DE19610853A1 - Kühleinheit für ein elektrisches Bauteil - Google Patents

Kühleinheit für ein elektrisches Bauteil

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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.
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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