DE4333373A1

DE4333373A1 - Elektronisches Gerät

Info

Publication number: DE4333373A1
Application number: DE4333373A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Atarashi; Toshio Hatada; Takahiro Daikoku; Nobuo Kawasaki; Toshiki Iino; Tamotsu Tsukaguchi; Kenichi Kasai; Fumiyuki Kobayashi; Yoshito Hayashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1994-03-31
Anticipated expiration: 2013-10-01
Also published as: US5592363A; DE4333373B4

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Geräte, die mehrere Halbleiterbauelemente enthalten, die während ihres Betriebs Wärme erzeugen (und die im folgenden als "wärmeerzeugende Bauelemente" bezeichnet werden), und insbesondere elektronische Einrichtungen, die in bezug auf die Kühlung solcher wärmeerzeugender Halbleiterbau elemente durch Kühlelemente in Kombination mit der Zufüh rung eines Kühlungsmediums wie etwa Luft verbessert sind; die vorliegende Erfindung betrifft außerdem Kühlungsein richtungen, die dichtgepackte Halbleiterbauelemente wirk sam kühlen können.

Elektronische Geräte, die mehrere wärmeerzeugende Halb leiterbauelemente enthalten, die auf einer Leiterplatte wie etwa einer gedruckten Leiterplatte oder einer Kera mikplatte angebracht sind, sind bekannt. Ein typisches herkömmliches System zum Kühlen der Halbleiterbauelemente verwendet an jedem solchen Halbleiterbauelement vorgese hene Kühlrippen in Kombination mit Kühlungsluft, die von einer zur anderen Seite des elektronischen Gerätes ge schickt wird, um diese wärmeerzeugenden Halbleiterbauele mente nacheinander zu kühlen. Mit diesem herkömmlichen Kühlungssystem kann jedoch die momentane Entwicklung zu erhöhten Wärmeerzeugungsraten durch Halbleiterbauelemente in elektronischen Geräten der obenbeschriebenen Art nicht beherrscht werden. Die Kühlungsluft wird nämlich nach der Kühlung der stromaufseitigen Halbleiterbauelemente auf eine Temperatur erwärmt, die zu hoch ist, um die stromab seitig angeordneten Halbleiterbauelemente wirksam zu küh len. Daher ist ein Kühlungssystem vorgeschlagen worden, in dem die Kühlrippen, die große Wärmeabstrahlungsflächen und somit eine ausgezeichnete Kühlungsleistung besitzen, auf jedem der wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemente vor gesehen sind und die Kühlungsluft gleichmäßig und ge trennt mittels einer Kammer und mittels Düsen, die ober halb dieser Rippen angeordnet sind, ohne wesentlichen Luftverlust an diese Kühlrippen der wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemente geführt wird. Ein Beispiel eines solchen Kühlungssystems ist aus der JP 2-34993-A bekannt.

Dieses bekannte Luftkühlungssystem wird nun mit Bezug auf die Fig. 31 und 32 beschrieben. Wie in Fig. 31 gezeigt, umfaßt ein elektronisches Gerät eine Leiterplatte 1 und eine Anzahl von wärmeerzeugenden LSI-Schaltungen 2, die an der Leiterplatte 1 angebracht sind. An jeder LSI- Schaltung 2 ist ein Kühlelement 3 mit Kühlrippen vorgese hen, wobei an einer Kammer 4 oberhalb der LSI-Schaltungen 2 über entsprechende Düsen 5 Kühlungsluft zugeführt wird, um so die LSI-Schaltungen 2 zu kühlen. Nach der Kühlung des Kühlelementes wird die Luft durch eine Öffnung 6 in zwischen benachbarten Kühlelementen 3 gebildete Luftab führungsräume 8 entlassen und über einen solchen Abfüh rungsraum 8 abgeführt, wie durch die Pfeile 7 angegeben ist.

Wie aus der Draufsicht der Fig. 32 hervorgeht, sind die LSI-Schaltungen 2 mit mehreren Kühlelementen 3 in Form einer regelmäßigen Matrix mit mehreren Reihen und mehre ren Spalten angeordnet, so daß sich die Luftanteile 9 von den Kühlelementen 3 benachbarter Spalten miteinander mi schen und in derselben Richtung abgeführt werden, wie durch den Pfeil 10 angezeigt ist.

Daher bildet in diesem bekannten Kühlungssystem jeder Raum zwischen benachbarten Spalten der LSI-Schaltungen 2 oder der Kühlrippen 3 einen Luftabführungskanal, durch den die Luftanteile nach der Kühlung der Halbleiterbau elemente von benachbarten Spalten gemeinsam in die Umge bung abgeführt werden.

Die derzeitige Entwicklung zu höheren Betriebsgeschwin digkeiten und höheren Packungsdichten der Halbleiterbau elemente von elektronischen Geräten macht es erforder lich, daß die wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemente mit einem hohen Dichtegrad angeordnet werden, so daß es schwierig wird, große Räume für die Abführung der Luft zwischen den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen bei zubehalten. Dies zieht die folgenden Probleme nach sich.

Es ist schwierig, einen Luftabführungsraum auszubilden, der groß genug ist, um die Luft zwischen benachbarten Halbleiterbauelementen oder Kühlelementen aufzunehmen und abzuführen. Wenn daher die Kühlungsluft an jedes Kühlele ment in der erforderlichen Menge geliefert wird, dringen die Kühlungsluftanteile von diesen Kühlelementen nachein ander in den gemeinsamen Abführungskanal mit begrenztem Volumen, so daß sie sich vermischen und eine Luftströmung von hoher Geschwindigkeit bilden. Dies hat eine ernst hafte Zunahme des Strömungswiderstandes für die Strömung der abzuführenden Luft zur Folge. Die erhöhte Strömungs geschwindigkeit kann außerdem zu einem höheren Fluid-Ge räuschpegel führen. Wenn darüber hinaus die für die zwangsläufige Zuführung der Kühlungsluft zur Verfügung stehende Leistung begrenzt ist, wird die Zufuhrrate für die Kühlungsluft abgesenkt, wodurch die Kühlungsleistung verschlechtert wird.

Die Zunahme des Strömungswiderstandes im Luftabführungs kanal führt außerdem zu dem Problem, daß die Kühlungsluft nicht gleichmäßig an sämtliche wärmeerzeugenden Halblei terbauelemente geführt werden kann, weil die Kühlele mente, die sich näher am Auslaß des Abführungskanals be finden, Luft mit ausreichend hohen Raten empfangen kön nen, während die Kühlelemente, die sich vom Auslaß weiter entfernt befinden, mit der Kühlungsluft nicht mit ausrei chend hohen Raten beschickt werden können. Eine solche ungleichmäßige Verteilung der Luftbeschickungsraten be wirkt eine ungleichmäßige Temperaturverteilung über den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen der elektroni schen Einrichtung.

Die obenbeschriebenen Probleme werden nicht nur dann festgestellt, wenn aufgrund der zu hohen Anbringungs dichte von wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen keine großen Räume für die Bildung eines Luftabführungskanals zwischen benachbarten wärmeerzeugenden Halbleiterbauele menten gebildet werden können, sondern auch dann, wenn die wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemente Wärme mit äußerst hohen Raten erzeugen.

In den bekannten elektronischen Geräten ändert sich die Querschnittsfläche des Luftabführungskanals entsprechend dem Zwischenraum zwischen den wärmeerzeugenden Halblei terbauelementen oder Kühlelementen. Daher wird die Quer schnittsfläche in gewissem Maß von der Anordnung der wär meerzeugenden Halbleiterbauelemente beherrscht. D.h., daß die Richtung der Hauptströmung der Luft nach der Kühlung physikalisch durch die Position der im Gehäuse des elek tronischen Gerätes gebildeten Abführöffnung und von der Anordnung der wärmeerzeugenden Halbleiter bestimmt ist. Mit anderen Worten, es ist schwierig geworden, die Rich tung der Hauptströmung der Luft nach der Kühlung durch die Struktur der Kühlelemente oder durch die Konstruktio nen von Kanalsystemen und Düsen zu bestimmen.

Ferner besitzt das dargestellte bekannte Kühlungssystem, in dem die zwischen benachbarten wärmeerzeugenden Halb leiterbauelementen oder Kühlelementen gebildeten Zwischenräume als Luftkanal für die nach der Kühlung mit einander vermischten Luftanteile dienen, den Nachteil, daß die von den stromaufseitigen wärmeerzeugenden Halb leitern erwärmte Luft auf die stromabseitigen wärmeerzeu genden Halbleiter auftrifft, so daß die Kühlungswirkung an den stromabseitigen Halbleitern verschlechtert ist. Ferner dringt die durch die Kühlung der Kühlelemente er wärmte Luft in andere Bereiche des elektronischen Geräts ein, so daß sie durch das Kühlungsluftgebläse erneut angesaugt wird oder andere elektronische Komponenten erwärmt.

Mittlerweile ist eine höhere Dichte der LSI-Packung auch im Gebiet der Computer gefordert, um der derzeitigen For derung nach höheren Betriebsgeschwindigkeiten der Compu ter nachzukommen. Folglich wird die Dichte der Wärmeer zeugung teilweise deswegen erhöht, weil jede LSI- Schaltung mehr Wärme erzeugt, und teilweise deswegen, weil die Packungsdichte der LSI-Schaltungen groß ist. Das bedeutet, daß eine effiziente Kühlung der LSI-Schaltungen zunehmend wichtiger wird. Wie weiter oben bereits angege ben worden ist, verwendet ein herkömmliches System für die Kühlung von an einer Leiterplatte wie etwa einer gedruckten Leiterplatte oder einer Keramikplatte ange brachten Halbleiterelementen bisher Kühlrippen, die an jedem Halbleiterbauelement vorgesehen sind, wobei die Kühlungsluft von einer Seite zur anderen des elektroni schen Geräts geschickt wird, um diese wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemente nacheinander zu kühlen. Mit diesem herkömmlichen Kühlungssystem kann jedoch die momentane Entwicklung zu erhöhten Wärmeerzeugungsraten durch die Halbleiterbauelemente in elektronischen Geräten der oben beschriebenen Art nicht beherrscht werden. Die Kühlungs luft ist nämlich nach der Kühlung der stromaufseitigen Halbleiterbauelemente auf eine Temperatur erwärmt, die zu hoch ist, um auch noch die stromabseitigen Halbleiterbau elemente wirksam zu kühlen. Um diese Probleme zu beseiti gen, sind beispielsweise in der JP 2-34993-A und in der Gebrauchsmusteranmeldung JP 1-113335-A verbesserte Küh lungssysteme vorgeschlagen worden, in denen Kühlrippen mit großen Wärmeabstrahlungsflächen und folglich mit aus gezeichneter Kühlungsleistung an jedem der wärmeerzeugen den Halbleiterbauelemente vorgesehen sind und die Küh lungsluft gleichmäßig und getrennt mittels einer Kammer und mittels Düsen, die oberhalb dieser Rippen angeordnet sind, von einem Gebläse ohne wesentlichen Luftverlust an die Kühlrippen dieser wärmeerzeugenden Halbleiterbauele mente geleitet wird.

Die Fig. 33A und 33B zeigen ein Beispiel derartiger ver besserter Kühlungssysteme, insbesondere ein System des Typs, der in der JP 2-34993-A offenbart ist. Wie in die sen Figuren gezeigt, sind auf einer (nicht gezeigten) Platte mehrere LSI-Schaltungen 101 angebracht, die Wärme quellen darstellen. Auf jeder der LSI-Schaltungen 101 ist ein Kühlelement 103 vorgesehen, das aus Kühlrippen 102 aufgebaut ist. Die Kühlungsluft wird an jede LSI- Schaltung 101 über eine Düse zugeführt, die die gesamte Fläche des Kühlelementes 103 auf jeder LSI-Schaltung 101 abdeckt, um die LSI-Schaltung 101 zu kühlen. Die Luft wird nach der Kühlung vom Kühlelement 103 über Öffnungen 104 abgeführt. Obwohl die Kühlungsluft durch die die gesamte Fläche des Kühlelementes 103 abdeckende Düse an sämtliche Kühlrippen des Kühlelementes 103 geleitet und gleichmäßig verteilt wird, wird in dem Kühlelement 103 ein Strömungsgeschwindigkeit-Verteilungsmuster von einer Art gebildet, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit im Be reich um die Fußenden der mittleren Kühlrippen aufgrund des Strömungswiderstandes am niedrigsten ist, da die Luft wegen des Strömungswiderstandes durch die Spalten 102 zwischen den Kühlrippen zu den Öffnungen 104 strömt. Folglich ist im Chip der LSI-Schaltung eine Temperatur verteilung von der Art vorhanden, bei der die Temperatur im mittigen Bereich des Chips am höchsten ist. Es ist da her schwierig, jeden LSI-Chip gleichmäßig zu kühlen.

Angesichts dieses Problems schlägt die Gebrauchsmusteran meldung JP 1-113355-A ein anderes Luftkühlungssystem vor, in dem der Kühlungslufteinlaß 105 an der Oberseite des Kühlelementes 103 begrenzt ist, so daß nur der mittlere Bereich des Kühlelementes 103 hiervon bedeckt ist, um die Kühlungsluft auf die mittigen Kühlrippen des Kühlelemen tes 103 zu konzentrieren. Obwohl in diesem Kühlungssystem die Strömung der Kühlungsluft auf den mittigen Bereich des Kühlelementes konzentriert wird, wird im Kühlelement aufgrund des Strömungswiderstandes ein Geschwindigkeits gradient der Kühlungsluft aufgebaut, wenn die Luft durch die Spalten zwischen den Kühlrippen zu den Öffnungen 106 strömt, die in beiden Seitenwänden des Kühlelementes 103 gebildet sind. Es ist daher schwierig, die Geschwindig keit der Kühlungsluft im Bereich in der Nähe der Fußenden der Kühlrippen, die sich im mittleren Bereich des Kühl elementes befinden, merklich zu erhöhen. Allgemein wird der Punkt, an dem ein Fluid mit einer Wand kollidiert, als "Staupunkt" bezeichnet. In der Umgebung eines jeden solchen Staupunkts tritt ein Stau des Fluids auf. Die Ge schwindigkeit des Fluids kann niemals gesteigert werden, jedoch kann die Geschwindigkeit des Fluids, das mit der Wand kollidiert, erhöht werden. Ein Staupunkt ist im mittleren Bereich des Halbleiterbauelementes 101 vorhan den, so daß ein Temperaturgradient gebildet wird, derart, daß die Temperatur im mittleren Bereich des Halbleiter bauelementes am höchsten ist und somit eine gleichmäßige Kühlung des Halbleiterbauelementes nicht erreicht wird.

Angesichts der obenbeschriebenen technischen Probleme ist die vorliegende Erfindung gemacht worden.

Es ist daher die erste Aufgabe der vorliegenden Erfin dung, ein elektronisches Gerät zu schaffen, in dem trotz einer sehr hohen Montagedichte der wärmeerzeugenden Halb leiterbauelemente in einer Ebene oder trotz der sehr ho hen Wärmeerzeugungsraten von Halbleiterbauelementen der Strömungswiderstand längs des Weges der Kühlungsluft reduziert ist, um die Kühlungsleistung der Kühlelemente zu verbessern und gleichzeitig den Geräuschpegel zu ver ringern.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Gerät zu schaffen, in dem über mehre ren wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen, die in ein elektronisches Gerät gepackt sind, eine gleichmäßige Strömungsratenverteilung eines Kühlungsmediums und folg lich eine gleichmäßige Temperaturverteilung entwickelt werden.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Gerät zu schaffen, das im Hinblick auf eine Unterdrückung der Verschlechterung der Kühlungslei stung von stromabseitig angeordneten Kühlelementen auf grund der Erwärmung des Kühlungsmediums durch die strom aufseitig angeordneten Kühlelemente verbessert ist.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Gerät zu schaffen, das im Hinblick darauf verbessert ist, daß das von wärmeerzeugenden Halb leiterbauelementen erwärmte Kühlungsmedium in andere Be reiche des Gerätes eintritt, um dadurch die Abnahme der Zuverlässigkeit der elektronischen Teile in diesen Berei chen zu beseitigen, die andernfalls durch die Einleitung des erwärmten Kühlungsmediums hervorgerufen würde.

Diese Aufgaben werden bei einem elektronischen Gerät erfindungsgemäß gelöst durch die im Anspruch 1 angegebe nen Merkmale.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektronisches Gerät geschaffen, das umfaßt: mehrere wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemente, die auf einer Platte montiert sind; mehrere Kühlelemente, die über eine wärmeleitende Verbindung an den jeweiligen wärmeerzeugen den Halbleiterbauelementen befestigt sind, wobei die Kühlelemente so angeordnet sind, daß sie die Richtung der Strömung und der Abführung eines Kühlungsmediums wie etwa Luft durch die Kühlelementanordnung hindurch bestimmen; und eine Abführungskammer für den Durchgang der konfluen ten Strömung des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammengesetzt ist, die von den Kühlelementen ausgegeben werden. Hierbei sind die Kühlelemente so angeordnet und beschaffen, daß die Rich tungen der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch die Kühlelemente im wesentlichen übereinstimmen, wobei an jedes Kühlelement der Anteil des Kühlungsmediums zugeführt wird, das durch eine Düse einströmt, die mit dem dem wärmeerzeugenden Halbleiterbauelement entgegenge setzten Ende des Kühlelementes in Kontakt ist, und daß die Breite einer jeden Düse gemessen in Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch das Kühlelement kleiner als diejenige des zugehörigen Kühl elementes ist.

Das elektronische Gerät der vorliegenden Erfindung besitzt mehrere wärmeerzeugende Halbleiterbauelemente, die mit Kühlelementen versehen sind. Die Kühlelemente sind so angeordnet, daß die Richtungen der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch diese Kühlele mente übereinstimmen. An den Seiten der Kühlelemente, die den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen entgegenge setzt sind, sind Düsen vorgesehen, die das Kühlungsmedium in die Kühlelemente leiten. Die Anteile des Kühlungsmedi ums, die von den Kühlelementen abgeführt werden, vereini gen sich nacheinander und bilden eine konfluente Luft strömung, die in Kontakt mit denjenigen Endflächen der Kühlelemente, die den wärmeerzeugenden Halbleiterbauele menten entgegengesetzt sind, längs der Düsenwandflächen strömt, welche sich in einer zur Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlmittels in den Kühlelementen im wesentlichen senkrechten Richtung erstrecken. Daher wird das erwärmte Kühlungsmedium nach der Erwärmung in einer Richtung abgeführt, die zu der Richtung der Strömung und der Abführung in den Kühlelementen im wesentlichen senk recht ist.

Erfindungsgemäß ist die Breite der Düse gemessen in der zur Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungs mediums durch die Kühlelemente senkrechten Richtung vor zugsweise so festgelegt, daß sie größer als die Breite des Kühlelementes ist. Gleichzeitig ist die Breite der Düse gemessen in Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch das Kühlelement vorzugsweise so festgelegt, daß sie kleiner als die Breite des Kühlele mentes ist.

Vorzugsweise ist der Abstand zwischen benachbarten Düsen in Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungs mediums durch das Kühlelement größer als in einer hierzu senkrechten Richtung.

Um zu verhindern, daß das erwärmte Kühlungsmedium in andere Bereiche des elektronischen Gerätes eindringt, ist vorzugsweise eine Trennwand vorgesehen, die die wärmeer zeugenden Halbleiterbauelemente umgibt, um so andere elektronische Komponenten gegenüber der Strömung des erwärmten und abzuführenden Kühlungsmediums zu isolieren, wobei das Kühlungsmedium an einen Abführungsauslaß gelei tet wird, durch den das Medium in die äußere Umgebung des elektronischen Gerätes abgeführt wird.

Vorzugsweise ist der Abstand zwischen benachbarten Kühl elementen gemessen in Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch das Kühlelement so festgelegt, daß er größer als der Abstand zwischen den zugehörigen wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen ist.

Vorzugsweise ist der Abstand zwischen benachbarten Düsen gemessen in der Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch das Kühlelement so festgelegt, daß er größer als der Abstand zwischen den zugehörigen Kühlelementen ist.

Erfindungsgemäß wird außerdem ein elektronisches Gerät geschaffen, das umfaßt: mehrere wärmeerzeugende Halblei terbauelemente, die an einer Platte montiert sind; mehre re Kühlelemente, die jeweils über eine wärmeleitende Ver bindung an entsprechenden wärmeerzeugenden Halbleiterbau elementen befestigt sind, wobei die Kühlelemente so ange ordnet sind, daß sie die Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums wie etwa Luft durch diese Kühlelementanordnung hindurch bestimmen; und eine Abfüh rungskammer für den Durchgang einer konfluenten Strömung des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammengesetzt ist, die von den Kühlele menten ausgegeben werden. Hierbei sind die Kühlelemente so angeordnet und beschaffen, daß die Richtungen der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch die Kühlelemente im wesentlichen übereinstimmen, wobei an jedes Kühlelement der durch eine Düse strömende Anteil des Kühlungsmediums geleitet wird, welche mit dem dem wärmeerzeugenden Halbleiterbauelement entgegengesetzten Ende des Kühlelementes in Kontakt ist, und daß der Abstand der Düsen gemessen in Richtung der Strömungsab führung des Kühlungsmediums durch das Kühlelement kleiner als diejenige der Kühlelemente ist.

Vorzugsweise ist die Breite des Kühlelementes gemessen in Richtung der Strömung und der Abführung durch das Kühl element kleiner als diejenige des wärmeerzeugenden Halb leiterbauelementes.

Vorzugsweise ist die Breite der Düse gemessen in Richtung der Strömung und der Abführung durch das Kühlelement kleiner als diejenige des Kühlelementes.

Beispielsweise ist die Breite der Düse gemessen in Rich tung der Strömung und der Abführung durch das Kühlelement so festgelegt, daß sie ungefähr halb so groß wie dieje nige des Kühlelementes ist.

Um das obenerwähnte Problem zu lösen, wird die Breite des Kühlelementes gemessen in Richtung der Strömung und Abführung des Kühlungsmediums durch das Kühlelement so verändert, daß sie von dem an das wärmeerzeugende Halb leiterbauelement angrenzenden Ende des Kühlelementes zu dem an die Kammer angrenzenden Ende abnimmt.

Vorzugsweise nimmt die Breite der Düse für die Beschic kung des Kühlelementes mit dem Kühlungsmedium gemessen in der zur Richtung der Strömung und der Abführung des Küh lungsmediums durch das Kühlelement senkrechten oder parallelen Richtung vom stromaufseitigen Ende zum stromabseitigen Ende der mit dem Kühlelement verbundenen Düse ab, um so eine konvergierende Düse zu bilden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein Compu ter geschaffen, der umfaßt: ein elektronisches Gerät, das versehen ist mit mehreren wärmeerzeugenden Halbleiterbau elementen, die an einer Platte montiert sind, mehreren Kühlelementen, die jeweils über eine wärmeleitende Ver bindung an den entsprechenden wärmeerzeugenden Halblei terbauelementen befestigt sind, wobei die Kühlelemente so angeordnet sind, daß sie die Richtungen der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums wie etwa Luft durch diese Kühlelementanordnung bestimmen, und einer Abfüh rungskammer für den Durchgang einer konfluenten Strömung des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammengesetzt ist, die von den Kühlele menten ausgegeben werden; eine Kühlungsmedium-Be schickungseinrichtung für die Zuführung des Kühlungsmedi ums an die Kühlelemente; eine Kammer zum Leiten des Küh lungsmediums von der Kühlungsmedium-Beschickungseinrich tung an die Kühlelemente; und ein Gehäuse, das das elek tronische Gerät und die Kühlungsmedium-Beschickungsein richtung aufnimmt. In dem erfindungsgemäßen Computer ist das elektronische Gerät in einem oberen Teil des Gehäuses Seite an Seite neben der Kammer angeordnet, während die Kühlungsmedium-Beschickungseinrichtung unterhalb der Kam mer angeordnet ist, wobei die Abführungskammer an der Oberseite des elektronischen Gerätes und der Düsen, durch die das Kühlungsmedium den Kühlelementen zugeführt wird, vorgesehen ist, und wobei das Gehäuse mit einem Kühlungs mediumauslaß versehen ist, der in seiner oberen Wand aus gebildet ist.

Gemäß der Erfindung wird ferner ein Kühlelement geschaf fen, das eine Grundplatte und mehrere Kühlrippen auf weist, die an der Grundplatte so vorgesehen sind, daß sie im wesentlichen senkrecht zur Grundplatte vorstehen und daß durch sie die Richtung der Strömung und der Abführung eines Kühlungsmediums durch das Kühlelement bestimmt wird. Die Verbesserung umfaßt hierbei die Tatsache, daß die Kühlrippen gemessen in der zur Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums senkrechten Rich tung an beiden Seitenenden der Grundplatte kleiner als im Mittelpunkt der Grundplatte sind.

Erfindungsgemäß wird außerdem ein elektronisches Gerät geschaffen, das umfaßt: mehrere wärmeerzeugende Halblei terbauelemente, die an einer Platte montiert sind; mehre re Kühlelemente, die jeweils über eine wärmeleitende Beziehung an entsprechenden wärmeerzeugenden Halbleiter bauelementen befestigt sind, wobei die Kühlelemente so angeordnet sind, daß sie die Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums wie etwa Luft durch diese Kühlelementanordnung hindurch bestimmen, und eine Abführungskammer für den Durchgang einer konfluenten Strömung des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammengesetzt ist, die von den Kühlelementen ausgegeben werden. Hierbei sind die Kühlelemente so angeordnet und beschaffen, daß die Rich tungen der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch die Kühlelemente im wesentlichen übereinstimmen. Ferner umfaßt hierbei das elektronische Gerät eine Trenn wand, die die mehreren Kühlelemente und die Düsen umgibt, die mit den den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen entgegengesetzten Endflächen der Kühlelemente in Kontakt sind, um das Kühlungsmedium an die Kühlelemente zu lei ten, wobei die Düsen einteilig mit der Trennwand ausge bildet sind.

Somit sind in dem erfindungsgemäßen elektronischen Gerät die Kühlelemente an entsprechenden wärmeerzeugenden Halb leiterbauelementen befestigt, wobei die Düsen in Kontakt mit diesen Kühlelementen vorgesehen sind. Um die Düsen sind eine Abführungskammer oder Abführungsräume gebildet, um Durchlässe für das erwärmte Kühlungsmedium zu schaf fen. Selbst wenn daher die wärmeerzeugenden Halbleiter bauelemente in einer Ebene mit einer so hohen Dichte angeordnet sind, daß es unmöglich ist, zwischen benach barten wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen oder zwi schen benachbarten Kühlelementen große Abführungsräume zu finden, ist es erfindungsgemäß möglich, einen ausreichend großen Luftabführungskanal zu bilden, indem der Raum genutzt wird, der den Oberseiten der Kühlelemente zuge wandt ist, die den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemen ten entgegengesetzt sind und sich entlang den Düsenwand flächen in einer zur Strömungs- und Abführungsrichtung des Kühlungsmediums durch die Kühlelemente im wesentli chen senkrechten Richtung erstrecken. Folglich strömt der Hauptteil der konfluenten Strömung des erwärmten Küh lungsmediums längs dieses großen Abführungskanals. Im Er gebnis wird die Strömungsgeschwindigkeit des ab zuführen den Kühlungsmediums abgesenkt, was wiederum den Strö mungswiderstand, auf den die Strömung des abzuführenden Kühlungsmediums trifft, reduziert, so daß eine verbes serte Kühlungsleistung der Kühlelemente und ein verrin gerter Geräuschpegel erhalten werden. Die Reduzierung des Strömungswiderstandes ermöglicht es außerdem, das Küh lungsmedium mit einer ausreichend hohen Rate selbst an diejenigen Kühlelemente zu leiten, die das Kühlungsmedium aufgrund der vom demselben zurückzulegenden großen Strecke zum Abführungsauslaß wahrscheinlich mit kleineren Raten empfangen. Folglich ist es möglich, eine gleichmä ßige Strömungsratenverteilung und somit eine gleichmäßige Temperaturverteilung über sämtlichen im elektronischen Gerät enthaltenen wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen zu verwirklichen. Da ferner die Strömung des Kühlungsme diums während der Zufuhr, der Kühlung und der Abführung wiederholt um ungefähr 90° oder um ungefähr 180° abge lenkt wird, können die im Gebläse, in den Kühlelementen und in anderen Bereichen des Strömungsweges erzeugten Geräusche wirksam absorbiert werden, wenn die Luft längs des Weges strömt, so daß das elektronische Gerät mit ver ringertem Geräuschpegel arbeiten kann.

Es ist ferner hervorzuheben, daß, da der Hauptteil der konfluenten Strömung des erwärmten Kühlungsmediums längs des Raums strömt, der den oberen Endflächen der Kühlele mente zugewandt ist und sich längs den Düsenwandflächen erstreckt, nur ein kleiner Anteil des so erwärmten Küh lungsmediums mit den Kühlelementen und den wärmeerzeugen den Halbleiterbauelementen, die sich im stromabseitigen Bereich bei Betrachtung in Richtung der Strömung des abzuführenden Kühlungsmediums befinden, in Kontakt gelan gen kann. Folglich kann die Verringerung der Kühlungslei stung solcher stromabseitiger Kühlelemente, die andern falls aufgrund des Kontakts mit dem erwärmten Kühlungsme diums auftreten würde, vorteilhaft vermieden werden.

Wenn ferner die Düsen so angeordnet sind, daß der Abstand zwischen benachbarten Düsen in Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch die Kühlelemente größer als in der hierzu senkrechten Richtung ist, wird der Hauptteil der konfluenten Strömung in dem Raum zwischen benachbarten Düsen gebildet, die in Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch die Kühlelemente einander zugewandt sind, während in dem Raum zwischen benachbarten Düsen, die in der zur Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums in den Kühlelementen senkrechten Richtung einander zugewandt sind, ein kleinerer Teil der konfluenten Strömung gebil det wird.

Die Trennwand, die die wärmeerzeugenden Halbleiterbauele mente umgibt, leitet das erwärmte Kühlungsmedium effi zient von den Kühlelementen an einen Abführungsauslaß, der im Gehäuse des elektronischen Gerätes ausgebildet ist. Die Trennwand dient außerdem dazu, ein Eindringen des erwärmten Kühlungsmediums nach dem Wärmeaustausch in andere keine Kühlung erfordernde Bereiche des Gerätes zu verhindern, so daß der unerwünschte Effekt beseitigt wird, der andernfalls bei in diesen Bereichen enthaltenen elektronischen Komponenten hervorgerufen würde.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Abstand zwischen benachbarten Kühlelementen gemessen in Richtung der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch die Kühlelemente so festgelegt, daß er größer als der Abstand zwischen benachbarten wärmeerzeugenden Halblei terbauelementen gemessen in derselben Richtung ist. Folg lich ist der Abstand zwischen gegenüberliegenden Endflä chen benachbarter Kühlelemente erhöht, so daß der Strö mungswiderstand gegenüber dem Kühlungsmedium reduziert ist, das um 180° abgelenkt wird und in den den oberen Endflächen der Kühlelemente und den Düsenwandflächen zugewandten Abführungsraum eintritt, nachdem das Küh lungsmedium von den Kühlelementen abgeführt worden ist. Der Strömungswiderstand gegenüber dem um 1800 abgelenkten Kühlungsmedium wird weiter abgesenkt, wenn sich die Höhe der Kühlrippen des Kühlelementes so ändert, daß sie im mittleren Bereich am höchsten ist und zu den beiden seit lichen Enden abfällt, weil eine solche Höhenänderung der Kühlrippen den Abstand zwischen den Endflächen benachbar ter Kühlelemente nach oben zu dem obenerwähnten Abfüh rungskanal erhöht.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung ist die Position der Düse in bezug auf das zugehö rige wärmeerzeugende Halbleiterbauelement so festgelegt, daß die Düse vom Mittelpunkt des wärmeerzeugenden Halb leiterbauelementes zum Mittelpunkt des elektronischen Gerätes versetzt ist, wobei sich der Betrag des Versatzes entsprechend der Position des Halbleiterbauelementes ändert, derart, daß der Betrag des Versatzes bei denjeni gen Halbleiterbauelementen am größten ist, die sich in den am weitesten außen liegenden Bereichen des elektroni schen Gerätes befinden, und zum Mittelpunkt des elektro nischen Gerätes abnimmt. Folglich wird die Beschickungs rate des Kühlungsmediums für die Kühlelemente in den am weitesten außen liegenden Bereichen absichtlich redu ziert, weil diese Kühlelemente andernfalls aufgrund des geringeren Strömungswiderstandes als bei anderen Kühlele menten das Kühlungsmedium mit einer höheren Rate empfan gen würden, so daß eine gleichmäßige Strömungsratenver teilung des Kühlungsmediums erhalten wird.

Die konvergierende Form der Düse reduziert den Strömungs widerstand gegenüber dem von der Kammer in die Düse ein tretenden Kühlungsmedium, wodurch eine gleichmäßige Strö mung des Kühlungsmediums in die Düse sichergestellt ist.

In dem Computer gemäß der vorliegenden Erfindung ist das elektronische Gerät in einem oberen Bereich des Gehäuses Seite an Seite neben der Kammer montiert, während die Kühlungsmedium-Beschickungseinrichtung unter der Kammer angeordnet ist. An der Oberseite des elektronischen Gerä tes und der Düsen ist eine Abführungskammer gebildet, wo bei in der oberen Wand des Gehäuses eine Abführungsöff nung ausgebildet ist. Folglich wird das Kühlungsmedium wie etwa Luft mit einer vergleichsweise niedrigen Tempe ratur von einem unteren Bereich in der Nähe des Bodens eines Raums angesaugt und strömt naturgemäß nach oben, wenn es allmählich erwärmt wird und folglich seine Dichte abnimmt, wodurch eine hohe Kühlungswirkung erzielt wird und die Einleitung des erwärmten Kühlungsmediums in Bereiche, die keine wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemen te enthalten, vermieden wild.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ändert sich die Höhe der Kühlrippen der Kühlelemente so, daß sie vom mittleren Bereich zu den beiden seitlichen Endberei chen des Kühlelementes abnimmt, so daß der Strömungswi derstand, auf den das im Kühlelement strömende Kühlungs medium trifft, entsprechend reduziert wird, was zu einer Verbesserung der Wärmeabstrahlungswirkung beiträgt.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung sind die Düsen mit der Trennwand einteilig ausgebil det, so daß die Düsen in bezug auf die wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemente einfach und genau positioniert wer den können, wodurch es möglich ist, die erforderlichen Abführungsräume beizubehalten. Gleichzeitig werden der Schutz und die Wartung des elektronischen Gerätes erleichtert.

Im Hinblick auf die eingangs beschriebenen technischen Probleme schafft die vorliegende Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt eine Kühlungseinrichtung zum Kühlen von wärmeerzeugenden Einheiten wie etwa Halbleiter-LSI-Schal tungen mit einem hohen Grad von Gleichmäßigkeit bei der Temperaturverteilung und mit einer hohen Kühlungswirkung. Insbesondere ist der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung auf eine Kühlungseinrichtung gerichtet, die in einem Computer verwendet werden kann, in dem viele LSI- Chips, wovon jeder viel Wärme erzeugt, in einem Multi chip-Modul dicht montiert sind, um die derzeitige Forde rung nach einer höheren Verarbeitungsgeschwindigkeit des Computers zu erfüllen. In diesem Zusammenhang zielt die vorliegende Erfindung darauf, diese LSI-Chips mit einem Kühlungsfluid wie etwa Luft gleichmäßig zu kühlen.

Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Klemmeinrichtung zu schaffen, mit der ein hochlei stungsfähiges Kühlelement an einer wärmeerzeugenden Ein heit wie etwa einem Multichip-Modul sicher befestigt wer den kann und dabei ein Verlust des Kühlungsfluids vom Kühlelement reduziert wird.

Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Düsenverbindungsstruktur zu schaffen, mit der die Zufuhr eines Kühlungsfluids an ein Kühlelement möglich ist, ohne die Anschlüsse der elektrischen Schaltungen mit der wärmeerzeugenden Einheit wie etwa einem Multichip-Mo dul zu belasten, und dabei den Verlust des Kühlungsfluids zu reduzieren.

Diese Aufgaben werden gemäß dem zweiten Aspekt der vor liegenden Erfindung durch eine Kühlungseinrichtung gelöst, die ein einer wärmeerzeugenden Einheit zugehöri ges Kühlelement verwendet, das in seinem mittleren Bereich mit einem Schlitz versehen ist, der sich vom obe ren Ende zum unteren Ende oder in die Nähe des unteren Endes des Kühlelementes erstreckt, so daß das von der Oberseite des Kühlelementes zugeführte Kühlungsfluid direkt die Oberseite des Mittelpunkts der wärmeerzeugen den Einheit erreichen kann, ohne verlangsamt zu werden und einen nennenswerten Temperaturanstieg zu erfahren.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist im Kühlelement eine Strömungsführung vorgesehen, die das von der Ober seite des Kühlelementes zugeführte Kühlungsfluid zum mit tigen Bereich des Kühlelementes genau leitet.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung umfaßt eine Klemmeinrichtung eine durch Kraft ein stellbare Blattfeder, die von dem im Kühlelement ausge bildeten Schlitz aufgenommen ist, sowie ein L-förmiges Klemmelement, das mit der Blattfeder kombiniert ist, wo bei das L-förmige Klemmelement an beiden Seitenflächen des Kühlelementes befestigt ist und dabei an der Boden fläche der wärmeerzeugenden Einheit wie etwa eines Multi chip-Moduls unterstützt ist. Bei Verwendung dieser Klemm einrichtung ist es möglich, ein hochleistungsfähiges Kühlelement an einer wärmeerzeugenden Einheit wie etwa einem Multichip-Modul mit einem hohen Grad an Zuverläs sigkeit anzubringen und dabei Anbringungsraum zu sparen. Außerdem verhindert das L-förmige Klemmelement wirksam, daß das Kühlungsfluid aus dem Schlitz im Kühlelement aus strömt.

Die Kühlungseinrichtung der vorliegenden Erfindung kann außerdem so beschaffen sein, daß das Kühlelement und die Düse für die Zuführung von Kühlungsfluid zum Kühlelement nicht einteilig miteinander verbunden sind, sondern daß die Düse in eine im oberen Ende des Kühlelementes ausge bildete Düseneinschuböffnung unter Einfügung eines wei chen Dämpfungselementes eingeschoben ist, wobei die Düse mit dem Kühlelement ohne mechanische Belastung des elek trischen Anschlusses mit der wärmeerzeugenden Einheit wie etwa einem Multichip-Modul verbunden ist und wobei der Verlust des Kühlungsfluids zum Verschwinden gebracht wird.

Somit ist gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung im mittigen Bereich eines eine wärmeerzeugende Einheit kühlenden Kühlelementes ein vertikaler Schlitz ausgebildet, der sich vom oberen Ende zum unteren Ende oder in die Nähe des unteren Endes der Kühlrippen des Kühlelementes erstreckt. Wenn das Kühlungsfluid in das Kühlelement von dessen Oberseite eingeleitet wird, trifft derjenige Anteil des Kühlungsfluids, der in den Schlitz eintritt, auf einen kleineren Widerstand als der verblei bende Anteil des Kühlungsfluids, der sich durch die Spal ten zwischen den Kühlrippen bewegt. Folglich kann der in den Schlitz eintretende Anteil des Kühlungsfluids den Kühlrippen-Bodenbereich auf dem mittleren Abschnitt der wärmeerzeugenden Einheit direkt und ohne wesentliche Ver ringerung seiner Geschwindigkeit erreichen. Außerdem zeigt dieser Anteil des Kühlungsfluids einen wesentlichen Temperaturanstieg, weil er sich nicht durch die Räume zwischen den Kühlrippen bewegt. Somit kann der Kühlrip pen-Bodenbereich im Mittelabschnitt der wärmeerzeugenden Einheit das Kühlungsfluid von niedriger Temperatur empfangen. Es ist daher möglich, die Kühlungswirkung im Bereich in der Nähe der Mitte der wärmeerzeugenden Ein heit lokal zu erhöhen. Somit ist es auch möglich, eine gleichmäßige Temperaturverteilung über der gesamten wär meerzeugenden Einheit wie etwa einen LSI-Modul zu erhal ten und dabei die wärmeerzeugende Einheit wirksam zu küh len. Somit macht es die vorliegende Erfindung möglich, unter Verwendung eines Kühlungsfluids wie etwa Luft, die einfacher verfügbar ist als etwa Wasser oder ein anderes spezielles Kühlungsmedium, viele LSI-Chips in einem Mul tichip-Modul gleichmäßig zu kühlen, wobei in dem Multi chip-Modul viele LSI-Schaltungen, die jeweils eine große Wärmemenge erzeugen, mit hoher Dichte angeordnet sind, so daß erfindungsgemäß die derzeitige Forderung einer hohen Verarbeitungsgeschwindkeit eines Computers erfüllt werden kann.

Gemäß der Erfindung kann die Kühleinrichtung wenigstens einen Satz von im Kühlelement vorgesehenen Strömungsfüh rungselementen verwenden, so daß das von der Oberseite des Kühlelementes zugeführte Kühlungsmedium genau und konzentrisch an die Kühlrippen-Fußbereiche im mittleren Abschnitt der wärmeerzeugenden Einheit geführt wird, wo die erzeugte Wärme und folglich die Kühlungsanforderung am größten sind. Es ist daher möglich, die Kühlrippen- Fußbereiche in einem solchen mittigen Abschnitt der wär meerzeugenden Einheit konzentrisch zu kühlen. Durch eine geeignete Bestimmung der Positionen der Strömungsfüh rungselemente gemäß der Wärmeerzeugungsratenverteilung über der wärmeerzeugenden Einheit können ein größerer Grad von Gleichmäßigkeit der Temperaturverteilung und daher eine höhere Kühlungswirkung erhalten werden.

Ferner ist gemäß der vorliegenden Erfindung das hochlei stungsfähige Kühlelement mit Schlitz an der wärmeerzeu genden Einheit wie etwa einem Multichip-Modul sicher befestigt, ohne die Kühlungsleistung des Kühlelementes negativ zu beeinflussen. Diese Befestigung wird durch eine Klemmeinrichtung bewerkstelligt, die aus einer vom Schlitz aufgenommen Blattfeder sowie aus einem L-förmigen Klemmelement zusammengesetzt ist, das an der Bodenfläche der wärmeerzeugenden Einheit unterstützt ist. Das L-för mige Klemmelement bietet einen wirksamen Schutz davor, daß das Kühlungsmedium in die Umgebung des Schlitzes ver teilt wird, so daß jegliche Verringerung der Kühlungslei stung vermieden wird.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Neben- und Unteransprüchen angegeben, die sich auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Aus führungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläu tert; es zeigen:

Fig. 1 eine horizontale Schnittansicht einer Ausfüh rungsform eines elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Frontaufriß der Ausführungsform von Fig. 1;

Fig. 3 einen Seitenaufriß eines Teils der Ausfüh rungsform von Fig. 1;

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, wobei insbesondere ein Kühlelement in größerem Maßstab gezeigt ist;

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Ebene, die zu der Ebene von Fig. 4 senkrecht ist;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines in der Ausführungsform von Fig. 1 eingebauten Kühl elementes;

Fig. 7 eine diagrammartige Darstellung der optimalen Breite einer in der Ausführungsform von Fig. 1 eingebauten Düse;

Fig. 8 einen Frontaufriß einer weiteren Ausführungs form des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 einen Seitenaufriß der Ausführungsform von Fig. 8;

Fig. 10 einen Frontaufriß einer weiteren Ausführungs form des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 eine horizontale Schnittansicht der Ausfüh rungsform von Fig. 10;

Fig. 12 einen Seitenaufriß der Ausführungsform von Fig. 10;

Fig. 13 eine Darstellung einer abgewandelten Ausfüh rungsform, in der ein Kühlelement mit anderer Form in größerem Maßstab gezeigt ist;

Fig. 14 eine horizontale Schnittansicht einer anderen Ausführungsform des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung;

Fig. 15 eine Darstellung einer anderen Ausführungs form des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, die eine unterschiedliche Kammer-Düsen-Struktur besitzt;

Fig. 16 eine horizontale Schnittansicht einer anderen Ausführungsform des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung;

Fig. 17 einen Frontaufriß der Ausführungsform von Fig. 16;

Fig. 18 einen Frontaufriß einer anderen Ausführungs form des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung;

Fig. 19 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, in der insbesondere eine andere Form des Kühlelementes dargestellt ist;

Fig. 20 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, in der insbesondere das Konstruk tionsverfahren eines Düsenkanalsystems und einer Kammer gezeigt sind;

Fig. 21 eine Darstellung eines Düsenkanalsystems bei Betrachtung aus drei zueinander senkrechten Richtungen;

Fig. 22 eine teilweise im Schnitt dargestellte per spektivische Ansicht einer Ausführungsform der Kühleinrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung;

Fig. 23 eine Schnittansicht der in Fig. 22 gezeigten Ausführungsform, die einen kritischen Teil der Ausführungsform veranschaulicht;

Fig. 24 eine Schnittansicht einer abgewandelten Aus führungsform, die einen kritischen Teil der selben zeigt;

Fig. 25 eine Schnittansicht einer weiteren abgewan delten Ausführungsform, die einen kritischen Teil derselben zeigt;

Fig. 26 eine Schnittansicht einer weiteren abgewan delten Ausführungsform, die einen kritischen Teil derselben zeigt;

Fig. 27 eine Schnittansicht einer weiteren Ausfüh rungsform der Kühleinrichtung gemäß dem zwei ten Aspekt der vorliegenden Erfindung, in der insbesondere ein kritischer Teil derselben gezeigt ist;

Fig. 28 eine Schnittansicht einer Abwandlung der Aus führungsform von Fig. 27;

Fig. 29 eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform der Kühleinrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung;

Fig. 30 einen Seitenausriß der Ausführungsform von Fig. 29;

Fig. 31 die bereits erwähnte horizontale Schnittan sicht eines herkömmlichen elektronischen Gerätes;

Fig. 32 den bereits erwähnten Frontaufriß eines kri tischen Teils des herkömmlichen elektroni schen Geräts von Fig. 31;

Fig. 33A, B die bereits erwähnte perspektivische Ansicht und die bereits erwähnte Schnittansicht eines kritischen Teils einer bekannten Kühleinrich tung; und

Fig. 34A, B die bereits erwähnte perspektivische Ansicht bzw. die bereits erwähnte Schnittansicht eines kritischen Teils einer weiteren bekann ten Kühleinrichtung.

Zunächst wird mit Bezug auf die Fig. 1 bis 7 eine erste Ausführungsform des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Fig. 1 ist eine horizontale Schnittansicht der ersten Ausführungsform des elektronischen Gerätes. Eine Platte 20 wie etwa eine gedruckte Leiterplatte oder eine Kera mikplatte trägt mehrere wärmeerzeugende Halbleiterbauele mente 21, typischerweise elektronische Schaltungsmodule mit einer oder mehreren LSI-Schaltungen, die dicht, d. h. in großer Nähe nebeneinander angeordnet sind. Jedes Halb leiterbauelement 21 ist an seiner Oberseite mit Kühlele menten 22 versehen, die Wärme vom Halbleiterbauelement 21 effektiv an die Kühlungsluft übertragen. Das Kühlelement 22 enthält beispielsweise mehrere flächige Kühlrippen, die nebeneinander angeordnet sind, wobei die zwischen benachbarten Kühlrippen definierten Räume die Richtungen der Strömung und der Abführung der Kühlungsluft bestim men. Vorzugsweise ist das Kühlelement aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie etwa Kupfer, Aluminium oder wärmeleitenden Keramiken hergestellt.

Das Kühlelement ist mit dem zugehörigen Halbleiterbauele ment über eine wärmeleitende Verbindung, beispielsweise mittels eines wärmeleitenden Fettes, einer wärmeleitenden Folie oder eines wärmeleitenden Klebstoffs, verbunden. Eine Düse 23 ist mit derjenigen Seite eines jeden Kühl elementes 22 dicht verbunden, die der Leiterplatte entge gengesetzt ist, d. h. mit der oberen Fläche des Kühlele mentes 22 bei Betrachtung in Fig. 1, so daß Kühlungsluft in das Kühlelement 22 ohne jeglichen Verlust zugeführt werden kann. Somit besitzt das elektronische Gerät meh rere solche Düsen 23, die mit einer gemeinsamen Kammer 24 in Verbindung stehen, die die Luft von einer Luftbe schickungseinrichtung wie etwa einem (nicht gezeigten) Gebläse an diese Düsen 23 verteilt. Die Kühlungsluft 25 wird vom Gebläse in die Kammer 24 in der Richtung zuge führt, die durch die Markierung ⊗ bezeichnet ist, d. h., daß die Luft in der zur Zeichenebene in Fig. 1 senkrech ten Richtung in diese Ebene hineinströmt. Die Luftströ mung 25 wird anschließend in Anteile 26 unterteilt, die den jeweiligen Düsen 23 und dann den Kühlelementen 22 zugeführt werden, so daß sie durch diese hindurch strö men, wie durch die Pfeile 27 angedeutet ist. Die auf diese Weise in das Kühlelement 22 eingeleitete Kühlungs luft trifft auf die wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemen te auf und wird seitwärts in die Abführungsräume 36 bei derseits des Halbleiterbauelementes 21 abgelenkt. Die Luft nach der Kühlung, die von den Kühlelementen abge führt wird, wird nacheinander vermischt und bildet eine Abführungsluftströmung 28, die zum Auslaß gerichtet ist.

Fig. 2 ist ein Frontaufriß der Ausführungsform von Fig. 1. Die wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemente 21 und folglich die Kühlelemente 22 sind in Form einer Matrix aus Zeilen und Spalten dicht, d. h. in großer gegenseiti ger Nähe angeordnet. Die Strömung 27 der durch die Düse 23 zugeführten Kühlungsluft wird auf den mittigen Bereich des Kühlelementes 22 gerichtet und nach dem Auftreffen auf der Bodenplatte des Kühlelementes 22 in den Fig. 1 und 2 nach links und rechts abgelenkt, um aus dem Kühl element 22 abgeführt zu werden. Die Kühlelemente 22 sind so angeordnet, daß die Richtungen der Luftströmung 27 in diesen Kühlelementen 22 zueinander parallel sind.

In der gezeigten Ausführungsform wird die Strömung der Kühlungsluft in jedem Kühlelement durch die flächigen Kühlrippen bestimmt. Daher sind die Kühlelemente in den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen so angeordnet, daß ihre Kühlrippen zueinander parallel verlaufen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Breite der Düse in y- Richtung, die senkrecht zur Luftströmung 27 im Kühlele ment 22 ist, größer als die Breite des Kühlelementes 22, während die Düsenbreite in x-Richtung, die parallel zu der Luftströmung 27 im Kühlelement 22 ist, kleiner als die Breite des Kühlelementes 22 ist. Die Anteile der aus den Kühlelementen austretenden Luft vereinigen sich nach einander zu einer konfluenten Strömung 28 einer Abfüh rungsluft, die anschließend durch den Abführungsraum 36 in die äußere Umgebung des Gehäuses abgeführt wird, wie durch das Bezugszeichen 30 angedeutet ist. Die Richtung der konfluenten Strömung 28 der Abführungsluft ist zur x- Richtung im wesentlichen senkrecht, in der die Kühlungs luft 27 während ihrer Abführung aus dem Kühlelement 22 strömt.

In der gezeigten Ausführungsform enthält eine Gruppe von wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen 21 zwanzig Halb leiterbauelemente, die in fünf Spalten mit jeweils vier solchen Bauelementen angeordnet sind. Diese Gruppe von wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen 21 ist von Trenn wänden 29 umgeben, die die Luft von den Kühlelementen 22 zu dem Abführungsauslaß führen, der mit dem Gehäuse des elektronischen Gerätes verbunden ist. Die Trennwände 29 dienen außerdem dazu, andere Komponenten des elektroni schen Gerätes gegenüber der warmen oder erwärmten Luft, die von den Kühlelementen 22 abgeführt wird, zu isolie ren. Wenn die Wärmungserzeugungsrate eines jeden wärmeer zeugenden Halbleiterbauelementes groß ist, besitzt die vom Kühlelement abgeführte Luft naturgemäß eine höhere Temperatur. Außerdem ist auch die Strömungsgeschwindig keit größer, weil die Luft an das wärmeerzeugende Halb leiterbauelement mit einer höheren Rate geliefert wird, um die Wärme entsprechend der größeren Wärmeerzeugungsra te abzuführen. Daher erhöht jeder Verlust der erwärmten Kühlungsluft in andere Bereiche des elektronischen Gerä tes unerwünscht die Temperaturen der anderen elektroni schen Komponenten, wodurch die Zuverlässigkeit des gesam ten Gerätes negativ beeinflußt wird. Somit bilden die Trennwände 29 eine wirksame Maßnahme für die Verbesserung der Zuverlässigkeit. Die Trennwände dienen außerdem dazu, daß verhindert wird, daß zu den anderen Komponenten des elektronischen Geräts Staub geblasen wird.

Fig. 3 ist ein Seitenaufriß der Ausführungsform von Fig. 1 bei Betrachtung von rechts.

Die gemeinsame Kammer 24 überdeckt die Düsen 23, durch die die Kühlungsluft an die jeweiligen Kühlelemente 22 zugeführt wird. Ein Gebläsekasten 31, der ein Gebläse 32 enthält, ist mit der Kammer 24 verbunden. Wie durch den Pfeil 33 angedeutet, wird Luft durch das Gebläse 32 durch einen Luftfilter 34 angesaugt, durch das Gebläse mit Druck beaufschlagt und durch eine Strömungsausrichtplatte 35, die dazu dient, eine gleichmäßige Strömungsgeschwin digkeitsverteilung im Querschnitt des zur Kammer 24 füh renden Luftkanalsystems zu schaffen, in die Kammer 24 geleitet. Die in die Kammer 24 eingeleitete Luft wird dann in Anteile 37 abgelenkt, die in die jeweiligen Düsen 23 eingeleitet werden und dadurch die Kühlelemente 22 kühlen. Die in die Kühlelemente 22 eingeleitete Luft wird abgelenkt und strömt dann in die Abführungsräume, die zwischen benachbarten Düsen definiert sind, um sich mit den Anteilen der Luft von den stromaufseitigen und stromabseitigen Kühlelementen 22 zu vereinigen und eine konfluente Strömung 28 zu bilden, die anschließend aus dem elektronischen Gerät abgeführt wird, wie durch den Pfeil 30 angedeutet ist.

Somit vereinigen sich in der gezeigten Ausführungsform die von einer Mehrzahl von Kühlelementen abgeführten Anteile der Kühlungsluft und bilden eine konfluente Strö mung 28, deren Hauptteil längs einer Endfläche des Kühl elementes 22 strömt, die sich senkrecht (in y-Richtung) zur Düse 23, d. h. zu den oberen Endflächen der Kühlrippen und längs den die Düsen definierenden Wänden erstreckt. Das bedeutet, daß die den Hauptteil der konfluenten Strö mung 28 bildende Luft längs der zwischen benachbarten Düsen 23 definierten Abführungsräume 36 strömt und durch diese abgeführt wird. Folglich können die wärmeerzeugen den Halbleiterbauelemente in einer Ebene auf der Platte mit sehr hoher Dichte angeordnet werden. Eine solche dichte Anordnung der wärmeerzeugenden Halbleiterbauele mente erschwert die Beibehaltung von großen Räumen zwi schen benachbarten wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemen ten oder Kühlelementen, die der Abführung der Kühlungs luft nach der Kühlung dienen. In der gezeigten Ausfüh rungsform ist es jedoch möglich, die Abführungsräume 36 von ausreichender Größe beizubehalten, so daß die Küh lungsluft gleichmäßig zwischen den benachbarten Düsen 23 geleitet und abgeführt werden kann.

Somit wird in der gezeigten Ausführungsform der Hauptteil der die konfluente Strömung 28 bildenden Strömung durch den Abführungsraum 36 mit großem Querschnitt abgeführt, so daß die Strömungsgeschwindigkeit der konfluenten Strö mung 28 entsprechend abnimmt. Folglich wird der Strö mungswiderstand der abzuführenden Luft reduziert, was eine Verbesserung hinsichtlich der Kühlungsleistung des Kühlelementes und eine Reduzierung des Geräuschpegels ermöglicht. In der herkömmlichen Kühlungsanordnung ist die Zufuhr der Kühlungsluft an die vom Abführungsauslaß entfernten Kühlelemente wegen des großen Abstandes zwi schen den Kühlelementen und dem Auslaß oftmals unzurei chend. In der erläuterten Ausführungsform ist dieses Pro blem jedoch ebenfalls beseitigt, weil die Kühlungsluft kraft des reduzierten Strömungswiderstandes, auf den die abzuführende Luftströmung auftrifft, an die vom Abfüh rungsauslaß entfernten Kühlelemente gut verteilt werden kann. Folglich werden über sämtlichen wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen des elektronischen Geräts eine gleichmäßigere Verteilung der Kühlungsluft-Strömungsrate und im Ergebnis eine gleichmäßigere Temperaturverteilung erzielt.

Die Erzeugung von Wärme findet auch dann statt, wenn jedes wärmeerzeugende Halbleiterbauelement 21 viel Wärme erzeugt, selbst wenn die Montagedichte der wärmeerzeugen den Halbleiterbauelemente nicht so groß ist. In der gezeigten Ausführungsform wird diese Entwicklung jedoch in hohem Maß unterdrückt, weil sowohl die zwischen benachbarten Kühlelementen gebildeten Räume als auch die durch die oberen Endflächen der Kühlelemente und der Düsenwände gebildeten Abführungsräume 36 als Durchlaß für die Abführung der erwärmten Kühlungsluft zur Verfügung stehen. Folglich ist der Widerstand, auf den die Strömung der abzuführenden Luft auftrifft, reduziert, so daß die Strömungsrate der Kühlungsluft erhöht werden kann und eine verbesserte Kühlungsleistung der Kühlelemente sowie eine Reduzierung des Geräuschpegels erzielt werden.

Da ferner die den Hauptteil der konfluenten Strömung 28 bildende Luft längs der Abführungsräume 36 strömt, die zwischen benachbarten Düsen gebildet sind, kann nur ein kleiner Teil der erwärmten Luft von den stromaufseitigen Halbleiterbauelementen auf die stromabseitigen Halblei terbauelemente bei Betrachtung in Strömungsrichtung der abzuführenden Luft auftreffen, so daß jegliche Verringe rung der Kühlungswirkung bei den stromabseitigen Halblei terbauelementen, die bisher durch den Kontakt der erwärm ten Luft mit den stromabseitigen Halbleiterbauelementen verursacht worden ist, ausreichend unterdrückt werden kann.

In Fig. 3 ist das elektronische Gerät so angeordnet, daß sich die Leiterplatte 20 im wesentlichen vertikal erstreckt und die Kühlungsluft dazu veranlaßt wird, von der Unterseite zur Oberseite zu strömen. Offensichtlich kann das elektronische Gerät jedoch auch so angeordnet sein, daß sich die Leiterplatte 20 horizontal erstreckt, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.

In der gezeigten Ausführungsform ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist, der Zwischenraum zwischen benachbarten Düsen 23 in x-Richtung, die mit der Richtung der Strömung und der Abführung der Kühlungsluft in den Kühlelementen 22 übereinstimmt, größer als in y-Richtung, die zur x-Rich tung senkrecht ist. Folglich strömt der Hauptteil der konfluenten Strömung 28 der Luft nach der Kühlung natur gemäß durch den zwischen den benachbarten Düsen 23 gebil deten Raum in x-Richtung und weniger durch den zwischen benachbarten Düsen 23 gebildeten Raum in y-Richtung. Daher ist die Richtung der konfluenten Strömung 28 der Kühlungsluft durch die Struktur der Kühlelemente oder durch die Konstruktion der Kanalsysteme und Düsen bestimmt, was den Entwurf der Kühlungsluft-Kanäle vor teilhaft erleichtert.

In der gezeigten Ausführungsform wird die vom Gebläse 32 zugeführte Kühlungsluft in der Kammer 24 um 90° abge lenkt, bevor sie in die Anteile 37 aufgeteilt wird, die in die jeweiligen Düsen 23 strömen. Ferner wird die Strö mung der Kühlungsluft in jedem der Kühlelemente um im wesentlichen 180° in den Abführungsraum 36 umgelenkt. Die Luftströmung wird anschließend im Abführungsraum 36 erneut um 90° abgelenkt, woraufhin sich die Anteile die ser Luftströmungen aus den jeweiligen Kühlelementen nach einander vereinigen und die konfluente Luftströmung 28 bilden. Somit wird die Strömung der Kühlungsluft wieder holt abgelenkt, so daß das Geräusch, das durch das Geblä se erzeugt wird, und das Geräusch, das durch die Strömung der Luft durch die Kühlelemente und durch die Räume erzeugt wird, im Abführungsraum absorbiert werden, ohne in die Umgebung des Gehäuses ausgegeben zu werden. Es ist somit möglich, ein elektronisches Gerät zu erhalten, das mit geringerem Geräuschpegel arbeitet.

Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht des elektronischen Gerätes, die insbesondere einen Bereich um das Kühlele ment 22 bei Betrachtung in y-Richtung zeigt, welche zur Richtung der Strömung und der Abführung der Luft im Kühl element senkrecht ist. Fig. 5 ist eine vergrößerte Ansicht des elektronischen Gerätes, die insbesondere einen Bereich um das Kühlelement bei Betrachtung in x- Richtung zeigt, die zur Richtung der Strömung und Abfüh rung der Luft durch das Kühlelement parallel ist.

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die zwei benach barte Kühlelemente 22 zeigt.

Die vorliegende Ausführungsform wird nun mit Bezug auf diese Figuren weiter beschrieben. Das Kühlelement 22 ent hält eine Grundplatte 40 und Kühlrippen 41, die mit der Grundplatte 40 in regelmäßigen Intervallen beispielsweise durch Löten, Hartlöten oder Verstemmen verbunden sind. Alternativ können die Kühlrippen 41 durch maschinelles Bearbeiten oder Extrudieren mit der Grundplatte 40 ein teilig ausgebildet sein.

Die Kühlungsluft 26 von der Düse tritt in die Räume zwi schen benachbarten Kühlrippen mit sehr hoher Geschwindig keit ein, um so die Strömung 27 zu bilden, die den Bereich in der Nähe der Grundplatte 40 erreicht. Dann tritt die Kühlungsluft in die zwischen benachbarten Kühl elementen definierten Räume ein. Die Anteile der Luft, die somit von den jeweiligen Kühlelementen einer Reihen anordnung ausgegeben werden, vereinigen sich nacheinander und bilden eine konfluente Luftströmung 43 durch die Abführungsräume 36, die zwischen benachbarten Düsen defi niert sind. Anschließend vereinigt sich die konfluente Strömung 43 mit der konfluenten Strömung 44 von den stromaufseitig angeordneten Kühlelementen und außerdem mit der konfluenten Strömung 44 von den stromabseitig angeordneten Kühlelementen der obenerwähnten Kühlelement- Reihenanordnung, um so in die äußere Umgebung des elek tronischen Gerätes abgeführt zu werden.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Breite der Düse 23 gemes sen in y-Richtung senkrecht zur Richtung der Strömung 27 der Luft im Kühlelement 22 so festgelegt, daß sie gleich oder größer als die Breite des Kühlelementes 22 gemessen in y-Richtung ist, weil andernfalls die Kühlrippen, die nicht von der Düse 23 bedeckt wären, keine Kühlungsluft empfangen könnten. Die Breite der Düse 23 gemessen in der zur Richtung der Luftströmung 27 im Kühlelement paralle len x-Richtung ist so festgelegt, daß sie kleiner als die Breite des Kühlelementes 22 gemessen in x-Richtung ist. Dieses Merkmal bietet die folgenden Vorteile: Erstens wird die Strömungsgeschwindigkeit der Luft in der Düse aufgrund der Verringerung der Querschnittsfläche der Düse erhöht, so daß die Luft den Bereich um die Kühlrippen- Grundplatten erreichen kann, wo der Temperaturunterschied zwischen der Kühlungsluft und den Kühlrippen groß ist, wodurch die Wärmeaustauschwirkung gesteigert wird. Außer dem bildet die Luft von der verengten Düse einen Strahl, der dynamisch in die Räume zwischen den Kühlrippen strömt, um so die Wärmeübertragungsrate an die Luft zu verbessern. Auf diese Weise wird die Kühlungsleistung des Kühlelementes 22 gesteigert. Zweitens wird der Abstand zwischen benachbarten Düsen 23 in x-Richtung kraft der reduzierten Breite der Düse 23 in x-Richtung erhöht, wo durch eine größere Breite des zwischen benachbarten Düsen 23 gebildeten Abführungsraums 36 geschaffen wird, was zur Reduzierung des Strömungswiderstandes beiträgt, auf den die Strömung der abzuführenden Kühlungsluft auftrifft.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist die Breite der Kühlrippen gemessen in x-Richtung kleiner als die Breite der Grund platte 40, so daß der Abstand zwischen den Abführungs- Endflächen 51 von benachbarten Kühlelementen 22 gemessen in der zur Richtung 27 der Strömung und der Abführung der Luft durch das Kühlelement 22 parallelen x-Richtung grö ßer ist als der Abstand zwischen den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen 21 in derselben Richtung. Diese Anordnung reduziert wirksam den Widerstand, auf den die Luft von der Abführungsendfläche 21 eines jeden Kühlele mentes 22 auftrifft, wenn sich die Luft mit der Luft ver einigt, die von der gegenüberliegenden Abführungsendflä che 51 des benachbarten Kühlelementes 22 abgeführt wird. Dadurch ist eine gleichmäßige Einleitung der Luft nach der Kühlung in den Abführungsraum 36 sichergestellt.

Wie bereits beschrieben worden ist, wird die Kühlungslei stung des Kühlelementes verbessert, wenn die Breite der Düse 23 gemessen in x-Richtung, die zur Richtung 27 der Strömung und der Abführung der Luft durch das Kühlelement 22 parallel ist, kleiner als die Breite des Kühlelementes festgelegt ist. Nun wird mit besonderer Bezugnahme auf Fig. 7 die Optimierung der Breite W der Düse in x-Rich tung im Verhältnis zur Breite L des Kühlelementes in x- Richtung beschrieben.

In Fig. 7 ist auf der Abszissenachse das Verhältnis W/L zwischen der Düsenbreite W (mm) und der Kühlelementbreite L (mm) gemessen in der zur Richtung der Strömung der Luft im Kühlelement parallelen x-Richtung angetragen, während auf der Ordinatenachse ein dimensionsloser Wert angetra gen ist, der durch Division des Wärmewiderstandes Rh (° C/W) des Kühlelementes durch den Rh-Wert erhalten wird, der sich seinerseits ergibt, wenn das obenerwähnte Ver hältnis W/L den Wert 1,0 besitzt (W/L = 1,0). Die in Fig. 7 gezeigten Daten wurden durch eine Messung bei konstan ter Luftbeschickungsleistung erhalten. Wie aus dieser Figur hervorgeht, ist der Wärmewiderstand minimal, wenn das Verhältnis W/L ungefähr 0,5 beträgt. Daraus wird ver ständlich, daß die Leistung des Kühlelementes maximal ist, wenn die Düsenbreite auf einen Wert gesetzt ist, der im wesentlichen gleich dem halben Wert der Breite des Kühlelementes gemessen in x-Richtung ist.

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 8 und 9 eine zweite Aus führungsform des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Fig. 8 ist ein Frontaufriß der zweiten Ausführungsform, während die Fig. 9 ein Seitenaufriß derselben ist.

Ein Rahmen trägt eine Grundplatte 20, eine Kammer 24, einen Gebläsekasten 31 und elektronische Teile 61, die von dem zu kühlenden elektronischen Gerät verschieden sind. Obwohl nicht gezeigt, sind am Rahmen 60 Außenplat ten angebracht, die ein Gehäuse bilden, so daß der Innen raum des Gehäuses gegenüber seiner äußeren Umgebung iso liert ist. Die Kühlungsluft wird von einem Bereich in der Nähe des Bodens eines Raums, wo die Lufttemperatur ver gleichsweise niedrig ist, eingeleitet. Wenn ein Unterbo den-Luftklimatisierungssystem verwendet wird, wird die klimatisierte Kühlungsluft vorzugsweise direkt aus dem Unterbodenraum eingeleitet. Somit wird die Luft vom Gebläse 32 in den Gebläsekasten 31 gesaugt und durch einen Filter 34 geschickt, um aus der Luft Staub zu ent fernen, der verschiedene Schwierigkeiten hervorrufen könnte, wenn er in das Gehäuse eingeleitet würde.

Die durch das Gebläse 32 mit Druck beaufschlagte Luft wird nach dem Durchgang durch eine Strömungsausrichtplatte 35, die eine gleichmäßige Strö mungsgeschwindigkeitsverteilung über dem gesamten Quer schnitt der Luftkanalsysteme erzeugt, in die Kammer 24 geleitet. Die gesamte Innenfläche der Kammer 24 ist mit einem schallabsorbierenden Material 62 ausgekleidet. Dann wird die Kühlungsluft von der Düse 23 in jedes Kühlele ment 22 eingeleitet, so daß im Kühlelement 22 ein Wärme austausch zwischen der Kühlungsluft und den Kühlrippen stattfinden kann. Die Luft nach dem Wärmeaustausch bildet wie in der ersten Ausführungsform die konfluente Strömung 28, die zur Decke abgeführt wird. Somit sind in der zwei ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Luft einlaß, das Gebläse, das Kühlelement und der Abführungs auslaß in einer Linie angeordnet, die eine Strömung der Luft vom unteren Ende zum oberen Ende bewirken, so daß die Luftströmung im Gehäuse des elektronischen Gerätes geglättet wird. Dadurch wird die Kühlleistung verbessert, weil der Strömungswiderstand im elektronischen Gerät ver ringert ist und weil Kühlungsluft von geringer Temperatur verwendet wird. Die geglättete Strömung der Kühlungsluft senkt auch den Pegel des im Gehäuse erzeugten Geräusches ab.

In den obenbeschriebenen ersten und zweiten Ausführungs formen sind die wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemente in Matrixform mit fünf Reihen in horizontaler Richtung und vier Reihen in vertikaler Richtung angeordnet. Offen sichtlich kann diese Anordnung so abgewandelt werden, daß die Matrix vier Reihen in horizontaler Richtung und fünf Reihen in vertikaler Richtung besitzt. Außerdem ist klar, daß jede Reihe der Matrixanordnung ein oder zwei wärmeer zeugende Halbleiterbauelemente weniger besitzen kann. Obwohl ferner die in den ersten und zweiten Ausführungs formen verwendeten Kühlelemente flächige Kühlrippen ver wenden, dient dies lediglich der Erläuterung, wobei die Erfindung unter Verwendung anderer geeigneter Typen von Kühlelementen verwirklicht werden kann, vorausgesetzt, daß das Kühlelement die Richtung der Strömung und der Abführung der Kühlungsluft bestimmen kann; so eignen sich beispielsweise Kühlelemente mit stiftähnlichen Wärmeab strahlungselementen.

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 10 bis 12 eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Konstruktion der dritten Ausführungsform ist ähnlich derjenigen der ersten Ausführungsform, die Positionen oder Richtungen der Düsen und Kühlelemente sind jedoch gegenüber der ersten Ausführungsform um 90° gedreht. Fig. 10 ist ein Frontaufriß, Fig. 11 ist eine horizontale Schnittansicht und Fig. 12 ist ein Seitenaufriß bei Betrachtung von rechts.

Mehrere wärmeerzeugende Halbleiterbauelemente 21 und folglich mehrere daran befestigte Kühlelemente 22 sind in einer matrixähnlichen Form in großer gegenseitiger Nähe wie in der ersten Ausführungsform so angeordnet, daß die Anteile der Luft von den jeweiligen Kühlelementen paral lel zueinander durch den Spalt zwischen benachbarten Kühlelementen 22 strömen. In diesem Fall sind jedoch die Düsen 23 so angeordnet, daß die konfluente Strömung 28 der von den Kühlelementen ausgegebenen Luft in horizonta ler Richtung orientiert ist, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Der Abführungsauslaß der Luft ist im oberen Bereich des jenigen Abschnittes vorgesehen, der durch die Trennwände 29 definiert ist. Jede konfluente Strömung 28 der Luft wird aus dem mittleren Bereich des Abführungsraums zwi schen den Düsen in horizontaler Richtung nach links und nach rechts in linke bzw. rechte Räume aufgeteilt, die zwischen den Trennwänden 29 und den an die Trennwände 29 angrenzenden Kühlelementen 22 definiert sind; anschlie ßend wird die konfluente Strömung 28 um 90° abgelenkt. Viele solcher konfluenter Strömungen 28 vereinigen sich nacheinander und bilden eine kombinierte Strömung 70, die zum Abführungsauslaß gerichtet wird.

Somit besitzt die dritte Ausführungsform das Merkmal, daß die konfluente Strömung 28 vom mittleren Bereich des Substrates horizontal nach links und nach rechts aufge teilt wird, was im Gegensatz zu den ersten und zweiten Ausführungsformen steht, in denen die konfluente Strömung < 42557 00070 552 001000280000000200012000285914244600040 0002004333373 00004 42438BOL<28 vertikal von der Unterseite zur Oberseite gerichtet ist. Trotz einer solchen Änderung der Konstruktion bietet die dritte Ausführungsform denselben Vorteil wie die erste Ausführungsform.

In Fig. 13 ist eine Abwandlung gezeigt, in der die Breite der Kühlrippen von den Basisseiten, die an das wärmeer zeugende Halbleiterbauelement 21 angrenzen, zum anderen Ende, an denen die Düsen 23 befestigt sind, abnimmt. Somit ist in dieser Ausführungsform die Breite der Kühl rippen an ihren Enden, die an die Düse angrenzen, gleich der Breite der Düse, während sie zur Grundplatte 40 geradlinig zunimmt. Folglich nimmt der Abstand zwischen den Abführungsendflächen 51 von benachbarten Kühlelemen ten von dem an die Grundplatte 40 angrenzenden Ende zu dem an die Düse angrenzenden Ende 23 zu, wodurch die Umlenkung der Luftströmung 27 um 180° vom Innenraum des Kühlelementes 22 in den Abführungsraum 36 sowie die Ver einigung mit der Luftströmung 27 vom angrenzenden Kühl element 22 gefördert werden, wodurch der Widerstand gegen über der Luftströmung von den beiden Kühlelementen in den gemeinsamen Abführungsraum 36 reduziert wird.

Außerdem ist die Querschnittsfläche des Raums, der zwi schen gegenüberliegenden Abführungsendflächen von benach barten Kühlelementen definiert ist, erhöht, so daß die konfluente Strömung 73, die in dem Raum zwischen gegen überliegenden Abführungsendflächen von benachbarten Kühl elementen strömt, einen Teil der obenerwähnten konfluen ten Strömung 28 bildet. Somit ist es möglich, den Strö mungswiderstand zu reduzieren, auf den die abzuführende Luft auftrifft. Die Trapezform der Kühlrippen kann aus einer Rechteckform durch Entfernen der linken und rechten oberen Bereiche erhalten werden. Die Wärmeabstrahlungs fläche wird als Ergebnis der Beseitigung dieser Bereiche reduziert. Dies beeinflußt jedoch die Kühlungsleistung des Kühlelementes 22 nicht wesentlich, weil die beseitig ten Bereiche aufgrund ihrer geringen Temperatur an sich keinen wesentlichen Beitrag zum Wärmeaustausch liefern.

In Fig. 14 ist eine andere Ausführungsform gezeigt, die eine einzigartige Konfiguration der Düse verwendet, durch die die Kühlungsluft dem Kühlelement 22 zugeführt wird. Genauer ist in dieser Ausführungsform die Düsenbreite vom stromaufseitigen Ende zum stromabseitigen Ende der Düse, d. h. zu dem mit dem Kühlelement verbundenen Ende der Düse leicht und progressiv auf gekrümmte Weise verringert. Somit besitzt die mit 74 bezeichnete Düse ein verengtes stromabseitiges Ende. Daher kann die beispielsweise von einem Gebläse in die Kammer 24 zugeführte Kühlungsluft glatt in jede der Düsen 74 strömen, wie durch Pfeile 75 angedeutet ist. Das stromaufseitige Ende der Düse 74 geht glatt in die Wandfläche der Kammer 74 über. Daher treten am Verbindungspunkt zwischen der Düse und der Kammerwand keine Luftwirbel auf, wenn die Luft in die Düse eintritt. Dadurch wird der Widerstand, auf den die von der Kammer in die Düsen 74 strömende Luft trifft, merklich redu ziert. In dieser Ausführungsform nimmt die Breite der Düse 74 gemessen in der zu den Kühlrippen parallelen x- Richtung ab und ergibt ein verengtes stromabseitiges Ende der Düse. Diese Formgebung hat jedoch nur erläuternden Zweck, wobei die Düse 74 auch so geformt sein kann, daß die Breite gemessen in y-Richtung, die zur Richtung der Kühlrippen senkrecht ist, progressiv abnimmt, so daß ein verengtes stromabseitiges Ende auch auf diese Weise gebildet sein kann. Es ist auch möglich, die Düse 74 so zu entwerfen, daß sowohl die Breite in x-Richtung als auch die Breite in y-Richtung zum stromabseitigen Ende progressiv abnehmen, so daß eine weitere Verringerung des Strömungswiderstandes erhalten werden kann. Auch in die ser Ausführungsform hat das stromabseitige Ende der Düse 74, das mit dem Kühlelement 22 in Kontakt ist, in y-Rich tung eine Breite, die kleiner als diejenige des Kühlele mentes ist.

Fig. 15 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform, bei der spezielle Konstruktionen der Kammer und der Düsen zum Einsatz kommen. Genauer sind be nachbarte Düsen zu einer einteiligen Düse 76 kombiniert, die eine längliche kastenähnliche Form besitzt, wovon eine Seite mit der Kammer 24 verbunden ist, so daß sie in die Kammer 24 mündet, während die von der Kammer 24 abge wandte Seite mehrere Düsenöffnungen 77 besitzt, die auf die Kühlelemente 22 ausgerichtet sind. Die in die Kammer 24 eingeleitete Luft strömt in die einteilige Düse 76, wie durch die Pfeile 78 angedeutet ist, und wird durch die Düsenöffnungen 79 in die Kühlelemente 22 ausgestoßen, wie durch Pfeile 79 angedeutet ist. Diese Anordnung bie tet den Vorteil, daß in den den Abführungsraum definie renden Enden keine Diskontinuität gebildet wird, weil jede Wand der anteiligen Düse übergangslos gebildet ist. Folglich kann die Luft durch den Abführungsraum längs dieser ununterbrochenen Wände glatt strömen, so daß sie auf einen geringeren Strömungswiderstand trifft. Diese Anordnung besitzt außerdem den Vorteil, daß sie die An zahl der zur Ausbildung der Düse erforderlichen Teile re duziert, was zu einer Verringerung der Produktionskosten beiträgt.

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 16 und 17 eine andere Ausführungsform beschrieben, in der die Positionen und die Geometrie der Düsen geeignet abgewandelt sind, um eine gleichmäßige Strömungsratenverteilung über sämtli chen Kühlelementen im elektronischen Gerät zu erhalten. Die Fig. 16 ist eine horizontale Schnittansicht, während die Fig. 17 ein Frontaufriß dieser Ausführungsform ist. Wie in Fig. 16 gezeigt ist, ist die Konstruktion dieser Ausführungsform ähnlich derjenigen der in Fig. 1 gezeig ten ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, daß die Positionen einiger Düsen aus den Positionen der in Fig. 1 gezeigten Düsen horizontal versetzt sind. In der ersten Ausführungsform von Fig. 1 besitzt die Querschnittsfläche eines jeden der am weitesten außen befindlichen Abfüh rungsräume, d. h. der Räume zwischen dem am weitesten außen befindlichen Kühlelement und der benachbarten Trennwand einen Wert, der größer als derjenige der Quer schnittsflächen der Abführungsräume ist, die zwischen benachbarten Kühlelementen definiert sind, so daß die von der Kammer 24 zugeführte Luft dazu neigt, in die in hori zontaler Richtung am weitesten außen befindlichen Kühl elemente mit einer größeren Platte als in die in der Mitte befindlichen Kühlelemente zu strömen, was eine ungleichmäßige Strömungsratenverteilung in horizontaler Richtung ergibt. Dies ist insbesondere dann ein ernsthaf tes Problem, wenn keine Trennwand 29 vorhanden ist. Um dieses Problem zu beseitigen, besitzt die in den Fig. 16 und 17 gezeigte Ausführungsform das Merkmal, daß die Positionen der Düsen 23 in bezug auf die zugehörigen Kühlelemente 22 so verändert sind, daß die Düsen an den äußeren Kühlelementen, die sich näher an der Trennwand befinden, in einer von den Trennwänden wegweisenden Rich tung, d. h. zur Mitte des elektronischen Geräts aus den Mitten der zugehörigen Kühlelemente versetzt sind. Der Betrag des Versatzes nimmt zur Mitte des elektronischen Gerätes progressiv ab. Mit anderen Worten, der Betrag des Versatzes ist an den näher an den Trennwänden sich befin denden Kühlelementen größer als bei den von diesen Trenn wänden weiter entfernten Kühlelementen. Folglich wird die Luft 81 in jedem am weitesten außen befindlichen Kühlele ment, das sich am nähesten an der Trennwand befindet, dazu gezwungen, vor der Abführung in den an die Trennwand angrenzenden Abführungsraum 80 einen Strömungsweg zurück zulegen, der länger als der Strömungsweg ist, der von der Luft in den mittleren Kühlelementen zurückgelegt werden muß, bevor diese Luft den angrenzenden Abführungsraum erreicht. Dies gilt auch für die Kühlelemente, die an die am weitesten außen befindlichen Kühlelemente angrenzen. Mit dieser Anordnung ist es möglich, eine gleichmäßige Strömungsratenverteilung in horizontaler Richtung über sämtlichen Kühlungselementen zu erreichen.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 18 eine andere Ausführungs form beschrieben. Diese Ausführungsform ist dahingehend verbessert, daß eine gleichmäßige Strömungsratenvertei lung der Kühlungsluft nicht nur in horizontaler Richtung, sondern auch in vertikaler Richtung geschaffen wird. Bei der in Verbindung mit Fig. 17 beschriebenen vorangehenden Ausführungsform besteht noch immer das folgende Problem, obwohl sie eine gleichmäßige Strömungsratenverteilung in horizontaler Richtung schafft: In der Ausführungsform von Fig. 17 besteht die Neigung, daß die Kühlungsluft an den Kühlelementen der stromabseitigen Reihen, d. h. der oberen Reihen stärker als an den Kühlelementen der stromaufsei tigen Reihen, d. h. der unteren Reihen konzentriert wird, weil die von den Kühlelementen der stromabseitigen Reihen abgeführte Luft auf einen kleineren Strömungswiderstand als die von den Kühlelementen der stromaufseitigen Reihen abgeführte Luft trifft, weil der Abstand der ersteren zum Abführungsauslaß kürzer ist. Somit neigt die Zuführungs rate an die Kühlelemente der oberen oder stromabseitigen Reihen zu einer Zunahme, während die Zuführungsrate der Kühlelemente der unteren oder stromaufseitigen Reihen zu einer Abnahme neigt, was eine ungleichmäßige Strömungsra tenverteilung in vertikaler Richtung ergibt. Daher besitzt die in Fig. 18 gezeigte Ausführungsform zusätz lich zu dem Merkmal der Ausführungsform von Fig. 17 das Merkmal, daß die horizontale Breite der Düsen zum oberen oder stromabseitigen Ende progressiv abnimmt, derart, daß die den Kühlelementen der untersten Reihe zugehörigen Düsen die größte horizontale Breite besitzen. Daher besitzen die den Kühlelementen der oberen Reihen zugehö rigen Düsen kleinere Querschnittsflächen als die den Kühlelementen der unteren Reihen zugehörigen Düsen, so daß die Luft in den den Kühlelementen der oberen Reihen zugehörigen Düsen auf einen größeren Strömungswiderstand stößt als in den den Kühlelementen der unteren Reihen zugeordneten Düsen. Durch eine geeignete Bestimmung der Differenz der horizontalen Düsenbreite ist es möglich, eine gleichmäßige Strömungsratenverteilung der Kühlungs luft auch in vertikaler Richtung über sämtliche Kühlele mente des elektronischen Gerätes zu erhalten.

Die Verfahren zur Erzielung einer gleichmäßigen Strö mungsratenverteilung, wie sie in Verbindung mit den Fig. 17 und 18 erläutert worden sind, finden nicht nur auf die erste Ausführungsform, sondern auch auf eine Mehrzahl weiterer verschiedener Anbringungsformen von Düsen und Kühlelementen Anwendung. Offensichtlich können die Ver fahren zur Erzielung gleichmäßiger Strömungsratenvertei lungen in horizontaler und vertikaler Richtung unabhängig oder in Kombination angewendet werden.

Obwohl die obenbeschriebenen Ausführungsformen Kühlele mente mit flächigen Kühlrippen verwenden, hat dies ledig lich erläuternden Charakter, wobei andere Typen von Kühl elementen wie etwa stiftähnliche Wärmeabstrahlungsele mente gleichermaßen verwendet werden können, vorausge setzt, daß die Kühlelemente so konstruiert und angeordnet sind, daß sie die Richtung der Strömung und der Abführung der durch sie strömenden Luft bestimmen.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 19 eine andere Ausführungs form des elektronischen Gerätes gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsform verwendet mehrere wärmeerzeugende Halbleiterbauelemente 21 wie etwa LSI-Module, wobei auf jedem dieser Bauelemente ein Kühl element vorgesehen ist, das aus einer Grundplatte 40 und mehreren Wärmeabstrahlungsstiften 41a aufgebaut ist. Die Stifte 41a und die Grundplatte 40 sind vorzugsweise aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie etwa Kupfer oder Aluminium oder aber aus wärmeleitenden Keramiken hergestellt. Die Stifte 41a können an der Grundplatte 40 durch Verstemmen befestigt oder mit der Grundplatte 40 durch Löten oder Hartlöten oder durch Verkleben mittels eines wärmeleitenden Klebstoffs verbunden werden. Alter nativ kann ein einteiliges Kühlelement mit der Grund platte 40 und den Stiften 41a durch maschinelle Bearbei tung wie etwa Schleifen gebildet werden. Eine Düse 23 ist an der Oberseite der Gruppe von Stiften 41a angeordnet. Stirnplatten 82, die eine Fortsetzung der Wände der Düse 23 bilden, sind an den beiden Enden der Gruppe von Stif ten 41a vorgesehen. Diese Stirnplatten 82 bestimmen die Richtung der Strömung und der Abführung der Luft durch das Kühlelement. Die Höhe der Stifte 41a ist unterschied lich, derart, daß die Stifte im mittleren Bereich des Kühlelementes die größte Höhe besitzen und daß die Höhe in Richtung zu den beiden stromabseitigen Enden bei Betrachtung in Richtung der Strömung und der Abführung der Luft durch das Kühlelement, d. h. zu den beiden seit lichen Enden des Kühlelementes progressiv abnimmt. Diese veränderliche Stifthöhe ermöglicht es, daß die Kühlungs luft einfach um 180° in den angrenzenden Abführungsraum umgelenkt werden kann, so daß die Luft von benachbarten Kühlelementen bei verringertem Strömungswiderstand ein fach in den gemeinsamen Abführungsraum zwischen diesen Kühlelementen abgeführt werden kann. Außerdem schafft die Gruppe von Wärmeabstrahlungsstiften eine Wärmeabstrah lungsfläche, die größer ist als diejenige von flächigen Kühlrippen. Ferner erzeugen die Stifte eine Turbulenz der Kühlungsluft, die die Wärmeübertragung an die Kühlungs luft steigert, was zu einer Verbesserung der Kühlungslei stung beiträgt.

Fig. 20 ist eine perspektivische Ansicht einer Anordnung, die ein Düsenkanalsystem und eine Kammer umfaßt, während Fig. 21 diese Anordnung in drei zueinander senkrechten Richtungen zeigt.

Eine Platte 20 trägt mehrere wärmeerzeugende Halbleiter bauelemente 21 wie etwa LSI-Module, wobei auf jedem wär meerzeugenden Halbleiterbauelement 21 ein Kühlelement 22 vorgesehen ist. Wie aus Fig. 21 hervorgeht, besitzt die Düse 83 Trennwände 29 und Düsen 23 für die Zuführung von Kühlungsluft in die Kühlelemente 22. Die Trennwände 29 dienen dazu, erwärmte Kühlungsluft aus den Kühlelementen 22 in einen Abführungsauslaß zu leiten und die Komponen ten des elektronischen Gerätes, die von den Halbleiter bauelementen 21 verschieden sind, von der erwärmten Küh lungsluft zu isolieren. Das Düsenkanalsystem 83 besitzt in seinen zu den Düsen 22 senkrechten Seitenwänden Öff nungen. Eine Öffnung 84 ist in der Seite des Düsenka nalsystems 83 in der Nähe der Kühlelemente 22 gebildet, so daß die Kühlelemente 22 und die zugehörigen LSI-Module von dem Düsenkanalsystem 83 aufgenommen werden können. Die von dem Düsenkanalsystem 83 aufgenommenen Kühlelemen te 22 sind mit den entsprechenden Düsen 23 in Kontakt. Die Wand des Düsenkanalsystems 83, die der Kammer 24 zugewandt ist, besitzt mehrere Fenster, durch die Küh lungsluft in die jeweiligen Düsen eingeleitet wird. Das Düsenkanalsystem ist an dieser Wand mit der Kammer 24 verbunden.

Die beschriebene Anordnung des Düsenkanalsystems 83 und der Kammer 24 macht es möglich, die Düsen und die Kammer unabhängig voneinander herzustellen, ferner erlaubt sie eine einfache relative Positionierung der Düsen und der Kühlelemente, wodurch die für die Montage erforderliche Zeit verkürzt werden kann. Außerdem werden eine Kontrolle und Wartung des elektronischen Gerätes erleichtert, weil die Düsen von der Kammer abnehmbar sind.

Wie aus der vorangehenden Beschreibung hervorgeht, schafft die vorliegende Erfindung gemäß dem ersten Aspekt ein elektronisches Gerät, in dem Kühlelemente, die wär meerzeugenden Halbleiterbauelementen zugehören, so ange ordnet sind, daß die Richtungen der Strömung und der Abführung der Luft durch diese Kühlelemente zueinander parallel sind, und in dem die Düsen für die Zuführung eines Kühlungsmediums in die Kühlelemente an den den zugehörigen wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen ent gegengesetzten Enden der Kühlelemente vorgesehen sind. Außerdem ist die Breite der Düse gemessen in der zur Richtung der Strömung und der Abführung der Luft durch das Kühlelement senkrechten Richtung so bestimmt, daß sie größer als diejenige des Kühlelementes ist, während die Breite der Düsen gemessen in der zur Richtung der Strö mung und der Abführung der Luft im Kühlelement parallelen Richtung so bestimmt ist, daß sie kleiner als diejenige des Kühlelementes ist. Außerdem wird die konfluente Strö mung der erwärmten Kühlungsluft, die durch die Kühlungs luftanteile gebildet wird, die von mehreren Kühlelementen abgegeben werden, dazu veranlaßt, längs der Endflächen dieser Kühlelemente, die den zugehörigen wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen entgegengesetzt sind, und längs der Düsenwandflächen, die zu der Richtung der Strömung und der Abführung der Luft in den Kühlelementen senkrecht sind, zu strömen. Somit ist in dem elektronischen Gerät gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Richtung der abzuführenden konfluenten Luftströmung zu der Richtung der Strömung und der Abführung der Luft durch die Kühlelemente im wesentlichen senkrecht. Es ist daher möglich, den Strömungswiderstand längs des Weges, durch den die erwärmte Luft abgeführt wird, zu reduzie ren, selbst wenn eine große Anzahl von wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen in einer Ebene in einem Ausmaß dicht angeordnet sind, das es schwierig macht, große Luftabführungsräume zwischen benachbarten Kühlelementen oder zwischen wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen zu finden, so daß die Kühlungsleistung verbessert wird. Außerdem kann durch die wiederholte Krümmung des Weges der Kühlungsluft das Geräusch reduziert werden. Ferner können eine gleichmäßige Strömungsratenverteilung und folglich eine gleichmäßige Temperaturverteilung über sämtlichen wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen im elektronischen Gerät erhalten werden.

Nun wird eine erste Ausführungsform einer Kühlungsein richtung für eine wärmeerzeugende Einheit gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Fig. 22 und 23 beschrieben. Fig. 22 zeigt in einer teilweise aufgeschnitten perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform einer Kühlungseinrichtung für eine wär meerzeugende Einheit, auf die dieser zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Fig. 23 zeigt eine horizontale Schnittansicht, die der Fig. 1 ent spricht und die die Strömung eines Kühlungsfluids in der in Fig. 22 gezeigten Einrichtung veranschaulicht. In die sen Zeichnungen ist die wärmeerzeugende Einheit, die wäh rend ihres Betriebs Wärme erzeugt und von der Einrichtung gekühlt werden muß, beispielhaft durch einen Multichip- Modul dargestellt, der mehrere Halbleiterbauelemente ent hält, die im Modul luftdicht eingekapselt angeordnet sind und während ihres Betriebs eine große Wärmemenge erzeugen können.

Wie in den Fig. 22 und 23 gezeigt, umfaßt ein Multichip- Modul 101 eine aus einem keramischen Material hergestell te Mehrschichtverdrahtungsplatte 102, mehrerer Halbleiter bauelemente 103, die an der Verdrahtungsplatte 102 mon tiert sind und LSI-Chips enthalten, die als wärmeerzeu gende Elemente dienen, sowie ein Gehäuse 104, in dem die Halbleiterbauelemente 103 eingekapselt sind. Die von den Halbleiterbauelementen 103 erzeugte Wärme wird an das Gehäuse 104 über Wärmeübertragungskontakte 105 übertra gen, die mit den Halbleiterbauelementen 103 in Kontakt sind. Am Gehäuse 104 ist ein Kühlelement 106 angebracht, so daß die an das Gehäuse 104 übertragene Wärme wirksam an ein Kühlungsfluid wie etwa Kühlungsluft übertragen wer den kann. Das Kühlelement 106 ist aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie etwa Aluminium, Kupfer oder aus einem keramischen Material mit hoher Wärmeleitfähig keit hergestellt und enthält mehrere flache, plattenför mige Kühlrippen 107, die in einem bestimmten Abstand auf einer Kühlrippengrundplatte 108 angeordnet sind. Das Kühlelement 106 besitzt einen Schlitz 109, der in einem mittleren Bereich des Kühlelementes 106 gebildet ist, in dem die flachen, plattenförmigen Kühlrippen 107 mit einer bestimmten Tiefe, d. h. von einer Fläche des Kühlelementes 106, die der Kühlungsfluid-Ausstoßdüse 111 zugewandt ist (einer oberen Fläche des Kühlelementes 106 bei Betrach tung in den Fig. 22 und 23), zu einer unteren Fußposition der Kühlrippen 107 geschlitzt sind, wobei sich der Schlitz 109 durch die gesamte Anordnung der flachen, plattenförmigen Kühlrippen 107 erstreckt. Der Schlitz 109 besitzt eine Breite, die größer als der Abstand ist, in dem die flachen, plattenförmigen Kühlrippen 107 angeord net sind. Die Düse 111 ist an der oberen Fläche des Kühl elementes 106 angeordnet und dient dazu, die Luftströmung von einem Gebläse oder dergleichen (nicht gezeigt) in das Kühlelement 106 einzuleiten. Die Düse 111 besitzt einen offenen vorderen Bereich, der in einen Kühlungslufteinlaß 112 eingeschoben ist, der in einer Kühlelement-Haltplatte 110 des Kühlelementes 106 ausgebildet ist.

Ein Dämpfer mit Dämpferelementen 103, der aus einem wei chen Material hergestellt ist, ist entweder am vorderen Endbereich der Düse 111 oder am Kühlungslufteinlaß 112 des Kühlelementes 106 angeordnet. Der Multichip-Modul 101 und das Kühlelement 106 sind über eine wärmeleitende Struktur wie etwa ein wärmeleitendes Fett, eine wärmelei tende Folie, einen wärmeleitenden Klebstoff oder Befesti gungsbolzen in gegenseitigem thermischen Kontakt. Die Kühlelement Halteplatte 110 ist an den oberen Kantenbe reichen der mehreren flachen, plattenformigen Kühlrippen 107 angeklebt oder anderweitig verbunden.

In dieser Ausführungsform strömt die Luft durch die Düse 111, wie in Fig. 23 durch Pfeile 120 angedeutet ist, und wird von der Düse 111 so ausgestoßen, daß sie sowohl in die Räume zwischen den Kühlrippen 107 als auch in den Schlitz 109 eingeleitet wird. Da der Schlitz 109 eine Breite besitzt, die größer als der Abstand der Anordnung der Kühlrippen 107 ist, erfährt die Luft, die in Tiefen richtung in den Schlitz 109 strömt, wie in Fig. 23 durch Pfeile 121 angedeutet ist, einen verhältnismäßig kleinen Strömungsverlust und besitzt außerdem eine größere Strö mungsgeschwindigkeit als die Luft, die in die Räume zwi schen den Kühlrippen 107 strömt, wie durch Pfeile 122 angedeutet ist. Im Ergebnis kann ein Teil der Kühlungs luft 121, die in den Schlitz 109 strömt, den Fuß der Kühlrippen 107 und die Kühlrippen-Grundplatte 108 an einem Ort des Kühlelementes 106, der sich oberhalb des mittleres Bereichs des als wärmeerzeugende Einheit wir kenden Multichip-Moduls 101 befindet, direkt und ohne wesentliche Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit errei chen. Da der Kühlungsluftteil 121, der in den Schlitz 109 strömt, sich nicht durch die Räume zwischen den Kühlrip pen 107 bewegt, kann der Kühlungsluftteil 121 außerdem direkt den Ort des Kühlrippenfußes des Kühlelementes 106 erreichen, der sich über dem mittleren Bereich des Multi chip-Moduls 101 befindet, ohne daß die Temperatur des Kühlungsfluids wesentlich zunimmt. Mit der erfindungsge mäßen Kühlungseinrichtung ist es daher möglich, eine ver besserte Kühlungsleistung für einen mittleren Bereich des Multichip-Moduls 101 zu schaffen, wo im allgemeinen ein großer Temperaturanstieg auftritt. Daher ist eine wirksa me Kühlung einer wärmeerzeugenden Einheit bei gleichmäßi ger Temperaturverteilung in der Einheit möglich. Selbst wenn ein Multichip-Modul gekühlt wird, der mehrere Halb leiterbauelemente enthält, kann dieses Modul wirksam gekühlt werden, indem eine gleichmäßige Temperaturvertei lung zwischen den Halbleiterbauelementen erzielt wird, die eine große Wärmemenge erzeugen.

Die Breite des Schlitzes 109, die größer als der Abstand der Anordnung der Kühlrippen 107 ist, kann im Hinblick auf eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der in Tiefenrichtung des Schlitzes 109 strömenden Kühlungsluft erhöht werden. Eine übermäßig hohe Breite des Schlitzes 109 reduziert jedoch die Fläche der flachen, plattenför migen Kühlrippen 107, was zu einer verringerten Kühlungs leistung des Kühlelementes 106 im mittleren Bereich des Multichip-Moduls 101 führt. Somit gibt es für die Breite des Schlitzes 109 einen optimalen Wert.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 24 eine Abwandlung der in den Fig. 22 und 23 gezeigten ersten Ausführungsform beschrie ben. Die Komponenten dieser Abwandlung, die denjenigen der in den Fig. 22 und 23 gezeigten Ausführungsform ent sprechen, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, ferner wird ihre nochmalige Beschreibung weggelassen.

Wie in Fig. 24 gezeigt ist, enthält die Abwandlung einen Schlitz 109a, der in einem mittleren Bereich eines Kühl elementes 106 gebildet ist. Die Breite des Schlitzes 109a ist am Kühlungslufteinlaß des Kühlelementes 106a verhält nismäßig groß und nimmt zum Fuß von mehreren flachen, plattenförmigen Kühlrippen 107a allmählich ab. Diese Anordnung ermöglicht es, den Druckverlust der Kühlungs luft, die in Schlitz 109a geströmt ist, abzusenken und die Strömungsrate der durch den Schlitz 109a strömenden Luft zu erhöhen. Im Ergebnis kann die Kühlungsleistung für einen mittleren Bereich des betrachteten (nicht gezeigten) Multichip-Moduls, wo mit großer Wahrschein lichkeit große Temperaturzunahmen auftreten, weiter ver bessert werden, außerdem können die Halbleiterbauelemente im Multchip-Modul noch effizienter gekühlt werden.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 25 eine weitere Abwandlung der in den Fig. 22 und 23 gezeigten ersten Ausführungs form beschrieben. Die Komponenten dieser Abwandlung, die denjenigen der in den Fig. 22 und 23 gezeigten Ausfüh rungsform entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, ferner wird ihre nochmalige Beschreibung weg gelassen.

Wie in Fig. 25 gezeigt, enthält die Abwandlung einen Schlitz 109b, der in einem mittleren Bereich eines Kühl elementes 106b durch Schlitzen von mehreren flachen, plattenförmigen Kühlrippen 107b gebildet ist. Die Kühl rippen 107b sind ab einer oberen Fläche des Kühlelementes 106b, jedoch nicht bis zum Fuß derselben geschlitzt, so daß unterhalb des Bodens des Schlitzes 109b Bereiche der Kühlrippen 107b überbleiben. Diese Anordnung macht es möglich, daß die durch eine Zunahme der Breite des Schlitzes 109b bewirkte Reduzierung der Kühlungsleistung in einem mittleren Bereich des betrachteten Multichip-Mo duls verhindert wird.

In jeder der vorangehenden Ausführungsformen besitzt die Kühlungsfluid-Ausstoßdüse 111 eine Breite, die kleiner als die Breite des Kühlelementes 106, 106a oder 106b ist. Dies hat jedoch lediglich beispielhaften Charakter, wobei die Breite der Düse 111 mit der Breite des zugehörigen Kühlelementes übereinstimmen kann.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 26 eine weitere Abwandlung der in den Fig. 22 und 23 gezeigten ersten Ausführungs form beschrieben. Die Komponenten dieser Abwandlung, die denjenigen der in den Fig. 22 und 23 beschriebenen Aus führungsform entsprechen, sind mit denselben Bezugszei chen bezeichnet, ferner wird ihre nochmalige Beschreibung weggelassen.

Wie in Fig. 26 gezeigt, unterscheidet sich diese Abwand lung von der ersten Ausführungsform dadurch, daß diese Abwandlung eine Kühlelement-Halteplatte 110a enthält, die an der oberen Fläche eines Kühlelementes 106c angeordnet ist und eine L-förmige Querschnittkonfiguration besitzt. Genauer enthält die Kühlelement-Halteplatte 110a mittlere Bereiche, die in eine L-förmige Querschnittkonfiguration gekrümmt sind und jeweils in einem Raum zwischen den fla chen, plattenförmigen Kühlrippen 107b angeordnet sind, so daß diese Kantenbereiche als Elemente einer Strömungsfüh rung 201 dienen, die bewirken, daß das Kühlungsfluid, das durch eine obere Fläche des Kühlelementes 106c ausgesto ßen wird, mit hoher Geschwindigkeit an einen mittleren Bereich im Kühlelement 106c strömt. Somit dient die Strö mungsführung 201 dazu, eine verhältnismäßig starke Küh lungsfluid-Strömung (die durch Pfeile 123 angedeutet ist) in einen in einen mittleren Bereich des Kühlelementes 106c gebildeten Schlitz 109 zu erzeugen, die direkt eine Kühlrippenfußposition des Kühlelementes 106c oberhalb eines mittleren Bereichs des betrachteten Multichip-Mo duls erreicht. Auf diese Weise kann ein mittlerer Bereich eines Multichip-Moduls, wo mit hoher Wahrscheinlichkeit große Temperaturzunahmen tauftreten, mit erhöhter Küh lungsleistung gekühlt werden, ferner können die Halblei terbauelemente im Modul wirksam gekühlt werden.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 27 eine zweite Ausführungs form des zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Fig. 27 sind die Komponenten der zweiten Ausführungsform, die denjenigen in Fig. 23 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, ferner wird ihre nochmalige Beschreibung weggelassen.

Die zweite Ausführungsform umfaßt ein Kühlelement 106d, mehrere flache, plattenförmige Kühlrippen 107c sowie eine Strömungsführung 202. Die Strömungsführung 202 enthält einen Satz von Führungselementen, die in einem Raum zwi schen den flachen, plattenförmigen Kühlrippen 107c vorge sehen sind und die Strömung eines Kühlungsfluids steuern, wobei sich die Elemente der Strömungsführung 202 von einer oberen Fläche des Kühlelementes 106d zum Fuß der Kühlrippen 107c erstrecken. Die Länge der Elemente der Strömungsführung 202 ist geringer als die Höhe der fla chen, plattenförmigen Kühlrippen 107c und verändert sich so, daß sie von einer mittleren Position des Kühlelements 106c zu seitlichen Positionen desselben allmählich abnimmt.

In dieser Ausführungsform strömt das durch die obere Flä che des Kühlelementes 106d ausgestoßene Kühlungsfluid längs der Elemente der Strömungsführung 202 in die Räume zwischen den flachen, plattenförmigen Kühlrippen 107c. Da die Strömungsführung 202 die größte Länge an einer mitt leren Position des Kühlelementes 106d besitzt, ist es möglich, daß die Strömung des Kühlungsfluids den Fuß der betrachteten Kühlrippen 107c selbst in der Mitte des Kühlelementes 106d erreicht. Da die Länge der Strömungs führung 202 von einer mittleren Position zu den seitli chen Positionen allmählich abnimmt, wird ein Teil der Kühlungsfluidströmung, der diese Strömungsführungsele mente an mittleren Positionen verläßt, durch weitere Anteile der Kühlungsfluidströmung von angrenzenden Strö mungsführungselementen dazu gezwungen, an eine Kühlrip penfußposition zu strömen, wodurch an einer solchen Posi tion eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit hervorgerufen wird. Im Ergebnis ist es möglich, die Kühlungsleistung an Kühlrippenfußpositionen zu verbessern, wo mit hoher Wahr scheinlichkeit die Temperatur am höchsten ist. Außerdem kann die Kühlungsleistung in einem mittleren Bereich der betrachteten wärmeerzeugenden Einheit, wo die Temperatur mit hoher Wahrscheinlichkeit am größten ist, verbessert werden.

In Fig. 28 ist eine Abwandlung der zweiten Ausführungs form gezeigt. In Fig. 28 sind die Komponenten, die denje nigen von Fig. 27 entsprechen, mit denselben Bezugszei chen bezeichnet, ferner wird ihre nochmalige Beschreibung weggelassen.

Wie in Fig. 28 gezeigt, unterscheidet sich diese Abwand lung von der in Fig. 27 gezeigten Ausführungsform dadurch, daß eine Strömungsführung 202a Führungselemente besitzt, die in einem gegenseitigen Abstand angeordnet sind, der von einer mittleren Position eines Kühlelemen tes 106e zu seitlichen Positionen desselben abnimmt. Genauer besitzen die Strömungsführungselemente an mittle ren Positionen des Kühlelementes 106e den größten gegen seitigen Abstand, so daß es möglich ist, die Strömung eines Kühlungsfluids in eine Strömung mit höherer Geschwindigkeit umzuwandeln.

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 29 und eine dritte Aus führungsform des zweiten Aspektes der vorliegenden Erfin dung beschrieben. In den Fig. 29 und 30 sind die Kompo nenten der dritten Ausführungsform, die denjenigen der in den Fig. 22 und 23 gezeigten ersten Ausführungsform ent sprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, ferner wird ihre nochmalige Beschreibung weggelassen.

Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß die erstere eine Blattfeder 131 und eine Klemme 132 enthält. Die Blattfe der 131 ist in einem Schlitz 109 angeordnet, der in einem mittleren Bereich eines Kühlelementes 106 gebildet ist und sich durch eine Anordnung von mehreren flachen, plat tenförmigen Kühlrippen 107 erstreckt; die Blattfeder 131 besitzt eine Klemmkraft, die durch einen Schraubbolzen 130 eingestellt werden kann. Die Klemme 132 besitzt eine L-förmige Querschnittkonfiguration, wie in Fig. 30 gezeigt ist, und umfaßt ein Paar von Klemmelementen 132, die durch eine Bodenplatte der betrachteten wärmeerzeu genden Einheit, z. B. eines Multichip-Moduls 101 gehalten werden und an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Kühlelementes 106 angeordnet sind, die sich an jedem Ende der Anordnung der flachen, plattenförmigen Kühlrippen 107 befinden. Die Blattfeder 131 wird am Kühlelement 106 mon tiert, anschließend wird die sich ergebende Baugruppe am Multichip-Modul 101 angebracht. Die L-förmige Klemme 132 verschließt die Öffnungen des Schlitzes 109, die sich an gegenüberliegenden Seitenflächen befinden, wodurch der Verlust von Kühlungsfluid durch den Schlitz 109 reduziert wird.

Im Hinblick auf die Montage des Multichip-Moduls 101 wer den das Kühlelement 106 und das Multichip-Modul 101 vor zugsweise als getrennte Einheiten vorbereitet. Daher sind der Multichip-Modul 101 und das Kühlelement 106 durch Mittel wie etwa ein wärmeleitendes Fett, eine wärmelei tende Folie, einen wärmeleitenden Klebstoff oder Befesti gungsbolzen in gegenseitigem thermischen Kontakt. Da jedoch der Multichip-Modul 101 und das Kühlelement 106 unterschiedliche Temperaturverteilungen besitzen und folglich unterschiedliche Wärmeverformungsgrade zeigen, muß das Kühlelement 106 der Wärmeverformung des Multi chip-Moduls 101 folgen, um Schwankungen des Wärmewider standes zwischen dem Multichip-Modul 101 und dem Kühlele ment 106 zu verhindern. Die Klemmeinrichtung gemäß dieser Ausführungsform umfaßt eine Kombination der Blattfeder 131 und der L-förmigen Klemme 132, wobei letztere von der Bodenfläche des Multichip-Moduls 101 unterstützt ist. Die Kombination ist so beschaffen, daß im wesentlichen auf die Mitte des Kühlelementes 106 eine Last ausgeübt wird und daß eine Lasteinstellung mittels des Schraubbolzens 130 möglich ist, wodurch das Kühlelement 106 der Wärme verformung des Multichip-Moduls 101 konstant folgt. Somit ist es möglich, den Wärmewiderstand des Multichip-Moduls und des Kühlelementes 106 zu stabilisieren und außerdem die Raumausnutzung zu verbessern und einen Kühlungsfluid verlust zu verhindern.

Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in einem mittleren Bereich eines Kühlelementes für die Kühlung einer wärmeerzeugenden Einheit ein Schlitz gebil det, in dem jede der mehreren Kühlrippen von einer oberen Fläche des Kühlelementes bis zu einer unteren Position am Kühlrippenfuß oder bis in dessen Nähe geschlitzt ist, so daß ein Kühlungsfluid in Tiefenrichtung in den Schlitz strömen kann, um eine Kühlrippenfußposition oberhalb eines mittleren Bereichs der wärmeerzeugenden Einheit direkt zu erreichen, ohne daß die Geschwindigkeit des Kühlungsfluids abnimmt. Darüber hinaus kann das in den Schlitz strömende Kühlungsfluid die Kühlrippenfußposition ohne wesentlichen Temperaturanstieg des Kühlungsfluids direkt erreichen. Dadurch kann die Kühlungsleistung für einen mittleren Bereich dem Wärmeerzeugungseinheit erhöht werden. Somit ist es möglich, eine wärmeerzeugende Ein heit wie etwa ein Halbleiterbauelement mit integrierten Schaltungen mit LSI-Struktur mit hohem Wirkungsgrad und mit gleichmäßiger Temperaturverteilung in der wärmeerzeu genden Einheit zu kühlen. Insbesondere im Fall eines Mul tichip-Moduls, in dem LSI-Chips oder dergleichen mit hoher Dichte angeordnet sind und wie er kürzlich in Gebrauch gekommen ist, um eine Hochgeschwindigkeitsverar beitung mittels eines Computers zu ermöglichen, kann die große Anzahl von LSI-Chips und dergleichen im Multichip- Modul mittels eines üblichen Kühlungsfluids wie etwa Luft gleichmäßig gekühlt werden, so daß kein spezielles Küh lungsfluid wie etwa Wasser erforderlich ist.

Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Strömungsführung enthalten, die wenigstens einen Satz von Führungselementen umfaßt, die im Kühlelement angeordnet sind, um ein von der oberen Fläche des Kühlelementes ein strömendes Kühlungsfluid so zu führen, daß es mit hoher Geschwindigkeit zu einem mittleren Bereich des Kühlele mentes fließt. Mit dieser Anordnung kann die Umgebung des Kühlrippenfußes an einer Position oberhalb eines mittle ren Bereichs der wärmeerzeugenden Einheit intensiv gekühlt werden. Wenn die Strömungsführung auf eine bestimmte Weise vorgesehen ist, die der Verteilung der erzeugten Wärmemengen entspricht, ist es möglich, eine gleichmäßigere Temperaturverteilung in der eine große Wärmemenge erzeugenden Einheit zu schaffen, wodurch eine effizientere Kühlung geschaffen wird.

Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Klemmeinrichtung enthalten, die die Kombination aus einer in einem Schlitz des Kühlelementes angeordneten Blattfe der und aus einer L-förmigen Klemme umfaßt, die von der Bodenfläche einer wärmeerzeugenden Einheit wie etwa eines Multichip-Moduls unterstützt ist. Wenn das Kühlelement mit der darauf angebrachten Klemmeinrichtung an der wär meerzeugenden Einheit montiert ist, ist es möglich, das Kühlelement an der wärmeerzeugenden Einheit mit hoher Zuverlässigkeit und bei guter Raumausnutzung zu montie ren, wobei ein hoher Grad von Kühlungsleistung des Kühl elementes, in dem der Schlitz ausgebildet ist, aufrecht erhalten wird. Die Gefahr eines Kühlungsfluidverlusts durch den Schlitz wird durch die L-förmige Klemme redu ziert.

Ferner ist gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung das Düsenende in eine Düsenverbindungsöffnung unter Einfügung eines weichen Dämpfungselementes in das obere Ende des Kühlelementes eingeschoben. Daher ist es möglich, die Düse mit dem hochleistungsfähigen Kühlele ment zu verbinden, ohne die elektrische Verbindung der externen Schaltungen mit der wärmeerzeugenden Einheit zu belasten, wobei der Kühlungsfluidverlust zum Verschwinden gebracht wird.

Claims

1. Elektronisches Gerät, mit
mehreren wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21), die an einer Platte (20) angebracht sind;
mehreren Kühlelementen (22), die an entsprechen den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21) über eine wärmeleitende Verbindung befestigt sind, wobei die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß sie die Rich tung (27) der Strömung und der Abführung eines Kühlungs mediums wie etwa Luft durch diese Anordnung bestimmen; und
einer Abführungskammer (36) für den Durchgang einer konfluenten Strömung (28) des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammen gesetzt ist, die von den Kühlelementen (22) ausgegeben werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß die Richtungen (27) der Strömung und der Abführung des Küh lungsmediums durch die Kühlelemente (22) im wesentlichen identisch sind, wobei jedes Kühlelement (22) mit dem Anteil des Kühlungsmediums beschickt wird, der durch eine Düse (23) strömt, die an dem dem wärmeerzeugenden Halb leiterbauelement (21) entgegengesetzten Ende des Kühlele mentes (22) vorgesehen ist; und
ein Strömungsraum für das abzuführende erwärmte Kühlungsmedium zwischen benachbarten Düsen (23) vorgese hen ist, der sich längs der der Platte (20) entgegenge setzten Enden der Kühlelemente (22) in einer Richtung erstreckt, die zur Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums im Kühlelement (22) im wesentlichen senkrecht ist.

2. Elektronisches Gerät, mit
mehreren wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21), die an einer Platte (20) angebracht sind;
mehreren Kühlelementen (22), die an entsprechen den wärmeerzeugenden Haltleiterbauelementen (21) über eine wärmeleitende Verbindung befestigt sind, wobei die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß sie die Rich tung (27) der Strömung und der Abführung eines Kühlungs mediums wie etwa Luft durch diese Anordnung bestimmen; und
einer Abführungskammer (36) für den Durchgang einer konfluenten Strömung (28) des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammen gesetzt ist, die von den Kühlelementen (22) ausgegeben werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß die Richtungen (27) der Strömung und der Abführung des Küh lungsmediums durch die Kühlelemente (22) im wesentlichen identisch sind, wobei jedes Kühlelement (22) mit demjeni gen Anteil des Kühlungsmediums beschickt wird, der durch eine Düse (23) strömt, die mit dem dem wärmeerzeugenden Halbleiterbauelement (21) entgegengesetzten Ende des Kühlelementes (22) in Kontakt ist; und
die Breite (W) einer jeden Düse (23) gemessen in der Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Küh lungsmediums durch das Kühlelement (22) kleiner als die Breite (L) des zugehörigen Kühlelementes (22) ist.

3. Elektronisches Gerät, mit
mehreren wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21), die an einer Platte (20) angebracht sind;
mehreren Kühlelementen (22), die an entsprechen den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21) über eine wärmeleitende Verbindung befestigt sind, wobei die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß sie die Rich tung (27) der Strömung und der Abführung eines Kühlungs mediums wie etwa Luft durch diese Anordnung bestimmen; und
einer Abführungskammer (36) für den Durchgang einer konfluenten Strömung (28) des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammen gesetzt ist, die von den Kühlelementen (22) ausgegeben werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß die Richtungen (27) der Strömung und der Abführung des Küh lungsmediums durch die Kühlelemente (22) im wesentlichen identisch sind, wobei jedes Kühlelement (22) mit demjeni gen Anteil des Kühlungsmediums beschickt wird, der durch eine Düse (23) strömt, die mit dem dem wärmeerzeugenden Halbleiterbauelement (21) entgegengesetzten Ende des Kühlelementes (22) in Kontakt ist; und
jede Düse (22) in einer zur Platte (20) paralle len Ebene einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt besitzt, wobei die kürzeren Seiten des Rechtecks sich in der Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Küh lungsmediums durch das Kühlelement (22) erstrecken.

4. Elektronisches Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen benachbarten Düsen (23) in der Richtung (27) der Strömung und Abführung des Kühlungsmediums durch das Kühlelement (22) größer ist als in der Richtung, die zu der Richtung (27) der Strömung und Abführung des Kühlungsmediums durch das Kühlelement (22) senkrecht ist.

5. Elektronisches Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Trennwand (29), die die wärmeerzeugenden Halbleiterbauelemente (21) umgibt und eine Öffnung aufweist.

6. Elektronisches Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kühlelement (22) eine an das wärmeerzeugende Halbleiterbauelement (21) angrenzende Grundplatte (40) sowie mehrere wärmeabstrah lende Elemente oder Kühlrippen (41) aufweist, die an der Grundplatte (42) vorgesehen sind und senkrecht zu dieser vorstehen, wobei die Höhe der Kühlrippen (41) gemessen ab der Höhe der Grundplatte (40) so veränderlich ist, daß die Kühlrippenhöhe bei Betrachtung in Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch das Kühlelement (22) im mittigen, stromaufseitigen Bereich am größten und an den beiden seitlichen, stromabseitigen Enden am kleinsten ist.

7. Elektronisches Gerät gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabstrahlungselemente stiftähnliche Wärmeabstrahlungselemente sind.

8. Elektronisches Gerät gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeabstrahlenden Elemente parallele, flächenförmige Kühlrippen (41) sind.

9. Elektronisches Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zwei benachbarten Düsen (23) in der Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch die Kühlelemente (22) größer ist als der Abstand zwischen den Kühlelementen (22), die den benachbarten Düsen (23) zuge hören.

10. Elektronisches Gerät, mit
mehreren wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21), die an einer Platte (20) angebracht sind;
mehreren Kühlelementen (22), die an entsprechen den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21) über eine wärmeleitende Verbindung befestigt sind, wobei die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß sie die Rich tung (27) der Strömung und der Abführung eines Kühlungs mediums wie etwa Luft durch diese Anordnung bestimmen; und
einer Abführungskammer (36) für den Durchgang einer konfluenten Strömung (28) des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammen gesetzt ist, die von den Kühlelementen (22) ausgegeben werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß die Richtungen (27) der Strömung und der Abführung des Küh lungsmediums durch die Kühlelemente (22) im wesentlichen identisch sind, wobei jedes Kühlelement (22) mit demjeni gen Anteil des Kühlungsmediums beschickt wird, der durch eine Düse (23) strömt, die mit dem dem wärmeerzeugenden Halbleiterbauelement (21) entgegengesetzten Ende des Kühlelementes (22) in Kontakt ist; und
die Breite einer jeden Düse (23) gemessen in der zur Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Küh lungsmediums durch das Kühlelement (22) senkrechten Rich tung größer ist als die Breite des zugehörigen Kühlele mentes (22).

11. Elektronisches Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (23) mit einem Kühlungsmedium-Beschickungskanal (24) verbunden sind, durch den das Kühlungsmedium den Düsen (23) zuge führt wird, wobei jede Düse (23) an einem ihrer Enden, mit dem sie mit dem Kühlungsmedium-Beschickungskanal (24) verbunden ist, einen Querschnitt besitzt, der größer ist als derjenige am anderen Ende der Düse (23), mit dem sie mit dem Kühlelement (22) in Kontakt ist, wobei die Düse (23) in einer zur Richtung (26) der Strömung des Küh lungsmediums durch die Düse (23) parallelen Ebene eine Querschnittsform besitzt, die durch glatte Kurven gegeben ist.

12. Elektronisches Gerät gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede Düse (23) eine Breite (W) besitzt, die bei Betachtung im Schnitt parallel zur Rich tung (26) der Strömung des Kühlungsmediums durch die Düse (23) von einem Ende zum anderen Ende progressiv abnimmt.

13. Kühlelement-Baugruppe,
gekennzeichnet durch
ein Kühlelement (22), das von einem wärmeerzeu genden Halbleiterbauelement (21) Wärme aufnimmt und die Wärme mittels Wärmeaustausches zwischen sich und einem Kühlungsmedium wie etwa Luft abführt, wobei die Kühlele ment-Baugruppe die Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch die Baugruppe hin durch bestimmt, und
eine Düse (23), die an dem dem wärmeerzeugenden Halbleiterbauelement (21) entgegengesetzten Ende des Kühlelementes (22) vorgesehen ist, wobei die Breite der Düse (23) gemessen in der Richtung, die zu der durch das Kühlelement (22) festgelegten Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums senkrecht ist, grö ßer ist als die Breite des Kühlelementes (22) und wobei die Breite (W) der Düse (23) gemessen in der durch das Kühlelement (22) festgelegten Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums kleiner ist als die Breite (L) des Kühlelementes (22).

14. Kühlelement, mit einer Grundplatte (40) und meh reren Kühlrippen (41), die an der Grundplatte (40) so vorgesehen sind, daß sie von der Grundplatte (40) senk recht vorstehen und die Richtung (27) der Strömung und der Abführung eines Kühlungsmediums durch das Kühlelement (22) bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Kühlrippen (41) gemessen in einer Richtung, die zur Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums senkrecht ist, an den bei den seitlichen Enden der Grundplatte (40) kleiner ist als in der Mitte der Grundplatte (40).

15. Computer, mit
einem elektronischen Gerät, das versehen ist mit mehreren wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21), die an einer Platte (20): angebracht sind, mehreren Kühl elementen (22), die an entsprechenden wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21) über eine wärmeleitende Ver bindung befestigt sind, wobei die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß sie die Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums wie etwa Luft durch diese Anordnung bestimmen, und einer Abführungskammer (36) für den Durchgang einer konfluenten Strömung (28) des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammengesetzt ist, die von den Kühlele menten (22) abgegeben werden;
einer Kühlungsmedium-Beschickungseinrichtung (32) für die Zuführung von Kühlungsmedium an die Kühlelemente (22);
einer Kammer (24) zum Zuführen des Kühlungsmedi ums von der Kühlungsmedium-Beschickungseinrichtung (32) an die Kühlelemente (22); und
einem Gehäuse (60), das das elektronische Gerät und die Kühlungsmedium-Beschickungseinrichtung (32) auf nimmt,
dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Gerät in einem oberen Bereich des Gehäuses (60) Seite an Seite neben der Kammer (24) angeordnet ist;
die Kühlungsmedium-Beschickungseinrichtung (32) unter der Kammer (24) angeordnet ist;
die Abführungskammer (36) an der Oberseite des elektronischen Gerätes und oberhalb von Düsen (23), durch die das Kühlungsmedium den Kühlelementen (22) zugeführt wird, vorgesehen ist; und
das Gehäuse (60) mit einem Kühlungsmedium-Auslaß (30) versehen ist, der in seiner oberen Wand gebildet ist.

16. Computer gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeich net, daß
die Kühlelemente (22) des elektronischen Gerätes so angeordnet sind, daß die Richtungen (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums, die durch die Kühlelemente (22) bestimmt sind, im wesentlichen iden tisch sind;
die Düsen (23) so vorgesehen sind, daß sie mit den den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21) ent gegengesetzten Enden der Kühlelemente (22) in Kontakt sind, um so das Kühlungsmedium in die Kühlelemente (22) einzuleiten; und
die Breite (W) einer jeden Düse (23) gemessen in der durch das Kühlelement (22) bestimmten Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums klei ner ist als die Breite (L) des zugehörigen Kühlelementes (22).

17. Elektronisches Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
jedes der Kühlelemente (22) mehrere Kühlrippen (41) aufweist; und
der Abstand zwischen gegenüberliegenden, am wei testen außen befindlichen Kühlrippen (41) von benachbar ten Kühlelementen (22) gemessen in der durch das Kühlele ment (22) bestimmten Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums wenigstens teilweise größer ist als der Abstand zwischen den wärmeerzeugenden Halb leiterbauelementen (21), die den benachbarten Kühlelemen ten (22) zugehören.

18. Elektronisches Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen benachbarten Kühlelementen (22) gemessen in der durch die Kühlelemente (22) bestimmten Richtung (27′) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums größer ist als der Abstand zwischen den wärmeerzeugenden Halbleiterbauele menten (21), die den benachbarten Kühlelementen (22) zugehören.

19. Elektronisches Gerät gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (W) der Düse (23) gemessen in der durch die Kühlelemente (22) bestimmten Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums ungefähr halb so groß ist wie die Breite des der Düse (23) zugehörigen Kühlelementes (22).

20. Elektronisches Gerät, mit
mehreren wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21), die an einer Platte (20) angebracht sind;
mehreren Kühlelementen (22), die an entsprechen den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21) über eine wärmeleitende Verbindung befestigt sind, wobei die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß sie die Rich tung (27) der Strömung und der Abführung eines Kühlungs mediums wie etwa Luft durch diese Anordnung bestimmen; und
einer Abführungskammer (36) für den Durchgang einer konfluenten Strömung (28) des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammen gesetzt ist, die von den Kühlelementen (22) ausgegeben werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß die Richtungen (27) der Strömung und der Abführung des Küh lungsmediums durch die Kühlelemente (22) im wesentlichen identisch sind, wobei jedes Kühlelement (22) mit demjeni gen Anteil des Kühlungsmediums beschickt wird, der durch eine Düse (23) strömt, die mit dem dem wärmeerzeugenden Halbleiterbauelement (21) entgegengesetzten Ende des Kühlelementes (22) in Kontakt ist; und
der gegenseitige Abstand der Düsen (23) gemessen in der Richtung (27) der Strömung und der Abführung des Kühlungsmediums durch das Kühlelement (22) kleiner ist als der gegenseitige Abstand der Kühlelemente (22).

21. Elektronisches Gerät gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand der Düsen (23) im wesentlichen in der Mitte des mittleren von meh reren wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21) zen triert ist.

22. Elektronisches Gerät, mit
mehreren wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21), die an einer Platte (20) angebracht sind;
mehreren Kühlelementen (22), die an entsprechen den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21) über eine wärmeleitende Verbindung befestigt sind, wobei die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß sie die Rich tung (27) der Strömung und der Abführung eines Kühlungs mediums wie etwa Luft durch diese Anordnung bestimmen; und
einer Abführungskammer (36) für den Durchgang einer konfluenten Strömung (28) des Kühlungsmediums, die aus den Anteilen des erwärmten Kühlungsmediums zusammen gesetzt ist, die von den Kühlelementen (22) ausgegeben werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kühlelemente (22) so angeordnet sind, daß die Richtungen (27) der Strömung und der Abführung des Küh lungsmediums durch die Kühlelemente (22) im wesentlichen identisch sind, wobei jedes Kühlelement (22) mit demjeni gen Anteil des Kühlungsmediums beschickt wird, der durch eine Düse (23) strömt, die mit dem dem wärmeerzeugenden Halbleiterbauelement (21) entgegengesetzten Ende des Kühlelementes (22) in Kontakt ist; und
das elektronische Gerät außerdem eine Trennwand (29) aufweist, die die mehreren Kühlelemente (22) und Düsen (23) umgibt, welche mit den den wärmeerzeugenden Halbleiterbauelementen (21) entgegengesetzten Endflächen der Kühlelemente (22) in Kontakt sind, um den Kühlelemen ten (22) das Kühlungsmedium zuzuführen, wobei die Düsen (23) einteilig mit der Trennwand (29) ausgebildet sind.

23. Kühlungseinrichtung zum Kühlen einer wärmeerzeu genden Einheit wie etwa einer während ihres Betriebs wär meerzeugenden elektronischen Einheit (101), mit einem Kühlelement (106), das an der wärmeerzeugenden Einheit (101) befestigt ist, und einer Fluidausstoß-Düseneinrich tung (111) zum Ausstoßen eines Kühlungsfluids auf das Kühlelement (106) von der Oberseite desselben, um dadurch die wärmeerzeugende Einheit (101) zu kühlen, wobei das Kühlelement (106) mehrere Wärmeabstrahlungselemente (107) aufweist, gekennzeichnet durch einen Schlitz (109, 109a, 109b), der durch Schlitzen der Wärmeabstrahlungselemente (107) vom oberen Ende des Kühlelementes (106) zu den Fußenden oder zu einem Bereich in der Nähe der Fußenden dieser Wärmeab strahlungselemente (107) im wesentlichen in der Mitte des Kühlelementes (106) gebildet ist.

24. Kühlungseinrichtung gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Schlitzes (109a) am oberen Ende des Kühlelementes (106) am größten ist und zu den Fußenden der Wärmeabstrahlungselemente (107) abnimmt.

25. Kühlungseinrichtung gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabstrahlungselemente flächi ge Kühlrippen (107) sind.

26. Kühlungseinrichtung gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Schlitzes (109) größer als der gegenseitige Abstand der Kühlrippen (107) ist.

27. Kühlungseinrichtung gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (111) zum Ausstoßen des Kühlungsfluids eine Auslaßfläche (112) aufweist, die kleiner als die obere Fläche des Kühlelementes (106), je doch größer als die obere Fläche des Schlitzes (109) ist.

28. Kühlungseinrichtung gemäß Anspruch 23, gekenn zeichnet durch eine Kühlelement-Klemmeinrichtung, die umfaßt:
eine Blattfeder (131), die von dem Schlitz (109, 109a, 109b) aufgenommen ist und deren Federkraft ein stellbar ist; und
ein L-förmiges Klemmelement (132), das an den Seitenflächen des Kühlelementes (106) befestigt ist und an der Unterseite der wärmeerzeugenden Einheit (101) gehalten wird.

29. Kühlungseinrichtung gemäß Anspruch 27, gekenn zeichnet durch eine Strömungsführung (202, 202a), die sich vom Auslaß der Einrichtung (111) zum Ausstoßen des Kühlungsfluids in das Kühlelement (106d, 106e) erstreckt.

30. Kühlungseinrichtung zum Kühlen einer wärmeerzeu genden Einheit wie etwa einer während ihres Betriebs Wärme erzeugenden elektronischen Einheit (101), mit einem Kühlelement (106d, 106e), das an der wärmeerzeugenden Einheit (101) befestigt ist, und einer Fluidausstoß-Dü seneinrichtung (111) zum Ausstoßen eines Kühlungsfluids in das Kühlelement (106d, 106e) von der Oberseite dessel ben, um die wärmeerzeugende Einheit (101) zu kühlen, wobei das Kühlelement (106d, 106e) mehrere Wärmeabstrah lungselemente (107c) aufweist, gekennzeichnet durch wenigstens einen Satz von Strömungsführungsele menten (202, 202a), die am Kühlelement (106d, 106e) vor gesehen sind und sich von, der Oberseite des Kühlelementes (106d, 106e) zu den Fußenden der Wärmeabstrahlungsele mente (107c), die an die wärmeerzeugende Einheit (101) angrenzen, erstrecken, wodurch die Strömung des Kühlungs fluids durch die Räume zwischen den Wärmeabstrahlungsele menten (107c) gesteuert wird.

31. Kühlungseinrichtung gemäß Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Strömungsführungsele mente (202, 202a) veränderlich ist, derart, daß die Strö mungsführungselemente (202, 202a) in der Nähe der Mitte des Kühlelementes (106d, 106e) die größte Länge besitzen und die Strömungsführungselemente (202, 202a) an den bei den seitlichen Enden des Kühlelementes (106d, 106e) die kleinste Länge besitzen.

32. Kühlungseinrichtung gemäß Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand der Strö mungsführungselemente (202a) veränderlich ist, derart, daß sie von der Mitte des Kühlelementes (106e) zu den beiden seitlichen Enden desselben abnimmt.

33. Kühlungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 23 und 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidausstoß-Dü seneinrichtung (111) unter Einfügung eines weichen Dämp fungselementes (113) vom Kühlungsmediumeinlaß (112) des Kühlelementes (106) aufgenommen ist, wobei das Dämpfungs element (113) entweder an die Düseneinrichtung (111) oder an dem den Einlaß (112) des Kühlelementes (106) definierenden Bereich (110) befestigt ist.