DE4334091A1 - Elektronisches Gerät - Google Patents
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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 Halbleiterbaueleinente 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 Temparatur
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 abzuführen
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 180° 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 wird.
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 zeigt
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 Ausführungsform
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 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 Konstrukion 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
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 horizontaler
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, das
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
28 vertikal von der Unterseite zur Oberseite gerichtet
ist. Trotz einer solchen Änderung der Konstruktion bietet
die dritt 42423 00070 552 001000280000000200012000285914231200040 0002004334091 00004 42304e 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, mehrere Halbleiter
baulelemente 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, plattenförmigen 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 Multichip-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 auftreten, 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 der 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 (31)
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.
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 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 (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.
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 (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.
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).
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).
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.
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).
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.
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).
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.
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
strahlunselemente (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.
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934334091 DE4334091A1 (de) | 1993-10-06 | 1993-10-06 | Elektronisches Gerät |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934334091 DE4334091A1 (de) | 1993-10-06 | 1993-10-06 | Elektronisches Gerät |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4334091A1 true DE4334091A1 (de) | 1995-04-13 |
Family
ID=6499554
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934334091 Withdrawn DE4334091A1 (de) | 1993-10-06 | 1993-10-06 | Elektronisches Gerät |
Country Status (1)
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DE (1) | DE4334091A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112833698A (zh) * | 2019-11-25 | 2021-05-25 | 大众汽车股份公司 | 用于机动车的电子部件的冷却组件 |
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1993
- 1993-10-06 DE DE19934334091 patent/DE4334091A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112833698A (zh) * | 2019-11-25 | 2021-05-25 | 大众汽车股份公司 | 用于机动车的电子部件的冷却组件 |
DE102020207966A1 (de) * | 2019-11-25 | 2021-05-27 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Kühlanordnung für elektronische Komponenten eines Kraftfahrzeugs |
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