DE3688962T2

DE3688962T2 - Kühlsystem für eine elektronische Schaltungsanordnung.

Info

Publication number: DE3688962T2
Application number: DE86307669T
Authority: DE
Inventors: Koji Katsuyama; Shunichi Kikuchi; Mitsuhiko Shigetsu Haim Nakata; Izumi Ono; Masahiro Suzuki; Yoshiaki Udagawa; Haruhiko Yamamoto
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1985-10-04
Filing date: 1986-10-03
Publication date: 1993-12-09
Anticipated expiration: 2006-10-04
Also published as: EP0217676A2; DE3688962D1; US4879632A; EP0217676A3; EP0217676B1; US4783721A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Schaltungsanordnung und insbesondere auf eine Anordnung, welche eine Leiterplatte aufweist, die elektronische Schaltungselemente, wie Halbleiter, Großintegrationsschaltungen (LSIs) oder integrierte Schaltungen (ICs), hält, bei welcher Anordnung diese Elemente durch eine Reihe von Kühlmodulen gekühlt werden, die zum Abführen der vom Element ausgestrahlten Wärme betreibbar sind.
In derartigen früher vorgeschlagenen Anordnungen umfaßt der Kühlmodul ein Wärmeübertragungselement, wie eine Wärmeübertragungsplatte oder einen Kühlsenkekopf, das mit einem Schaltungselement in Kontakt gehalten wird, um durch Druck von einer Feder oder einem Balg zum Abführen der vom Schaltungselement ausgestrahlten Wärme gekühlt zu werden. In einigen derartigen Kühlmodulen, wie der unter der Nummer EP-A-0 151 068 veröffentlichten bekannten Europäischen Patentanmeldung der Anmelder, werden die Wärmeübertragungselemente einem Kühlmittel (üblicherweise einem gasförmigen Kühlmittel) derart ausgesetzt, daß die vom Schaltungselement abgeführte Wärme durch das entsprechende Wärmeübertragungselement zum Kühlmittel transferiert wird.
In der EP-A-0 151 068 ist zwischen der Wärmeübertragungsplatte und dem Schaltungselement ein verformbares oder elastisches wärmeleitfähiges Blatt, wie ein Wärmeblatt, angeordnet, und eine zweite Wärmeübertragungsplatte kann zwischen dem Wärmeblatt und dem zu kühlenden Schaltungselement angeordnet werden. Das Wärmeblatt besteht üblicherweise beispielsweise aus einem Silikon enthaltenden Material, wie Silikonkautschuk, in welchem Metall oder ein Oxid hiervon, wie Aluminiumoxid oder Berylliumoxid, zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit und zur Bindung des Kunststoffmaterials enthalten ist. Die Wärmeübertragung zwischen der ersten Wärmeübertragungsplatte und dem entsprechenden Schaltungselement kann durch das Wärmeblatt (und die zweite Wärmeübertragungsplatte, so vorhanden) bewirkt werden.
Da jedoch das Wärmeblatt aus einem weichen Kunststoffmaterial, wie einem Matrixmaterial, besteht, obwohl es mit Metallpulvern mit hoher Wärmeleitfähigkeit gemischt ist, ist die Wärmeleitfähigkeit weiterhin relativ gering. Es ist unmöglich, das Ausmaß an Metallkomponenteneinschluß zu erhöhen, da dies die Elastizität des Wärmeblattes verringert. Da das Wärmeblatt fest, wenn auch elastisch ist, kann ferner kein vollständiger Flächenkontakt zwischen der ersten Wärmeübertragungsplatte und dem Schaltungselement oder zwischen der ersten und der zweiten Wärmeübertragungsplatte erzielt werden, wenn irgendeine Unebenheit oder Verformung der Kontaktflächen der ersten oder der zweiten Wärmeübertragungsplatte oder des Schaltungselements vorliegt. Dieser unvollständige Flächenkontakt resultiert in einem nichtgleichmäßigen Wärmekontaktwiderstand, und jede Druckänderung von der Feder oder dem Balg führt direkt zu einer Änderung des Wärmekontaktwiderstands, wodurch ein instabiler Wärmekontaktwiderstand bewirkt wird. Diese Faktoren verursachen einen großen Verlust bei der Wärmeübertragungseffizienz.
Ein weiterer Kühlmodultyp ist in der EP-A-0 009 605 geoffenbart. Der betreffende Kühlmodul ist für ein elektronisches Schaltungselement, das an einer Leiterplatte durch ein Lötmittel befestigt ist und eine Vorspanneinrichtung enthält, die aus einer Feder besteht, die angeordnet ist, eine Wärmeübertragungsfläche des Moduls zum Schaltungselement zu drücken. Zwischen dem Element und der Wärmeübertragungsfläche ist ein poröser Block sandwichartig angeordnet, der mit einer wärmeleitenden Flüssigkeit imprägniert ist, wobei die Flüssigkeit im Block durch eine Kapillarwirkung getragen wird und sowohl mit dem Element als auch der Wärmeübertragungsfläche in physikalischem und thermischem Kontakt steht, wobei sich die Flüssigkeit leicht den Konturen von beiden anpaßt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine elektronische Schaltungsanordnung vorgesehen, welche eine Leiterplatte und ein elektronisches Schaltungselement enthält, das an der Platte durch eine Lötverbindung befestigt ist, und auch einen Kühlmodul, der eine Vorspanneinrichtung aufweist, die angeordnet ist, um eine Wärmeübertragungsfläche des Moduls nachgiebig gegen das genannte Schaltungselement zu drücken, und ein wärmeleitendes Metallmedium enthält, das zwischen diesem Element und der genannten Wärmeübertragungsfläche sandwichartig angeordnet ist, welches Medium bei einer normalen Betriebstemperatur der Anordnung geschmolzen ist, um dadurch die Wärmeübertragung zum Kühlmodul vom genannten Schaltungselement zu erleichtern, wenn die Anordnung in Verwendung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Medium bei normalen Umgebungstemperaturen fest ist, wenn die Anordnung nicht in Verwendung steht, wobei der Schmelzpunkt des genannten Lötmittels höher ist als jener des genannten wärmeleitenden Metallmediums, so daß die genannte Lötverbindung fest bleibt, wenn die Anordnung in Verwendung steht.
Jedes Lötmittel oder jedes Metall mit niedrigem Schmelzpunkt, das bei einer normalen Betriebstemperatur der Anordnung geschmolzen und bei normalen Umgebungstemperaturen fest ist, kann zur Verwendung als wärmeleitendes Metallmedium in einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Anordnung geeignet sein. Da das Medium geschmolzen ist, wenn die Anordnung in Verwendung steht, kann es sich leicht an die Konturen sowohl der Elementfläche als auch der Wärmeübertragungsfläche anpassen, wodurch ein verbesserter Wärmekontakt vorgesehen wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das wärmeleitfähige Metallmedium bei normalen Umgebungstemperaturen fest, was die Herstellung der Anordnung erleichtern kann. Ferner ist eine Trennung der Wärmeübertragungsfläche vom Element vergleichsweise einfach, wobei entweder das Schmelzen des wärmeleitenden Metallmediums involviert ist, wenn es sich um ein Lötmittel handelt, indem es auf eine Temperatur erhöht wird, die unter dem Schmelzpunkt des das Element mit der Platte verbindenden Lötmittels bleibt, oder das Medium, wenn es ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt ist, auf Raumtemperatur abkühlen gelassen wird, so daß es sich verfestigt.
Es erfolgt nun anhand von Beispielen eine Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in denen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer ersten, die vorliegende Erfindung verkörpernden elektronischen Schaltungsanordnung ist;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer zweiten, die vorliegende Erfindung verkörpernden Schaltungsanordnung ist;
Fig. 3 eine schematische Teilschnittansicht einer dritten, die vorliegende Erfindung verkörpernden Schaltungsanordnung ist;
Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 3 ist, jedoch eine Variante hiervon zeigt;
Fig. 5A und 5B eine Ansicht, teilweise im Schnitt, bzw. eine Draufsicht eines Teils einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind;
Fig. 6A und 6B Ansichten ähnlich Fig. 5A bzw. 5B sind, jedoch einen Teil einer unterschiedlichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 7 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Teils einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 8 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, einer vierten, die vorliegende Erfindung verkörpernden Anordnung ist;
Fig. 9A eine Ansicht, teilweise im Schnitt, einer Variante von Fig. 8 ist;
Fig. 9B eine Draufsicht auf die Unterseite eines Teils der in Fig. 9A gezeigten Anordnung ist;
Fig. 10A eine Ansicht ist, die eine Modifikation von Fig. 9A zeigt;
Fig. 10B eine Draufsicht auf die Unterseite eines Teils der in Fig. 10A gezeigten Anordnung ist;
Fig. 11 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, einer fünften, die vorliegende Erfindung verkörpernden Anordnung ist;
Fig. 12 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, einer sechsten, die vorliegende Erfindung verkörpernden Anordnung ist;
Fig. 13 eine Teilansicht ist, die eine Variante von Fig. 12 zeigt;
Fig. 14 eine schematische Schnittansicht einer siebenten, die vorliegende Erfindung verkörpernden Anordnung ist;
Fig. 15 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Verwendung mit der Anordnung von Fig. 14 ist;
Fig. 16 eine schematische Ansicht der Anordnung von Fig. 14 in Kombination mit der Vorrichtung von Fig. 15 ist;
Fig. 17 eine perspektivische Ansicht der in Fig. 14 gezeigten Anordnung ist;
Fig. 18 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, einer achten, die vorliegende Erfindung verkörpernden Anordnung ist;
Fig. 19 eine vergrößerte Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Teils der in Fig. 18 gezeigten Anordnung ist;
Fig. 20 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, einer Variante von Fig. 18 ist;
Fig. 21 eine vergrößerte Ansicht eines Teils von Fig. 20 ist, jedoch eine Modifikation hiervon zeigt;
Fig. 22 eine Ansicht ähnlich Fig. 21 ist, jedoch eine Variante hiervon zeigt;
Fig. 23 eine vergrößerte Teilansicht ähnlich Fig. 20 ist, jedoch eine modifizierte Ausführungsform zeigt;
Fig. 24 eine Schnittansicht einer elektronischen Schaltungsanordnung ist;
Fig. 25 eine Draufsicht eines Teils der Anordnung von Fig. 24 ist, jedoch eine Variante hiervon zeigt;
Fig. 26 eine Schnittansicht des Teils der Anordnung von Fig. 24 ist, der in Fig. 25 dargestellt ist, jedoch eine Modifikation hiervon zeigt;
Fig. 27 eine Schnittansicht einer weiteren elektronischen Schaltungsanordnung ist;
Fig. 28 eine Schnittansicht gemäß der Linie XXVIII- XXVIII in Fig. 27 ist;
Fig. 29 eine Schnittansicht ist, die eine Variante von Fig. 28 zeigt;
Fig. 30 eine Schnittansicht noch einer weiteren elektronischen Schaltungsanordnung ist;
Fig. 31 eine Schnittansicht ist, die eine Variante von Fig. 30 zeigt;
Fig. 32 eine schematische Draufsicht eines Teils der in Fig. 30 und 31 gezeigten Anordnungen ist;
Fig. 33 eine Ansicht ähnlich Fig. 32 ist, jedoch eine Variante hiervon zeigt;
Fig. 34 eine schematische Ansicht eines Teils noch einer weiteren elektronischen Schaltungsanordnung ist;
Fig. 35 eine Ansicht ist, die eine Modifikation von Fig. 34 zeigt;
Fig. 36 eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils einer weiteren elektronischen Schaltungsanordnung ist;
Fig. 37 eine Schnittansicht von Fig. 36 ist;
Fig. 38 eine sich auf die Anordnung von Fig. 36 beziehende Darstellung ist;
Fig. 39 eine Schnittansicht noch einer weiteren elektronischen Schaltungsanordnung ist;
Fig. 40 eine Draufsicht eines Teils der Anordnung von Fig. 39 ist;
Fig. 41 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, des in Fig. 40 gezeigten Teils ist;
Fig. 42 eine Draufsicht ähnlich Fig. 39 ist, jedoch eine Variante hiervon zeigt;
Fig. 43 eine erläuternde Schnittansicht ähnlich der in Fig. 41 gezeigten ist;
Fig. 44 eine erläuternde Schnittansicht eines modifizierten Teils von Fig. 39 ist;
Fig. 45 eine Schnittansicht eines weiteren modifizierten Teils von Fig. 39 ist; und
Fig. 46 eine Darstellung ist, die Versuchsergebnisse zeigt.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher der Kühlmodul einen Durchgang 1 für den Kühlmittelstrom aufweist.
Das Kühlmittel kann Gas sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt, und kann eine Flüssigkeit, wie Wasser, flüssiger Fluorkohlenstoff, oder sogar ein flüssiges Metall, wie Quecksilber oder Gallium, sein. Der Durchgang 1 ist vorzugsweise ein Teil einer Rückführleitung 23, die darin eine Pumpe 29 und einen Wärmestrahler oder Wärmetauscher 25 aufweist.
Eine erste Wärmeübertragungsplatte 3, die beispielsweise aus einem wärmeleitenden Material, wie Kupfer oder Messing, besteht, ist mit dem Durchgang 1 durch eine Vorspanneinrichtung verbunden, die einen am Durchgang 1 angebrachten Balg 5 aufweist. Der Balg 5 besteht üblicherweise aus einem dünnen Kupfer- oder rostfreien Stahlblech. Der Durchgang 1 hat vorzugsweise einen Ablenker 21, der sich zur ersten Wärmeübertragungsplatte 3 erstreckt. Eine Kühlmittel-Rückführzone 32 ist im Balg 5 definiert, in welcher Zone 32 die erste Wärmeübertragungsplatte 3 dem Kühlmittel an einer Seitenfläche der Platte 3 ausgesetzt ist.
Die Richtung des Kühlmittelstroms im Durchgang 1 wird durch den Ablenker 21 geändert, auf den verzichtet werden kann, und so wird die Wärme von der ersten Wärmeübertragungsplatte 3 in der Zirkulationszone 32 abgeführt.
Eine Wärmeübertragungsfläche der Platte 3 wird durch den Balg und den Hydraulikdruck des Kühlmittels gegen ein elektronisches Schaltungselement 7, wie eine IC, LSI oder einen Halbleiter, die an einer Leiterplatte 9 vorgesehen sind, gepreßt.
Das Element 7 ist durch eine Lötverbindung 11 an die Leiterplatte 9 gebunden.
Das in Fig. 1 veranschaulichte Element 7 hat eine Spitze 6 und eine Dichtung 8, der Einfachheit halber sind diese jedoch in nachfolgenden Figuren weggelassen.
In der veranschaulichten Ausführungsform wird eine zweite (oder zusätzliche) Wärmeübertragungsplatte 10 an und auf das Element 7 beispielsweise durch Löten oder Formbinden haftend angebracht. Die erste Wärmeübertragungsplatte 3 bildet einen Kühlsenkekopf.
Die zweite Wärmeübertragungsplatte 10 hat eine größere Fläche als die Spitze 6, und so ist ihre Wärmeübertragungsfläche groß.
Ein wärmeleitendes Metallmedium ist zwischen der ersten und der zweiten Wärmeübertragungsplatte 3 und 10 vorgesehen. In der vorliegenden Ausführungsform umfaßt das Medium eine Schicht eines Lötmittels 31.
In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Zwischenschicht 31 an der Unterseitenfläche der ersten Wärmeübertragungsplatte 3 angebracht. Alternativ dazu kann die Zwischenschicht 31 am Schaltungselement 7 an der Leiterplatte 9 angebracht sein.
Das Lötmittel 31 behält seine ursprüngliche schichtartige Form bei normaler (Umgebungs-) Temperatur bei, d. h. wenn die Schaltungsanordnung nicht in Betrieb ist. Wenn die Schaltungsanordnung betrieben wird und demgemäß die Spitze 6 Wärme erzeugt, wird das Lötmittel 31 geschmolzen, so daß die erste und die zweite Wärmeübertragungsplatte 3 und 10 durch das Lötmittel 31 verbunden werden. So können die beiden Platten 3 und 10 ungeachtet jeglicher Unebenheit der Kontaktflächen der zwei Platten 3 und 10 in einer im wesentlichen vollständigen Fläche-an-Fläche-Kontaktweise miteinander verbunden werden.
So ist in einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Anordnung die Kühleffizienz des Kühlmoduls erhöht, da die Lötmittelschicht 31 eine Wärmeverbindung zwischen der ersten und der zweiten Wärmeübertragungsplatte 3 und 10 sicherstellt.
Das Lötmittel 31 (nachstehend als zweites Lötmittel bezeichnet) hat einen Schmelzpunkt T2, der verglichen mit dem Schmelzpunkt T1 der Lötverbindung 11 (nachstehend als erste Lötverbindung bezeichnet) niedrig ist; es gilt nämlich T1 > T2.
Vorzugsweise liegt die Differenz der Schmelzpunkte T1 und T2 im Bereich von 40ºC bis 200ºC; es gilt nämlich T1 - T2 = 40ºC 200ºC.
Auf Grund der Differenz zwischen den Schmelzpunkten T1 und T2 schmilzt die erste Lötverbindung 11 nicht bei einer Temperatur, bei der das zweite Lötmittel 31 geschmolzen wird. Das bedeutet, daß, wenn der Kühlmodul in einer Atmosphäre angeordnet ist, die beispielsweise eine Temperatur aufweist, bei der das zweite Lötmittel 31 schmilzt, die erste Lötverbindung 11 hingegen nicht, das zweite Lötmittel 31 geschmolzen werden kann, um die erste Wärmeübertragungsplatte 3 von der zweiten Wärmeübertragungsplatte 10 zu trennen, die Verbindung zwischen dem Schaltungselement 7 und der Leiterplatte 9 durch die erste Lötverbindung 11 wird jedoch wie sie ist beibehalten.
Die Entfernung oder Trennung der ersten Wärmeübertragungsplatte von der zweiten Wärmeübertragungsplatte 10 wird erforderlich, wenn beispielsweise die Spitze 6 des Elements 7 durch eine andere oder modifizierte gemäß einer Ausbildungsmodifikation ersetzt wird oder die Spitze 6 nicht funktioniert und ausgetauscht oder repariert werden muß.
Der Schmelzpunkt des zweiten Lötmittels 31 kann auf 85º 100ºC verringert werden, indem beispielsweise Wismut einem herkömmlichen Lötmittel mit Zinn und Blei als Hauptkomponenten zugesetzt wird.
Die erste Lötverbindung 11 kann eine eutektische Lötverbindung sein, die beispielsweise einen Schmelzpunkt von etwa 185ºC hat.
Fig. 2 zeigt eine Variante von Fig. 1. In der in Fig. 2 veranschaulichten Anordnung ist die zweite Wärmeübertragungsplatte 10 von Fig. 1 weggelassen. Es wird nämlich ermöglicht, daß das zweite Lötmittel 31 eine direkte thermische Verbindung zwischen der ersten Wärmeübertragungsplatte 3 und dem Schaltungselement 7 bewirkt.
Der Schmelzpunkt T2 des Lötmittels 31 liegt vorzugsweise in einem Betriebsbereich des entsprechenden Schaltungselements 7, das heißt unter einer Temperatur, bei der das Schaltungselement 7, insbesondere die Spitze 6, versagen könnte, so daß, wenn die Anordnung in einer Atmosphäre mit einer relativ hohen Temperatur angeordnet ist, um das Lötmittel 31 zu schmelzen und die Platte 3 vom Element 7 wie oben erwähnt zu trennen, das Schaltungselement 7 nicht zufälligerweise eine Fehlfunktion zeigt.
Abgesehen vom Fehlen der zweiten Wärmeübertragungsplatte funktioniert die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform auf die gleiche Weise wie die in Fig. 1 veranschaulichte Ausführungsform.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich ist, stellt in einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Anordnung das zweite Lötmittel 31, wenn es geschmolzen ist, einen vollständigen ausgleichenden Kontakt mit den beiden Platten 3 und 10 (Fig. 1) oder der ersten Wärmeübertragungsplatte 3 und dem Schaltungselement 7 (Fig. 2) sicher, sogar wenn die Platte 3 und/oder das Schaltungselement 7 oder die zweite Wärmeübertragungsplatte 10 unebene oder unregelmäßige Kontaktflächen aufweisen. Das zweite Lötmittel 31 trägt auch zu einer leichten Trennung der ersten Wärmeübertragungsplatte 3 vom Schaltungselement 7 oder der zweiten Wärmeübertragungsplatte 10 bei.
Die Platten 3 und 10 können aus einem Metall bestehen, das eine hohe Lötbenetzungseigenschaft aufweist.
Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher die erste Wärmeübertragungsplatte 3 mit Fortsätzen 33 an der Unterseitenfläche 14 hiervon versehen ist, welche Fortsätze 33 Vorsprünge zur Begrenzung der Abwärtsbewegung der ersten Wärmeübertragungsplatte 3 relativ zum Schaltungselement 7 darstellen, so daß die Menge des zwischen der Platte 3 und dem Element 7 zu haltenden zweiten Lötmittels konstant gehalten werden kann.
Diese Vorsprünge begrenzen den Druck der ersten Wärmeübertragungsplatte 3 gegen das Schaltungselement 7. Wenn die Fortsätze 33 gegen die obere Fläche 12 des Schaltungselements 7 (oder der zweiten Wärmeübertragungsplatte 10 in Fig. 1) anliegen, kann sich nämlich die erste Wärmeübertragungsplatte 3 nicht weiter abwärts bewegen, sogar wenn Druck auf diese durch die Federkraft des Balgs 5 ausgeübt wird.
Das zweite Lötmittel (31), das am Schaltungselement 7 angeordnet ist und durch die von der Spitze 6 des Elements 7 abgestrahlte Wärme geschmolzen wird, wird zwischen der ersten Wärmeübertragungsplatte 3 und dem Element 7 gehalten, ohne dazwischen auszulaufen. Das niedrig schmelzende zweite Lötmittel 31 tendiert dazu, zwischen der Platte 3 und dem Element 7 in Auswärtsrichtung herausgedrückt zu werden, wenn ein Druck nach unten auf die Platte 3 durch den Balg 5 ausgeübt wird. Diese Tendenz kann eliminiert werden, indem die Vorsprünge 33 zwischen der Unterseitenfläche, d. h. der wärmeabsorbierenden Fläche 14 der Platte 3, und dem Schaltungselement 7 oder an der zweiten Platte 10, so vorhanden, vorgesehen werden. Demgemäß können die Vorsprünge 33 am Schaltungselement 7 oder an der zweiten Platte 10 anstelle an der ersten Platte 3 vorgesehen sein. Es ist zu beachten, daß die Höhe H der Vorsprünge 33 in Übereinstimmung mit der notwendigen Menge des zweiten Lötmittels 31 bestimmt ist.
Vorzugsweise weisen die Vorsprünge 33 flache Unterseitenflächen 34 auf, um einen stabilen Kontakt der Vorsprünge 33 mit der oberen Fläche 12, d. h. Wärmestrahlungsfläche, des Elements 7 zu bewirken.
Drei Vorsprünge 33 sind in dieser Ausführungsform veranschaulicht, ihre Anzahl ist jedoch nicht begrenzt. Vorzugsweise sind die drei Vorsprünge 33 mit gleichmäßigem Umfangsabstand beispielsweise in Form eines Dreibaums angeordnet, um eine stabile örtliche Anordnung der Platte 3 am Element 7 oder der Platte 10 sicherzustellen.
Es ist hier zu beachten, daß die Vorsprünge, die beispielsweise durch die Fortsätze 33 verkörpert werden, auch zu einer Erhöhung des Kontaktdrucks des zweiten Lötmittels 31 gegen das Schaltungselement 7 beitragen, wenn sich die Platte 33 abwärts bewegt, und um demgemäß zu bewirken, daß das zweite Lötmittel 31 vom Zentrum hiervon schmilzt. Das zweite Lötmittel 31 wird zwischen der Platte 3 und dem Element 7 nicht nur durch die Fortsätze 33, sondern auch durch seine eigene Grenzflächenspannung gehalten.
In einer in Fig. 4 gezeigten Variante sind die Fortsätze 33 in Fig. 3 durch eine halbkugelförmige gekrümmte Unterseitenfläche 36 der Platte 3 ersetzt, die zur Wärmestrahlungsfläche 12 des Elements 7 konvex gewölbt ist. Die Höhe H der Krone, d. h. der konvexen Wölbung der Fläche 36, ist die gleiche wie die Höhe H der Fortsätze 33 in Fig. 3. Die gekrümmte Fläche 36 kann am Element 7 (oder an der Platte 10 in Fig. 1) anstatt an der Platte 3 vorgesehen sein.
In der in Fig. 4 veranschaulichten Ausführungsform kann das zweite Lötmittel 31 zwischen der ersten Platte 3 und dem Element 7 rund um die Oberseite der durch die gekrümmte Fläche 36 gebildeten Krone auf Grund seiner eigenen Grenzflächenspannung gehalten werden.
Das zweite Lötmittel 31 kann Gasblasen darin enthalten oder erzeugen, und, wenn das zweite Lötmittel 31 durch die Wärme geschmolzen wird, werden demgemäß die Blasen im zweiten Lötmittel 31 gehalten. Diese Blasen verringern die Effizienz des Wärmeübergangs zwischen der ersten Wärmeübertragungsplatte 3 und dem Schaltungselement 7.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 5A, 5B, 6A, 6B und 7 gezeigt, ist eine Einrichtung zur Abgabe der Gasblasen aus dem zweiten Lötmittel 31 vorgesehen. In Fig. 5A und 5B weist die erste Wärmeübertragungsplatte 3 an der Unterseitenfläche 14 hiervon vertiefte Nuten 38 auf, die gitterartig angeordnet sind und die einen allgemein V-förmigen Querschnitt haben. Die Nuten 38 sehen einen Durchgang zur Abgabe der Gasblasen im zweiten Lötmittel 31 vor. Der Gasabgabedurchgang kann auch durch eine Vielzahl von sich radial erstreckenden, vertieften Nuten 40 gebildet sein, wie in Fig. 6A und 6B gezeigt.
Die Nuten 40 weisen einen allgemein trapezförmigen Querschnitt auf.
Der Querschnitt der vertieften Nuten 30 oder 40 ist nicht auf die in Fig. 5A und 6A veranschaulichten beschränkt, sondern kann eine beliebige andere Form haben. Die Anordnung der vertieften Nuten 38 oder 40 ist auch nicht auf die in Fig. 5A oder 6A gezeigte gitterartige oder radiale Anordnung begrenzt.
Die vertieften Nuten 38 oder 40 können maschinell hergestellt oder durch eine mechanische Schneidevorrichtung oder Schneidemaschine (nicht gezeigt) eingeschnitten werden, oder sie können beispielsweise mit einer optischen Einrichtung, wie einem Laserschneider, erzeugt werden. Wie in Fig. 7 gezeigt, ist es alternativ dazu auch möglich, die vertieften Nuten 44 durch ein Lötresist 42 herzustellen, das in einem vorherbestimmten Muster an der Unterseitenfläche 14 vorgenommen wird, so daß, wenn das zweite Lötmittel 31 an der Fläche 14 der ersten Platte 3 gebildet wird, das zweite Lötmittel 31 nicht im vorherbestimmten Muster des Lötresists 42 gebildet werden kann. Mit der in Fig. 7 gezeigten Anordnung können vorherbestimmte vertiefte Nuten 44 automatisch gebildet werden, wenn das zweite Lötmittel 31 zwischen der ersten Wärmeübertragungsplatte 3 und dem Schaltungselement 7 oder der zweiten Wärmeübertragungsplatte 10, so vorhanden, gebildet wird. Die Luftblasen, die sonst im zweiten Lötmittel 31 verbleiben würden, können so nach außen durch die vertieften Nuten 38, 40 oder 44 abgegeben werden.
Der Gasabgabedurchgang kann am Schaltungselement 7 oder an der zweiten Wärmeübertragungsplatte 10, so vorhanden, anstatt an der ersten Wärmeübertragungsplatte 3 vorgesehen sein. In dieser Alternative können die vertieften Nuten 38, 40 oder 44 an der oberen Fläche der Wärmeübertragungsplatte 10 oder des Schaltungselements 7 benachbart dem zweiten Lötmittel 31 gebildet werden.
Da der Spalt zwischen der Platte 3 und dem Element 7 oder der Platte 10 sehr klein ist, kann das zweite Lötmittel 31 zumindest teilweise zwischen der Platte 3 und dem Element 7 oder der Platte 10 auf Grund der Grenzflächenspannung hiervon gehalten werden, wie oben erwähnt. Dennoch tendiert das zweite Lötmittel 31 dazu, wenn es geschmolzen ist, zu fließen oder zwischen der Platte 3 und dem Element 7 oder der Platte 10, so vorhanden, auf Grund seiner Fließfähigkeit herausgedrückt zu werden, insbesondere wenn ein Druck nach unten durch den Balg 5 über die Platte 3 auf das zweite Lötmittel 31 ausgeübt wird.
Um zu verhindern, daß das zweite Lötmittel 31 ausläuft oder herausgedrückt wird, können Einrichtungen zum Halten des zweiten Lötmittels 31 zwischen der Platte 3 und der Platte 10 oder dem Element 7 dazwischen vorgesehen sein.
Einrichtungen, um zu verhindern, daß das zweite Lötmittel 31 ausläuft, und um das zweite Lötmittel 31 zwischen der Platte 3 und dem Element 7 oder der Platte 10, so vorhanden, zu halten, sind in Fig. 8, 9A, 9B, 10A, 10B und 11 gezeigt.
In einer in Fig. 8 gezeigten Anordnung weist das Element 7 eine ringförmige Umfangswand 50 an der oberen Fläche 12 auf. Die Wand 50 besteht aus einem Material, das keine Lötbenetzungseigenschaft aufweist, wie einem Lötresist, so daß das zweite Lötmittel 31 nicht an der Wand 50 haftet.
Die Wand 50 hat eine Höhe h, die in Übereinstimmung mit der notwendigen Menge des in der Wand 50 eingeschlossenen zweiten Lötmittels 31 bestimmt ist. Die Platte 3 kommt mit der Wand 50 in Kontakt, um einen geschlossenen Raum für das zweite Lötmittel 31 zwischen der Platte 3 und dem Element 7 oder der Platte 10, so vorhanden, zu definieren. Die Wand 50 verhindert, daß das zweite Lötmittel 31 aus diesem ausläuft oder aus diesem herausgedrückt wird. Wenn das zweite Lötmittel 31 auf die Leiterplatte 9 ausläuft, können Kurzschlüsse oder Fehlfunktionen der Schaltungselemente oder der Verkabelung an der Platte 9 auftreten.
Diese Probleme können durch das Vorsehen der Umfangswand 50 gelöst werden.
In einer in Fig. 9A und 9B gezeigten Anordnung sind die Fortsätze 33, die ähnlich den in Fig. 3 gezeigten sind, an der Unterseitenfläche 14 der Platte 3 zusätzlich zur Umfangswand 50 des Elements 7 vorgesehen. Die Höhe h' der Fortsätze 33 ist größer als die Höhe h der Wand 50. Die Fortsätze 33 begrenzen die Abwärtsbewegung der Platte 3. Die Fortsätze 33 können nämlich einen genauen Spalt zwischen der Platte 3 und dem Element 7 oder der Platte 10, so vorhanden, vorsehen.
Da die Differenz zwischen den Höhen h und h' sehr klein ist, kann das Lötmittel 31 zwischen der Platte 3 und dem Element 7 oder der Platte 10 auf Grund der Grenzflächenspannung außen gehalten werden. Es ist auch möglich, die Fortsätze am Element 7 oder an der Platte 10, so vorhanden, anstatt an der Platte 3 vorzusehen.
In einer in Fig. 10A und 10B gezeigten Variante der Ausführungsform sind die Fortsätze 33 in Fig. 9A durch einen einzelnen großen Vorsprung 54 ersetzt, der einen allgemein trapezförmigen Querschnitt aufweist und an der Platte 3 vorgesehen ist. Der Vorsprung 54 hat eine Höhe h2, die kleiner ist als eine Höhe h1 der am Element 7 oder der Platte 10, so vorhanden, vorgesehenen Umfangswand 52. Die Wand 52 kommt mit der Unterseitenfläche 14 der Platte 3 in Kontakt, so daß ein kleiner Spalt zwischen der Unterseite des Vorsprungs 54 und der oberen Fläche 12 des Elements 7 besteht, welcher Spalt mit dem zweiten Lötmittel 31 gefüllt werden kann. Da der Vorsprung 54 im zweiten Lötmittel 31 vollständig eingebettet ist, kann ein besserer Wärmekontakt zwischen der Platte 3 und dem Element 7 realisiert werden. In der in Fig. 10A gezeigten Anordnung ist ein vollständig umschlossener Raum in der Wand 52 vorgesehen, wenn die Wand 52 mit der Platte 3 in Kontakt kommt, so daß das zweite Lötmittel 31 im umschließenden Raum vollständig eingeschlossen werden kann. Die Höhen h1 und h2 können in Übereinstimmung mit der notwendigen Menge an im umschlossenen Raum einzuschießendem zweiten Lötmittel 31 bestimmt werden.
In einer in Fig. 11 veranschaulichten Ausführungsform ist die Umfangswand 50 an der Platte 3 anstatt am Element 7 vorgesehen.
Die in Fig. 11 gezeigte Anordnung funktioniert auf die gleiche Weise wie die in Fig. 8 gezeigte Ausführungsform.
Wie vorstehend erwähnt, ist die Trennung der ersten Wärmeübertragungsplatte 3 vom Element 7 oder der zweiten Wärmeübertragungsplatte 10, so vorhanden, oder die Demontage des Kühlmoduls manchmal beispielsweise für eine Ausbildungsmodifikation oder Reparatur, etc., notwendig. Demgemäß ist eine leichte Trennung der ersten Wärmeübertragungsplatte 3 vom Element 7 oder der zweiten Platte 10 wünschenswert.
Die Trennung wird bewirkt, wenn sich das zweite Lötmittel 31 in einem geschmolzenen Zustand befindet.
Um das zweite Lötmittel 31 zu schmelzen, wenn das Schaltungselement 7 nicht in Betrieb ist, ist es möglich, das zweite Lötmittel 31 beispielsweise durch Anordnen des Kühlmoduls in einer Hochtemperaturatmosphäre oder unter Verwendung von Lötkolben (nicht gezeigt) zu erwärmen. Wie in Fig. 12 dargestellt, wird jedoch zur Realisierung einer leichteren Trennung der Platte 3 eine heiße Flüssigkeit 60 im Durchgang 1 und der Rückführleitung 23 zirkuliert (siehe auch Fig. 1). Wenn es notwendig ist, das zweite Lötmittel 31 zu schmelzen, um die Platte 3 vom Element 7 oder der Platte 10, so vorhanden, zu trennen, wird nämlich eine heiße Flüssigkeit, wie heißes Wasser, in der Rückführleitung 23 zirkuliert. Die Platte 3 wird durch eine heiße Flüssigkeit 60 erhitzt, so daß das zweite Lötmittel 31 geschmolzen werden kann.
Wenn das zweite Lötmittel 31 einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, kann es bei einer Temperatur unter 100ºC geschmolzen werden, wie oben erwähnt.
Der Schmelzpunkt des zweiten Lötmittels 31 hängt von der Menge des Additivs, wie Wismut, ab, die dem Lötmittel zuzusetzen ist, das üblicherweise aus Zinn und Blei besteht, wie oben erwähnt. Kochendes Wasser kann als heiße Flüssigkeit verwendet oder stattdessen ein heißes Gas eingesetzt werden.
Die in Fig. 12 gezeigte Anordnung wird am meisten bevorzugt, da jede Modifikation der Ausbildung der Konstruktion hiervon eine geringe oder keine vorteilhafte Wirkung haben würde.
Alternativ dazu ist es möglich, einen Heizer in der ersten Platte 3 einzuschließen, wie in Fig. 13 gezeigt. In Fig. 13 ist die Platte 3 hohl und mit einem Heizer 63 darin versehen.
Der Heizer 63 kann ein herkömmlicher elektrischer Heizer sein. Vorzugsweise erstrecken sich zwei Anschlüsse 65 aus der Platte 3, so daß diese Anschlüsse 65 leicht mit einer Energiequelle (nicht dargestellt) verbunden werden können, nur wenn es notwendig ist. In der in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform wird, wenn das zweite Lötmittel 31 vom Heizer 63 geschmolzen wird, das Erwärmen vorzugsweise bewirkt, nachdem das Kühlmittel 2 aus dem Durchgang 1 und demgemäß aus der Rückführleitung 23 entfernt ist.
Mit der in Fig. 12 und 13 gezeigten Anordnung kann das Lötmittel 31 durch die Platte 3 mittels eines einfachen Erwärmungsverfahrens geschmolzen werden.
Fig. 14 zeigt eine Reihe von Kühlmodulen (drei Module in der veranschaulichten Ausführungsform), wobei jeder Modul dem in Fig. 2 gezeigten Kühlmodul entspricht. Der Durchgang 1 wird durch eine untere Hälfte 1A und eine obere Hälfte 1B gebildet. Die untere Hälfte 1A hat beispielsweise einen allgemein U-förmigen Querschnitt und weist Öffnungen 73 auf, die mit den Rückführzonen 32 der Kühlmodule verbunden sind. Die obere Hälfte 1B kann auf die untere Hälfte 1A gesetzt werden, um einen Auslaßdurchgang 81 zu definieren.
Daher wirkt die obere Hälfte 1B als Deckteil des Durchgangs für das Kühlmittel 2. Die obere Hälfte 1B hat einen oberen Einlaßdurchgang 83, der dem Durchgang 1 in Fig. 2 entspricht. Der Durchgang 83 ist mit dem Auslaßdurchgang 81 durch Düsen 85 verbunden, so daß das durch die Rückführleitung 23 zugeführte Kühlmittel 2 auf die Wärmeübertragungsplatten 3 der Kühlmodule durch die Düsen 85 zugeführt oder ausgestoßen werden kann und zur Rückführleitung 23 durch einen Auslaßdurchgang 81 und ein an der oberen Hälfte 1B des Durchgangs 1 vorgesehenes Auslaßrohr 88 rückgeführt wird. Das Kühlmittel 2 kann in den Einlaßdurchgang 83 von einem an der oberen Hälfte 1B vorgesehenen Einlaßrohr 89 eingeführt werden.
Die obere Hälfte 1B kann beispielsweise durch Schrauben 71 mit der unteren Hälfte lösbar verbunden sein.
Die Zahl 70 bezeichnet ein Siegel, wie eine Ringdichtung, oder eine Dichtung, die zwischen der oberen und der unteren Hälfte 1A und 1B zum Abdichten der Verbindung dazwischen angeordnet ist.
Fig. 17 zeigt ein Beispiel eines perspektivischen Aussehens einer Kühleinheit mit einer Reihe von in Fig. 14 gezeigten Kühlmodulen. In Fig. 17 befinden sich das Einlaßrohr 89 und das Auslaßrohr 88 in von den in Fig. 14 gezeigten verschiedenen Positionen. In Fig. 17 sind auch die ersten Wärmeübertragungsplatten 3 von den entsprechenden Schaltungselementen 7 an der Leiterplatte 9 getrennt. Das zweite Lötmittel 31 (nicht dargestellt) wird beispielsweise an den entsprechenden Elementen 7 mit Hilfe der Umfangswand 50 gehalten (Fig. 8). Der Deckteil 1B kann von der unteren Hälfte 1A durch Entfernen der Schrauben 17 abgenommen werden.
Fig. 15 zeigt eine Heizeinheit 90 mit einem Heizblock 92, der mit einer Anzahl von Heizern 91 entsprechend der Anzahl von Kühlmodulen versehen ist. Die Heizer 91 werden in Heizerstützen 94 getragen, die ihrerseits vom Heizblock 92 durch Federn 93 gestützt werden. Die Heizerstützen 94 können sich auf- und abwärts bewegen. Die Heizer 91 können herkömmliche elektrische Heizer ähnlich dem in Fig. 13 gezeigten Heizer 63 sein. Die Heizeinheit 90 kann an den Kühlmodulen angeordnet werden, nachdem der Deckteil 1B des Durchgangs 1 entfernt ist, wie in Fig. 16 gezeigt. Wenn die Heizeinheit 90 an den Kühlmodulen angeordnet ist, werden die Heizerstützen 94 und demgemäß die Heizer 91 gegen die Platten 3 des entsprechenden Kühlmoduls durch die Federn 93 gedrückt.
Demgemäß wird, wenn die Heizer 91 durch eine elektrische Energiequelle (nicht gezeigt) mit Energie versorgt werden, das zweite Lötmittel 31 durch die Platten 3 von den Heizern 91 erwärmt, so daß das zweite Lötmittel 31 geschmolzen wird.
Die Erwärmung durch die Heizer 91 kann durch einen Kontroller 100 gesteuert werden, der elektrisch mit der Heizeinheit 90 verbunden ist, so daß es möglich ist, nur einen oder mehrere Kühlmodule zu erwärmen, in denen das zweite Lötmittel 31 geschmolzen werden muß. Es ist auch möglich, alle Kühlmodule gleichzeitig zu erwärmen.
Die Federn 93 sind entbehrlich, da die Heizerstützen 94 durch ihr Eigengewicht gegen die Platten 3 gedrückt werden.
Mit der in Fig. 16 veranschaulichten Anordnung kann das Schmelzen des zweiten Lötmittels 31 der Kühlmodule nur durch Ersetzen des Deckteils 1B des Durchgangs 1 für das Kühlmittel durch die Heizeinheit 90 leicht durchgeführt werden.
Fig. 18 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher die erste Wärmeübertragungsplatte 3 mit dem Schaltungselement 7 durch eine Metallplatte 92 mit hoher Wärmeleitfähigkeit thermisch verbunden ist. Das in den vorhergehenden Zeichnungen gezeigte zweite Lötmittel 31 ist nämlich durch die leitende Metallplatte 92 in Fig. 18 ersetzt.
Die Metallplatte 92 kann mit der ersten Wärmeübertragungsplatte 3 durch ein Klebemittel oder eine mechanische Befestigungseinrichtung (nicht gezeigt) verbunden werden.
Die Metallplatte 92 weist eine Anzahl von kleinen Zellen oder Hohlräumen auf, d. h. sie ist porös, wie in Fig. 19 gezeigt. Die Metallplatte 92 enthält darin imprägniert ein Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt (Fig. 19). Die poröse Metallplatte 92 kann durch Komprimieren eines aufgeschäumten Metalls oder Metallmaschenwerks hergestellt werden. Das Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt besteht beispielsweise aus einer Legierung oder Legierungen aus zwei oder mehreren von Gallium (Ga), Indium (In) und Zinn (Sn), und dgl., die bei einer Temperatur von beispielsweise 40ºC 120ºC geschmolzen werden können. Das Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt ist nämlich vorzugsweise im Normalzustand, d. h. ohne Erwärmen, fest und wird geschmolzen, wenn es auf eine Temperatur von mehr als beispielsweise 40ºC erhitzt wird.
Es ist zu beachten, daß die Metalle Ga, In, Sn leicht in der Atmosphäre oxidiert werden können und demgemäß vorzugsweise in einer Umgebung verwendet werden, die keinen Sauerstoff enthält.
Das Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt ist in den kleinen Zellen oder Hohlräumen der porösen Metallplatte 92 imprägniert.
Wenn die Metallplatte 92 durch die Wärme vom Schaltungselement 7 erhitzt wird, wird das in der Metallplatte 92 imprägnierte Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt geschmolzen und verflüssigt, so daß das Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt in ausgleichenden Kontakt mit dem Schaltungselement 7 oder der zweiten Platte 10, so vorhanden, tritt, was zu einem vollständigen thermischen Kontakt zwischen der ersten Platte 3 und dem Element 7 oder der zweiten Platte 10 durch die Metallplatte 92 führt.
So kann ein hocheffizienter Wärmeübergang vom Schaltungselement zum Kühlmittel 2 stattfinden.
Es ist zu beachten, daß das verflüssigte Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt zwischen der Platte 3 und dem Element 7 oder der zweiten Platte 10, so vorhanden, auf Grund der Grenzflächenspannung hiervon gehalten werden kann, ohne dazwischen auszulaufen.
Da das Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt in der Metallplatte 92 vollständig enthalten ist, wenn es nicht erhitzt wird, kann die Trennung der ersten Platte vom Element 7 oder der zweiten Platte 10, so vorhanden, leicht durchgeführt werden, wenn der Kühlmodul nicht in Betrieb ist, nämlich wenn die Schaltungsanordnung nicht in Betrieb ist.
In der in Fig. 18 gezeigten Anordnung kann ähnlich dem in Fig. 14 gezeigten Aspekt das Kühlmittel 2 auf die erste Wärmeübertragungsplatte 3 durch die Düse 85 ausgestoßen werden. Der Balg 5 kann am Durchgang 1 durch einen Flansch 82 angebracht sein, der mit dem Balg 5 durch einen O-Ring 80 verbunden ist, der die Verbindung zwischen dem Flansch 82 und dem Durchgang 1 abdichtet.
Es ist auch möglich, die Metallplatte 92, die das Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt darin enthalten aufweist, am Element 7 oder der Platte 10, so vorhanden, anzuordnen, ohne die erste Platte 3 anzubringen.
In einer in Fig. 20 gezeigten modifizierten Anordnung wird das Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt direkt in der und durch die erste Wärmeübertragungsplatte 3 gehalten. Die Unterseitenfläche 14 der Platte 3 ist mit einer Umfangswand oder einem Flansch 3a versehen, der mit dem Element 7 in Kontakt kommt.
Der Flansch 3a hat einen ringförmigen Vorsprung 3b, der sich nach innen erstreckt, um einen allgemein T-förmigen Raum in der Platte 3 vorzusehen, so daß das Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt in der und durch die Platte 3 gehalten werden kann, sogar wenn die Platte 3 vom Element 7 getrennt ist, solange sich das Metall in einem festen Zustand befindet.
Es ist zu beachten, daß, wenn die Platte 3 vom Element 7 getrennt ist, das Metall 96 fest sein sollte.
Zwischen dem Flansch 3b und der oberen Fläche 12 des Elements 7 ist ein Dichtungsglied 103, wie ein O-Ring, eine Dichtung oder Packung, vorgesehen, um zu verhindern, daß das verflüssigte Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt von der Verbindung zwischen dem Element 7 und der Wand 3a der Platte 3 ausläuft. Das Dichtungsglied 103 kann am Flansch 3b und/oder der Wand 3a der Platte 3 angebracht sein.
In der in Fig. 20 gezeigten Anordnung wird, wenn das Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt durch die Wärme vom Element 7 erhitzt wird, das Metall geschmolzen, um einen ausgleichenden Kontakt zwischen dem Element 7 und dem nun verflüssigten Metall 96 vorzusehen, so daß ein vollständiger thermischer Kontakt zwischen der Platte 3 und dem Element 7 durch das Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt hergestellt werden kann, das durch die Wärme des Elements 7 geschmolzen wurde. Die Platte 3 kann auch leicht vom Element 7 getrennt werden, indem das Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt bloß auf eine Temperatur unter dem Schmelzpunkt hiervon abkühlen gelassen wird, um es zu verfestigen.
Das Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt dehnt sich im Volumen aus, wenn es durch die Wärme vom Element 7 erhitzt wird, das heißt, wenn es verflüssigt wird, und vorzugsweise sind Ausdehnungseinrichtungen zum Absorbieren dieser Ausdehnung vorgesehen. Zu diesem Zweck ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Hohlraum oder Raum 107 zwischen dem Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt und der Wand 3a der Platte 3 vorgesehen, wie in Fig. 21 gezeigt. Der Raum 107 kann die Ausdehnung des Metalls 96 mit niedrigem Schmelzpunkt absorbieren. Das Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt kann sich nämlich bei Erhitzen in den Raum 107 ausdehnen.
In einer in Fig. 22 gezeigten Ausführungsform wird ein Teil oder der gesamte seitliche Umfangsabschnitt der Wand 3a durch ein verformbares Glied gebildet, wobei beispielsweise eine elastische Schicht oder Schichten 109 mit diesem verbunden sind, das sich nach außen in die durch einen Pfeil bezeichnete Richtung, im wesentlichen senkrecht zur Richtung der Federkraft des Balgs 5, wie durch eine imaginäre Linie in Fig. 22 dargestellt, verformen kann. Die Verformung der Schicht(en) 109, wie bei 109' gezeigt, absorbiert die Ausdehnung des Metalls 96 mit niedrigem Schmelzpunkt.
Es ist auch möglich, eine Umfangswand 7a mit einem Flansch 7b am Element 7 anstatt an der Platte 3 vorzusehen, wie in Fig. 23 gezeigt. In der in Fig. 23 dargestellten Ausführungsform ist das Dichtungsglied 103 zwischen der Platte 3 und dem Flansch 7b des Elements 7 vorgesehen. In Fig. 23 kann das Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt in der Umfangswand 7a und am Element 7 gehalten werden. Die in Fig. 21 und 22 gezeigten Konzepte können selbstverständlich in die in Fig. 23 dargestellte Ausführungsform eingeschlossen werden.
Ferner können die in Fig. 3, 4, 5B, 6B, 7, 8, 9A, 10A und 11 gezeigten Ausführungsformen mit der in Fig. 18 oder 20 dargestellten Ausführungsform kombiniert werden, bei welcher das zweite Lötmittel 31 durch das Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt ersetzt ist. Diese Alternative ist in diesen Zeichnungen durch eine Zahl in Klammern (96) nach der Zahl 31 angegeben.
In den in Fig. 18, 20, 21 und 22 gezeigten Ausführungsformen kann die obere Fläche 12 des Elements 7 (oder die obere Fläche der zweiten Platte 10, so vorhanden) beispielsweise mit fluoriertem Kunstharz 93 (Fig. 18), wie Teflon- beschichtet sein, so daß das Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt leicht von der beschichteten Fläche 12 getrennt werden kann, wenn das Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt verfestigt wird, um die Platte 3 vom Element 7 zu trennen. In der in Fig. 23 gezeigten Ausführungsform kann die Unterseitenfläche 14 der Platte 3 mit einem ähnlichen Material für den gleichen Zweck beschichtet sein.
Weitere Anordnungen werden nun mit Bezugnahme auf Fig. 24 bis 46 beschrieben. Obwohl die Anordnungen von Fig. 24, 27, 30, 31 und 39 nicht mit einem wärmeleitenden Metallmedium, das zwischen einer Wärmeübertragungsfläche hiervon und dem Schaltungselement 7 sandwichartig angeordnet ist, gezeigt sind, ist leicht ersichtlich, daß ein derartiges Medium in den betreffenden Anordnungen vorgesehen werden könnte, um dadurch diese Anordnungen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu machen.
Wie in Fig. 24 bis 30 gezeigt, sind zur Steigerung der Kühlwirkung Einrichtungen zur Erhöhung der Kontaktfläche zwischen dem Kühlmittel 2 und der ersten Wärmeübertragungsplatte 3 vorgesehen.
In Fig. 24 ist die Platte 3 mit einer im wesentlichen zylindrischen rohrförmigen Platte 110 in einem Stück mit dieser versehen, in die das untere Ende, d. h. das vordere Ende, der Düse 85 eingesetzt ist.
Die rohrförmige Platte 110 ist im Balg 5 angeordnet. Die rohrförmige Platte 110 vergrößert die Kontaktfläche zwischen der Platte 3 und dem Kühlmittel 2. Das aus der Düse 85 ausgestoßene Kühlmittel kollidiert mit der Platte 3 und strömt aufwärts entlang der rohrförmigen Wand der Platte 110, wobei die Wärme von der Platte 3 abgeführt wird, wie durch Pfeile in Fig. 24 gezeigt. Die rohrförmige Platte 110 kann an ihrem Innenumfang mit Wärmestrahlungslamellen 111 versehen sein, wie in Fig. 25 dargestellt. Wie wohlbekannt ist, erhöhen derartige Lamellen 111 die Wärmeübergangseffizienz zwischen der rohrförmigen Platte 110 und dem Kühlmittel 2. Die Lamellen 111 sind vorzugsweise in einer konzentrischen Anordnung angeordnet, wie in Fig. 25 gezeigt, so daß die sich radial erstreckenden Lamellen 111 das ruhige Strömen des Kühlmittels 2 im wesentlichen nicht unterbrechen.
In einer in Fig. 26 gezeigten Variante ist die rohrförmige Platte 110 in Fig. 24 durch eine zylindrische rohrförmige Platte 120 mit einer gewellten zylindrischen Wand ersetzt. Mit der in Fig. 26 dargestellten Variante kann die Wärmeübergangswirkung im Vergleich mit der ebenen zylindrischen Wand, wie in Fig. 24 gezeigt, erhöht werden.
Da das Kühlmittel 2 auf Grund des Vorliegens der rohrförmigen Wand oder der rohrförmigen Platte 110 oder 120, die eine Höhe hat, die im wesentlichen gleich der Länge des Balgs 5 ist, im wesentlichen nicht in direkten Kontakt mit dem Balg 5 kommt, kann der Balg, der üblicherweise aus einer dünnen Metallplatte besteht, vor einer Kollision des Kühlmittels 2 gegen diesen geschützt werden, was zur Verhinderung möglicher Korrosion oder Beschädigung des Balgs führt.
Fig. 27 und 28 zeigen eine weitere Anordnung mit einer rohrförmigen Konstruktion, die an der Platte 3 vorgesehen ist. In Fig. 27 und 28 sind eine Vielzahl von plattenähnlichen Lamellen 130 an der Platte 3 vorgesehen. Die Lamellen 130 sind entlang einem Kreis diskontinuierlich angeordnet und erstrecken sich gemäß der Schnittansicht in Fig. 27 radial. Da die Lamellen 130 vorzugsweise in einer gleichen Distanz voneinander beabstandet sind, kann der Widerstand gegen den Strom des Kühlmittels 2 im Vergleich mit der kontinuierlichen zylindrischen Wand, wie in Fig. 24 gezeigt, verringert werden.
In Fig. 29, die eine Variante der in Fig. 28 dargestellten Lamellen 130 zeigt, haben die Lamellen 140 eine stromlinienförmige Querschnittsform vom Standpunkt der Aerodynamik, um den Widerstand der Lamellen 140 gegen den ruhigen Strom des Kühlmittels 2 zu verringern.
In der Anordnung von Fig. 30 ist der Balg 5 direkt mit der ersten Wärmeübertragungsplatte 3 verbunden, die einen Durchmesser hat, der größer ist als der des Balgs. Das Umfangsende der Platte 3 wird von Führungsstäben 160 geführt, die nachstehend beschrieben sind.
Fig. 31 zeigt eine Variation von Fig. 30. In Fig. 31 ist eine zylindrische rohrförmige Platte 150 ähnlich der rohrförmigen Platte 110 in Fig. 24 mit den unteren Ende des Balgs 5 verbunden, der einen kleineren Durchmesser aufweist als die rohrförmige Platte 150. Die Platte 3 hat nämlich eine zylindrische Rohrform mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Boden, um die rohrförmige Wand 150 vorzusehen, die durch die seitliche Umfangswand der zylindrischen Platte 3 definiert wird. Da die rohrförmige Wand 150 eine Oberfläche hat, die größer ist als die der rohrförmigen Wand 110 in Fig. 24, was klar ist, wenn die Durchmesser der Zylinder berücksichtigt werden, kann in der Ausführungsform eine erhöhte Wärmeübergangswirkung erwartet werden.
In Fig. 30 und 31 sind vorzugsweise Führungsstäbe 160 rund um die Platte 3 (Fig. 30) oder die rohrförmige Wand 150 der Platte 3 (Fig. 31) vorgesehen, um zu verhindern, daß sich die Platte 3 und demgemäß die Wand 150 in bezug auf die Horizontale und so die Ebene des Elements 7 neigt, wie in Fig. 32 ersichtlich ist. Die Führungsstäbe 160 erstrecken sich vom Durchgang 1 in an der rohrförmigen Wand 150 vorgesehenen Ausnehmungen 151 vertikal nach unten. Die Führungsstäbe tragen auch dazu bei, eine unerwünschte und zufällige Bewegung der Platte 3 während des Betriebs der Kühlmodule zu verhindern. Ferner führen die Führungsstäbe 160 die Abwärtsbewegung der Platte 3, wenn sie am Element 7 angeordnet ist.
Die Führungsstäbe 160 können durch Führungsplatten 170 ersetzt werden, die einen gebogenen Querschnitt aufweisen, der sich entlang der zylindrischen Wand 150 erstreckt, und die die zylindrische Wand 150 umgeben, wie in Fig. 33 gezeigt. In dieser Alternative können die in Fig. 31 gezeigten Ausnehmungen 151 weggelassen werden.
Da die Durchmesser der Platte 3 oder der rohrförmigen Wand 150 größer sind als der des Balgs 5, kann letzterer, der üblicherweise eine geringe Dicke aufweist, daran gehindert werden, mit den Führungsstäben 160 oder 170 in unerwünschten Kontakt zu treten oder zu kollidieren.
Die Anzahl der Führungsstäbe ist nicht auf vier begrenzt. Beispielsweise können nur drei Führungsstäbe 160' vorgesehen sein, wie durch die imaginären Linien in Fig. 32 gezeigt. Für die drei Führungsstäbe 160' können drei Ausnehmungen 151' in einem Abstand von 120º vorgesehen werden. Es können auch mehr als vier Führungsstäbe vorgesehen sein.
Es ist möglich, ein anderes kleines Schaltungselement oder -elemente 7' als das Element 7 unterhalb des Führungsstabs oder der -stäbe 160, 160' und 170 anzuordnen, so daß das (die) kleine(n) Element(e) 7' auch gleichzeitig gekühlt werden können, wie in Fig. 31 gezeigt. Eine Verbindung oder Verbindungen 180 mit hoher Wärmeleitfähigkeit kann bzw. können zwischen dem (den) unteren Ende(n) des (der) Führungsstabs (-stäbe) 160 und 170 und dem (den) entsprechenden Element(en) 7' eingesetzt sein. Die Verbindung(en) kann (können) als Distanzhalter zur Einstellung der Distanz zwischen dem (den) unteren Ende(n) des (der) Führungsstabs (-stäbe) 160 und 170 und dem (den) Element(en) 7' dienen. In dieser Alternative sollte(n) der (die) Führungsstab (-stäbe) 160 und 170 aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer, bestehen.
Fig. 34 zeigt eine Führungsanordnung 200, die zur Gänze eine Reihe rohrförmiger Wände 150 der Kühlmodule führt (siehe auch Fig. 14 und 17). Die Führungsanordnung 200 wird durch die Blöcke 201 gebildet, die jeweils im Querschnitt eine runde Kreuzform haben und zusammen mit benachbarten Blöcken Öffnungen 202 entsprechend den Platten 3 oder den rohrförmigen Wänden 150 hiervon definieren.
In Fig. 35 sind die getrennten Blöcke 201 von Fig. 23 durch einen einzelnen Block 203 ersetzt, der eine Reihe von kreisförmigen Öffnungen 205 entsprechend dem Durchmesser der Platten 3 oder der rohrförmigen Wände 150 hiervon aufweist.
Wie oben erwähnt, ist es in Fig. 24, 27 und 30 möglich, ein zweites Lötmittel 31 oder ein Metall 96 mit niedrigem Schmelzpunkt zwischen der Platte 3 und dem Element 7 ähnlich den vorhergehenden Ausführungsformen vorzusehen.
Wie in Fig. 36 bis 45 gezeigt, ist zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit der Wärmeübertragungsplatte 3 eine Einrichtung zur Erzeugung von Turbulenzen im Strom des Kühlmittels 2 vorgesehen.
Wie in Fig. 36 und 37 veranschaulicht, ist die Platte 3 mit einer Vielzahl von parallelen Stegen 182 versehen. Wenn die Düse 85 einen rechteckigen Querschnitt aufweist, erstrecken sich die Stege 182 parallel zur Länge des durch die Düsen 85 gebildeten Rechtecks. Wenn das Kühlmittel 2 aus den Düsen 85 auf die Platte 3 ausgestoßen wird, wird das an der oberen Fläche 12 fließende Kühlmittel durch die Stege 182 gestört, so daß eine Turbulenz des Kühlmittels 2 an der Platte 3 auftritt.
Diese Turbulenz bewirkt eine Störung der Stroms des Kühlmittels 2, das entlang der Wärmeübergangsfläche 12 hiervon fließt, was zur Erzeugung von Wirbeln im Strom des Kühlmittels 2 führt, wie in Fig. 37 ersichtlich ist. Die Wirbel erhöhen lokal die Wärmeleitfähigkeit. Der durch die Laminarströmung gestörte und die Wirbel bildende Strom des Kühlmittels 2 kollidiert wiederum mit der Fläche 12 an einem Punkt RL. Die Wärmeleitfähigkeit kann so lokal erhöht werden, insbesondere am Punkt RL, an dem der Strom erneut mit der Platte 3 in Kontakt tritt.
Mit Bezugnahme auf Fig. 38, die eine Beziehung zwischen der Wärmeleitfähigkeit y und der Distanz x vom Punkt 0 direkt unterhalb der Düsenöffnung der Düse 85 und an der Fläche 12 der Platte zeigt, repräsentiert die durchgehende Linie C1 die vorliegende Erfindung, in welcher die Stege 182 an der Platte 3 vorgesehen sind, bzw. repräsentiert die strichpunktierte Linie C2 den Stand der Technik, in welchem keine Stege an der Platte 3 (Platte mit flacher Oberfläche) vorgesehen sind. Wie aus Fig. 38 ersichtlich, erhöhen die Stege 182 die Wärmeleitfähigkeit sogar im vom zentralen Punkt 0 entfernten Teil. Wenn im Gegensatz dazu keine Stege an der Platte vorliegen, ist die Wärmeleitfähigkeit nur am oder nahe dem zentralen Punkt 0 hoch. Die Stege 182 sehen nämlich eine gleichmäßigere Verteilung der Wärmeleitfähigkeit über die gesamte Fläche der Platte 3 vor. Die Kurve C1 variiert in Übereinstimmung mit der Distanz L zwischen dem unteren Ende der Düse 85 und der Wärmeübertragungsfläche 12 der Platte 3, der Breite eines Stegs 182, der Höhe der Stege 182 und der Teilung der Stege 182.
Fig. 39 bis 41 zeigen eine weitere Anordnung, bei welcher die Platte 3 eine Vielzahl von ringförmigen Stegen 186 koaxial zueinander an der Wärmeübergangsfläche 12 aufweist.
Die Stege 186 haben einen rechteckigen Querschnitt. Die Platte 3 ist in Draufsicht kreisförmig. Die Düse 85 mit einem kreisförmigen Querschnitt ist direkt oberhalb des Zentrums des innersten ringförmigen Stegs 186 angeordnet. Wie aus Fig. 38 ersichtlich ist, nimmt die Wärmeleitfähigkeit mit der Zunahme der Distanz vom Mittelpunkt 0 der Fläche 12 geringfügig ab. Demgemäß hat, wenn die Stege wie in Fig. 40 gezeigt ringförmig sind, jeder Steg die gleiche Distanz x vom Mittelpunkt 0, und demgemäß kann eine gleichmäßigere Verteilung einer höheren Wärmeleitfähigkeit von der in Fig. 39 bis 41 gezeigten Anordnung erwartet werden. Die Stege 186 tragen auch zu einer Erhöhung der Oberfläche der Platte 3 in Kontakt mit dem Kühlmittel 2 bei, was zu einer Steigerung der Kühlwirkung führt.
Es ist zu beachten, daß jeder Steg 186 nicht immer ein vollständiger Kreis sein muß, sonder mit einem Spalt oder Spalten diskontinuierlich sein kann, wie in Fig. 42 gezeigt.
In Fig. 42 ist jeder der ringförmigen Stege 186 in Fig. 40 durch gesonderte diskontinuierliche ringförmige Stege 186' ersetzt. Jeder ringförmige Steg 186' hat nämlich einen kleinen Spalt 187, um einen diskontinuierlichen ringförmigen Steg zu definieren.
Die Spalte 187 sind vorzugsweise für jeden Steg in Umfangsrichtung voneinander versetzt.
In Fig. 43 kollidiert das von der Düse 85 ausgestoßene Kühlmittel 2 mit den zentralen Teil der Fläche 12 der Platte 3 zwischen den innersten Stegen 186 (oder 186') und breitet sich entlang den Stegen 186 (oder 186') aus. Dieses gleiche Phänomen erfolgt an jedem Steg 186 (oder 186'), und die Wirbel treten wie in Fig. 43 gezeigt auf.
Es ist auch möglich und wird bevorzugt, runde Ausnehmungen 188 mit einem halbkreisförmigen Querschnitt zwischen den ringförmigen Stegen 186 (oder 186') vorzusehen, wie in Fig. 44 gezeigt. Die runden Ausnehmungen 188 unterstützen die Erzeugung und das Erhalten der Wirbel.
Fig. 45 zeigt eine alternative Anordnung der ringförmigen Stege 186 oder 186', in welcher die Stege unterschiedliche Teilungen und verschiedene Höhen aufweisen. Die Teilungen variieren, so daß die Teilung zwischen dem innersten Steg und dem benachbarten Steg am kleinsten ist und die Teilung zu den äußeren Stegen hin zunimmt. In Fig. 45 gilt nämlich: P&sub3; > P&sub2; > P&sub1;. Die Höhen variieren, so daß die Höhe des innersten Stegs am kleinsten ist und die Höhe zu den äußeren Stegen hin zunimmt.
Fig. 46 zeigt ein Versuchsergebnis von drei Produkten. Das erste Produkt A ist das in Fig. 44 gezeigte, das die runden Ausnehmungen 188 zwischen den ringförmigen Stegen 186 aufweist; das zweite Produkt B ist das in Fig. 43 gezeigte, welches die ringförmigen Stege 186 und die flachen Flächenteile zwischen den Stegen hat; und das dritte Produkt C ist jenes, das keine Stege aufweist und das gleich ist wie jenes, das im in Fig. 38 gezeigten Versuch verwendete und durch die Kurve C2 repräsentiert wird.
In den Versuchen hatten der Durchmesser der Düse 85, die Breite des Stegs 186, die Höhe des Stegs 186 und die Teilung der Stege 186 die folgende Beziehung:
w/D = 0,1 : e/w = 1 : p/e = 5 (für Produkt A).
Das Produkt B hatte eine Breite , eine Teilung und einen Durchmesser gleich wie jene des Produkts A.
In Fig. 46 repräsentiert die mit R bezeichnete Ordinatenachse den Wärmewiderstand zwischen dem Kühlmittel 2 und der Wärmeübergangsfläche 12 der Platte 3, und repräsentiert die mit Q bezeichnete Abszissenachse die Menge des Kühlmittels 2. Es ist klar, daß der Wärmewiderstand R durch das Vorsehen der Stege 186 um etwa die Hälfte verringert werden kann, wenn die Kühlmittelmenge relativ groß ist.
Es ist ebenfalls klar, daß die runden Ausnehmungen 188 zu einer Abnahme des Wärmewiderstands R beitragen.
Die in Fig. 42 gezeigten Versuchsergebnisse wurden in einem Potentialkern von L/D ≤ 6 8 erhalten.
Die Optimalwerte von w, e, p sind von den Werten von L und D abhängig. In einem bevorzugten Beispiel gilt e/D = 1/20 1/3, p/e = 3 10, w/e = 1 für die in Fig. 43 gezeigte Ausführungsform bzw. p/D = 0,2 2, w/d = 1/20 1/3 für die in Fig. 44 dargestellte Ausführungsform, wobei der Potentialkern L/D ≤ 6 8 ist, die Reynolds-Zahl NRe = uD/γ= 1000 einige Zehntausend (worin u = die Geschwindigkeit des von der Düse 85 ausgestoßenen Kühlmittels, und γ = der Koeffizient der kinematischen Viskosität).
Es ist möglich, eine Anordnung mit der Beziehung zwischen P, D, e derart auszubilden, daß e/D und/oder P/D vom innersten Steg zu den äußeren Stegen hin zunehmen.
Die Kühlvorrichtung kann umgedreht verwendet werden, so daß das Kühlmittel von den Düsen 85 nach oben zu den über den Düsen 85 angeordneten Wärmeübertragungsplatten 3 ausgestoßen wird.
Wie aus der oben angeführten Beschreibung ersichtlich ist, kann in einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Anordnung eine Wärmeübertragung zwischen der ersten Wärmeübertragungsplatte und dem Schaltungselement oder der zweiten Wärmeübertragungsplatte, so vorhanden, erhöht und der Wärmekontaktwiderstand dazwischen verringert werden, was zu einem hohen Wärmeübertragungsverhältnis und einer hohen Kühleffizienz führt.
Ferner kann in einer derartigen Anordnung die erste Wärmeübertragungsplatte vom Schaltungselement oder der zweiten Wärmeübertragungsplatte, so vorhanden, leicht gelöst werden, indem bloß das zweite Lötmittel geschmolzen wird oder das Metall mit niedrigem Schmelzpunkt zwischen der ersten Wärmeübertragungsplatte und dem Schaltungselement oder der zweiten Wärmeübertragungsplatte verfestigen gelassen wird. Außerdem kann in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das zweite Lötmittel oder das Metall mit niedrigem Schmelzpunkt zwischen den beiden Wärmeübertragungsplatten oder der Wärmeübertragungsplatte und dem Schaltungselement gehalten werden, ohne dazwischen auszulaufen.

Claims

1. Elektronische Schaltungsanordnung, welche eine Leiterplatte (9) und ein elektronisches Schaltungselement (7) enthält, das an der Platte (9) durch eine Lötverbindung (11) befestigt ist, und auch einen Kühlmodul, der eine Vorspanneinrichtung (5) aufweist, die angeordnet ist, um eine Wärmeübertragungsfläche (3) des Moduls nachgiebig gegen das genannte Schaltungselement (7) zu drücken, und ein wärmeleitenden Metallmedium (31, 96) enthält, das zwischen diesem Element (7) und der genannten Wärmeübertragungsfläche (3) sandwichartig angeordnet ist, welches Medium bei einer normalen Betriebstemperatur der Anordnung geschmolzen ist, um dadurch die Wärmeübertragung vom genannten Schaltungselement (7) zum Kühlmodul zu erleichtern, wenn die Anordnung in Verwendung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Medium (31, 96) bei normalen Umgebungstemperaturen fest ist, wenn die Anordnung nicht in Verwendung steht, wobei der Schmelzpunkt der genannten Lötverbindung (11) höher ist als jener des genannten wärmeleitenden Metallmediums (31, 96), so daß die genannte Lötverbindung (11) fest bleibt, wenn die Anordnung in Verwendung steht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei welcher der Kühlmodul eine Durchgangseinrichtung (1) zum Leiten eines fließenden Kühlmittels (2) in Kontakt mit einer Fläche einer Wärmeübertragungsplatte (3) umfaßt, deren gegenüberliegende Fläche die genannte Wärmeübertragungsfläche (3) bildet.

3. Anordnung nach Anspruch 2, bei welcher der genannte Kühlmodul ferner eine zusätzliche Wärmeübertragungsplatte (10) umfaßt, die am Schaltungselement (7) vorgesehen ist, und die mit der ersten Wärmeübertragungsplatte (3) durch das genannte Medium (31, 96) thermisch verbunden ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welcher der genannte Kühlmodul ferner Gasabgabeeinrichtungen (38, 40, 44) zur Abgabe von Gasblasen von innerhalb des wärmeleitenden Metallmediums (31, 96), aus der Region zwischen dem genannten elektronischen Schaltungselement (7) und der genannten Wärmeübertragungsfläche (3) umfaßt, wenn die Anordnung in Betrieb ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, bei welcher die genannten Gasabgabeeinrichtungen zumindest einen Kanal (38, 40, 44) definieren, durch den die genannten Gasblasen abgegeben werden können.

6. Anordnung nach Anspruch 5, bei welcher der oder jeder genannte Kanal (38, 40, 44) an der Wärmeübertragungsfläche (3) vorgesehen ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5, bei welcher der oder jeder genannte Kanal (38, 40, 44) am Schaltungselement (7) vorgesehen ist.

8. Anordnung nach Anspruch 5, 6 oder 7, bei welcher eine Vielzahl derartiger Kanäle (38, 40, 44) vorliegt, wobei jeder von diesen eine sich radial erstreckende Nut (40) umfaßt.

9. Anordnung nach Anspruch 5, 6 oder 7, bei welcher eine Vielzahl derartiger Kanäle (38, 40, 44) vorliegt, wobei jeder eine Nut (38) umfaßt, welche Nuten (38) angeordnet sind, um ein Gitter zu bilden.

10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, bei welcher die Nuten (38, 40) einen V-förmigen Querschnitt aufweisen.

11. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, bei welcher die Nuten (38, 40) einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei welcher der oder jeder Kanal (44) durch ein vorherbestimmtes Muster eines Lötresists (42) definiert ist.

13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der genannte Kühlmodul ferner Halteeinrichtungen (33, 50, 52, 54) umfaßt, um zu verhindern, daß das Medium (31, 96) zwischen der genannten Wärmeübertragungsfläche (3) und dem Schaltungselement (7) ausläuft.

14. Anordnung nach Anspruch 13, bei welcher die genannten Halteeinrichtungen (33, 50, 52, 54) eine Umfangswand (50) umfassen, die an einem von der genannten Wärmeübertragungsfläche (3) und dem Schaltungselement (7) vorgesehen ist, um das genannte Medium (31, 96) zu umschließen.

15. Anordnung nach Anspruch 14, bei welchem die genannten Halteeinrichtungen (33, 50, 52, 54) ferner ein an der genannten Umfangswand (50) vorgesehenes Dichtungsglied umfassen.

16. Anordnung nach Anspruch 14 oder 15, bei welcher die genannte Umfangswand (50) aus einem Lötresist besteht.

17. Anordnung nach Anspruch 14, 15 oder 16, bei welcher die genannten Halteeinrichtungen (33, 50, 52, 54) ferner Vorsprungeinrichtungen (33, 54) umfassen, die sich zum genannten einen von der Wärmeübertragungsfläche (3) und dem Schaltungselement (7) vom anderen von der Wärmeübertragungsfläche (3) und dem Schaltungselement (7) erstrecken.

18. Anordnung nach Anspruch 17, bei welcher die genannten Vorsprungeinrichtungen (33, 50, 52, 54) drei Fortsätze (33) umfassen, die Enden aufweisen, die eine flache Kontaktfläche definieren, wobei die genannten Fortsätze (33) eine Höhe (h') haben, die größer ist als die Höhe (h) der Umfangswand (50).

19. Anordnung nach Anspruch 17, bei welcher die genannten Vorsprungeinrichtungen (33, 50, 52, 54) einen trapezförmigen Fortsatz (54) umfassen, der eine Höhe (h&sub1;) hat, die kleiner ist als die Höhe (h&sub2;) der Umfangswand (52).

20. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der genannte Kühlmodul ferner Mediumhalteeinrichtungen (33, 36) umfaßt, die zwischen der Wärmeübertragungsfläche (3) und dem Schaltungselement (7) vorgesehen sind, um eine konstante Menge des Mediums (31, 96) dazwischen aufrechtzuerhalten, wenn die genannte Wärmeübertragungsfläche (3) von der Vorspanneinrichtung (5) gegen das Schaltungselement (7) gepreßt wird.

21. Anordnung nach Anspruch 20, bei welcher die genannten Mediumhalteeinrichtungen (33, 36) an einem von der genannten Wärmeübertragungsfläche (3) und dem Schaltungselement (7) vorgesehene Begrenzungseinrichtungen (33) umfaßt, um mit dem anderen von der genannten Wärmeübertragungsfläche (3) und dem Schaltungselement (7) in Kontakt zu kommen, wenn die genannte Wärmeübertragungsfläche (3) gegen das Schaltungselement (7) gepreßt wird, um dadurch eine Minimaldistanz dazwischen aufrechtzuerhalten.

22. Anordnung nach Anspruch 21, bei welcher die genannten Begrenzungseinrichtungen (33) drei Fortsätze (33) umfassen, die eine flache Kontaktfläche definierende Enden aufweisen.

23. Anordnung nach Anspruch 20, bei welcher die genannten Mediumhalteeinrichtungen (33, 36) eine halbkugelförmige abstehende Kontaktfläche (36) umfassen, die an einem von der genannten Wärmeübertragungsfläche (3) und dem Schaltungselement (7) vorgesehen ist.

24. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das genannte wärmeleitende Metallmedium (31, 96) ein Lötmittel (31) ist.

25. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 24, bei welcher der genannte Kühlmodul ferner eine Schmelzeinrichtung zu' Einführen eines Hochtemperaturfluids (60) in die Durchgangseinrichtung (1) für das Kühlmittel umfaßt, wenn das genannte Medium (31, 96) zu schmelzen ist.

26. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 24, bei welcher der genannte Kühlmodul ferner in der genannten Wärmeübertragungsplatte (3) vorgesehene Heizeinrichtungen (63, 65) zum Erhitzen des Mediums (31, 96) umfaßt.

27. Anordnung nach Anspruch 26, bei welcher die genannten Heizeinrichtungen (63, 65) einen elektrischen Heizer (63) umfassen, der in der genannten Wärmeübertragungsplatte (3) installiert ist.

28. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 24, bei welcher der genannte Kühlmodul derart konstruiert ist, daß eine gesonderte Heizeinheit (90), die einen elektrischen Heizer (91) aufweist, mit der genannten Wärmeübertragungsplatte (3) in Kontakt gebracht werden kann, um das Schmelzen des genannten Mediums (31, 96) zu erzielen.

29. Anordnung nach Anspruch 28, bei welcher die genannte Durchgangseinrichtung (1) mit einem abnehmbaren Deckteil (1B) versehen ist, der einen Durchgang definiert, in dem das Kühlmittel (2) fließt, wenn die Anordnung in Verwendung steht, welcher Deckteil (1B) entfernt werden kann, um der Heizeinheit (90) einen Zugang zur genannten Wärmeübertragungsplatte (3) zu ermöglichen, wenn die Anordnung nicht in Verwendung steht.

30. Anordnung nach Anspruch 28 oder 29, bei welcher die genannte Heizeinheit (90) ferner eine elastische Einrichtung (93) zum Pressen des Heizers (91) gegen die genannte Wärmeübertragungsplatte (3) umfaßt.

31. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, bei welcher das genannte wärmeleitende Metallmedium (31, 96) ein Metall (96) mit niedrigem Schmelzpunkt ist.

32. Anordnung nach Anspruch 31, bei welcher eine Kontaktfläche von einem der genannten Wärmeübertragungsfläche (3) und dem Schaltungselement (7), die mit dem genannten Metall (96) mit niedrigem Schmelzpunkt in Kontakt kommt, eine schlechte Schmelzeigenschaft gegenüber dem genannten Metall (96) mit niedrigem Schmelzpunkt aufweist, so daß das Metall (96) mit niedrigem Schmelzpunkt, wenn es fest ist, leicht von der genannten Kontaktfläche getrennt werden kann.

33. Anordnung nach Anspruch 31 oder 32, bei welcher das genannte Metall (96) mit niedrigem Schmelzpunkt in einer porösen Metallplatte (92) mit hoher Wärmeleitfähigkeit gehalten wird, die zwischen der genannten Wärmeübertragungsfläche (3) und dem Schaltungselement (7) vorgesehen ist.

34. Anordnung nach einem der Ansprüche 31, 32 oder 33, bei welcher der genannte Kühlmodul ferner Ausdehnungseinrichtungen (107, 109) zum Absorbieren der Ausdehnung des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt, wenn es geschmolzen ist, umfaßt.

35. Anordnung nach Anspruch 34, bei welcher die genannten Ausdehnungseinrichtungen (107, 109) einen Hohlraum (107) umfassen, in den sich das Metall (96) mit niedrigem Schmelzpunkt ausdehnen kann.

36. Anordnung nach Anspruch 34, bei welcher die genannten Ausdehnungseinrichtungen (107, 109) ein verformbares Glied (109) umfassen, das an der genannte Wärmeübertragungsfläche (3) befestigt ist, um das genannte Metall (96) mit niedrigem Schmelzpunkt zu umschließen, welches verformbare Glied (109) sich in dem Maße verformen kann, in dem sich das genannte Metall (96) mit niedrigem Schmelzpunkt ausdehnt.

37. Anordnung nach Anspruch 36, bei welcher sich das genannte verformbare Glied (109) in einer Richtung im wesentlichen parallel zu einer Ebene verformt, in der die genannte Wärmeübertragungsfläche (3) liegt.

38. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 37, bei welcher die genannten Durchgangseinrichtungen (1) Düseneinrichtungen (85) umfassen, durch die das genannte Kühlmittel (2) ausgestoßen wird, und bei welcher der genannte Kühlmodul ferner Turbulenzeinrichtungen (182, 186, 186') zum Erzeugen von Turbulenzen im Strom des so ausgestoßenen Kühlmittels (2) umfaßt.

39. Anordnung nach Anspruch 38, bei welcher die genannten Turbulenzeinrichtungen (182, 186, 186') eine Vielzahl von im wesentlichen ringförmigen Stegen (186, 186') umfassen, die an der genannten einen Fläche der genannte Wärmeübertragungsplatte (3) vorgesehen sind, wobei jeder von diesen in bezug auf ein Zentrum (O) des Stroms des ausgestoßenen Kühlmittels (2) koaxial ist.

40. Anordnung nach Anspruch 39, bei welcher die genannten im wesentlichen ringförmigen Stege (186, 186') derart angeordnet sind, daß sie eine Teilung P zwischen benachbarten Stegen und entsprechende Höhen e und Breiten w aufweisen, so daß die folgenden Beziehungen eingehalten werden:

e/D=1/20 1/3; P/e=3 10; w/e=1;

wobei D ein Durchmesser der Düseneinrichtungen (85) ist.

41. Anordnung nach Anspruch 40, bei welcher die Teilung P zwischen benachbarten Stegen (186, 186') auswärts vom Zentrum (O) des Stroms des ausgestoßenen Kühlmittels (2) derart zunimmt, daß die Teilung zwischen den zwei benachbarten Stegen, die dem genannten Zentrum am nächsten liegen, kleiner ist als jener zwischen den zwei Stegen, die von diesen am weitesten entfernt sind.

42. Anordnung nach Anspruch 41, bei welcher die entsprechenden Höhen e der im wesentlichen ringförmigen Stege (186, 186') auswärts vom Zentrum (O) des Stroms des ausgestoßenen Kühlmittels (2) derart zunehmen, daß die Höhe eines dem genannten Zentrum am nächsten gelegenen Stegs (186, 186') kleiner ist als die eines am weitesten von diesem entfernten Stegs (188, 186').

43. Anordnung nach Anspruch 42, bei welcher die entsprechenden Verhältnisse e/D für die im wesentlichen ringförmigen Stege (186, 186') auswärts vom Zentrum (O) des Stroms des ausgestoßenen Kühlmittels (2) derart zunehmen, daß das Verhältnis für einen dem genannten Zentrum am nächsten gelegenen Steg kleiner ist als das für einen von diesem am weitesten entfernten Steg.

44. Anordnung nach einem der Ansprüche 39 bis 43, bei welcher jeder der genannten im wesentlichen ringförmigen Stege (186, 186') ein diskontinuierlicher Ring (186') ist.

45. Anordnung nach einem der Ansprüche 39 bis 44, bei welcher halbkugelförmige Nuten (188) zwischen benachbarten Stegen (186) gebildet sind.

46. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 45, bei welcher die genannte Wärmeübertragungsplatte (3) einen im wesentlichen zylindrischen rohrförmigen Teil (110, 120) enthält, der von der genannten einen Fläche der Wärmeübertragungsplatte (3) zur genannten Durchgangseinrichtung (1) absteht und in einem Stück mit dieser gebildet ist, so daß zumindest eine Fläche des rohrförmigen Teils (110) mit dem genannten fließenden Kühlmittel (2) in Kontakt steht.

47. Anordnung nach Anspruch 46, bei welcher die genannte zumindest eine Fläche des im wesentlichen zylindrischen rohrförmigen Teils (120) gewellt ist.

48. Anordnung nach Anspruch 46 oder 47, bei welcher die genannte zumindest eine Fläche des im wesentlichen zylindrischen rohrförmigen Teils (110) von diesem abstehende Lamellen (111) aufweist.

49. Anordnung nach einem der Ansprüche 46 bis 48, bei welcher der im wesentlichen zylindrische rohrförmige Teil (110, 120) in der genannten Vorspanneinrichtung (5) angeordnet ist, um von dieser im wesentlichen umgeben zu werden.

50. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 45, bei welcher die genannte Wärmeübertragungsplatte (3) eine Vielzahl von Lamellen (130, 140) enthält, die von der genannten einen Fläche der Wärmeübertragungsplatte (3) zur genannten Durchgangseinrichtung (1) abstehen und in einem Stück dieser gebildet sind, wobei die Lamellen (130) in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind.

51. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der genannte Kühlmodul ferner Führungseinrichtungen (160, 170, 200, 203) umfaßt, um sicherzustellen, daß die genannte Wärmeübertragungsfläche (3) zu einer vorherbestimmten Ebene des Schaltungselements (7) parallel ist.

52. Anordnung nach Anspruch 51, wenn auf Anspruch 2 rückbezogen, bei welcher die genannten Führungseinrichtungen (160, 170, 200, 203) an der genannten Durchgangseinrichtung (1) montiert sind.

53. Anordnung nach Anspruch 51, wenn auf Anspruch 2 rückbezogen, oder nach Anspruch 52, bei welcher die genannte Wärmeübertragungsplatte (3) einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der genannten Vorspanneinrichtung (5).

54. Anordnung nach Anspruch 53, bei welcher die genannte Wärmeübertragungsplatte (3) einen zylindrischen Seitenwandteil (150) enthält, wodurch die Platte (3) mit der genannten Vorspanneinrichtung (5) verbunden ist, wobei ein Durchmesser des Wandteils (150) größer ist als der Durchmesser der genannten Vorspanneinrichtung (5).

55. Anordnung nach Anspruch 51, wenn auf Anspruch 2 rückbezogen, oder nach Anspruch 52, 53 oder 54, bei welcher die genannten Führungseinrichtungen (160, 170, 200, 203) eine Vielzahl von Führungsstäben (160, 160') umfassen, wobei die genannte Wärmeübertragungsplatte (3) an ihrem Umfang mit einer Vielzahl entsprechender Ausnehmungen (151, 151') versehen ist, in die sich entsprechende der Führungsstäbe (160, 160') erstrecken.

56. Anordnung nach Anspruch 51, wenn auf Anspruch 2 rückbezogen, oder nach Anspruch 52, 53 oder 54, bei welcher die genannten Führungseinrichtungen (160, 170, 200, 203) eine Vielzahl gekrümmter Führungsplatten (170) aufweisen, die den Umfang der genannten Wärmeübertragungsplatte (3) umgeben.

57. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 56, welche eine Vielzahl von Kühlmodulen enthält, bei welcher die genannten Durchgangseinrichtungen (1) allen der genannten Kühlmodule gemeinsam sind.

58. Anordnung nach Anspruch 57, wenn auf einen der Ansprüche 52 bis 56 rückbezogen, bei welcher die genannten Führungseinrichtungen (160, 170, 200, 203) einen Führungsblock (203) umfassen, in dem eine Vielzahl von Führungslöchern (205) vorliegen, in denen entsprechende Wärmeübertragungsplatten (3) angeordnet sind.

59. Anordnung nach Anspruch 57, wenn auf einen der Ansprüche 52 bis 56 rückbezogen, bei welcher die genannten Führungseinrichtungen (160, 170, 200, 203) eine Vielzahl von Führungsblöcken (201) umfassen, die jeweils gekrümmte Ausnehmungen darin aufweisen, welche Ausnehmungen zusammen kreisförmige Führungslöcher (202) definieren, in denen entsprechende Wärmeübertragungsplatten (3) angeordnet sind.

60. Anordnung nach Anspruch 59, bei welcher jeder der genannten Führungsblöcke (201) die Form eines Kreuzes mit vier gekrümmten Ausnehmungen am Umfang hiervon aufweist, so daß vier gegenseitig benachbarte Führungsblöcke (201) ein derartiges kreisförmiges Führungsloch (202) definieren.