DE19900534A1

DE19900534A1 - Luftgekühltes elektronisches Gerät

Info

Publication number: DE19900534A1
Application number: DE19900534A
Authority: DE
Inventors: Junichi Ishimine; Masahiro Suzuki
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-07-28
Filing date: 1999-01-11
Publication date: 2000-02-10
Also published as: JP2000049479A; US6137682A

Abstract

Ein elektronisches Gerät enthält eine Schaltungsplatine, einen Verbinder, der auf der Schaltungsplatine vorgesehen ist, einen integrierten Schaltungsmodul, der an dem Verbinder befestigt ist, und eine Wärmesenke, die an dem integrierten Schaltungsmodul befestigt ist. Eine Wärmeübertragungsvorrichtung ist an einer Position getrennt von der Wärmesenke angeordnet und befindet sich in einem Kühlluft-Kanal. Ein Wärme-Leitungspfad verbindet thermisch die Wärmesenke mit der Wärmeübertragungsvorrichtung. Da die Wärmeübertragungsvorrichtung außerhalb des Rahmens des Gerätes angeordnet werden kann, kann die Wärmeübertragungsvorrichtung so konstruiert werden, daß sie eine ausreichende Kühlkapazität besitzt, während der integrierte Schaltungsmodul und die Wärmesenke in einer relativ kompakten Konstruktion ausgeführt werden können.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein luftgekühltes elektronisches Gerät.

2. Beschreibung des Standes Technik

Kürzlich wurden bei einem elektronischen Gerät wie beispielsweise einem high-end-Server oder einem Supercomputer Versuche unternommen, einen Prozessor aus einem hoch inte grierten Schaltungsmodul zu bilden, um eine höhere Perfor mance zu erhalten. Ferner wurden Versuche unternommen, ein System aus einer Vielzahl von Prozessoren herzustellen, so daß eine höhere Performance durch eine parallele Verarbeitung erreicht wird.

Der integrierte Schaltungsmodul, der den Prozessor bil det, besitzt einen oder mehrere hoch integrierte Chips wie beispielsweise einen CMOS Chip, der in hoher Packungsdichte (high density) montiert wird und mit einer hohen Geschwindig keit arbeitet. Das Ausmaß der Wärme, die von jedem Chip und dem integrierten Schaltungsmodul erzeugt wird, ist sehr groß und es ist daher wichtig, die erzeugte Wärme effektiv und wirtschaftlich zu entfernen.

Wenn das System aus einer Vielzahl von Prozessoren kon struiert wird, so werden die Prozessoren im allgemeinen in einer solchen Weise montiert, daß eine Vielzahl von inte grierten Schaltungsmodulen auf einer einzelnen Schaltungspla tine montiert werden und zwar zu dem Zweck, jeden der Prozes soren mit dem anderen zu verdrahten. In solch einem Fall wird beispielsweise die Verlötung verwendet, um den integrierten Schaltungsmodul an der Schaltungsplatine zu montieren. Gemäß dieser Schaltungsplatinenkonstruktion wird das elektronische Gerät von einer Fabrik entweder in einem Zustand verfrachtet, wonach alle integrierten Schaltungsmodule, die zu montieren sind, angebracht sind, oder in einem Zustand, bei dem die in tegrierten Schaltungsmodule, die von dem Anwender zum Zeit punkt der Auslieferung gefordert werden, befestigt werden. Daher muß der Kunde, die Schaltungsplatine handhaben, welche die integrierten Schaltungsmodule als eine Einheit trägt, wenn beispielsweise Schwierigkeiten auftreten und Teile er setzt werden müssen, was dann die Wartungskosten erhöht, da der Preis einer Einheit hoch ist.

Auch wenn es erforderlich ist, die Zahl der Prozessoren in dem System in Abhängigkeit von dem Bedarf des Kunden zu erhöhen oder zu vermindern, muß die Schaltungsplatinenkon struktion zu der Fabrik als Ganzes zurückgeleitet werden, was eine mühsame Arbeit darstellt. Um solche Unannehmlichkeiten zu vermeiden, werden die integrierten Schaltungsmodule, wel che die Prozessoren bilden, in bevorzugter Weise auf der Schaltungsplatine über Verbinder montiert, so daß der inte grierte Schaltungsmodul an der Schaltungsplatine durch den Kunden befestigbar und abnehmbar ist. Dies ist angenehm und vorteilhaft, da es ausreichend ist die integrierten Schal tungsmodule oder andere Module zu bevorraten und zwar als Wartungsteile. Auch ist der integrierte Schaltungsmodul und andere Module, die in solcher Weise gehandhabt werden, gün stiger Weise in seiner Größe so klein wie möglich. Kürzlich wurde eine Technologie, um eine solche Forderung oder Bedarf zu realisieren, sehr wünschenswert.

Bei dem herkömmlichen elektronischen Gerät, welches ein Kühlsystem enthält, sind die integrierten Schaltungsmodule über Verbinder oder Anschlüsse an einer Schaltungsplatine montiert, um so ein System oder ein Subsystem einer elektro nischen Ausrüstung herzustellen. Eine Wärmesenke wird an dem integrierten Schaltungsmodul befestigt, so daß die Wärmesen ke, die eine Anzahl von Wärmeübertragungsflossen besitzt, in einem Kühlungsluft-Durchgang angeordnet ist, wenn der inte grierte Schaltungsmodul an dem Verbinder oder Stecker mon tiert ist. Die von dem integrierten Schaltungsmodul erzeugte Wärme wird somit von der Wärmesenke abgestrahlt.

Mit dem Erreichen einer zunehmend höheren Performance bei Prozessoren wird auch die Wärme, die von den integrierten Schaltungsmodulen erzeugt wird, erhöht. Es ist daher erfor derlich die Kühlkapazität im Sinne der Zunahme der erzeugten Wärme zu erhöhen. Bei dem herkömmlichen Luftkühlsystem ergibt sich eine zufriedenstellende Kühlwirkung, wenn die Geschwin digkeit der Kühlluft in dem Bereich von 4 bis 4 m/Sek. liegt, wenn die Wärme-Erzeugungsdichte 3 W/cm² oder weniger beträgt, wobei es aber sehr schwierig ist, die erzeugte Wärme mit ei nem Luftkühlsystem zu handhaben, die den oben erwähnten Wert überschreitet.

Es wird daher anstelle des Luftkühlsystems ein Flüssig keit-Kühlsystem verwendet, um die Kühlkapazität zu erhöhen. Bei dem Flüssigkeit-Kühlsystem wird eine Kühlplatte, durch die Kühlwasser zirkuliert, in direkter Berührung oder über eine Wärmesenke in Berührung mit dem integrierten Schaltungs modul gebracht, um letzteren zu kühlen. Das Flüssigkeit- Kühlsystem ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß es eine Kühlplatte erfordert und auch einen Mechanismus, um das Kühl wasser zirkulieren zu lassen, inklusive einer Pumpe, Leitun gen, einem Wärmeaustauscher oder anderen Teilen, was weniger wirtschaftlich ist als das Luftkühlsystem.

Bei dem Luftkühlsystem kann der Bereich der Wärmeübertra gungsflossen vergrößert werden, um den thermischen Widerstand der Wärmesenke zu vermindern, um die Kühlkapazität dadurch zu vergrößern. Es läßt sich jedoch der thermische Widerstand nicht immer proportional zur Vergrößerung des Bereiches oder der Fläche der Wärmeübertragungsflossen absenken. Wenn der Bereich oder die Fläche der Wärmeübertragungsflossen zunimmt, wird die Größe und das Gewicht der integrierten Schaltungs einheit, welche den integrierten Schaltungsmodul und die Wär mesenke enthält, größer, was zu einer Schwierigkeit bei der Handhabung führt und ein Konstruktionsteil, verschieden von dem Verbinder oder Stecker, erforderlich macht, um das Ge wicht dieser Teile abzustützen. Es ist unter diesen Umständen erforderlich, daß der integrierte Schaltungsmodul in einfa cher Weise an der Schaltungsplatine montiert werden kann und effektiver und wirtschaftlicher gekühlt werden kann.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein luftgekühltes elektronisches Gerät mit einer ausgezeich neten Kühlkapazität zu schaffen, ohne daß dabei die Größe ei ner Wärmesenke erhöht werden muß.

Ein elektronisches Gerät nach der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Schaltungsplatine, einen Verbinder oder Stecker, der auf der Schaltungsplatine vorgesehen ist, wobei ein inte grierter Schaltungsmodul an dem Verbinder oder Stecker befe stigt ist, eine Wärmesenke, die an dem integrierten Schal tungsmodul befestigt ist, eine Wärmeübertragungseinrichtung, die an einer Position angeordnet ist, getrennt von der Wärme senke und die in einem Kühlluftkanal angeordnet ist, um die Wärme zu übertragen, und mit einem Wärmeleitpfad, um ther misch die Wärmesenke an die Wärmeübertragungseinrichtung an zuschließen.

Da gemäß dieser Konstruktion der integrierte Schaltungs modul, der Wärme erzeugt, von der luftgekühlten Wärmeübertra gungseinrichtung getrennt ist, kann der integrierte Schal tungsmodul in seiner Größe kleiner konstruiert werden und in seinem Gewicht leichter ausgeführt werden, um die Wartung desselben zu vereinfachen. Das heißt die Tragbarkeit des in tegrierten Schaltungsmoduls oder der integrierten Schaltungs einheit und die Anbringbarkeit/Abnehmbarkeit des integrierten Schaltungsmoduls oder der integrierten Schaltungseinheit re lativ zu dem Verbinder oder Stecker wird vereinfacht. Da fer ner die luftgekühlte Wärmeübertragungseinrichtung an einer Position angeordnet ist, die von dem integrierten Schaltungs modul getrennt ist, ist es einfach, die Wärmeübertragungsein heit zu vergrößern und die Kühlkapazität derselben zu erhö hen.

In bevorzugter Weise umfaßt der Wärmeleitpfad ein Wär merohr. Da der Wärmeleitpfad bei diesem Kühlsystem länger wird, neigt der thermische Widerstand dazu, größer zu werden und zwar selbst dann, wenn Metall, welches eine gute Wärme leitfähigkeit besitzt wie beispielsweise Kupfer verwendet wird. Wenn das Wärmerohr verwendet wird, wird der thermische Widerstand desselben reduziert und dies führt zu einer signi fikanten Verbesserung in der Kühlkapazität.

Die Wärmesenke besitzt einen ersten thermischen Anschluß, und der Wärmeleitpfad besitzt einen zweiten thermischen An schluß, der thermisch in Kontakt mit dem ersten thermischen Anschluß gebracht werden kann.

Der zweite thermische Anschluß, der Wärmeleitpfad und die Wärmeabgabeeinrichtung von einer integrierten Wärmeübertra gungseinheit, und die Wärmeübertragungseinheit sind an einem Rahmen über eine Montageeinrichtung für die Wärmeübertra gungseinheit befestigt, die einen Freiheitsgrad in der Bewe gung in einer dreidimensionalen Richtung besitzt. Da es schwierig ist, die Wärmeübertragungseinrichtung an den Wärme leitpfad anzuschließen und eine exakte Positionierung des Wärmeleitpfades selbst zu erhalten, ist es nicht einfach den zweiten thermischen Anschluß auf der Wärmeübertragungsseite in Entsprechung zu dem ersten thermischen Anschluß auf der Wärmesenkeseite zu plazieren, wenn der integrierte Schal tungsmodul an den Verbinder oder Stecker angeschlossen wird. Um diesen Mangel zu beseitigen, wobei die Montageeinrichtung für die Wärmeübertragungseinheit mit einem Freiheitsgrad der Bewegung ausgestattet ist, wird es möglich in einfacher Weise den zweiten thermischen Anschluß und den ersten thermischen Anschluß zu positionieren.

Die Wärmeübertragungseinheit enthält einen Kanal oder Röhre, um den Kühlluft-Durchgang zu bilden und es ist ein elastisches Teil zwischen der Wärmeübertragungseinrichtung und dem Kanal oder Röhre oder dem Rahmen vorgesehen, um die Wärmeübertragungseinrichtung derart vorzuspannen, daß der er ste thermische Anschluß in Kontakt mit dem zweiten thermi schen Anschluß gebracht wird. Im allgemeinen ist es üblich, daß die thermische Verbindung zwischen dem zweiten thermi schen Anschluß und dem ersten thermischen Anschluß durch Zwi schenfügen eines thermischen Blattes, eines thermischen Fet tes oder Schmiermittels oder einer thermischen Zusammenset zung oder Verbindung oder durch einen Fläche-zu-Flächekontakt beispielsweise einer metallischen Fläche mit einer geringen Oberflächenrauigkeit realisiert wird. In jedem der Fälle stellt der Kontaktdruck zwischen den Flächen einen wichtigen Parameter für die Wärmeleitung dar. Gemäß den wesentlichen Merkmalen nach diesem Aspekt ist es möglich, den Druck auf den zweiten thermischen Anschluß und den ersten thermischen Anschluß durch das elastische Teil auszuüben, welches an der Wärmeübertragungseinrichtung befestigt wird, wenn der inte grierte Schaltungsmodul an dem Verbinder oder Stecker der Schaltungsplatine befestigt wird.

Es können der erste thermische Anschluß und der zweite thermische Anschluß mechanisch miteinander gekoppelt werden (um eine sicherere thermische Verbindung zu erhalten). In diesem Fall kann ein Problem entstehen dahingehend, daß die elektrische Verbindung zwischen dem Verbinder oder Stecker und dem integrierten Schaltungsmodul durch eine Last oder Belastung gelockert wird, die auf diesen wirkt, wenn kein Freiheitsgrad der Bewegung auf der Seite der Wärmeübertra gungseinheit vorhanden ist. Um diesen Nachteil zu beseitigen, besitzt die Wärmeübertragungseinheit in bevorzugter Weise ei ne Konstruktion mit einem Freiheitsgrad der Bewegung in drei Dimensionen bzw. Richtungen.

Ein von dem integrierten Schaltungsmodul verschiedenes Schaltungselement wird in bevorzugter Weise auf der Schal tungsplatine auf der Fläche montiert, die gegenüber der Seite liegt, welche den Verbinder oder Stecker trägt, um den inte grierten Schaltungsmodul zu montieren. Da der integrierte Schaltungsmodul eine große Wärmemenge erzeugt, ist es erfor derlich die Wärmeübertragungseinrichtung mit einem hohen Wär meübertragungswirkungsgrad vorzusehen, wodurch eine ausrei chende Wärmeübertragungsfläche oder Bereich garantiert wird. Jedoch kann das Schaltungselement, welches in der peripheren Schaltung oder ähnlichem vorgesehen ist, in ausreichender Weise gekühlt werden und zwar selbst durch eine gewöhnliche Luftkühlung auf die Temperatur, unter welcher dieses betreib bar ist. Da der integrierte Schaltungsmodul an einer Position angeordnet ist, die von der Wärmeübertragungseinrichtung ge trennt ist, welche eine ausreichende Wärmeübertragungsfläche in diesem System besitzt und da der Modul selbst nicht luft gekühlt ist, ist es erforderlich die Kühlluft zum Kühlen der anderen Schaltungselemente zu dem Bereich zuzuführen, der den integrierten Schaltungsmodul enthält, was aber unwirtschaft lich ist und zwar deshalb, weil ein Gebläse zum Zuführen der Kühlluft erforderlich ist. Wenn die anderen Schaltungselemen te an der Fläche auf der gegenüberliegenden Seite von derje nigen Seite, welche den integrierten Schaltungsmodul trägt, in der oben definierten Weise angeordnet werden, werden sie durch die Kühlluft gekühlt, die zu der Wärmeübertragungsein richtung zugeführt wird, was dann eine Reduzierung der Zahl der Gebläse erlaubt.

Ein Schaltungselement, welches von dem integrierten Schaltungsmodul verschieden ist, wird auf der Fläche der Schaltungsplatine auf der Seite montiert, welche den Verbin der oder Stecker trägt, um den integrierten Schaltungsmodul zu montieren, wobei das Schaltungselement eine Wärmesenke für das Schaltungselement besitzt, und wobei die Wärmesenke für das Schaltungselement thermisch an die Wärmeübertragungsein richtung über den Wärmeleitpfad angeschlossen ist. Wenn der Verbinder oder Stecker, an welchem der integrierte Schal tungsmodul montiert ist, und das Schaltungselement in der oben beschriebenen Weise auf beiden Flächen der Schaltungs platine angeordnet sind, werden die Kosten zur Montage der selben höher. Es gibt auch einen Fall, bei dem die Herstel lung derselben schwierig ist. Um diese Nachteile zu beseiti gen, werden der Verbinder oder Stecker und das Schaltungsele ment auf der gleichen Fläche der Schaltungsplatine montiert. Es wird die Wärmesenke ähnlich derjenigen des integrierten Schaltungsmoduls an dem Schaltungselement befestigt und wird thermisch mit der Wärmeabführeinrichtung verbunden und zwar über den Wärmeleitpfad. Wenn eine Wärmesenke für jedes der Schaltungselemente vorgesehen wird, werden für einen solchen Fall die Wärmeleitpfade kompliziert, da es sich dann um eine Anzahl von Schaltungselementen in vielen Fällen handelt. Da her wird eine Wärmesenke in bevorzugter Weise einer Gruppe von Schaltungselementen zugeordnet.

Die Wärmeübertragungseinrichtung kann aus einer Vorrich tung bestehen, die von dem elektronischen Gerät getrennt ist, welches den integrierten Schaltungsmodul trägt. Wenn der Ver wender wünscht, die Zahl der integrierten Schaltungsmodule zu ändern, die auf der Schaltungsplatine montiert sind, können die Größe und die Konstruktion der Wärmeübertragungseinrich tung und des Wärmetauschers mit einem Gebläse für das Erzeu gen der Kühlluft ebenso in geeigneter Weise für die neue Spe zifikation ausgewählt werden, wodurch dann der Installations bereich oder Fläche reduziert wird.

Ein Einführungsteil des zweiten thermischen Anschlusses ist sich verjüngend ausgebildet und ist aus einem elastischen Material hergestellt. Dies vereinfacht die Positionierung der Geräte.

Eine Vielzahl von elektronischen Ausrüstungen werden mit der einzelnen Wärmeübertragungseinheit verbunden. Die Zahl der Gehäuse, von denen jedes eine Einheit des Gerätes dar stellt, nimmt bei einem groß bemessenen elektronischen Gerät zu. Durch Anschließen einer Vielzahl von elektronischen Gerä ten an eine Wärmeübertragungseinheit wird es möglich, den In stallationsraum zu reduzieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung ergibt sich klarer aus der fol genden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen:

Fig. 1 eine Ansicht ist, die ein elektronisches Gerät gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veran schaulicht;

Fig. 2 eine Ansicht ist, die eine integrierte Schal tungseinheit in Fig. 1 veranschaulicht;

Fig. 3 eine Ansicht zeigt, welche die Wärmeübertra gungseinheit in Fig. 1 veranschaulicht;

Fig. 4 eine Ansicht zeigt, die einen Teil der Wärme übertragungseinrichtung in den Fig. 1 und 3 wiedergibt;

Fig. 5 eine Ansicht ist, die eine Modifikation der Be festigungseinrichtung für die Wärmeübertragungseinheit veran schaulicht;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der Montageeinrich tung für die Wärmeübertragungseinrichtung in Fig. 5 ist;

Fig. 7 eine Ansicht zeigt, die eine Variante der Befe stigungseinrichtung für die Wärmeübertragungseinrichtung ver anschaulicht;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht der Montageeinrich tung für die Wärmeübertragungseinrichtung in Fig. 5 zeigt;

Fig. 9 eine Ansicht ist, die eine Variante der Montage einrichtung für die Wärmeübertragungseinheit veranschaulicht;

Fig. 10 eine Ansicht zeigt, die eine Ausführungsform veranschaulicht, bei der die Schaltungselemente auf der Flä che der Schaltungsplatine auf der gegenüberliegenden Seite von dem integrierten Schaltungsmodul montiert sind;

Fig. 11 eine Ansicht ist, die eine andere Ausführungs form veranschaulicht, bei der die Schaltungselemente auf der Fläche der Schaltungsplatine auf der Seite des integrierten Schaltungsmoduls montiert sind;

Fig. 12 eine Ansicht zeigt, die ein anderes Beispiel der Anordnung der Wärmeübertragungseinrichtung wiedergibt;

Fig. 13 eine Ansicht ist, die eine Variante des Verbin dungsabschnitts zwischen dem ersten thermischen Anschluß und dem zweiten thermischen Anschluß veranschaulicht; und

Fig. 14 eine Ansicht zeigt, die ein Beispiel wiedergibt, bei dem eine Vielzahl von elektronischen Geräten mit einer einzelnen Wärmeübertragungseinheit verbunden sind.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Unter Hinweis auf die Fig. 1 bis 4 wird eine Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung nun beschrieben. Fig. 1 veranschaulicht das elektronische Gerät nach der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 veranschaulicht eine integrierte Schaltungs einheit in Fig. 1, Fig. 3 zeigt eine Wärmeübertragungseinheit in Fig. 1, und Fig. 4 veranschaulicht einen Teil der Wärmeüber tragungseinrichtung, die in den Fig. 1 und 3 gezeigt ist.

Das elektronische Gerät 10 enthält einen Rahmen 12, eine Schaltungsplatine 14, eine integrierte Schaltungseinheit 16, eine Wärmeübertragungseinheit 18 und ein Wärme-Leitungs pfadteil 20.

Die Schaltungsplatine 14 ist an dem Rahmen 12 durch eine Montageeinrichtung 13 befestigt. Die Schaltungsplatine 14 be steht aus einer Schaltungsplatine, die ein System oder ein. Subsystem einer elektronischer Ausrüstung wie beispielsweise einem Computer realisiert. Eine Vielzahl der Verbinder oder Stecker 22 sind auf einer Fläche der Schaltungsplatine 14 vorgesehen, so daß ein integrierter Schaltungsmodul 24 an den Steckern oder Verbindern 22 befestigt werden kann. Der inte grierte Schaltungsmodul 24 funktioniert als ein Prozessor. Die elektronischen Elemente (nicht gezeigt), die von dem in tegrierten Schaltungsmodul 24 verschieden sind, können an der Schaltungsplatine 14 montiert sein.

Eine Wärmesenke 26 ist an dem integrierten Schaltungsmo dul 24 befestigt. Die Wärmesenke 26 besteht aus einer metal lenen Platte mit einer guten Wärmeleitfähigkeit wie bei spielsweise aus Kupfer oder Aluminium, um die von dem inte grierten Schaltungsmodul 24 erzeugte Wärme zu der Wärmesenke 26 zu übertragen. Die Wärmesenke 26 ist in ihrer Größe größer als der integrierte Schaltungsmodul 24, so daß ein Teil der Wärmesenke 26, der sich seitlich von dem integrierten Schal tungsmodul 24 erstreckt, einen ersten thermischen Anschluß 28 festlegt. Die integrierte Schaltungseinheit 16 umfaßt den in tegrierten Schaltungsmodul 24, die Wärmesenke 26 und den ersten thermischen Anschluß 28.

Die Wärmeübertragungseinheit 18 enthält eine Wärmeüber tragungseinrichtung 30. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, umfaßt die Wärmeübertragungseinrichtung 30 eine Vielzahl von Ab stützplatten 32 und eine Anzahl von Flossen 34, die an den Abstützplatten 32 befestigt sind. Die Abstützplatten 32 und die Flossen 34 bilden eine einstückige oder zusammenhängende Anordnung. Die Wärmeübertragungseinheit 18 ist an dem Rahmen 12 durch eine Montageeinrichtung 26 befestigt. Die Wärmeüber tragungseinrichtung 30 ist an einer Position angeordnet, die verschieden ist von (oder getrennt ist von) dem integrierten Schaltungsmodul 24, und ist thermisch mit dem integrierten Schaltungsmodul 24 über das Wärme-Leitungspfadteil 20 verbun den.

Das Wärme-Leitungspfadteil 20 besteht in bevorzugter Wei se aus Wärmerohren. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, besitzen die Flossen 34 der Wärmeübertragungseinrichtung 30, die in einer Reihe angeordnet sind, eine Reihe von Durchgangsöffnungen oder Bohrungen 34a, die miteinander ausgerichtet sind, und die jeweiligen Wärmerohre verlaufen durch diese Durchgangs öffnungen 34a und sind mit diesen verstemmt. Somit wird das Wärme-Leitungspfadteil 20 in thermischen Kontakt mit der Wär meübertragungseinrichtung 30 gebracht und wird physikalisch an diese gekoppelt.

Der zweite thermische Anschluß 38 ist an dem Ende des Wärme-Leitungspfadteiles 20 gegen demjenigen, welche die Wär meübertragungseinrichtung 30 trägt, vorgesehen. Der zweite thermische Anschluß 38 besteht aus einer metallischen Platte mit einer guten Wärmeleitfähigkeit wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium, und es sind alle Wärmerohre, die das Wärme- Leitungspfadteil 20 bilden, an dem zweiten thermischen An schluß 28 angebracht. In dieser Hinsicht sind die Wärmerohre, die das Wärme-Leitungspfadteil 20 bilden, mit der Wärmeüber tragungseinrichtung 30 und dem zweiten thermischen Anschluß 28 durch eine Verstemmung oder durch ein wärmeleitendes Kle bemittel gekoppelt. Die Wärmeübertragungseinheit 18 umfaßt die Wärmeübertragungseinrichtung 30 und den zweiten thermi schen Anschluß 38.

Der zweite thermische Anschluß 38 kann in thermischen Kontakt mit dem ersten thermischen Anschluß 28 der Wärmesenke 26 gebracht werden. Zum Zwecke einer relativen Positionierung derselben, besitzt der zweite thermische Anschluß 38 einen Stift 38a und der erste thermische Anschluß 28 besitzt ein Loch 28a. Ein Führungsendabschnitt des Stiftes 38a besitzt ein Gewinde, auf welches eine Mutter 40 aufgeschraubt wird, nachdem der Stift 38a in das Loch 28a eingeführt worden ist, wodurch dann der zweite thermische Anschluß 38 an dem ersten thermischen Anschluß 28 befestigt wird.

Ferner ist ein Schacht 42, der einen Kühlluftdurchgang darstellt, vorgesehen, und ein Gebläse (nicht gezeigt) ist ebenso vorgesehen, so daß die Kühlluft durch den Schacht 42 strömt. Die Wärmeübertragungseinrichtung 30 ist in der Röhre oder Durchgang 42 angeordnet. Gemäß der Darstellung nach Fig. 3 verläuft die Kühlluft in der mit Pfeil angegebenen Richtung. Die Flossen oder Rippen 34 der Wärmeübertragungs einrichtung 30 sind parallel zu der Strömungsrichtung der Kühlluft angeordnet, so daß die Kühlluft die Flossen oder Rippen 34 der Wärmeübertragungseinrichtung 30 kühlt. Die Kühlluft in der Röhre oder Schacht 42 verläuft durch die Wär meübertragungseinrichtung 30.

Gemäß der oben erläuterten Konstruktion ist die inte grierte Schaltungseinheit 16 an dem Verbinder oder Stecker 22 montiert, der an der Schaltungsplatine 14 befestigt ist, und es ist die Wärmeübertragungseinheit 18 an dem Rahmen 12 befe stigt. Der zweite thermische Anschluß 38 wird in einen ther mischen Kontakt mit dem ersten thermischen Anschluß 28 ge bracht. Das elektronische Gerät 10 ist somit fertig für die Verwendung. Danach wird das elektronische Gerät 10 verwendet während die Kühlluft in der Röhre oder Durchgang 42 zugeführt wird.

Die Wärme, die durch den integrierten Schaltungsmodul 24 erzeugt wird, wird zu der Wärmeübertragungseinrichtung 30 über die Wärmesenke 26, den ersten thermischen Anschluß 28 auf der Seite der Wärmesenke, dem zweiten thermischen An schluß 38 auf der Seite der Wärmeübertragungseinrichtung und das Wärme-Leitungspfadteil 20 übertragen. Die Wärme, die zu der Wärmeübertragungseinrichtung 30 übertragen wird, wird in die Kühlluft ausgestrahlt, die in der Röhre oder Durchgang 42 strömt (dem Kühlluft-Kanal). Dadurch kann der integrierte Schaltungsmodul 24 effektiv gekühlt werden. Da bei dem Kühl system der Wärme-Leitungspfad relativ lang ist, wird der thermische Widerstand beträchtlich groß und zwar selbst dann, wenn Metall, welches eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt wie beispielsweise Kupfer für das Wärme-Leitungspfadteil 20 ver wendet wird. Für den Fall, bei dem die Wärmerohre verwendet werden, wird der thermische Widerstand in diesem Abschnitt in einem großen Ausmaß reduziert, wodurch es möglich wird in si gnifikanter Weise die Kühlkapazität zu verbessern.

Durch Trennen der Wärmeübertragungseinrichtung 30 von dem integrierten Schaltungsmodul 24, der in dieser Weise zu küh len ist, wird es möglich die Wartungsmöglichkeit oder Fähig keit der integrierten Schaltungseinheit 16 zu erhöhen, da die Größe und/oder das Gewicht desselben reduziert werden. Das heißt es wird die Tragbarkeit oder Versendbarkeit der inte grierten Schaltungseinheit 16, die repariert werden soll, und das Befestigen/Demontieren derselben relativ zu dem Verbinder oder Stecker vereinfacht. Auch wird durch die geeignete An ordnung der Wärmeübertragungseinrichtung 30 die Vergrößerung in der Größe der Wärmeübertragungseinrichtung 30 einfach, um die Kühlkapazität zu verbessern.

Eine Modifizierung der Montageeinrichtung für die Wärme übertragungseinheit ist in den Fig. 5 und 6 veranschau licht. Die Montageeinrichtung 38 für die Wärmeübertra gungseinrichtung 30 besteht aus einem Rahmenteil, welches an dem Rahmen 12 zu befestigen ist. Die Montageeinrichtung 36 besitzt eine Bodenwand 36a mit einer Öffnung 36b, um der Kühlluft zu ermöglichen dort hindurch zu strömen. Die Wärme übertragungseinheit 30 ist auf der Bodenwand 36a plaziert, wobei ein Spalt zwischen der Wärmeübertragungseinheit 30 und der inneren Fläche des rahmenähnlichen Abschnitts der Monta geeinrichtung 36 belassen ist. Demzufolge ist die Wärmeüber tragungseinheit 30 in einem gewissen Ausmaß beweglich, wäh rend sie an der Montageeinrichtung 36 montiert ist. Das heißt die Montageeinrichtung 36 besitzt eine Konstruktion mit einem Freiheitsgrad der Bewegung in einer dreidimensionalen Rich tung. Gemäß dieser Konstruktion wird das Positionieren des zweiten thermischen Anschlusses 38 mit dem ersten thermischen Anschluß 28 einfach, obwohl es schwierig ist, die Wärmeüber tragungseinrichtung 30 mit dem wärmeleitenden Rohrteil 30 zu verbinden und die Positioniergenauigkeit des Wärme-Leitungs pfadteiles 20 selbst aufrecht zu erhalten.

Die Fig. 7 und 6 veranschaulichen eine andere Modifi zierung der Montageeinrichtung für die Wärmeübertragungsein heit. Gemäß dieser Modifizierung ist die Montageeinrichtung 36 für die Wärmeübertragungseinheit 30 in der Röhre oder Durchgang 42 aufgenommen. Die Röhre oder Durchgang 42 besitzt eine quer verlaufende Abstützwand 42a mit einer Öffnung 42b. Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform wird die Wärme übertragungseinheit 30 auf der quer verlaufenden Abstützwand 42a plaziert und die Kühlluft strömt durch die Öffnung 42b. Das Wärme-Leitungspfadteil 20 wird in die Öffnungen einge führt, die durch den Durchgang oder Röhre 42 vorgesehen wer den, und wird entlang der inneren Wand derselben geführt. Um das Wärme-Leitungspfadteil 20 zu führen, können horizontal verlaufende Führungsnuten an der Innenwand der Röhre oder Durchgangs 42 vorgesehen werden. Wenn der Rahmen 12 Teil des Durchgangs oder Röhre 42 in Fig. 7 bildet, ist es nicht erfor derlich, daß die Röhre oder Durchgang 42 einen Teil des Rah mens 12 verwendet.

Fig. 9 veranschaulicht eine weitere Modifizierung der Montageeinrichtung für die Wärmeübertragungseinheit. Wie bei der Ausführungsform, die in Fig. 5 gezeigt ist, besitzt die Montageeinrichtung 36 für die Wärmeübertragungseinheit 30 ei ne Bodenplatte 36a mit einer Öffnung, um der Kühlluft zu er lauben dort hindurch zu verlaufen. Die Wärmeübertragungsein heit 30 ist auf der Bodenplatte 36a plaziert, um in einem ge wissen Ausmaß beweglich zu sein. Während der erste thermische Anschluß 28 mechanisch an dem zweiten thermischen Anschluß 38 bei der Ausführungsform gekoppelt ist, die in Fig. 1 gezeigt ist, sind elastische Teile (Federn) 44 zwischen der Wärme übertragungseinrichtung 30 und dem Rahmen 12 bei dieser Modi fizierung zwischengefügt. Das elastische Teil 44 spannt die Wärmeübertragungseinrichtung 30 in einer Richtung vor, um den ersten thermischen Anschluß 28 in Kontakt mit dem zweiten thermischen Anschluß 38 zu bringen. Wenn in dieser Hinsicht die Montageeinrichtung 36 in einem Abschnitt des Durchgangs oder Röhre 42 ausgebildet ist, kann das elastische Teil 44 zwischen der Wärmeübertragungseinrichtung 30 und der Röhre oder Durchgang 42 angeordnet werden.

Um den thermischen Kontakt zwischen dem ersten thermi schen Anschluß 28 und dem zweiten thermischen Anschluß 38 zu vergrößern, ist es günstig ein thermisches Blatt, ein thermi sches Schmiermittel oder Fett, eine thermische Verbindung oder Zusammensetzung oder andere Mittel zwischen den thermi schen Anschlüssen 28 und 38 zwischenzufügen, um eine Oberflä chenrauigkeit von beiden thermischen Anschlüssen 28 und 38 minimal zu gestalten. In jedem der Fälle ist ein Kontaktdruck zwischen den Oberflächen ein wichtiger Parameter für die Wär meleitung. Wenn gemäß der bei dieser Ausführungsform offen barten Einrichtung der integrierte Schaltungsmodul 24 an dem Verbinder oder Stecker 22 auf der Schaltungsplatine 14 mon tiert wird, ist es möglich den Druck durch die elastischen Teile 44 auf den ersten und den zweiten thermischen Anschluß 28 und 38 aufzubringen.

Fig. 10 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der Schaltungselemente 46 auf der Fläche der Schaltungsplatine 14 montiert sind auf der gegenüberliegenden Seite von derjeni gen, die den integrierten Schaltungsmodul 24 trägt. Der Durchgang oder Röhre 42 besitzt Seitenwände 42c, die sich zwischen dem Rahmen 12 und der Montageeinrichtung 13 für die Schaltungsplatine 14 erstrecken, und es sind die Wärmeüber tragungseinrichtung 30 und die Schaltungselemente 46 in einen Kühlluftdurchgang angeordnet, der innerhalb des Durchgangs oder Röhre 42 festgelegt ist. Da der integrierte Schaltungs modul 24 eine große Menge an Wärme erzeugt, ist die Wärme übertragungseinrichtung 30 dafür erforderlich, um einen aus reichenden Wärmeübertragungsbereich bzw. Fläche zu garantie ren. Im Gegensatz dazu werden die Schaltungselemente 46, die an den peripheren Schaltkreisen angeordnet sind, in ausrei chender Weise auf eine Temperatur gekühlt, unter welcher sie betreibbar sind, und zwar durch ein gewöhnliches Luftkühlsy stem. Bei dieser Ausführungsform ist die Wärmeübertragungs einrichtung 30, die eine ausreichende Wärmeübertragungszone bzw. Fläche besitzt, an dem Inneren des Gerätes befestigt. Wenn die Schaltungselemente 46 an der Fläche der Schaltungs platine 14 montiert werden, die den Verbinder oder Stecker 22 trägt, ist es erforderlich die Kühlluft zu der anderen Fläche der Schaltungsplatine 14 zuzuführen, die den integrierten Schaltungsmodul 24 trägt und einer Wartung bedarf. Dies ist unwirtschaftlich, da ein weiteres Gebläse zum Zuführen von Kühlluft erforderlich wird. Um einen solchen Nachteil zu be seitigen, werden die Schaltungselemente 46 auf der Fläche der Schaltungsplatine 14 montiert, dichter bei der Röhre oder Durchgang 42 gelegen ist, so daß sie durch die Kühlluft ge kühlt werden, die der Wärmeübertragungseinrichtung 30 zuge führt wird. Es ist somit möglich die Zahl der Gebläse zu re duzieren.

Fig. 11 veranschaulicht eine Modifizierung, bei der die Schaltungselemente 46 auf der Fläche der Schaltungsplatine 14 montiert sind, welche den integrierten Schaltungsmodul 24 trägt. Die Schaltungselemente 4, die von dem integrierten Schaltungsmodul 24 verschieden sind, sind auf der gleichen Fläche der Schaltungsplatine 14 montiert wie derjenigen, die den Verbinder oder Stecker 22 für den integrierten Schal tungsmodul 24 trägt. Die Schaltungselemente 46 besitzen ihre eigene Wärmesenke 26A, die thermisch mit der Wärmeübertra gungseinrichtung 30A über das Wärme-Leitungspfadteil 20A ver bunden ist.

Wenn der integrierte Schaltungsmodul 24 und die Schal tungselemente 46 getrennt auf einer der Oberflächen der Schaltungsplatine 14 jeweils montiert sind, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist, steigen die Kosten für die Montage der Teile an. Es kann sich auch ein Problem dahingehend einstel len, daß die Herstellung desselben schwierig wird. Es ist da her in einem solchen Fall vorzuziehen, den integrierten Schaltungsmodul 24 und die Schaltungselemente 26 auf der gleichen Oberfläche der gemeinsamen Schaltungsplatine 14 zu montieren, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist.

Der Durchgang oder die Röhre oder ähnliche Einrichtung ist erforderlich, wenn die Kühleinrichtung wie beispielsweise ein Gebläse auf der Wartungsfläche der Schaltungsplatine vor gesehen ist, und zwar zum Zwecke der Kühlung der Schaltungs elemente. Dies führt zu einem Problem gemäß einer Erhöhung der Größe des Gerätes. Bei dieser Ausführungsform wird die Kühlung der Schaltungselemente 46 durch die Verwendung exi stierenden Durchgangs oder Röhre 42 ausgeführt und zwar in der gleichen Weise wie bei dem integrierten Schaltungsmodul 24. Da auch eine Anzahl von Arten von Schaltungselementen 46 in vielen Fällen vorkommen, wenn eine Wärmesenke 26A für je des der Schaltungselemente 46 vorgesehen ist, kann der Wärme- Leitungspfad kompliziert werden. Um diesen Nachteil zu ver meiden, wird in bevorzugter Weise eine Wärmesenke 26A einer Gruppe von Schaltungselementen 46 zugeordnet.

Fig. 12 veranschaulicht eine noch weitere Ausführungsform der Anordnung der Wärmeübertragungseinrichtung 30. Die Wärme übertragungseinrichtung 30 ist als eine unabhängige Vorrich tung von dem elektronischen Gerät, welches den integrierten Schaltungsmodul 24 trägt, getrennt. Das heißt die Wärmeüber tragungseinrichtung 30 ist außerhalb des Rahmens 12 angeord net, an welchem der integrierte Schaltungsmodul 24 befestigt ist. Wenn gemäß dieser Konstruktion die zahl der integrierten Schaltungsmodule 24, die durch die Schaltungsplatine 24 ge tragen werden, abhängig von dem Bedarf des Anwenders geändert wird, ist es möglich eine optimale Wärmeaustauscher-Einheit mit der Wärmeübertragungseinrichtung 30 und einem Gebläse ei ner geeigneten Größe herzustellen und eine Konstruktion in Einklang mit der Zahl der integrierten Schaltungsmodule her zustellen, was dann zu einer Reduzierung des Installations raumes führt.

Fig. 13 zeigt eine Variation des Kontaktabschnitts zwi schen dem ersten thermischen Anschluß 28 und dem zweiten thermischen Anschluß 38. Ein Einführungsteil des zweiten thermischen Anschlusses 38 ist aus einem sich verjüngendem elastischen Teil hergestellt. Das heißt ein elastisches Teil mit einer guten Wärmeleitfähigkeit ist an dem zweiten thermi schen Anschluß 38 befestigt, so daß dieser in Kontakt mit dem ersten thermischen Anschluß 28 gebracht wird, während dieser plastisch verformt wird, wenn der zweite thermische Anschluß 38 an den ersten thermischen Anschluß 28 gedrückt wird. Daher wird der thermische Kontakt zwischen dem ersten und dem zwei ten thermischen Anschluß 28 und 38 vereinfacht und es wird auch die Positionierung zwischen den Geräten verbessert.

Fig. 14 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine Viel zahl von elektronischen Instrumenten 54 an eine einzelne Wär meableiteinheit 52 angeschlossen sind. In diesem Fall umfaßt die Wärmeübertragungseinheit 52 eine Wärmeübertragungsein richtung 30 oder mehr. Jedes der elektronischen Instrumente 54 besitzt eine Schaltungsplatine 14, einen Verbinder oder Stecker 22 und einen integrierten Schaltungsmodul 24, eine Wärmesenke 26 und einen ersten thermischen Anschluß 28, wie dies unter Hinweis auf die vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben wurde. Die elektronischen Instrumente 54S sind mit der gemeinsamen Wärmeübertragungseinheit 52 durch die Wärme-Leitungspfadteile 20 verbunden. Die Wärme-Leitungspfad teile 20 besitzen den zweiten thermischen Anschluß 38. In ei nem elektronischen Gerät großer Größe mit einer Anzahl von Einheits-Gehäusen, ist es möglich Installationsraum einzuspa ren und die Herstellungskosten zu reduzieren, indem eine Vielzahl der elektronischen Instrumente mit einer gemeinsamen Wärmeaustauscher-Einheit verbunden werden.

Wie oben beschrieben wurde, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich ein luftgekühltes elektronisches Gerät mit einer ausgezeichneten Kühlkapazität zu erhalten und zwar ohne die Notwendigkeit eine Wärmesenke für eine integrierte Schal tungseinheit zu vergrößern.

Claims

1. Elektronisches Gerät, mit:
einer Schaltungsplatine;
einem Verbinder, der auf der Schaltungsplatine vor gesehen ist;
einem integrierten Schaltungsmodul, der an dem Ver binder befestigt ist; einer Wärmesenke, die an dem integrierten Schal tungsmodul angebracht ist;
einer Wärmeübertragungseinrichtung, die an einer Position getrennt von der Wärmesenke angeordnet ist und in einem Kühlluft-Durchgang zum Übertragen von Wärme angeordnet ist; und
einem Wärme-Leitungspfad, um thermisch die Wärme senke mit der Wärmeübertragungseinrichtung zu verbinden.

2. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1, bei dem der Wärme-Leitungspfad eine Wärme-Leitung bzw. Wärmerohr umfaßt.

3. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Wärmesenke einen ersten thermischen Anschluß aufweist und der Wärme-Leitungspfad einen zweiten thermischen Anschluß auf weist, der thermisch in Kontakt mit dem ersten thermischen Anschluß bringbar ist.

4. Elektronisches Gerät nach Anspruch 3, bei dem der zweite thermische Anschluß, der Wärme-Leitungspfad und die Wärmeübertragungseinrichtung eine integrale Wärmeübertra gungseinheit bilden, und bei dem die Wärmeübertragungseinheit an einem Rahmen über eine Wärmeübertragungseinheit- Montageeinrichtung befestigt ist, die einen Freiheitsgrad der Bewegung in drei Dimensionen bzw. Richtungen besitzt.

5. Elektronisches Gerät nach Anspruch 4, bei dem die Wärmeübertragungseinheit eine Röhre enthält, die einen Kühl luft-Durchgang bildet, und bei dem ein elastisches Einheits teil zwischen der Wärmeübertragungseinrichtung und der Röhre oder dem Rahmen vorgesehen ist, um die Wärmeübertragungsein heit derart vorzuspannen, daß der erste thermische Anschluß in Kontakt mit dem zweiten thermischen Anschluß gebracht wird.

6. Elektronisches Gerät nach Anspruch 3, bei dem der erste thermische Anschluß und der zweite thermische Anschluß mechanisch miteinander gekoppelt sind.

7. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1, bei dem ein Schaltungselement, verschieden von dem integrierten Schal tungsmodul, an der Fläche der Schaltungsplatine montiert ist, die gegenüber der Seite gelegen ist, welche den Verbinder trägt, um den integrierten Schaltungsmodul zu montieren.

8. Elektronisches Gerät nach Anspruch 1, bei dem ein Schaltungselement, verschieden von dem integrierten Schal tungsmodul, an der Oberfläche der Schaltungsplatine auf der Seite montiert ist, welche den Verbinder zum Montieren des integrierten Schaltungsmoduls trägt, wobei das Schaltungsele ment eine Wärmesenke für das Schaltungselement besitzt, wobei die Wärmesenke für das Schaltungselement thermisch an die Wärmeübertragungseinrichtung über den Wärme-Leitungspfad an geschlossen ist.

9. Elektronisches Gerät nach Anspruch 4, bei dem die Wärmeübertragungseinrichtung aus einer Vorrichtung besteht, die von dem elektronischen Gerät, welches den integrierten Schaltungsmodul trägt, getrennt ist.

10. Elektronisches Gerät nach Anspruch 3, bei dem ein Einführungsteil des zweiten thermischen Anschlusses sich ver jüngend ausgebildet ist und aus einem elastischen Material hergestellt ist.

11. Elektronisches Gerät nach Anspruch 4, bei dem eine Vielzahl von elektronischen Ausrüstungen mit der einzelnen Wärmeübertragungseinheit verbunden sind.