DE19734054C2

DE19734054C2 - Mit einer Kühleinrichtung versehene gedruckte Leiterplatte

Info

Publication number: DE19734054C2
Application number: DE19734054A
Authority: DE
Inventors: Kazunari Suga; Akihiro Fujimoto
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1996-08-06
Filing date: 1997-08-06
Publication date: 1999-11-25
Anticipated expiration: 2017-08-07
Also published as: US6052284A; GB2316237B; KR19980018420A; TW340184B; CN1093733C; GB9716544D0; GB2316237A; SG72749A1; DE19734054A1; MY115676A; KR100369717B1; CN1177903A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mit einer Kühleinrichtung versehene gedruckte Leiterplatte nach dem Oberbegriff des Anspruchs.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine gedruckte Leiterplatte, die mit einem Kühler ausgestattet ist, der ein abgedichtetes Gehäuse aufweist, in dem ein flüssiges Kühlmittel über die gedruckte Leiterplatte hinweg geleitet wird, auf der hochintegrierte Schaltungen (LSI-Schaltungen = large scale integrated circuits) oder ähnliche Halbleiterbauelemente mit hoher Wärmeleistungserzeugung aufgebracht sind.

Aufgrund der in den letzten Jahren erfolgenden Erhöhung der Integrationsdichte von hochinte grierten Schaltungen und auch der Beschleunigung der Arbeitsgeschwindigkeit von hochinte grierten Schaltungen in der letzten Zeit erhöht sich die Wärmeleistung zunehmend, die von den einzelnen, hohe Integrationsdichte aufweisenden Schaltungen erzeugt wird. Es besteht daher ein Bedürfnis hinsichtlich der Entwicklung von noch effizienteren Kühleinheiten für gedruckte Leiterplatten, auf denen solche, hohe Integrationsdichte aufweisenden Schaltungen montiert sind. Auf den mit solchen hochintegrierten Schaltungen versehenen gedruckten Leiterplatten ist jeweils eine erforderliche Anzahl von hochintegrierten Schaltungen entweder nur auf einer oder aber auf beiden Seiten der Leiterplatte angebracht. Zur Kühlung der hochintegrierten Schaltungen ist es beim Stand der Technik üblich, die gedruckte Leiterplatte mit den darauf aufgebrachten hoch integrierten Schaltungen insgesamt durch zwangsweise Luftkühlung oder durch Flüssigkeits kühlung zu kühlen, wobei bei der Flüssigkeitskühlung die gedruckte Leiterplatte in ein flüssiges Kühlmittel eingebracht wird.

Die Zwangskühlung mittels Luft ist jedoch nicht ausreichend, eine Kühlung von hochintegrierten Schaltungen mit hoher Wärmeleistungserzeugung in zufriedenstellendem Umfang zu erreichen. Die Kühlung durch Flüssigkeit erfordert demgegenüber das Eintauchen der gesamten gedruckten Leiterplattenstruktur in dem Kühlmittel, was den Nachteil mit sich bringt, daß ein solcher Kühler unausweichlich sperrig ausgebildet ist. Da sich die Flüssigkeitskühlung der gedruckten Leiter platte ferner im wesentlichen auf die Konvektion des Kühlmittels verläßt, ist es nicht möglich, eine zufriedenstellende Wirkung der Kühlung der gedruckten Leiterplatte insbesondere dann sicherzustellen, wenn elektronische Bauelemente mit hoher Wärmeleistung auf der gedruckten Leiterplatte montiert sind.

Eine mit einer Kühleinrichtung versehene gedruckte Leiterplatte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der DE 42 20 732 A1 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt eine Halbleiterkühleinrichtung, die ein auf die Bauelementplatine aufgesetztes, zweistöckiges Kühlgehäuse umfaßt. Die obere Etage des Kühlgehäuses dient als Kühlflüssigkeitsverteiler, der die von außen zugeführte Kühlflüssigkeit über vom Verteilerraum nach unten ausgehende Düsenrohre strahlförmig direkt auf die einzelnen elektronischen Bauelemente verteilt. Diese Konstruktion erfordert hohe Gehäusebauhöhe und ist zur Kühlung von Hochleistungsbau elementen ausgelegt.

Die US 4,680,673 offenbart eine Bauelementkühleinrichtung mit einem massiven Gehäuse, in dem die Kühlmittelkanäle sowie eine zur Aufnahme der Halbleiterbauelemente dienende Ausnehmung ausgebildet sind. Das Kühlmittel gelangt hierbei nicht in direkten Kontakt mit den zu kühlenden Bauelementen, sondern durchströmt lediglich die gehäuseinternen Kühlmittelkanäle. Die Bauelementausnehmung kann durch eine angeschweißte oder angelötete Abdeckung verschlossen sein.

Die US 5,361,188 ist auf eine Bauelementanordnung gerichtet, bei der die zu kühlenden elektronischen Bauelemente in einem offenen Gehäuse mit Luftführungskanälen und -öffnungen angeordnet sind, durch die Kühlluftströme auf die einzelnen Bauelemente gerichtet werden.

In der DE 42 17 289 A1 ist eine flüssigkeitsgekühlte Leistungstransistoranordnung beschrieben, bei der die Halbleiterelemente in direktem Wärmeaustauschkontakt mit dem in einem Kühlfluidkanal strömenden Kühlfluid stehen. Die Kühlkanäle können durch jeweils zwei Bauelemente tragende Isolierplatten begrenzt sein, die durch parallel verlaufende, abdichtende Abstandsleisten in gegenseitigem Abstand gehalten werden.

Die US 4,441,140 betrifft eine gedruckte Leiterplatte mit Bauelementen, bei denen eine Abdeckplatte in direktem thermischen Kontakt mit den wärmeerzeugenden Bauelementen gehalten wird. Die erzeugte Wärme wird über die Abdeckplatte zu einer Wärmesenke geleitet. Zur Wärmeübertragung kann eine thermisch leitende Flüssigkeit in den Ausnehmungen des Leiterplattenhalters vorgesehen sein.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mit einer Kühleinrichtung versehene gedruckte Leiterplatte zu schaffen, bei der die Kühleinrichtung ein zuverlässig abgedichtetes, aber gleichwohl leicht abnehmbares Gehäuse aufweist.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Leiterplatte ist mit einer Kühleinrichtung versehen, deren abgedichtetes, die elektronischen Bauelemente umschließendes Gehäuse durch eine Halterungseinrichtung in abnehmbarer Weise an der Leiterplatte abgebracht ist. Diese Konstruktion ermöglicht es, das Gehäuse in einfacher Weise zu demontieren, so daß die auf der Leiterplatte vorhandenen, normalerweise vom Gehäuse unzugänglich abgedeckten elektronischen Bauelemente frei zugänglich werden. Damit ist eine Wartung oder ein eventueller Austausch eines fehlerhaften elektronischen Bauelements erheblich erleichtert. Damit trotz dieser Abnehmbarkeit des Gehäuses ein Herauslecken der Kühlflüssigkeit während des normalen Betriebs zuverlässig verhindert werden kann, ist einerseits an dem umlaufenden Rand des Gehäuses eine flüssigkeitsdichte Dichteinrichtung und andererseits auf der gedruckten Leiterplatte ein metallischer Abschnitt im Auflagebereich der Dichteinrichtung vorgesehen. Im montierten Zustand werden der Gehäuserand und damit die umlaufende Dichteinrichtung durch die Montageelemente auf den metallischen Leiterplattenabschnitt gedrückt, so daß eine zuverlässig abdichtende Verbindung zwischen dem Gehäuse und der Leiterplatte hergestellt ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1A zeigt eine im Schnitt gesehene Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 1B zeigt eine Schnittansicht, die entlang einer in Fig. 1A gezeigten Linie 1b-1b' geschnit ten ist,

Fig. 2 zeigt eine teilweise vergrößerte Schnittansicht des in den Fig. 1A und 1B dargestellten Ausführungsbeispiels,

Fig. 3A zeigt eine im Schnitt gesehene Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3B zeigt eine Schnittansicht, die entlang einer in Fig. 3A gezeigten Linie 3b-3b' geschnit ten ist,

Fig. 4 zeigt eine teilweise vergrößerte Schnittansicht des in den Fig. 3A und 3B dargestellten Ausführungsbeispiels,

Fig. 5 zeigt eine im Schnitt gesehene Draufsicht auf eine mit elektronischen Bauelementen bestückte, gedruckte Leiterplatte, die zum Messen der Wirkungen der erfindungsge mäßen Ausgestaltung verwendet wird,

Fig. 6 zeigt eine graphische Darstellung, in der Meßwerte gezeigt sind, die bei der in Fig. 5 dargestellten gedruckten Leiterplatte erhalten werden,

Fig. 7A zeigt eine im Schnitt gesehene Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 7B zeigt eine Schnittansicht, die entlang einer in Fig. 7A gezeigten Linie 7b-7b' geschnit ten ist,

Fig. 8A zeigt eine im Schnitt gesehene Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 8B zeigt eine Schnittansicht, die entlang einer in Fig. 8A gezeigten Linie 8b-8b' geschnit ten ist,

Fig. 9A zeigt eine im Schnitt gesehene Draufsicht, in der eine abgeänderte Ausführungsform des in den Fig. 8A und 8B gezeigten Ausführungsbeispiels dargestellt ist,

Fig. 9B zeigt eine Schnittansicht, die entlang einer in Fig. 9A gezeigten Linie 9b-9b' geschnit ten ist,

Fig. 10 zeigt eine im Schnitt gesehene Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 11 zeigt eine im Schnitt gesehene Draufsicht auf eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 12 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels, bei dem elektronische Bauteile mit relativ geringer Wärmeerzeugung auf der gleichen gedruckten Schaltplati ne außerhalb des abgedichteten Gehäuses angebracht sind, die durch einen eine erzwungene Luftkühlung bewirkenden Lüftermotor eines Testgeräts oder einer Test vorrichtung gekühlt werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1A und 1B wird nun ein erstes Ausführungsbeispiel der mit einem Kühler ausgestatteten, gedruckten Leiterplatte bzw. Druckschaltungsplatine in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben. Fig. 1A zeigt eine Schnittansicht, die entlang einer in Fig. 1B dargestellten Linie 1a-1a' geschnitten ist, während in Fig. 1B eine Schnittansicht gezeigt ist, die entlang der in Fig. 1A dargestellten Linie 1b-1b' geschnitten ist. Wie in den Fig. 1A und 1B gezeigt ist, ist auf jeder Seite einer gedruckten Leiterplatte 10 auf deren gesamter Fläche eine Matrixanordnung aus 32 elektronischen Bauelementen 3 aufgebracht, die hohe Wärmeleistung erzeugen und zum Beispiel hochintegrierte Schaltungen (LSI) sind. Jede Seite der gedruckten Leiterplatte 10 ist mit einem kastenförmigen, abgedichteten Gehäuse 20 bedeckt, das eine offene Seite aufweist und eine Kühlkammer bildet, in der die elektronischen Bauele mente 3 untergebracht sind. Durch die bzw. entlang der elektronischen Bauelemente 3 wird ein Kühlmittel 7 verteilt bzw. vorbeigeleitet. Das abgedichtete Gehäuse 20 weist eine Bodenplatte bzw. Bodenwand 21, zwei einander gegenüberliegende Seitenplatten bzw. Seitenwände 22a und 22b, und zwei Endplatten bzw. Endwände 22c und 22d auf. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, enthält jedes elektronische Bauelement 3 eine hochintegrierte Schaltung (LSI) 33 mit Anschlußstiften oder Anschlußkontakten 31, und einen Radiator oder Kühler 32 mit Abstrahlungsrippen, der in engem Kontakt mit der hochintegrierten Schaltung 33 gehalten ist. Beide Seiten der gedruckten Leiterplatte 10 und Randbereiche 26 des abgedichteten Gehäuses 20 werden gegenseitig in flüssigkeitsdichten Kontakt durch Klammern 12a und 12b unter Zwischenlage von elastischen O- Ringen bzw. Dichtringen 4 aneinander gedrückt und sind durch Schrauben 13 aneinander befestigt.

Die hochintegrierte Schaltung 33 und die gedruckte Leiterplatte 10 sind durch die Anschlußstifte 31 des elektronischen Bauelements 3 sowohl elektrisch als auch mechanisch miteinander verbunden. Der Radiator 32 ist an der Oberfläche der hochintegrierten Schaltung 33 fest angebracht und besteht aus einem guten thermischen Leiter wie etwa aus Kupfer oder Alumi nium. An der Oberfläche des Radiators 32 ist eine Mehrzahl von Abstrahlungsrippen ausgebildet.

Die gedruckte Leiterplatte 10 weist weiterhin eine Anzahl von Verbindern 5 auf, die an ihren Seitenrändern angebracht sind. Die Anschlußstifte 31 der elektronischen Bauelemente 3 sind mit den Verbindern 5 über in mehreren Schichten ausgebildete Verbindungen bzw. Verbindungslei tungen der gedruckten Leiterplatte 10 verbunden. Zwischen dem abgedichteten Gehäuse 20 und der gedruckten Leiterplatte 10 ist somit die Kühlkammer 25 ausgebildet, in der die elektroni schen Bauelemente 3 untergebracht sind und dort durch das Kühlmittel 7 gekühlt werden, das durch die elektronischen Bauelemente 3 hindurch bzw. entlang dieser Bauelemente in der durch die Pfeile 71 angegebenen Richtung strömt. Das Bezugszeichen 61 bezeichnet eine Einlaßöff nung für die Einleitung des Kühlmittels 7 in die Kühlkammer, wobei in der Endwand 22c jeweils eine entsprechende Einlaßöffnung bzw. Durchführungsöffnung 61' vorgesehen ist. Mit dem Bezugszeichen 62 ist jeweils eine Auslaßöffnung für die Herausführung des Kühlmittels 7 aus der Kühlkammer 25 bezeichnet, wobei in der Endwand 22d jeweils eine entsprechende Auslaßöff nung 62' ausgebildet ist.

Das Kühlmittel 7 strömt durch die Einlaßöffnungen 61 und 61' in die Kühlkammer 25, in der die elektronischen Bauelemente 3 in diesem Kühlmittel 7 eingetaucht sind bzw. vollständig vom Kühlmittel 7 (an ihren freiliegenden Bereichen) umgeben werden. Das Kühlmittel 7 strömt in der durch die Pfeile 71 angezeigten Richtung, wobei es die elektronischen Bauelemente 3 kühlt. Anschließend wird das Kühlmittel durch die Auslaßöffnungen 62 und 62' aus dem abgedichteten Gehäuse 20 nach außen herausgeleitet.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist eine Dichteinrichtung bzw. ein Dichtmittel 27 vorgesehen, das zur Erzielung einer flüssigkeitsdichten Verbindung zwischen der gedruckten Leiterplatte 10 und dem randseitigen Endbereich 26 des abgedichteten Gehäuses 20 dient. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine metallische Folie, die auf dem Oberflächenbereich der gedruckten Leiterplatte 10 bereits vorab für den flüssigkeitsdichten Kontakt mit dem randseitigen Endbereich 16 des abgedichteten Gehäuses 20 aufgebracht ist. Die gedruckte Leiterplatte 10 und das abgedichtete Gehäuse 20 sind miteinander mit Hilfe der elastischen, durch einen O-Ring gebildeten Dichtung 4 verbunden, die zwischen eine Rille 28, die in der endseitigen Fläche des randseitigen Endbereichs 26 eingeschnitten oder eingebracht ist, und der metallischen Folie 11 eingefügt ist. Das abgedichtete Gehäuse 20 wird gegen die gedruckte Leiterplatte 10 mit Hilfe der Klammern 12a und 12b angedrückt und hierdurch an der gedruckten Leiterplatte 10 befestigt.

Die metallische Folie 11 ist durch Aufbringen oder Plattieren eines Musters aus Gold auf der Oberfläche der gedruckten Leiterplatte 10, oder durch anfängliches Aufbringen eines Musters auf Kupfer und einer nachfolgenden Plattierung dieses Musters mit Gold ausgebildet. Die elastische Dichtung 4, die zwischen dem abgedichteten Gehäuse 20 und der gedruckten Leiterplatte 10 gehalten ist, ist aus einem Material hergestellt, dessen Eigenschaften durch das Kühlmittel 7 nicht verschlechtert werden. Als Kühlmittel 7 wird eine inerte Flüssigkeit verwendet. Durch die Plattierung der metallischen Folie 11 mit Gold können die Dichteigenschaften der Dichteinrich tung 27 über einen langen Zeitraum hinweg aufrechterhalten werden. Der vorstehend beschrie bene Aufbau der Dichteinrichtung 27 wird auch bei allen weiteren, im nachfolgenden Text beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eingesetzt.

Der Radiator 32, der an jedem in der Kühlkammer 25 untergebrachten elektronischen Bauele ment 3 montiert ist, wird durch das Kühlmittel 7 gekühlt, dessen Temperatur geeignet gesteuert wird und das in das abgedichtete Gehäuse 20 mit dem erforderlichen Druck von einem außerhalb des Gehäuses angeordneten Kühlgerät (Kühlaggregat) durch die Einlaßöffnung 61 und einen Schlauch oder ein Rohr bzw. eine Leitung eingeleitet wird. Das Kühlmittel 7, das in die Kühl kammer 25 über die Einlaßöffnung 61 eingeleitet worden ist, strömt in der durch die Pfeile 71 angegebenen Weise und absorbiert hierbei Wärme von den elektronischen Bauelementen 3 und von deren Radiatoren 32. Das Kühlmittel 7 wird dann durch die Auslaßöffnung 62 nach außen herausgeführt.

Wenn das Kühlmittel 7 gemäß der vorstehenden Erläuterung in die Kühlkammer 25 über die Einlaßöffnungen 61 und 61' eingeleitet und anschließend über die Auslaßöffnungen 62 und 62' herausgeführt wird, wird die Wärme, die durch die elektronischen Bauelemente 3 erzeugt wird, durch das in Berührung mit ihnen strömende Kühlmittel 7 absorbiert, das heißt aufgenommen und kann folglich wirkungsvoll abgeleitet werden. Da das abgedichtete Gehäuse ferner an der gedruckten Leiterplatte derart angebracht ist, daß es die elektronische Bauelementanordnung abdeckt, kann die zusammengebaute Baueinheit klein ausgelegt sein.

Bei dem in den Fig. 1A und 1B gezeigten Ausführungsbeispiel strömt das Kühlmittel 7 im wesentlichen parallel zu der Richtung der aufeinanderfolgenden Anordnung der elektronischen Bauelemente 3, wie es durch die Pfeile 71 angegeben ist. Es kann sich daher die Tendenz einstellen, daß ein hohe Temperatur aufweisender Strömungsquerschnitt des Strömungsmittels, das in der Nähe der elektronischen Bauelemente 3 fließt, und ein relativ niedrige Temperatur besitzender Strömungsquerschnitt des Kühlmittels, das abseits der elektronischen Bauelemente 3 fließt, eine stationäre Verteilung aufweisen. Es kann sich daher das Ergebnis einstellen, daß ein erheblicher Anteil des Kühlmittels, das in dem relativ niedrige Temperatur aufweisenden Strömungsquerschnitt fließt, ohne nennenswerte Temperatur erhöhung, aus der Kühlkammer 25 herausgeleitet wird, was zu dem Problem führt, daß das Kühlmittel nicht effektiv zur Abführung der die elektronischen Bauelemente 3 erzeugten Wärme ausgenutzt wird. Bei einem solchen Zustand erhöht sich die Wirksamkeit der Kühlung selbst dann nicht, wenn die Strömungsrate des Kühlmittels 7 auf einen hohen Wert eingestellt wird. Wenn das Kühlmittel, das in Berührung mit den elektronischen Bauelementen 3 strömt, eine niedrige Strömungsrate aufweist, unterliegt es einem großen Temperaturanstieg. In einem solchen Fall erhöht sich die Temperatur des Kühlmittels 7 bei dessen weiterer Strömung allmählich stromabwärts, und es verringert sich demgemäß seine Kühlungsfähigkeit bzw. Kühlwirkung entsprechend, was wiederum zu einer deutlichen Erhöhung der Temperatur der stromab befindlichen elektronischen Bauelemente 3 führt.

Die Strömungsrate des Kühlmittels 7 kann dadurch erhöht werden, daß der Einlaßdruck bei der Einleitung des Kühlmittels angehoben wird, um hierdurch die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels zu erhöhen. Bei dem Einsatz einer solchen Ausgestaltung, bei der das Kühlmittel mit hohem Druck eingeleitet wird, verringert sich aber die Zuverlässigkeit der Abdichtung gegenüber dem Kühlmittel 7, das heißt es erhöht sich die Leckgefahr. Weiterhin führt eine solche Ausge staltung zu einer sperrigen, mit Flüssigkeit arbeitenden Kühleinheit und führt demgemäß auch zu einem Anstieg der Herstellungskosten für die Kühleinheit.

Damit die Wärmeabsorptionswirkung bzw. Wärmeabführungswirkung des Kühlmittels 7 verbes sert wird, ist es wünschenswert, daß die gesamte Kühlmittelströmung so gleichmäßig wie möglich zu der Wärmeabführung beiträgt. Dies bedeutet, daß es wichtig ist, daß jeder Anteil des Kühlmittels 7 die Möglichkeit erhält, in Berührung mit den elektronischen Bauelementen 3 zu strömen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Kühlmittelströmung über ihren Querschnitt hinweg gestört wird.

Nachfolgend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, das eine erhöhte Kühlwirksamkeit bzw. Kühlungseffizienz dadurch erreichen soll, daß die Richtung der Strömung des Kühlmittels 7 geändert wird oder dessen Strömung durch Barrieren gestört wird, die in der Kühlkammer 25 vorgesehen sind. Auch wenn bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen zur Abkürzung der Beschreibung nicht auf die in den Fig. 1A und 2 gezeigten Klammern 12a und 12b und die Schrauben 13 Bezug genommen wird, sind diese hierbei aber selbstverständlich ebenfalls vorgesehen.

Das in den Fig. 3A und 3B gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den Fig. 1A und 1B dargestellten Ausführungsbeispiel dahingehend, daß die elektronischen Bauelemente in der Form einer Matrix angeordnet sind, die aus sechs Zeilen und vier Spalten besteht, und daß Barrieren bzw. Sperren 24 vorgesehen sind, die sich abwechselnd von einer der einander gegenüberliegenden Seitenwänden 22a und 22b jeweils in Richtung zu der anderen bzw. von der jeweils anderen Wand zu der einen Wand erstrecken, wobei die Barrieren abwechselnd in jeder Spalte bzw. Zeile ausgebildet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Einlaßöffnung 61 für das Kühlmittel und die Auslaßöffnung 62 jeweils in der Nähe der einander gegenüberliegenden Enden der gleichen Seitenwand 22b vorgesehen. Da die Richtung der Strömung des Kühlmittels 7 von der Einlaßöffnung 61 zu der Auslaßöffnung 62 durch die Barrieren 24 jeweils mehrfach umgekehrt wird, wie es durch die Pfeile veranschaulicht ist, wird die Kühlmittelströmung umgewälzt oder gestört, und es wird eine gleichförmige Temperaturverteilung über die gesamte Strömung hinweg erzielt.

In Fig. 3B ist ein Querschnitt dargestellt, der in der Richtung der Pfeile gesehen ist, die in Fig. 3A an der Linie 3b-3b' gezeigt sind. Fig. 4 zeigt eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die entlang der in Fig. 3A dargestellten Linie 4-4' geschnitten und in der durch die Pfeile an dieser Linie 4-4' veranschaulichten Richtung gesehen ist.

Gemäß den Fig. 3A, 3B und 4 weist die gedruckte Leiterplatte 10 an ihren beiden Seiten jeweils elektronische Bauelemente 3 auf, die in Matrixform angeordnet sind, wie es auch bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Die elektronischen Bauelemente sind jeweils durch die Anschlußstifte bzw. Anschlußkontakte 31 mit der gedruckten Leiterplatte 10 elektrisch und mechanisch verbunden. Jedes elektronische Bauelement 3 weist den Radiator bzw. die Radia toreinrichtung 32 auf, der bzw. die an der Oberfläche des zugehörigen elektronischen Bauele ments 3 fest angebracht ist und jeweils eine Mehrzahl von Radiatorrippen besitzt, die an seiner bzw. ihrer Oberfläche ausgebildet sind. Auf jeder Seite der gedruckten Leiterplatte 10 ist das abgedichtete Gehäuse 20 montiert, durch das zwischen der Platine 10 und dem Gehäuse die Kühlkammer 25 definiert bzw. ausgebildet wird, in der die zu kühlenden elektronischen Bauele mente 3 untergebracht sind. Das abgedichtete Gehäuse 10 weist somit die Barrieren bzw. Sperren 24 auf, die sich abwechselnd von der Bodenplatte bzw. Bodenwand 21 und einer der einander gegenüberliegenden Seitenwände 22a und 22b in Richtung zu der gedruckten Leiter platte 10 und der anderen Seitenwand, bzw. von der anderen Seitenwand in Richtung zu der erst genannten Seitenwand erstrecken. Das untere Randende jeder Barriere 24 kann von der gedruckten Leiterplatte 10 beabstandet angeordnet sein.

Zwischen der gedruckten Leiterplatte 10 und jedem abgedichteten Gehäuse 20 ist somit die Kühlkammer 25 ausgebildet, in der die elektronischen Bauelemente 3 untergebracht sind und in der das Kühlmittel 7 mäandrierend bzw. unter wiederholter Richtungsumkehrung in denjenigen Richtungen strömt, die durch die Pfeile veranschaulicht sind. Hierbei können auch die Einlaßöff nungen und Auslaßöffnungen 61 und 62 bei einer der Kühlkammern 25 entfallen, und es können statt dessen Löcher, durch die hindurch die beiden Kühlkammern 25 miteinander in Verbindung gebracht werden, in der gedruckten Leiterplatte 10 nahe bei der Einlaßöffnung 61 und der Auslaßöffnung 62 des anderen Kühlkanals 25 ausgebildet werden, so daß das Kühlmittel 7 durch die Löcher von der einen Seite zu der anderen Seite der gedruckten Leiterplatte 10 strömt. Hierdurch ist es möglich, die Anzahl von Einlaßöffnungen und Auslaßöffnungen 61 und 62 zu verringern.

Nachfolgend werden die Ergebnisse von Messungen erläutert, die anzeigen, daß die Wirksamkeit der Kühlung der elektronischen Bauelemente 3 dadurch erhöht werden kann, daß die Strömung des Kühlmittels durch die Barrieren 24, die in der Kühlkammer 25 gemäß der vorstehenden Beschreibung angeordnet sind, gestört wird.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, weist die gedruckte Leiterplatte 10, die für die Messungen eingesetzt wurde, acht elektronische Bauelemente 3 auf, die in einer Reihe mit gleichen Abständen ausgerichtet sind. Die Kühlkammer 25 enthält die Barrieren 24, die jeweils zwischen jedem zweiten und dritten elektronischen Bauelement 3 verläuft, das heißt nach dem zweiten, dem vierten und dem sechsten Bauelement 3 vorgesehen ist. Das abgedichtete Gehäuse 20 mißt 200 mm auf 40 mm. Jedes elektronische Bauelement 3 besteht aus einem keramischen Substrat, das Abmessungen von 16 mm auf 16 mm auf 1,0 mm besitzt, und aus einer hochintegrierten Schaltung LSI, die auf dem keramischen Substrat mit einer Größe von 7,5 mm auf 7,5 mm auf 0,5 mm ausgebildet ist und einen Heizwert von 12 W aufweist.

Fig. 6 zeigt Meßwerte für die Oberflächentemperatur der elektronischen Bauelemente #1 und #8 für Fälle, bei denen die Strömungsrate des Kühlmittels auf 1000 cm³/min, 1500 cm³/min bzw. 2000 cm³/min eingestellt war. Die Temperatur des Kühlmittels an der Einlaßöffnung 61 betrug 25°C. Die schwarzen Kreise geben diejenigen Werte an, die bei Fehlen von Barrieren gemessen wurden, während die weißen Kreise diejenigen Werte veran schaulichen, die bei vorhandenen Barrieren gemessen wurden. Aus Fig. 6 ist klar ersichtlich, daß der Kühlwirkungsgrad der Kühlung der Bauelemente durch das Vorsehen der Barrieren 24 erhöht werden kann.

Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele der mit einem Kühler ausgestatteten gedruckten Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.

Bei dem in den Fig. 7A und 7B gezeigten Ausführungsbeispiel sind auf jeder Seite der gedruckten Leiterplatte 10 elektronische Bauelemente 3 in der Form einer Matrix aus acht Zeilen und vier Spalten angebracht. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Trennwand, die die durch die elektronischen Bauelemente gebildete Matrix in zwei Untermatrizen unterteilt, die jeweils aus zwei Reihen bzw. Spalten von elektronischen Bauelementen 3 bestehen. In der Endwand 22c, die durch die Trennwand 8 unterteilt wird, sind die Einlaß- und Auslaßöffnungen 61 und 62 vorgesehen, die jeweils mit den beiden Regionen der Kühlkammer 25 in Verbindung stehen. Die Trennwand 8 erstreckt sich von der Bodenplatte bzw. Bodenwand 21 und der Endwand 22c unter integraler oder einstückiger Ausbildung mit diesen. Wenn das obere abgedichtete Gehäuse 20 an der gedruckten Leiterplatte 10 angebracht wird, wird das untere Randende der Trennwand 8 in flüssigkeitsdichten Kontakt oder in Eingriff mit der Oberseite der gedruckten Leiterplatte 10 gepreßt, wodurch die Strömung des Kühlmittels 7 zwischen den beiden getrennten Regionen der Kühlkammer 25 in diesem Bereich gesperrt wird. Der endseitige Rand der Trennwand 8, der an deren längsseitigem Ende bzw. deren freien Ende vorgesehen ist, erstreckt sich nicht bis zu der Endwand 22d, so daß zwischen diesem Endrand und der Endwand 22d ein Freiraum bereitge stellt ist. Hierdurch wird ein im wesentlichen U-förmig verlaufender Kühlkanal von der Einlaßöff nung 61 zu der Auslaßöffnung 62 in der Kühlkammer 25 ausgebildet. In dem U-förmig verlau fenden Kühlmittelkanal sind Barrieren 9 vorgesehen, die sich abwechselnd von den Seitenwän den 22a und 22b sowie der Trennwand 8 zwischen benachbarten elektronischen Bauelementen 3 erstrecken. Die Barrieren bzw. Sperren 9 sind integral bzw. einstückig mit der Bodenplatte bzw. Bodenwand 21 und den Seitenwänden 22a und 22b, oder mit der Trennwand 8 ausgebil det und weisen die gleiche Höhe auf wie die Seitenwände und die Endwände. Die unteren randseitigen Kanten der Barrieren 9 werden in flüssigkeitsdichter Weise gegen die gedruckte Leiterplatte 10 gedrückt, wenn das obere abgedichtete Gehäuse 20 an dieser angebracht wird. Die Breite bzw. Länge jeder Barriere 9 beträgt ungefähr ½ des Abstands zwischen der Seiten wand 22a oder 22b und der Trennwand 8. Die Barrieren 9 erstrecken sich von den Seitenwän den 22a, 22b bzw. von der Trennwand 8 alternierend nach jedem zweiten elektronischen Bauelement 3, gesehen in der Richtung der Anordnung der elektronischen Bauelemente 3. Durch diese Barrieren 7 wird das Kühlmittel 7, das in dem U-förmig verlaufenden Kanal von der Einlaßöffnung 61 zu der Auslaßöffnung 62 strömt, wiederholt zu mäandrierendem Verlauf bzw. zur Richtungsumkehr gebracht, so daß die Kühlmittelströmung gestört wird.

Die Kühlkammer 25 ist mit dem Kühlmittel 7 gefüllt, das in ihr strömt und durch die Einlaßöff nungen 61 und 61' eingeleitet wird, und es sind die elektronischen Bauelemente 3 in das Kühlmittel 7 eingetaucht. Da die Kühlkammer 25 bei diesem Ausführungsbeispiel in zwei Abteile unterteilt ist und da die Barrieren 9 in der vorstehend erläuterten Weise in der Kühlkammer und den beiden Abteilen angeordnet sind, ist die Querschnittsfläche des Kühlmittelkanals oder der Kühlmittelströmungspassage klein. Folglich ist die Geschwindigkeit der Strömung des Kühlmittels 7 höher als diejenige bei dem in den Fig. 1A und 1B gezeigten Ausführungsbeispiel, wenn von der gleichen Strömungsrate ausgegangen wird. Das Kühlmittel 7, das in den Kühlmittelkanal bzw. Kühlkanal 25 einströmt, wird zu einer turbulenten Strömung, wenn es an den Barrieren 9 mit hoher Geschwindigkeit anstößt, und strömt in der durch die Pfeile 71 veranschaulichten Richtung, wobei es die elektronischen Bauelemente 3 kühlt. Schließlich strömt das Kühlmittel 7 aus der Kühlkammer 25 durch die Auslaßöffnungen 62 und 62' nach außen.

Aufgrund der turbulenten Strömung des Kühlmittels 7 werden dessen höhere und tiefere Temperaturen aufweisenden Abschnitte effektiv miteinander gemischt, so daß eine gleichförmige Temperaturverteilung über die gesamte Kühlmittelströmung hinweg erzielt wird, wodurch die Wirkung der Abkühlung der elektronischen Bauelemente noch weiter gefördert wird. Auch wenn die elektronischen Bauelemente 3 bei diesem Ausführungsbeispiel auf den beiden Seiten der gedruckten Leiterplatte 10 angebracht sind, ist es auch möglich, die elektronischen Bauelemente 3 lediglich auf einer einzigen Seite der Leiterplatte 10 zu montieren. Obwohl bei diesem Ausfüh rungsbeispiel lediglich eine einzige Trennwand 8 in der Kühlkammer 25 ausgebildet ist, ist es ferner auch möglich, einen Aufbau zu verwenden, bei dem solche Trennwände zwischen benachbarten elektronischen Bauelementen 3 in der Zeilen- oder Spaltenrichtung von deren matrixförmiger Anordnung verlaufen, abwechselnd von den Endwänden 22c und 22d ausgehen zu lassen, und die Barrieren 9 hierbei zwischen jedem zweiten und dritten elektronischen Bauelement 3 in der Spaltenrichtung, das heißt jeweils nach jedem zweiten Bauelement 3 in der Spaltenrichtung, derart vorzusehen, daß diese abwechselnd von den beiden sich gegenüberlie genden Trennwänden vorstehen (oder von einer Trennwand 8 und der Seitenwand 22a oder 22b).

Unter Bezugnahme auf die Fig. 8A und 8B wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung beschrieben. In Fig. 8A ist eine Schnittansicht gezeigt, die entlang der in Fig. 8B gezeigten Linie 8a-8a' gesehen ist. Fig. 8B zeigt eine Schnittansicht, die entlang der in Fig. 8A dargestellten Linie 8b-8b' geschnitten ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die elektronischen Bauelemente 3 auf beiden Seiten der gedruckten Leiterplatte 10 in gleicher Weise wie bei dem in den Fig. 7A und 7B dargestellten Ausführungsbeispiel angebracht. Die Endwand 22c weist lediglich eine einzige Einlaßöffnung 61 auf, die durch diese hindurchgehend eingebracht ist und zum Einleiten des Kühlmittels 7 in die Kühlkammer 25 dient sowie auf der Oberseite bzw. oberhalb der gedruckten Leiterplatte 10 angeordnet ist. In der Nähe der Einlaßöffnung 61' weist die gedruckte Leiterplatte 10 eine Einlaßöffnung 14 auf, durch die hindurch das Kühlmittel 7, das in die obere Kühlkammer 25 eingeführt worden ist, auch in diejenige Kühlkammer eingeleitet wird, die auf der Unterseite bzw. unterhalb der gedruckten Leiterplatte 10 angeordnet ist. In gleichartiger Weise ist lediglich eine einzige Auslaßöffnung 62' durch die Endwand 22c hindurchführend vorgesehen, um das Kühlmittel 7 zur Außenseite herauszuführen. In der Nähe der Auslaßöffnung 62' weist die gedruckte Leiterplatte 10 eine Auslaßöffnung 15 auf, die durch sie hindurchgehend gebohrt bzw. ausgebildet ist, so daß das Kühlmittel 7 von der unteren Kühlkammer 25 durch diese Auslaßöff nung 15 hindurchströmen kann und sich mit dem Kühlmittel 7 vereinigt, das durch die obere Kühlkammer geströmt ist. Anschließend wird das Kühlmittel durch die Auslaßöffnung 62' ausgeleitet.

Bei diesem Ausführungsbeispiel strömt das Kühlmittel 7, das durch die Einlaßöffnungen 61 und 61' eingeleitet wird, sowohl in die Kühlkammer 25, die auf der Oberseite bzw. oberhalb der gedruckten Leiterplatte 10 ausgebildet ist, als auch in die Kühlkammer 25, die an der Unterseite bzw. unterhalb der gedruckten Leiterplatte 10 ausgebildet ist, wobei der letztgenannte Strö mungspfad durch die Einlaßöffnung 14 hindurchführt. Das Kühlmittel 7, das in der oberen Kühl kammer 25 strömt, fließt in der durch die Pfeile 71 angezeigten Weise und strömt aus dem abgedichteten Gehäuse 20 durch die Auslaßöffnungen 62 und 62' hinaus. Das Kühlmittel 7, das über die Einlaßöffnung 14 in die untere Kühlkammer 25 einströmt, fließt in gleicher Weise durch die Kühlkammer 25 und strömt dann durch die Auslaßöffnung 15 wieder in die obere Kühlkam mer 25 und strömt dann aus dem abgedichteten Gehäuse 20 durch die Auslaßöffnungen 62' und 62 hinaus.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann daher das Kühlmittel 7 in gleichmäßiger Weise auf die Kühlkammern 25 auf den beiden Seiten der gedruckten Leiterplatte 10 aufgeteilt werden, indem die Einlaß- und Auslaßöffnungen 14 und 15 in der gedruckten Leiterplatte 10 jeweils nahe bei den Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen 61' und 62' ausgebildet werden, auch wenn für die beiden abgedichteten Gehäuse 20 nur eine Einlaßöffnung 61 und eine Auslaßöffnung 62 vorgesehen sind. Das Vorsehen dieser Öffnungen führt darüberhinaus nicht zu einer in irgendeiner Weise erhöhten komplexeren Gestaltung der Flüssigkeitskühlanordnung. Dies bedeutet, daß die Anzahl von Rohren oder Schläuchen bzw. Leitungen, die mit den Einlaß- und Auslaßöffnungen 61 und 62 verbunden werden müssen, bei diesem Ausführungsbeispiel somit lediglich insgesamt bei zwei für jede gedruckte Leiterplatte 10 liegt, so daß die erforderliche Anzahl von Rohren oder Schläuchen bzw. Leitungen im Fall des Testens der elektronischen Bauelemente 3 auf einer Vielzahl von solchen gedruckten Leiterplatten 10, die in einem Halbleitertestgerät gestapelt sind, beträchtlich verringert werden kann. Dies ist bei der Verringerung der Größe des Halbleitertestge räts wirkungsvoll.

In den Fig. 9A und 9B ist eine abgeänderte Ausführungsform des in den Fig. 8A und 8B gezeigten Ausführungsbeispiels dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Einlaßöffnung 14 entfallen, und es sind die Auslaßöffnungen 62' und 62 in der Endwand 22c des unteren abgedichteten Gehäuses an denjenigen Positionen vorgesehen, die den Einlaßöffnungen 61' und 61 des oberen abgedichteten Gehäuses entsprechen, so daß lediglich ein Kühlmittelkanal geschaffen wird, der durch alle bzw. entlang aller elektronischen Bauelemente 3 sowohl in der oberen als auch in der unteren Kühlkammer 25 geführt ist. Bei einem solchen Aufbau ist die Strömungsgeschwindigkeit in einem Fall, bei dem die elektronischen Bauelemente 3 durch ein Kühlmittel, das die gleiche Strömungsrate wie bei dem in den Fig. 8A und 8B gezeigten Ausfüh rungsbeispiel aufweist, gekühlt werden, verdoppelt, wodurch eine erhöhte Kühlwirkung hervor gerufen wird. Bei dem in den Fig. 8A und 8B gezeigten Ausführungsbeispiel dienen die Öffnung 14 und 15, durch die hindurch die obere und die untere Kühlkammer 25 miteinander in Verbin dung stehen, als Einlaß- und Auslaßöffnungen für das Kühlmittel für die untere Kühlkammer 25.

Bei dem in den Fig. 9A und 9B gezeigten Ausführungsbeispiel dient die Öffnung 15, durch die hindurch die obere und die untere Kühlkammer 25 miteinander in Verbindung stehen, sowohl als eine Auslaßöffnung für das Kühlmittel der oberen Kühlkammer 25 als auch als eine Einlaßöffnung für das Kühlmittel für die untere Kühlkammer 25.

Unter Bezugnahme auf Fig. 10 wird nachfolgend ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung beschrieben, das hinsichtlich der Gestaltung mit dem in den Fig. 7A und 7B gezeigten Ausführungsbeispiel identisch ist, mit Ausnahme der Position der Anordnung jeder Barriere 9. In jedem Abteil der Kühlkammer 25, die durch die Trennwand 8 voneinander getrennt sind, sind hierbei Barrieren bzw. Sperren 9 vorgesehen, die von der Bodenplatte bzw. Boden wand 21 (nicht gezeigt) nach oben ragen und sich von der Seitenwand 22a (oder 22b) und der Trennwand 8 jeweils in entgegengesetzte Richtungen abwechselnd nach jeweils zwei elektroni schen Bauelementen 3, in der Zeilenrichtung von deren matrixförmiger Anordnung erstrecken. Die einander gegenüberliegenden bzw. zugewandten Seitenflächen von benachbarten Barrieren 9 bilden zwischen sich einen zentralen Kühlmittelkanal 252. Mit dem Bezugszeichen 9 sind unabhängige Barrieren bzw. Sperren bezeichnet, die jeweils an der Bodenwand 21 für jeweils eine Vierergruppe aus einander benachbarten elektronischen Bauelementen 3 angeordnet sind und sich in Richtung zu der Seitenwand 22a (oder 22b) und der Trennwand 8 in der Spaltenrich tung in dem kreuzförmigen Freiraum erstrecken, der die vier elektronischen Bauelemente voneinander trennt. Zwischen den einander gegenüberliegenden Endrändern der unabhängigen Barrieren 9' und der Seitenwand 22a (oder 22b) und der Trennwand 8 sind jeweils Bypasskanäle bzw. Umgehungskanäle 251 gebildet. Die Barrieren 9 und die unabhängigen Barrieren 9' sind folglich in der Zeilenrichtung der matrixförmigen Anordnung der elektronischen Bauelemente 3 abwechselnd angeordnet. Die unabhängigen Barrieren 9' sind in ihrer Höhe nahezu gleich groß wie die Seitenwände und die Endwände. Wie vorstehend erwähnt ist, bilden die unabhängigen Barrieren 9' und die Seitenwand oder die Trennwand zwischen sich jeweils die Umgehungska näle 251 aus, und es bilden die einander benachbarten Barrieren 9, die sich ausgehend von der Seitenwand und der Trennwand jeweils aufeinander zu erstrecken, zwischen sich jeweils den zentralen Kanal 252 aus.

Das Kühlmittel 7, das in die Kühlkammer 25 über die Einlaßöffnungen 61 und 61' einströmt, wird zunächst durch die unabhängige Barriere 9', die der Einlaßöffnung 61' am nächsten liegt, auf die Umgehungskanäle 251 aufgeteilt, wie es durch die Pfeile 71 angegeben ist. Die aufgeteil ten Ströme des Kühlmittels 7 verbinden sich stromab der ersten unabhängigen Barriere 9 wieder und werden miteinander gemischt. Das Kühlmittel 7, das in dieser Weise wieder vereinigt und gemischt ist, strömt durch den zentralen Kanal 252, wonach es erneut durch die nächste unabhängige Barriere 9' in zwei Ströme aufgeteilt wird, die in die Umgehungskanäle 251 fließen, wie es durch die Pfeile 71 angegeben ist. Die beiden Ströme verbinden sich stromab dieser unabhängigen Barriere 9' wieder und vermischen sich. Das Kühlmittel 7 kühlt somit die elektroni schen Bauelemente 3, während es wiederholt durch die Umgehungskanäle und die zentralen Kanäle strömt, und fließt schließlich aus der Kühlkammer 25 durch die Auslaßöffnungen 62' und 62 hinaus.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Kühlmittel 7 durch jede unabhängige Barriere 9' blockiert und in zwei Ströme aufgeteilt, die durch die Umgehungskanäle 251 fließen, wie es durch die Pfeile 71 angegeben ist. Diese beiden Ströme treffen stromab der unabhängigen Barriere 9' wieder aufeinander und werden somit in ausreichendem Maße gegenseitig gemischt. Als Ergebnis dieses Strömungsverlaufs wird die Temperatur des Kühlmittels 7 durchgehend vergleichmäßigt, und es bilden sich keine laminaren Strömungen mit hoher und niedriger Temperatur in dem Kühlmittel 7 aus. Folglich erhöht sich die Wirksamkeit bzw. der Wirkungsgrad der Kühlung entsprechend.

Unter Bezugnahme auf Fig. 11 wird nachfolgend ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die Barrieren 9, die bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 7A, 7B, 8A, 8B oder 9A, 9B vorgesehen sind, jeweils ein oder mehrere, durch sie hindurchgehende bzw. eingebohrte Löcher 91 auf. Wie vorstehend beschrieben, wird das Kühlmittel 7, das in die Kühlkammer 25 über die Einlaßöffnungen 61 und 61' eingeleitet wird, dadurch gerührt, daß es auf die Barrieren 9 auftritt, wobei das Kühlmittel 7 die elektronischen Bauelemente 3 kühlt, während es in mäandrierender Weise unter Richtungs umkehr durch die Kühlkammer fließt, wie es durch die Pfeile 71 veranschaulicht ist. In diesem Fall tendiert das Kühlmittel 7 jedoch dazu, in der Nähe der Rückseite jeder Barriere 9 zu stagnie ren, und zwar insbesondere in den jeweiligen Eckbereichen zwischen der Seitenwand 22a (oder 22b) und der Trennwand. Hierdurch ergibt sich das Problem, daß das elektronische Bauelement 3, das sich unmittelbar hinter jeder Barriere 9 befindet, weniger stark gekühlt wird als das elektronische Bauelement 3, das sich unmittelbar vor der Barriere 9 befindet.

Als Lösung für dieses Problem sind bei dem in Fig. 11 gezeigten Ausführungsbeispiel ein oder mehrere Durchgangslöcher 91 durch jede Barriere 9 hindurch gebohrt bzw. in jede Barriere 9 eingebracht, und es strömt das Kühlmittel 7, das anderenfalls in der Nähe der Barriere 9 stagnieren würde, direkt zu deren Rückseite durch die Durchgangslöcher 91 hindurch, so daß keine stagnierenden Bereiche des Kühlmittels 7 auftreten. Die Durchgangslöcher 91 können auch bei dem in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen sein und durch die unabhängigen Barrieren 9' hindurchführen, um hierdurch eine Stagnation des Kühlmittels 7 in der Nähe der Mitte der Rückseite jeder Barriere 9' zu verhindern. Durch die Ausbildung von solchen durch die Barrieren hindurchführenden Durchgangslöchern auch bei den anderen Ausführungsbeispielen lassen sich die gleichen, vorstehend erläuterten Wirkungen erzielen.

Wenn es notwendig sein sollte, elektronische Bauelemente mit relativ geringer Wärmeleistung bzw. Wärmeerzeugung auf der gleichen gedruckten Leiterplatte 10 zusammen mit elektronischen Bauelementen mit großer Wärmeleistung bzw. Wärmeerzeugung zu montieren, können die elektronischen Bauelemente mit relativ geringer Wärmeerzeugung bei jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele außerhalb des abgedichteten Gehäuses 20 auf der gedruck ten Leiterplatte 10 angeordnet werden, wie es in Fig. 12 mit den Bezugszeichen 3' veranschau licht ist, wobei diese elektronischen Bauelemente mit relativ geringer Wärmeleistung bzw. Wärmeentwicklung durch einen Lüfter bzw. Kühllüfter 150 zur Zwangskühlung gekühlt werden können. Gemäß Fig. 12 ist eine Mehrzahl von mit elektronischen Bauelementen bestückten, gedruckten Leiterplatten 10 parallel zueinander an einem Platinen-Montagerahmen bzw. Halterahmen 110 eines Halbleitertestgeräts angeordnet, und es ist der Kühllüfter bzw. Kühllüf termotor 150 an dem Halterahmen 110 unterhalb der gedruckten Leiterplatten 10 fest ange bracht. Der Kühllüfter bzw. Kühllüftermotor 150 bläst Luft parallel zu den gedruckten Leiterplat ten 10, so daß die auf diesen befindlichen elektronischen Bauelemente 3' gekühlt werden. Wenn die elektronischen Bauelemente 3 mit großer Wärmeentwicklung bzw. Wärmeleistung und die elektronischen Bauelemente 3 mit relativ geringer Wärmeleistung bzw. Wärmeentwicklung auf der gleichen gedruckten Leiterplatte 10 angeordnet sind, kann die Packungsdichte der elektroni schen Bauelemente 3 mit großer Wärmeentwicklung auf der gedruckten Leiterplatte 10 auf einen Wert erhöht werden, der ungefähr so groß ist wie die Packungsdichte der elektronischen Bauelemente 3' mit geringer Wärmeentwicklung, da die elektronischen Bauelemente 3 in der Kühlkammer 25 durch das Kühlmittel 7 in der vorstehend beschriebenen Weise zwangsweise gekühlt werden.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist erläutert, daß die Trennwand 8, die Barrieren 9 und die unabhängigen Barrieren 9' sich jeweils von dem abgedichteten Gehäuse 20 weg erstrecken bzw. an diesem angebracht sind. Die Trennwand, die Barrieren 9 und die unabhängigen Barrieren 9' können jedoch auch an der gedruckten Leiterplatte 10 angeordnet sein. Weiterhin sind die elektronischen Bauelemente 3 nicht nur auf hochintegrierte Schaltungen LSI beschränkt, sondern können auch jede beliebige andere Art von wärmeerzeugenden elektronischen Bauelementen sein.

Claims

1. Mit einer Kühleinrichtung versehene gedruckte Leiterplatte (10), die auf mindestens einer Seite mit einer aus elektronischen Bauelementen (3) bestehenden Bauelementanordnung bestückt ist, und ein abgedichtetes Gehäuse (20) aufweist, das eine Bodenwand (21) und einen von der Bodenwand ausgehenden und in einem umlaufenden Rand (26) endenden Seitenwandabschnitt besitzt, der auf einer Seite der gedruckten Leiterplatte flüssigkeitsdicht derart angebracht ist, daß die gedruckte Leiterplatte und das abgedichtete Gehäuse (20) eine geschlossene, flüssigkeitsdichte Kühlkammer (25) bilden, in der die elektroni schen Bauelemente (3) angeordnet sind, wobei das abgedichtete Gehäuse (20) eine Einlaßöff nung (61, 61') zum Einleiten eines Kühlmittels in die geschlossene Kühlkammer (25) und eine Auslaßöffnung (62, 62') zum Herausführen des Kühlmittels aus der geschlossenen Kühlkammer aufweist und die elektronischen Bauelemente von dem Kühlmittel umgeben sind und hierdurch gekühlt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß eine flüssigkeitsdichte Dichteinrichtung (27) an dem umlaufenden Rand (26) des abge dichteten Gehäuses (20) ausgebildet ist,
daß auf der mindestens einen Seite der Leiterplatte (10) ein metallischer Abschnitt (11) ausgebildet ist, und
daß eine Halterungseinrichtung zum flüssigkeitsdichten Halten des abgedichteten Gehäuses (20) auf der mindestens einen Seite der gedruckten Leiterplatte (10) vorgesehen ist, die abnehmbare Halteelemente (12a, 12b, 13) zum flüssigkeitsdichten Befestigen des Rands (26) des abgedichteten Gehäuses an dem metallischen Abschnitt (11) der gedruckten Leiter platte (10) unter Zwischenlage der Dichteinrichtung (27) aufweist, derart, daß eine Abnahme des abgedichteten Gehäuses (20) von der gedruckten Leiterplatte (10) durch Entfernung der Halteelemente (12a, 12b, 13) ermöglicht ist.

2. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkammer (25) eine Mehrzahl von Barrieren (9, 9', 24) enthält, die sich jeweils in zwischen den elektronischen Bauelementen (3) vorhandenen Räumen in der quer zu der Anordnungsrichtung weisenden Richtung derart erstrecken, daß ein von der Einlaßöffnung (61, 61') zu der Auslaßöffnung (62, 62') führender Kühlmittelkanal mäandrierend verläuft.

3. Leiterplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das abgedichtete Gehäuse (20) eine kastenförmige Gestalt aufweist, die die Bodenwand (21) und zwei einander gegenüberliegende, in der Erstreckungsrichtung der Bauelementanordnung verlaufende Seiten wände (22a, 22b) enthält, daß die elektronischen Bauelemente (3) voneinander beabstandet angeordnet sind, und daß die Barrieren (9, 9', 24) zwischen den elektronischen Bauelementen (3) quer zur Erstreckungsrichtung der Bauelementanordnung verlaufen und abwechselnd von der einen und der anderen der einander gegenüberliegenden Seitenwände (22a, 22b) ausgehen und hierdurch jeweils Freiräume zwischen den freien Enden der Barrieren und den ihnen gegenüber liegenden Seitenwänden definieren, so daß der Kühlmittelkanal mäandrierend von der Ein gangsöffnung (61, 61') zu der Auslaßöffnung (62, 62') verläuft.

4. Leiterplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelementanord nung durch eine matrixförmige Anordnung mit mindestens drei Reihen und mindestens zwei Spalten gebildet ist.

5. Leiterplatte nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Barrieren (9, 9', 24) von der Bodenwand (21) zu der gedruckten Leiterplatte (10) verlaufen.

6. Leiterplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelementanord nung in Form einer Matrix ausgebildet ist und daß die Barrieren (9, 9', 24) versetzt derart angeordnet sind, daß sie sich in der Spaltenrichtung der matrixförmigen Anordnung nicht überlappen.

7. Leiterplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die matrixförmige Bau elementanordnung als Matrix mit mindestens drei Reihen und mindestens zwei Spalten ausgebil det ist, und daß die Barrieren (9, 9', 24) abwechselnd in den Räumen zwischen den elektroni schen Bauelementen (3) derart angeordnet sind, daß sie in der Spaltenrichtung verlaufen.

8. Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das abgedichtete Gehäuse (20) eine kastenförmige Gestalt aufweist, die aus der Bodenwand (21), zwei einander gegenüberliegenden, entlang der Bauelementanordnung verlaufenden Seitenwänden (22a, 22b) und zwei einander gegenüberliegenden, die jeweils gegenüberliegenden Enden der Seitenwände miteinander verbindenden Endwänden (22c, 22d) besteht, und daß eine Trennwand (8) von einer der Endwände (22c) in Richtung zu der anderen Endwand (22d) unter Bildung eines Freiraums zwischen dem freien Ende der Trennwand (8) und der anderen Endwand (22d) verläuft, wobei die Trennwand (8) die in Form einer Matrix vorliegende Bauelementanordnung in deren Spaltenrichtung in zwei Untermatrixanordnungen unterteilt, wodurch in der Kühlkammer (25) ein U-förmig verlaufender Kühlmittelkanal gebildet ist, der von der Einlaßöffnung (61, 61') zu der Auslaßöffnung (62, 62') verläuft.

9. Leiterplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die matrixförmige Bau elementanordnung vier Spalten und mindestens drei Reihen enthält, daß jede Untermatrixan ordnungen eine Anordnung aus zwei Spalten von elektronischen Bauelementen (3) ist, daß Barrieren (9, 9') vorhanden sind, die von der Trennwand (8) und jeder der Seitenwände (22a, 22b) ausgehen und abwechselnd in in der Reihenrichtung verlaufende Räume vorstehen, die durch die elektronischen Bauelemente in den beiden Spalten in jeder der beiden Untermatrixan ordnungen definiert sind, und daß die freien Enden der Barrieren von der Trennwand bzw. von der jeweiligen Seitenwand jeweils beabstandet sind, um hierdurch einen mäandrierenden Verlauf des U-förmig verlaufenden Kühlmittelkanals zu erzielen.

10. Leiterplatte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (8) von des Bodenwand (21) und einer der Endwände ausgeht und die gleiche Höhe wie die Seitenwände und die Endwände aufweist, daß die Barrieren von der Bodenwand (21), den Seitenwänden (22a, 22b) und/oder der Trennwand (8) ausgehen und die gleiche Höhe wie die Seitenwände und die Trennwand aufweisen, und daß die freien Enden der Barrieren in der Reihenrichtung und die Seitenwand bzw. die Trennwand in der Erstreckungsrichtung der Barrieren jeweils Durchgänge definieren, die den Durchgang des Kühlmittels ermöglichen.

11. Leiterplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängige Barrieren (9') vorhanden sind, die jeweils in abwechselnde Räume zwischen den elektronischen Bauele menten (3) jeder Untermatrixanordnung jeweils in deren Reihenrichtung verlaufend eingefügt sind und sich quer zu dem Raum erstrecken, der zwischen den elektronischen Bauelementen (3) in der Spaltenrichtung der Anordnung gebildet ist, wobei die beiden Enden jeder unabhängigen Barriere (9') der jeweiligen Seitenwand und der Trennwand gegenüberliegen und von diesen jeweils beabstandet sind, um hierdurch Umgehungskanäle (251) für das Kühlmittel zwischen den unabhängigen Barrieren (9') und den Endwänden bzw. der Trennwand zu bilden, und daß sich jeweils zwei Barrieren (9) abwechselnd von jeder Seitenwand und der Trennwand jeweils aufeinander zu erstrecken und in diejenigen Räume, die den von den unabhängigen Barrieren belegten Räumen jeweils benachbart sind, in der Reihenrichtung zwischen den elektronischen Bauelementen hineinragen, wobei sich die freien Enden der beiden Barrieren (9) gegenüberliegen und jeweils voneinander beabstandet sind, um hierdurch zwischen ihnen jeweils einen zentralen Kanal (252) zu bilden.

12. Leiterplatte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (8), die Barrieren (9) und die unabhängigen Barrieren (9') integral mit der Bodenwand (21) ausgebil det sind und ungefähr die gleiche Höhe wie die Seitenwände (22a, 22b) und die Endwände (22c, 22d) aufweisen.

13. Leiterplatte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Barrieren (9) einstückig mit der Bodenwand (21) ausgebildet sind.

14. Leiterplatte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Barrieren (9) an der Leiterplatte (10) befestigt sind.

15. Leiterplatte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Barrieren (9) und die unabhängigen Barrieren (9') an der Leiterplatte (10) befestigt sind.

16. Leiterplatte nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Barrieren (9, 9') jeweils ein Durchgangsloch (91) aufweisen.

17. Leiterplatte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Barrieren (9) und die unabhängigen Barrieren (9') jeweils ein Durchgangsloch (91) aufweisen.

18. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichteinrichtung (27) eine Rille (28), die in dem Rand des abgedichteten Gehäuses (20) umlaufend vorhanden ist, und eine elastische Ringdichtung (4) mit einem O-Ring enthält, der in die Rille (28) eingepaßt ist.

19. Leiterplatte nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische, in die Rille (28) eingepaßte Ringdichtung (4) an dem metallischen Abschnitt zur Erzielung der flüssigkeitsdichten Abdichtung angedrückt ist.

20. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Abschnitt aus Kupfer besteht.

21. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Abschnitt mit Gold plattiert ist.

22. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
eine weitere, aus elektronischen Bauelementen bestehende Bauelementanordnung, die auf der anderen Seite der gedruckten Leiterplatte (10) angebracht ist,
ein weiteres abgedichtetes Gehäuse (20) zum Abdecken der weiteren Bauelement anorndung, das eine weitere Einlaßöffnung (61') und eine weitere Auslaßöffnung (62') aufweist,
eine weitere flüssigkeitsdichte Dichteinrichtung (27), die an dem umlaufenden Rand (26) des weiteren abgedichteten Gehäuses (20) ausgebildet ist,
einen weiteren metallischen Abschnitt (11), der an der anderen Seite der gedruckten Leiterplatte (10) ausgebildet ist, und
eine weitere Halterungseinrichtung, die abnehmbare Halteelemente (12a, 12b, 13) zum flüssigkeitsdichten Befestigen des Rands (26) des weiteren abgedichteten Gehäuses an dem weiteren metallischen Abschnitt (11) der gedruckten Leiterplatte unter Zwischenlage der weiteren Dichteinrichtung (27) umfaßt.

23. Gedruckte Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 21, gekennzeichnet durch
eine weitere, durch elektronische Bauelemente gebildete Bauelementanordnung, die an der anderen Seite der gedruckten Leiterplatte (10) angeordnet ist,
ein weiteres abgedichtetes Gehäuse (20) zum Abdecken der weiteren Bauelementanordnung,
einer weiteren, flüssigkeitsdichten Dichteinrichtung (27), die an dem umlaufenden Rand (26) des weiteren abgedichteten Gehäuses (20) vorgesehen ist,
einen weiteren metallischen Abschnitt (11), der auf der anderen Seite der gedruckten Leiterplatte (10) ausgebildet ist,
eine weitere Halterungseinrichtung, die abnehmbare Halteelemente (12a, 12b, 13) zum flüssigkeitsdichten Befestigen des umlaufenden Rands (26) des weiteren angedichteten Gehäuses an dem weiteren metallischen Abschnitt (11) der gedruckten Leiterplatte unter Zwischenlage der weiteren Dichteinrichtung (27) umfaßt,
ein Durchgangs-Einlaßloch (14), das durch die gedruckte Leiterplatte in der Nähe der Einlaßöffnung (61, 61') des erstgenannten abgedichteten Gehäuses (10) hindurchführend ausgebildet ist, um das Kühlmittel von dem erstgenannten abgedichteten Gehäuse durch das Durchgangs-Einlaßloch in das weitere abgedichtete Gehäuse einzuführen, und
ein Durchgangs-Auslaßloch (15), das durch die gedruckte Leiterplatte in der Nähe der Auslaßöffnung des erstgenannten abgedichteten Gehäuses hindurchführt, um das Kühlmittel durch das Durchgangs-Auslaßloch (15) aus dem weiteren abgedichteten Gehäuse in das erstgenannte abgedichtete Gehäuse herauszuführen.

24. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein weiteres elektronisches Bauelement (3'), das auf der Leiterplatte (10), jedoch außerhalb des abgedichteten Gehäuses (20) angeordnet ist und einer Zwangskühlung ausgesetzt ist.