DE3853197T2

DE3853197T2 - Kühlungssystem für integrierte Schaltungspackung.

Info

Publication number: DE3853197T2
Application number: DE3853197T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Umezawa
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1987-12-07
Filing date: 1988-12-06
Publication date: 1995-06-29
Anticipated expiration: 2008-12-07
Also published as: DE3853197D1; EP0320198A3; EP0320198A2; EP0320198B1; CA1327710C; JPH02398A; US5036384A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein IC-Gehäuse, das in elektronischen Ausrüstungen, z. B. einem Informationsprozessor, verwendet wird.
Viele herkömmliche Kühlsysteme für IC-Gehäuse verwenden eine Kühlungslösung, bei der mehrere Leiterplatten mit jeweils darauf montierten IC in Gestellen untergebracht sind und zwangsweise durch Kühlventilatoren mit Luft konvektionsgekühlt werden. Bei einer derartigen Lösung für die erzwungene Luftkühlung muß Luft in großer Menge zu elektronischen Ausrüstungen zugeführt werden, da neuere elektronische Ausrüstungen infolge der Verwendung von LSIC (großintegrierten Schaltungen) eine höhere Wärmedichte erzeugen. Bei Erhöhung der Kapazität des erzwungenen Luftkühlsystems wirft ein darin verwendeter Hochleistungs-Kühlventilator ein Lärmproblem auf. Daher hat die Kühlkapazität des Kühlsystems dieser Art nahezu ihr Maximum erreicht.
Bei einem weiteren Kühlsystem wird ein flüssiges Kühlmittel, z. B. Wasser, mit einer größeren Wärmekapazität als Luft in der Nähe von IC umgewälzt, und Metallteile sind in Berührung mit Gehäusen der IC angeordnet, um Wärme von den IC zum Kühlmittel zu leiten und somit eine Wärmeabfuhr zu gewährleisten. Ein typisches Beispiel für ein solches Kühlsystem ist im Sonderbericht "SUPERCOMPUTERS DEMAND INNOVATION IN PACKAGING AND COOLING", ELECTRONICS, 22. September 1982, Seiten 142 bis 143 offenbart. Gemäß diesem Beitrag werden mehrere LSIC in Berührung mit einer kalten Platte gebracht, die einen von einem Kühlmittel durchflossenen Wasserkanal hat, wodurch die LSIC gekühlt werden.
Höhen von LSIC sind infolge von Maßgenauigkeitsabweichungen von Teilen, Montageabweichungen, Leiterplattenverwerfung u. ä. nicht unbedingt gleich, so daß sie nicht auf einer identisch gleichen Ebene ausgerichtet werden können. Aus diesem Grund wird eine Thennopaste, die mit einem Film abgedichtet ist, auf eine Oberfläche einer kalten Platte aufgebracht, die eine LSIC berührt, und Abweichungen der LSIC-Höhen werden durch die Flexibilität der Thermopaste aufgefangen. Übersteigen jedoch die Höhenabweichungen von LSIC einen vorbestimmten Bereich und lassen sich nicht durch ein solches Material wie eine Thermopaste auffangen, so befindet sich Luft mit schlechter Wärmeleitfähigkeit in einem Wärmeleitweg zwischen der LSIC und der kalten Platte, was die Kühlwirkung verschlechtert.
In der US-A-4558395 wird ein Kühlsystem für IC offenbart, bei dem Kühlteile durch Schraubenfedern gegen entsprechende IC gedrückt werden. Federn sind zwischen der Oberseite jedes Kühlteils und einer Deckplatte angeordnet. Ferner tritt Kühlmittel in die Kühlteile über Rohre ein, die an ihren Oberseiten angeschlossen sind.
Die Erfindung stellt ein Kühlsystein für ein IC-Gehäuse bereit, das aufweist:
eine Schaltungsplatine, auf der mehrere integrierte Schaltungen montiert sind;
eine Stützplatte, die gegenüber der Schaltungsplatine angeordnet ist;
mehrere Kühlplatten, in denen sich jeweils ein Kühlmittelkanal befindet, wobei die Kühlplatten in eineindeutiger Zuordnung zu den mehreren integrierten Schaltungen angeordnet sind;
flexible Kühlmittelrohre, die jeweils die Kühlmittelkanäle benachbarter Kühlplatten verbinden;
Wärmeleitteile, die jeweils zwischen einer jeweiligen Kühlplatte und der entsprechenden integrierten Schaltung angeordnet sind; und
elastische Teile, die zwischen die Stützplatte und die Kühlplatten eingefügt sind, um die Kühlplatten jeweils gegen die integrierten Schaltungen über die Wärmeleitteile zu drükken, wodurch die Kühlplatten unabhängig gegen die entsprechenden integrierten Schaltungen gedrückt werden, um die integrierten Schaltungen unabhängig zu kühlen;
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatten jeweils durch Stützteile an der Stützplatte befestigt sind, daß die elastischen Teile jeweils eine Blattfeder aufweisen und daß die Kühlmittelrohre an den Kühlmittelkanälen der Kühlplatten über die Seiten der Kühlplatten angeschlossen sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Kühlsystems für ein IC-Gehäuse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht des Kühlsystems von Fig. 1 entlang der Linie A-A darin;
Fig. 3 ist eine Längsschnittansicht eines Falls, in dem eine der IC der Ausführungsform von Fig. 1 geneigt ist;
Fig. 4 ist eine Längsschnittansicht eines Kühlsystems für ein IC-Gehäuse gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 5 ist eine Perspektivansicht einer IC-Struktur von Fig. 4.

Nähere Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht eines Kühlsystems für ein IC-Gehäuse gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 2 ist eine Schnittansicht davon entlang der Linie A- A von Fig. 1.
Die Bezugszahl 101 bezeichnet eine integrierte Schaltung (IC), die in einem Gehäuse untergebracht ist, und 102 eine Schaltungsplatine, auf der mehrere IC montiert sind. Die Bezugszahl 103 bezeichnet eine als Kühlplatte dienende kalte Metallplatte mit einem darin befindlichen Kühlmittelkanal 104 zum Kühlen der entsprechenden IC 101. Die kalten Platten 103 sind in eineindeutiger Zuordnung zu den IC 101 angeordnet. Ein Wärmeleitteil 105 ist zwischen der IC 101 und der Kühl platte 103 angeordnet, um kleine Verwerfungen gegenüberliegender Oberflächen der IC 101 und der Kühlplatte 103 auf zufangen. Das Wärmeleitteil 105 kann ein pasten- oder weiches folienartiges Teil sein (z. B. ein Material, das durch Mischen eines Metalloxids oder von Bornitrid in Silikongummi oder Silikonöl hergestellt wurde).
Die Bezugszahl 106 bezeichnet ein Kühlmittelrohr zum Verbinden von Kühlmittelkanälen 104 der benachbarten Kühlplatten 103. Ein Verbindungsabschnitt 106A des Kühlmittelrohrs 106 ist mit der entsprechenden Kühlplatte 103 durch Hartlöten verbunden. Ein Restabschnitt 106B des Kühlmittelrohrs 106 weist einen Schlauch auf. Wie aus den Zeichnungen deutlich hervorgeht, sind die Kühlmittelrohre 106 mit den Kühlmittelkanälen 104 der Kühlplatten 103 über die Seiten der Kühlplatten verbunden. Die Bezugszahl 107 bezeichnet eine Stützplatte, die parallel zur Schaltungsplatine 102 verläuft und einen vorbestimmten Abstand zu ihr hat. Blattfedern 108, die jeweils mit einem Ende an der Stützplatte 107 befestigt sind, sind zwischen die Stützplatte 107 und die entsprechende Kühlplatte 103 eingefügt, um die Kühlplatte 103 zur entsprechenden IC 101 zu drücken. Die Kühlplatte 103 ist durch Stützteile 109 so befestigt, daß sie von der entsprechenden Stützplatte 107 nicht getrennt wird.
Durch die IC 101 erzeugte Wärme wird zu den entsprechenden Kühlplatten 103 über die entsprechenden Wärmeleitteile 105 geleitet und anschließend zu einem Kühlmittel abgeführt, das durch die entsprechenden Kühlmittelkanäle 104 fließt.
Selbst wenn gemäß Fig. 3 Maßgenauigkeitsabweichungen von Teilen, Montageabweichungen oder Verwerfungen der Schaltungsplatine 102 vorliegen und die IC 101 in unterschiedlichen Winkeln geneigt sind, werden die Blattfedern 108 elastisch verformt, um die gegenüberliegenden Oberflächen der Kühlplatte 103 und der IC 101 parallel zueinander zu halten. Das Kühlmittelrohr 106, das die benachbarten Kühlplatten 103 verbindet, hat eine flexible Struktur. Da alle Kühlplatten 103 unabhängig voneinander bewegt werden, kann das Kühlsystem große Höhendifferenzen der benachbarten IC auffangen. Daher ist keine Luft mit schlechter Wärmeleitfähigkeit in einem Wärmeleitweg zwischen der IC 101 und der Kühlplatte 103 vorhanden, und eine niedrige Temperatur läßt sich wirksam für die IC 101 beibehalten.
Fig. 4 ist eine Längsschnittansicht eines Kühlsystems für ein IC-Gehäuse gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 5 ist eine Perspektivansicht des Systems mit Blick auf eine IC 101' von der Seite einer Schaltungsplatine 102.
Ein Ende von Z-förmigen Zuleitungen 111 ist jeweils mit einer entsprechenden Seitenfläche der IC 101' verbunden, während das andere Ende der jeweiligen Zuleitungen 111 mit der Schaltungsplatine 102 verbunden ist. Ein Anschlag 110 ist auf der Oberfläche (d. h., der Unterseite in Fig. 4 und 5) der IC 101' auf der Seite befestigt, die der Schaltungsplatine 102 gegenüberliegt. Der an der IC 101' angebrachte Anschlag kann ein Verbiegen der Zuleitungen 111 verhindern, da der Anschlag 110 auch dann mit der Schaltungsplatine 102 in Berührung gebracht wird, wenn Kräfte der Blattfedern 108, die durch Abweichungen der IC-Höhen erzeugt werden, auf die IC 101' wirken. Somit werden die Zuleitungen 111 nicht mit zu großen Kräften beaufschlagt.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Erfindung drücken die Blattfedern, die zwischen jeder Kühlplatte mit dem darin befindlichen Kühlmittelkanal und der Stützplatte angeordnet sind, auf die IC über die entsprechende Kühlplatte. Jedes Kühlmittelrohr, das die benachbarten Kühlplatten verbindet, ist flexibel, und die Kühlplatten lassen sich unabhängig voneinander verschieben. Auch bei Maßgenauigkeitsabweichungen von Teilen, Montageabweichungen, Verwerfungen der Schaltungsplatine mit den darauf befindlichen IC oder nicht einheitlichen Höhen und Neigungen der IC kann daher jede Kühlplatte eng die entsprechende IC über das entsprechende Wärmeleitteil berühren. Daher ist keine Luft mit schlechter Wärmeleitfähigkeit in einem Wärmeleitweg zwischen jeder IC und der entsprechenden Kühlplatte vorhanden, so daß sich eine niedrige Temperatur wirksam für die IC beibehalten läßt.

Claims

1. Kühlsystem für ein IC-Gehäuse mit:

einer Schaltungsplatine (102), auf der mehrere integrierte Schaltungen (101) montiert sind;

einer Stützplatte (107), die gegenüber der Schaltungsplatine angeordnet ist;

mehreren Kühlplatten (103), in denen sich jeweils ein Kühlmittelkanal (104) befindet, wobei die Kühlplatten in eineindeutiger Zuordnung zu den mehreren integrierten Schaltungen angeordnet sind;

flexiblen Kühlmittelrohren (106), die jeweils die Kühlmittelkanäle benachbarter Kühlplatten verbinden;

Wärmeleitteilen (105), die jeweils zwischen einer jeweiligen Kühlplatte und der entsprechenden integrierten Schaltung angeordnet sind; und

elastischen Teilen (108), die zwischen die Stützplatte und die Kühlplatten eingefügt sind, um die Kühlplatten jeweils gegen die integrierten Schaltungen über die Wärmeleitteile zu drücken, wodurch die Kühlplatten unabhängig gegen die entsprechenden integrierten Schaltungen gedrückt werden, um die integrierten Schaltungen unabhängig zu kühlen;

dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatten (103) jeweils durch Stützteile (109) an der Stützplatte befestigt sind, daß die elastischen Teile (108) jeweils eine Blattfeder aufweisen und daß die Kühlmittelrohre (106) an den Kühlmittelkanälen (104) der Kühlplatten (103) über die Seiten der Kühlplatten angeschlossen sind.

2. Kühlsystem nach Anspruch 1, ferner mit einem Anschlag (110), der auf einer Oberfläche der jeweiligen integrierten Schaltungen (101) auf einer der Schaltungsplatine (102) gegenüberliegenden Seite entsprechend einem Abstand montiert ist, der zwischen jeder integrierten Schaltung und der Schaltungsplatine beizubehalten ist.

3. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wärmeleitteile (105) pastenartige oder weiche folienartige Teile sind.