41c der Behälter 41 angeordnet. Dieses Merkmal verbessert die
Wärmeaustauscheffektivität des Kühlmittels mit der Umgebungs
luft.
Zusätzlich sind bei der Kühleinheit für das elektronische Bau
teil eine Vielzahl von Rohrdurchführungen 41a durch Verwendung
der Multifließpfadbehälter 41 gebildet, wodurch diese einfach
und zwangsläufig herstellbar sind. Die Rohrdurchführungen 41a
sind weiterhin sehr gasdicht.
Schließlich fließt das Kühlmittel bei der Kühleinheit für das
elektronische Bauteil gleichmäßig über die gesamte Fläche der
Kühlplatte, so daß kein heißer Punkt auftritt. Dieses Merkmal
schützt sicher das elektronische Bauteil 33.
Fig. 5 und 6 zeigen ein weiteres Beispiel einer Kühleinheit
für ein elektronisches Bauteil gemäß einem zweiten Ausfüh
rungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem sind die Abstrahlrip
pen 43 nur innerhalb der Multifließpfadcontainer 41 gebildet.
Ein Ventilator 45 ist fest außerhalb der Multifließpfadbehäl
ter 41 mit Schrauben 47 gesichert.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Ventilator 45 be
tätigt, um Luft aus der Kühleinheit herauszublasen, die durch
die Wärmeabstrahlrippen 43 aufgewärmt wurde.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen kann das
technische Konzept der Erfindung bei einem elektronischen Bau
teil, wie einem MCM, verwendet werden. Allerdings ist die Er
findung nicht darauf oder dadurch beschränkt. Das heißt, die
Erfindung kann bei einer Vielzahl von elektronischen Bauteilen
angewendet werden, die Wärme erzeugen.
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen wurden Multifließ
pfadbehälter, von denen jeder eine Anzahl von axial sich er
streckenden Durchführungen aufweist, als Rohrbauteile einge
setzt. Allerdings ist die Erfindung nicht darauf oder dadurch
beschränkt. Beispielsweise können anstelle der Multifließpfad
behälter eine Vielzahl von Rohren in Kombination eingesetzt
werden.
Oben wurde beschrieben, daß bei der Kühleinheit für ein elek
tronisches Bauteil gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung das
Kühlmittel in der Tanksektion durch die übertragene Hitze ver
dampft wird und in dem Rohrbauteil nach oben steigt. Während
des Nachobensteigens im Rohrbauteil findet ein Wärmeaustausch
zwischen Kühlmittel und Außenluft statt. Dadurch wird das
Kühlmittel abgekühlt und kondensiert. Das verflüssigte Kühl
mittel fließt dann im Rohrbauteil in die Tanksektion nach un
ten zurück. Folglich ist die Kühleinheit für ein elektroni
sches Bauteil gemäß der vorliegenden Erfindung viel besser in
ihrer Kühleffektivität als eine bekannte Einheit.
Bei der Kühleinheit für ein elektronisches Bauteil gemäß dem
zweiten Aspekt der Erfindung, bildet die Ausnehmung der Kühl
platte die Tanksektion. Folglich wird durch das elektronische
Bauteil erzeugte Wärme zu der Ausnehmung mit hoher Effektivi
tät übertragen.
Bei der Kühleinheit für ein elektronisches Bauelement gemäß
dem dritten Aspekt der Erfindung, ist das Rohrbauteil gekrümmt
und steht mit seinen beiden Enden mit dem Tank in Verbindung.
Durch dieses Merkmal wird die aufwendige Arbeit zum Abdichten
der Enden des Rohrbauteils eliminiert. Das heißt, die Kühlein
heit für das elektronische Bauteil wird in ihrer Gasdichtheit
verbessert.
Bei der Kühleinheit für das elektronische Bauteil gemäß dem
vierten Aspekt der Erfindung, wird ein Multifließpfadbehälter
als Rohrbauteil verwendet, der durch Extrusion gebildet ist.
Auf diese Weise können eine Anzahl von Rohrdurchführungen ein
fach und genau gebildet werden.
Claims (5)
1. Eine Kühleinheit für ein elektronisches Bauteil, gekenn
zeichnet durch
eine Kühlplatte (31), auf der auf einer Seite ein elektronisches Bauteil (33) angeordnet ist;
eine Abdeckung (35) zur Abdeckung der anderen Seite der Kühlplatte, wobei Kühlplatte und Abdeckung eine Tanksekti on zur Aufnahme eines Kühlmediums bilden;
ein Rohrbauteil, das in der Abdeckung in einer solchen Weise eingepaßt ist, daß das Rohrbauteil mit der Tanksek tion in Verbindung steht, wobei Tanksektion und Rohrbau teil evakuiert sind und das Kühlmittel im Rohrbauteil und der Tanksektion abgedichtet ist.
eine Kühlplatte (31), auf der auf einer Seite ein elektronisches Bauteil (33) angeordnet ist;
eine Abdeckung (35) zur Abdeckung der anderen Seite der Kühlplatte, wobei Kühlplatte und Abdeckung eine Tanksekti on zur Aufnahme eines Kühlmediums bilden;
ein Rohrbauteil, das in der Abdeckung in einer solchen Weise eingepaßt ist, daß das Rohrbauteil mit der Tanksek tion in Verbindung steht, wobei Tanksektion und Rohrbau teil evakuiert sind und das Kühlmittel im Rohrbauteil und der Tanksektion abgedichtet ist.
2. Kühleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die andere Seite der Kühlplatte eine Ausnehmung zur Bil
dung der Tanksektion aufweist.
3. Kühleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Rohrbauteil gekrümmt ist und mit seinen beiden Enden
mit der Tanksektion in Verbindung steht.
4. Kühleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Rohrbauteil ein Multifließpfadbehälter ist, der durch
Extrusion gebildet ist und einen abgeflachten Querschnitt
aufweist.
5. Kühleinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
gewellte Rippen an dem Multifließpfadbehälter angeordnet
sind.
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