DE4119037C2 - Gekühlte Baueinheit mit einer Anzahl von steckbaren Leiterbahnplatten für Rechnersysteme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gekühlte Baueinheit mit einer Anzahl von steckbaren Leiterbahnplatten für Rechnersysteme, wobei die Leiterbahnplatten jeweils mit einem Kühlkörper in wärmeleitender Verbindung stehen, die Kühlkörper von jeweils mindestens zwei Leiterbahnplatten einander zugewandt angeordnet und zwischen den einander zugewandten Kühlkörpern Wärmeleitelemente in wärmeleitender Verbindung mit den Kühlkörpern zur Abfuhr der Wärme an ein Wärmeabfuhraggregat vorgesehen sind.

Aufgrund der hohen Leistungsanforderungen insbesondere an zukünftige Computersysteme steigt kontinuierlich auch die Zahl der elektronischen Bauteile. Damit verbunden ist eine Erhöhung der Packungsdichte der diese Bauteile tragenden Leiterbahnplatten, damit diese Systeme in ihren räumlichen Ausdehnungen begrenzt und sämtliche Signalleitungen mög­ lichst kurz gehalten werden können. Mit diesen Leistungszu­ wächsen gewinnt nun aber auch die Kühlung der Bauteile zu­ nehmend an Bedeutung. Neben einer hohen Effizienz der Küh­ lung bei gleichzeitig raumsparender Bauweise sollte dabei auch ein sicherer und schneller Zugriff auf einzelne Lei­ terbahnplatten gewährleistet sein.

Es sind bisher eine Reihe von Systemen bekannt, bei denen z. B. entweder jedes Bauteil für sich genommen mit einem Kühlkörper in wärmeleitender Verbindung steht oder aber jede Leiterbahnplatte einzeln mit einem Kühlkörper verbun­ den ist.

Aus US-Z Electronics, Heft 19, 22.09.1982, S. 136-143, ist eine Baueinheit bekannt, bei der eine wassergekühlte Aluminiumplatte vorgesehen ist. In diese Kühlplatte sind Wärmeleitkanäle eingearbeitet, über die die Wärme in ein Wärmeabfuhraggregat abgeführt wird. An beiden Seiten der Kühlplatte sind zwei mit Chips besetzte Leiterbahnplatten angeordnet. An der Kopfseite jedes Chips dieser Leiterbahnplatten sind zusätzlich wärmeverteilende Berylliumoxid-Platten angebracht, und zwischen jeweils einer Leiterbahnplatte und der Kühlplatte befindet sich eine eine Wärmeleitpaste enthaltende verformbare Plastikhülle.

Dabei müssen die Leiterbahnplatten bei der Montage derart gegen die Plastikhülle gedrückt werden, daß die mit Wärmeleitpaste gefüllte Hülle sich an der Kopfseite der Chips eng anlegt, wodurch die Hülle die Chips sogar allseitig, formschlüssig umfaßt. Daher besteht die Notwendigkeit, die Leiterbahnplatten bei ihrem Ausbau zunächst von der Kühlplatte wegzubewegen, damit die Chips beim nachfolgenden Herausziehen der Leiterbahnplatte nicht herausgerissen werden.

Die beschriebenen Raumerfordernisse beim Wechsel der Leiterbahnplatten stehen dabei einer Reduzierung der Packungsdichte entgegen.

Die bekannten Realisierungsmöglichkeiten für gekühlte Bau­ einheiten der genannten Art eignen sich jedoch nicht, die Packungsdichte der Leiterbahnplatten bei gegebener modula­ rer Steckbarkeit der Leiterbahnplatten und gleichzeitig ho­ her Effizienz der Kühlung noch weiter zu erhöhen.

Hieraus leitet sich nun die Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung ab, eine gekühlte Baueinheit der vorgenannten Art zu schaffen, die bei hoher Effizienz der Kühlung sowie bei sicherem und schnellem Zugriff zu den einzelnen Leiterbahnplatten eine Erhöhung der Packungsdichte ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer gekühlten Baueinheit der vor­ bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kühlkörper in Steckrichtung der Leiterbahnplatten gerichtete rinnenförmige Profilierungen aufweisen, daß die Wärmeleitelemente als stabförmige Heat-Pipes ausgebildet sind, und daß im gesteckten Zustand der Leiterbahnplatten die stabförmigen Wärmeleitelemente in die rinnenförmigen Profilierungen der Kühlkörper eingreifen und die Wärme an das in Steckrichtung hinter den Steckern der Leiterbahnplatten angeordnete Wärmeabfuhraggregat ableiten.

Durch diese Anordnung wird einerseits erreicht, daß die Leiterbahnplatten mit sehr geringen Abständen voneinander angeordnet und dennoch sehr effizient gekühlt werden kön­ nen. Aufgrund der Kühlung der Leiterbahnplatten durch Wär­ meleitelemente und ein Wärmeabfuhraggregat ist es nun mög­ lich, einzelne Leiterbahnplatten aus der Baueinheit heraus­ zunehmen, ohne in das Kühlsystem eingreifen zu müssen. Eine in dieser Weise realisierte Baueinheit zeichnet sich also insbesondere durch eine vollkommene Entkopplung der Rech­ nerelektronik von dem Kühlsystem aus. Aufgrund der rinnenförmigen Profilierung der Kühlkörper kann ein Teil des durch die Wärmeleitelemente eingenommenen Raumes oder sogar deren gesamter Raumbedarf eingespart werden, wodurch sich die Packungsdichte der Baueinheit noch weiter erhöht. Zudem kann auch der Wärmeübergang verbessert werden.

Die erfindungsgemäße Baueinheit kann ferner so ausgebildet sein, daß die Wärmeleitelemente kreisförmigen Querschnitt haben und die Profilierungen entsprechend kreisbogenförmig ausgebildet sind. In diesem Fall wird der von den Wärmeleitelementen eingenommene Raum voll eingespart, wenn die Profilierungen entsprechend einem Halbkreis ausgebildet sind.

Die erfindungsgemäße Baueinheit kann nun so ausgebildet sein, daß das Wärmeabfuhraggregat Kühllamellen hat. Die im Betrieb des Rechnersystems anfallende Wärme kann in diesem Fall durch einfache Luftkühlung an die Umgebung abgegeben werden.

Die erfindungsgemäße Baueinheit kann auch so ausgebildet sein, daß das Wärmeabfuhraggregat mit Leitungen zur Führung eines Kühlmittels versehen ist. Bei dieser Ausführungsform des Wärmeabfuhraggregats muß die Wärme nicht in der Umge­ bung des Rechnersystems abgegeben werden, sondern kann dazu beispielsweise in separate Kühlräume geführt werden.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Baueinheit so ausge­ bildet sein, daß mehrere aus jeweils zwei Leiterbahnplatten mit einander zugewandten Kühlkörpern bestehende Unterein­ heiten vorgesehen sind und daß zwischen diesen Untereinhei­ ten je ein Montageabstand vorliegt. Der Montageabstand er­ möglicht das Auswechseln einzelner Leiterbahnplatten, auch wenn sich eine Baueinheit aus vielen in einer Reihe neben­ einander angeordneten Leiterbahnplatten mit zugehörigen Kühlkörpern zusammensetzt.

Im folgenden Teil der Beschreibung wird ein Aus­ führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baueinheit anhand von Zeichnungen erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine räumliche Seitenansicht eines Ausschnittes der erfindungsgemäßen Baueinheit,

Fig. 2 eine Frontansicht der gesamten Baueinheit und

Fig. 3 eine Seitenansicht derselben.

In Fig. 1 ist zunächst eine Leiterbahnplatte 1 dargestellt, die über Pins 2 steckbar mit einer Basisplatte 3 lösbar verbunden ist. Auf der Leiterbahnplatte 1 sind zusätzlich RAM-Bausteine 4 eingezeichnet. Die Leiterbahnplatte 1 ist auf einem Kühlkörper 5 montiert, der z. B. aus Aluminium hergestellt sein kann. Rückseitig schließt sich nun eine zweite Leiterbahnplatte 6 mit einem entsprechenden Kühlkör­ per 7 an. Die Kühlkörper 5 und 7 der beiden Leiterbahnplat­ ten 1 und 6 sind einander zugewandt angeordnet. Eine Bau­ einheit besteht im allgemeinen aus mehreren Leiterbahnplat­ ten mit zugehörigen Kühlkörpern. In dem hier gezeigten Bei­ spiel ist für diese stellvertretend noch eine weitere Lei­ terbahnplatte 8 dargestellt.

Bei den hier gezeigten Kühlkörpern 5 und 7 sind an der je­ weils zugewandten Seite stab- und im Querschnitt kreisbo­ genförmige Profilierungen 9 eingearbeitet, die zueinander parallel und senkrecht verlaufen. In die einander gegen­ überliegenden Profilierungen 9 greifen nun sogenannte "Heat-Pipes" 10 und 11 ein und bilden mit den Kühlkörpern 5 und 7 eine wärmeleitende Verbindung. Die Profilierungen 9 sind in diesem Beispiel so ausgearbeitet, daß beim Zusam­ mendrücken der Kühlkörper 5 und 7 noch ein Zwischenraum 12 frei bleibt. Die beiden Leiterbahnplatten 1 und 6 mit ihren entsprechenden Kühlkörpern 5 und 7 werden durch Klammern 13 und 14 zusammengehalten.

Die Heat-Pipes 10 und 11 münden nun oberhalb der Leiter­ bahnplatten 1 und 6 sowie der Kühlkörper 5 und 7 in ein Wärmeabfuhraggregat 15. Die Basisplatte 3 ist zudem fest mit dem Wärmeabfuhraggregat 15 verbunden. An dieses Wär­ meabfuhraggregat 15 wird nun die während des Betriebs des Rechnersystems gebildete Wärme abgeführt.

In dem Ausführungsbeispiel sind das Wärmeabfuhraggregat 15 und die Heat-Pipes, z. B. 10 und 11, fest installiert. Läßt man die Leiterbahnplatten, z. B. 1 und 6, zunächst für eine Betrachtung des Wärmeabfuhraggregats 15 außer acht, dann bilden die Heat-Pipes, z. B. 10 und 11, eine Anordnung von nach unten weisenden Röhren.

Ein Wechsel etwa der Leiterbahnplatte 1 kann dadurch erfol­ gen, daß zunächst die Klammer 14 gelöst und daraufhin gleichzeitig die beiden Leiterbahnplatten 1 und 6 zusammen mit den entsprechenden Kühlkörpern 5 und 7 nach unten her­ ausgezogen werden. Dabei löst sich automatisch auch die Klammer 13. Dadurch kann dieses Herausziehen mit nur gerin­ gem Kraftaufwand erfolgen, da sich nunmehr die Heat-Pipes, z. B. 10 und 11, leicht aus den durch die Profilierung 9 ge­ bildeten Kanälen herausfahren lassen.

In Fig. 2 ist nun eine gesamte Baueinheit 16 dargestellt. Diese setzt sich aus mehreren hintereinander geschalteten Untereinheiten 17 zusammen, die aus jeweils zwei Leiterbahnplatten 1 und 6 mit zugehörigen Kühlkörpern 5 und 7 gebildet werden. Den oberen Teil der Baueinheit 16 bildet das Wärmeabfuhraggregat 15. Dieses ist modular gegliedert (Teile 18). Die Untereinheiten 17 sind durch Heat-Pipes 10 mit dem Wärmeabfuhraggregat 15 verbunden.

In Fig. 3 ist die in Fig. 2 gezeigte Baueinheit in Seiten­ ansicht dargestellt. Im unteren Teil ist eine Untereinheit 17 von der Seite zu sehen. Darüber ist das Wärmeabfuhrag­ gregat 15 dargestellt, das sich hier in zwei Teile 18 glie­ dert. In dem gezeigten Beispiel laufen durch eine Unterein­ heit 17 acht Heat-Pipes 10.

Bezugszeichenliste

 1 Leiterbahnplatte
 2 Pins
 3 Basisplatte
 4 RAM-Baustein
 5 Kühlkörper
 6 zweite Leiterbahnplatte
 7 zweite Kühlkörper
 8 weitere Leiterbahnplatte
 9 Profilierung der Kühlkörper
10 Heat-Pipe
11 Heat-Pipe
12 Zwischenraum
13 Klammer
14 Klammer
15 Wärmeabfuhraggregat
16 Baueinheit
17 Untereinheit
18 modulare Teile des Wärmeabfuhraggregats

Claims (5)

1. Gekühlte Baueinheit mit einer Anzahl von steckbaren Leiterbahnplatten für Rechnersysteme, wobei die Leiterbahnplatten (1, 6) jeweils mit einem Kühlkörper (5, 7) in wärmeleitender Verbindung stehen, die Kühlkörper (5, 7) von jeweils mindestens zwei Leiterbahnplatten (1, 6) einander zugewandt angeordnet und zwischen den einander zugewandten Kühlkörpern (5, 7) Wärmeleitelemente (10, 11) in wärmeleitender Verbindung mit den Kühlkörpern (5, 7) zur Abfuhr der Wärme an ein Wärmeabfuhraggregat (15) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlkörper (5, 7) in Steckrichtung der Leiterbahnplatten gerichtete rinnenförmige Profilierungen aufweisen,
daß die Wärmeleitelemente (10, 11) als stabförmige Heat- Pipes ausgebildet sind,
und daß im gesteckten Zustand der Leiterbahnplatten die stabförmigen Wärmeleitelemente (10, 11) in die rinnenförmigen Profilierungen der Kühlkörper eingreifen und die Wärme an das in Steckrichtung hinter den Steckern (2) der Leiterbahnplatten angeordnete Wärmeabfuhraggregat (15) ableiten.

2. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wärmeleitelemente (10, 11) kreisförmigen Quer­ schnitt haben und die Profilierungen (9) entsprechend kreisbogenförmig ausgebildet sind.

3. Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeabfuhraggregat (15) Kühllamellen hat.

4. Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeabfuhraggregat (15) mit Leitungen zur Führung eines Kühlmittels versehen ist.

5. Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere aus jeweils zwei Leiterbahnplatten (1, 5) mit einander zugewandten Kühlkör­ pern (5, 7) bestehende Untereinheiten (17) vorgesehen sind und daß zwischen diesen Untereinheiten (17) je ein Montage­ abstand vorliegt.