DE19715001A1

DE19715001A1 - Kühleinrichtung für einen Montagemodul

Info

Publication number: DE19715001A1
Application number: DE19715001A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Suzuki; Junichi Ishimine; Hisashi Kawashima; Keizo Takemura; Kiyotaka Seyama
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1996-08-27
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 1998-03-12
Also published as: US5862038A; JPH1070219A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Kühl einrichtung für einen Montagemodul, und insbesondere eine Kühleinrichtung, welche in der Lage ist, eine Temperatur einer kleinen flachen, wärmeerzeugenden Einrichtung, wie etwa eines integrierten Schaltungschips herabzusetzen.

In jüngerer Zeit sind Schaltkreise, wie sie für elek trische Einrichtungen, etwa einen Personalcomputer, eine Informationsverarbeitungseinrichtung, eine Arbeitsstation (work station) und einen Server verwendet werden, in hohem Maße integriert, und die Kapazität von Halbleitereinrich tungen, die auf einem Steuerungsplatinenschaltkreis mon tiert sind, ist stark angewachsen. Das hat einen Tempera turanstieg in derartigen elektrischen Einrichtungen zur Folge, und es besteht deshalb eine Notwendigkeit, die von Schaltungsplatinen oder den Halbleitereinrichtungen er zeugte Wärme in wirkungsvoller Weise abzuführen.

Die Fig. 1A und 1B sind Schemazeichnungen zum Erläu tern einer herkömmlichen Kühleinrichtung für einen Montage modul.

Eine in Fig. 1A gezeigte Kühleinrichtung 11A besteht aus einer gedruckten Leiterplatte 12, Schaltungselementen 13, einem Wärmeableiter 14 und leitfähigen Elementen 15.

Eine vorgegebene Anzahl von Schaltungselementen 13, wie etwa Halbleiterchips, sind auf der gedruckten Leiterplatte 12 montiert, und der Wärmeableiter 14, welcher die Form ei ner flachen Platte hat, ist oberhalb des Schaltungselemen tes 13 angeordnet. Die Rückseite des Wärmeableiters 14 ist mit der oberen Oberfläche von jedem der Schaltungselemente 13 über das leitfähige Element 15 verbunden, welches ge wöhnlich aus einem Siliziumverbund hergestellt ist. Auf diese Weise wird die von den Schaltungselementen 13 er zeugte Wärme von dem Wärmeableiter 14 abgeleitet.

Das oben erwähnte leitfähige Element 15 macht es mög lich, die von den Schaltungselementen 13 erzeugte Wärme durch Verbessern der Oberflächenebenheit, der Oberflächen rauhigkeit und der Oberflächenneigung wirkungsvoll zu über tragen, um so einen thermischen Widerstand an einer Kontaktoberfläche zu verringern (das bedeutet ein Anwachsen in dem Kontaktoberflächenbereich). Allerdings wird dieses durch die Dicke des leitfähigen Elementes 15, welches einen bestimmten thermischen Widerstand hat, bei der Wärme ableitung beeinflußt. Der thermische Widerstand R des leit fähigen Elementes 15 kann durch die folgende Formel (1) ausgedrückt werden:

R = t/(λ · A) (1)

in der λ die thermische Leitfähigkeit [W/(mK)] eines leitfähigen Elementes angibt, A einen leitfähigen Bereich [m²] des leitfähigen Elementes angibt, und t eine mittlere Dicke [m] des leitfähigen Elementes angibt.

Fig. 1B ist eine Schemazeichnung, welche eine andere herkömmliche Kühleinrichtung 11B zeigt, umfassend eine ge druckte Leiterplatte 12, Schaltungselemente 13, ein leitfä higes Element 15, einen Kühlkopf 21, einen Block 22, eine Feder 23 und einen (in der Figur nicht gezeigten) Wärmeab leiter. Der Kühlkopf 21 ist oberhalb der Schaltungselemente 13 angeordnet, die auf der gedruckten Leiterplatte 12 mon tiert sind. Der Kühlkopf 21 weist ein Loch 21a in einer Po sition auf, die der Position von jedem der Schaltungsele mente 13 entspricht, und der Block 22 ist in das Loch 21a so eingesetzt, daß er über das leitfähige Element 15 im Kontakt mit dem Schaltungselement 13 ist. Die Feder 23 preßt den Block 22 zum Schaltungselement 13 hin, um den Kontakt zwischen dem Block 22 und dem Schaltungselement 13 sicherzustellen. Wärme wird von dem Block 22 zum Kühlkopf 21 durch physischen Kontakt zwischen diesen beiden oder durch Verwendung eines Gases übertragen.

In der obengenannten, in Fig. 1B gezeigten Kühlein richtung ist, weil der Block 22 durch die Feder 23 zum Schaltungselement 13 hin gedrückt wird, die Dicke t₁ des leitfähigen Elementes 15 dünner ausgeführt, und der thermi sche Widerstand R wird, verglichen mit dem in Fig. 1A dar gestellten Fall, kleiner, und folglich kann die thermische Leitfähigkeit und der Ableitwirkungsgrad verbessert werden.

Allerdings hat die in Fig. 1B gezeigte Kühleinrichtung 11B einige Nachteile. Da beispielsweise der Block 22 durch die elastische Kraft der Feder 23 zu dem Schaltungselement 13 hin gedrückt wird, wird, obwohl er in der Lage ist, die Differenz in der Dicke des leitfähigen Elementes 15 auszu gleichen, eine auf das Schaltungselement 13 aufgebrachte Last durch, sagen wir, Vibration vergrößert, und es besteht eine Gefahr, daß das Schaltungselement 13 mit der gedruck ten Leiterplatte 12 verbindende Lötkugeln 16 zerbrochen werden oder das Schaltungselement 13 selbst zerstört wird. Auch kann, wenn die elastische Kraft der Feder 23 vermin dert wird, um die obengenannten Probleme zu vermeiden, der Block 22 leicht durch eine äußere Kraft geschüttelt werden, und die Dicke t₁ des leitfähigen Elementes 15 kann geändert werden. Es bestehen demnach die Möglichkeiten, daß der Wär meableitungswirkungsgrad der Einrichtung vermindert und die Kühlleistung abgesenkt werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Demnach ist eine allgemeine Aufgabe dieser Erfindung, eine Kühleinrichtung für einen Montagemodul zu schaffen, bei welchem die obengenannten Probleme ausgeschaltet sind.

Eine spezifischere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kühleinrichtung für einen Montagemodul zu schaffen, welcher eine verbesserte Kühlleistung aufweist.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kühleinrichtung für einen Montagemodul zu schaffen, durch den die Wärmeableitung wirkungsvoll ausgeführt wird.

Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kühleinrichtung für einen Montagemodul zu schaffen, welche in der Lage ist, nicht irgendeine unnötige Belastung auf das Schaltungselement oder die damit verbun denen Lötkugeln aufzubringen und dadurch eine Zerstörung derselben zu verhindern.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden durch eine Kühleinrichtung für einen Montagemodul erzielt, bei welcher von einer vorgegebenen Anzahl von auf dem Montagemodul montierten Schaltungselementen erzeugte Wärme durch ein Kühlmittel abgeführt wird, welches umfaßt: wenigstens ein Leitmittel, welches die Schaltungselemente thermisch mit dem Kühlmittel verbindet, wobei das Leitmittel eine vorge gebene Anzahl erster leitfähiger Elemente umfaßt, welche in einem jeweiligen, in dem Leitmittel ausgebildeten Loch an geordnet sind und welche beweglich durch ein erstes leitfä higes Material gehalten werden, welches zwischen die Sei tenfläche des ersten leitfähigen Elementes und die Fläche des jeweiligen Loches des Leitmittels eingefüllt ist.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden auch durch die Kühleinrichtung für einen Montagemodul erreicht, bei wel cher ein zweites leitfähiges Material zwischen dem ersten leitfähigen Element und dem Schaltungselement vorhanden ist.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden auch durch die Kühleinrichtung für einen Montagemodul erreicht, bei wel chem das erste leitfähige Material im wesentlichen eine gleichmäßige Dicke um das erste leitfähige Element herum aufweist.

Da das zwischen den Schaltungselementen und dem Kühl mittel angeordnete Leitmittel die vorgegebene Anzahl der ersten leitfähigen Elemente mit dem ersten leitfähigen Ma terial hält, welches gleichmäßig um jedes der ersten leit fähigen Elemente herum eingefüllt ist, das das jeweilige Schaltungselement über das zweite leitfähige Material eng berührt, kann gemäß der oben beschriebenen Kühleinrichtung die Dicke des zweiten leitfähigen Materials, welches zwi schen jedem der Schaltungselemente und dem jeweiligen er sten leitfähigen Element vorhanden ist, leicht justiert werden. Da jedes der ersten leitfähigen Elemente durch das erste leitfähige Material, welches um die Seitenfläche des ersten leitfähigen Elementes herum eingefüllt ist, gehalten wird, ist es auch möglich, den Stoß zu verhindern oder zu verringern, welcher auf ein Schaltungselement infolge der Viskosität und der Anti-Abriebeigenschaft des ersten leit fähigen Materials aufgebracht werden könnte.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden auch durch die Kühleinrichtung für einen Montagemodul erreicht, bei wel cher eine vorgegebene Anzahl von Injektionspassagen zum Einfüllen eines der Materialien, nämlich des ersten leitfä higen Materials und des zweiten leitfähigen Materials, und das erste leitfähige Material sowie das zweite leitfähige Material bei dem ersten leitfähigen Element vorgesehen sind.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden auch erreicht durch die Kühleinrichtung für einen Montagemodul, bei wel cher zumindest zwei aus der vorgegebenen Anzahl von Injek tionspassagen miteinander verbunden sind.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden auch erreicht durch die Kühleinrichtung für einen Montagemodul, bei wel cher wenigstens zwei der vorgegebenen Anzahl von Injekti onspassagen eine Injektionspassage zum Einfüllen des ersten leitfähigen Materials und eine Injektionspassage zum Ein füllen des zweiten leitfähigen Materials umfassen.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden auch erreicht durch die Kühleinrichtung für einen Montagemodul, bei wel cher das Verhältnis eines totalen Auslaßflächenbereiches der Injektionspassagen zum Einfüllen des ersten leitfähigen Materials und eines totalen Auslaßflächenbereiches der In jektionspassagen zum Einfüllen des zweiten leitfähigen Ma terials im wesentlichen das gleiche ist wie das Verhältnis einer Menge des um die Seitenflächen des ersten leitfähigen Elementes herum einzufüllenden ersten leitfähigen Materials und einer Menge des zwischen das Schaltungselement und das erste leitfähige Element einzufüllenden zweiten leitfähigen Materials.

Gemäß der oben beschriebenen Kühleinrichtung sind die Injektionspassage zum Einfüllen des ersten leitfähigen Ma terials um die Seitenflächen des ersten leitfähigen Elemen tes herum und die Injektionspassage zum Einfüllen des zwei ten leitfähigen Materials zwischen das Schaltungselement und das erste leitfähige Element voneinander getrennt oder in miteinander verbundener Weise ausgebildet. Da die ther mische Leitfähigkeit des ersten leitfähigen Materials nicht so gut ist wie die eines für Kühlungsbauteile, wie etwa den Wärmeableiter, verwendeten Metalls, ist es besser, die Dicke des ersten leitfähigen Materials in einer Wärmeüber tragungsrichtung so dünn wie möglich zu machen. Auch wird das Verhältnis eines totalen Auslaßflächenbereiches der In jektionspassagen zum Einfüllen des ersten leitfähigen Mate rials sowie eines totalen Auslaßflächenbereiches der Injek tionspassagen zum Einfüllen des zweiten leitfähigen Materi als im wesentlichen gleich dem Verhältnis einer Menge des um die Seitenflächen des ersten leitfähigen Elementes herum einzufüllenden ersten leitfähigen Materials zu einer Menge des zwischen das Schaltungselement und das erste leitfähige Element einzufüllenden zweiten leitfähigen Materials ausge führt. So wird es möglich, den Einfüllvorgang des ersten sowie zweiten leitfähigen Materials gleichzeitig auszufüh ren, und so wird die Anzahl der Schritte, die zum Bauen der Einrichtung erforderlich sind, reduziert. Darüber hinaus wird es möglich, die Menge der leitfähigen Materialien zu steuern, und die Kühlleistung der Einrichtung kann verbes sert werden.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden auch durch die Kühleinrichtung für einen Montagemodul erreicht, bei wel cher das erste leitfähige Element einen davon abstehenden Abschnitt mit einer Hakenform aufweist, und bei welcher die Leitmittel einen Hakenabschnitt aufweisen, welcher in den abstehenden Abschnitt des ersten leitfähigen Elementes in Eingriff zu bringen ist.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden auch durch die Kühleinrichtung für einen Montagemodul erreicht, bei wel cher das erste leitfähige Material zwischen dem abstehenden Abschnitt des ersten leitfähigen Elementes und dem Hakenab schnitt der Leitmittel vorhanden ist.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden auch erreicht durch die Kühleinrichtung für einen Montagemodul, bei welcher eine vorgegebene Anzahl elastischer Elemente zwischen dem ersten leitfähigen Element und den Kühlmitteln vorgesehen sind, um das erste leitfähige Element zum Schaltungselement hin zu drücken.

Gemäß der oben beschriebenen Kühleinrichtung wird das erste leitfähige Element durch die Leitmittel gehalten, und wird durch die vorgegebene Anzahl elastischer Elemente zu dem Schaltungselement hin gedrückt. So ist das erste leit fähige Element drehbar in das Loch eingesetzt, welches in den Leitmitteln ausgebildet ist, und zu dieser Zeit werden das erste und das zweite leitfähige Material gleichmäßig um die Seitenflächen des ersten leitfähigen Elementes bzw. zwischen das Schaltungselement und die Bodenfläche des er sten leitfähigen Elementes herum verteilt. Auch wird der Kontaktflächenbereich des ersten leitfähigen Elementes und der Leitmittel vergrößert im Vergleich mit einem Fall, in welchem ein erstes leitfähiges Element mit einer Zylinder fläche verwendet wird, und deshalb kann der thermische Wi derstand des Abschnittes des ersten leitfähigen Materials verringert werden, und der Kühlungswirkungsgrad der Ein richtung kann verbessert werden.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden auch durch die Kühleinrichtung für einen Montagemodul erreicht, bei wel cher ein zweites leitfähiges Element zwischen dem Schal tungselement und dem ersten leitfähigen Element vorgesehen ist, und bei welcher das erste leitfähige Material zwischen dem ersten leitfähigen Element und dem zweiten leitfähigen Element vorgesehen ist.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden auch durch die Kühleinrichtung für einen Montagemodul erreicht, bei wel cher das zweite leitfähige Element einen oberen Abschnitt hat, welcher dem ersten leitfähigen Element zugewandt ist und welcher eine konkave Form hat, und bei welcher das er ste leitfähige Element einen unteren Abschnitt mit einer konvexen Form hat, welcher mit dem oberen Abschnitt mit ei ner konkaven Form in Eingriff gebracht werden kann.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden auch durch die Kühleinrichtung für einen Montagemodul erreicht, bei wel cher ein zweites leitfähiges Element zwischen dem Schal tungselement und dem ersten leitfähigen Element vorgesehen ist, und bei welcher das zweite leitfähige Material zwi schen dem ersten leitfähigen Element und dem zweiten leit fähigen Element vorhanden ist.

Gemäß der oben beschriebenen Kühleinrichtung ist das zweite leitfähige Element auf dem Schaltungselement vorge sehen, und das zweite leitfähige Material ist zwischen dem ersten leitfähigen Element und dem zweiten leitfähigen Ele ment vorgesehen. Das zweite leitfähige Element kann einen oberen Abschnitt mit einer konkaven Form haben, und das er ste leitfähige Element kann einen unteren Abschnitt mit ei ner konvexen Form haben, die mit dem oberen Abschnitt des zweiten leitfähigen Elementes in Eingriff gebracht werden kann. So kann eine Verschiebung der zentralen Achse des er sten leitfähigen Elementes und der des zweiten leitfähigen Elementes vermieden werden, und das zweite leitfähige Mate rial kann gleichmäßig zwischen dem ersten und dem zweiten leitfähigen Element verteilt werden. Deshalb kann die Küh lungsleistung der Einrichtung verbessert werden.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden auch durch die Kühleinrichtung für einen Montagemodul erreicht, bei wel cher ein Dichtelement auf dem zweiten leitfähigen Element vorgesehen ist, um das zweite leitfähige Material abzudich ten.

Da das Dichtelement zum Abdichten des zweiten leitfä higen Materials auf dem zweiten leitfähigen Element vorge sehen ist, wird es gemäß der oben beschriebenen Kühlein richtung möglich, ein Austreten des zweiten leitfähigen Ma terials zu verhindern, das während eines Austauschvorganges des anderen, auf der gleichen gedruckten Schaltungsplatte montierten Schaltungselementes bei Verwendung beispiels weise eines flüssigen Lösungsmittels auftreten könnte, wenn das Dichtelement nicht verwendet wird. Auch ein Austreten des zweiten leitfähigen Elementes kann während eines Wasch vorganges verhindert werden, welcher gewöhnlich nach dem Austauschvorgang durchgeführt wird.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden auch durch die Kühleinrichtung für einen Montagemodul erreicht, bei wel cher die Leitmittel einen Stufenabschnitt aufweisen, auf welchen das erste leitfähige Material aufgebracht werden kann, und welcher mit einem abstehenden Abschnitt des er sten leitfähigen Elementes in Eingriff ist.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden auch durch die Kühleinrichtung für einen Montagemodul erreicht, bei wel cher ein Dichtelement auf dem Stufenabschnitt vorgesehen ist.

Gemäß der oben beschriebenen Kühleinrichtung ist der Stufenabschnitt, welcher mit dem abstehenden Abschnitt des ersten leitfähigen Elementes im Eingriff ist, mit den Leit mitteln ausgestattet, und das erste leitfähige Material, welches von dem Dichtelement umgeben sein kann, ist auf dem Stufenabschnitt vorgesehen. So kann ein Austreten des er sten leitfähigen Materials verhindert werden, und das Mate rial kann gleichmäßig um das erste leitfähige Element herum eingefüllt werden.

Die oben beschriebenen Aufgaben werden auch durch die Kühleinrichtung für einen Montagemodul erreicht, bei wel cher ein magnetisches Mittel, welches in der Lage ist, das erste leitfähige Element an dem zweiten leitfähigen Element durch eine magnetische Kraft zu befestigen, an dem ersten leitfähigen Element sowie an dem zweiten leitfähigen Ele ment vorgesehen ist.

Gemäß der oben beschriebenen Kühleinrichtung ist das magnetische Mittel an dem ersten leitfähigen Element und an dem zweiten leitfähigen Element vorgesehen. So ist es mög lich, einen Vorgang des Andrückens des ersten leitfähigen Elementes an das zweite leitfähige Element auszuführen, ohne irgendeinen Druck auf das Schaltungselement und die gedruckte Schaltungsplatte aufzubringen. So kann die Ge fahr, daß das Schaltungselement oder die gedruckte Lei tungsplatte während des Preßvorganges beschädigt werden, ausgeschlossen werden. Auch kann die Dicke des zweiten leitfähigen Materials gleichmäßig gehalten werden, und die Kühlleistung der Einrichtung kann verbessert werden.

Andere Aufgaben und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung klar, wenn diese in Verbindung mit den beige fügten Zeichnungen gelesen wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A ist eine Schemazeichnung zum Erläutern einer herkömmlichen Kühleinrichtung für einen Montagemodul;

Fig. 1B ist eine Schemazeichnung zum Erläutern einer anderen herkömmlichen Kühleinrichtung für einen Montagemo dul;

Fig. 2A ist eine Schemazeichnung, welche eine Quer schnittsansicht einer Kühleinrichtung gemäß der ersten Aus gestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2B ist eine Schemazeichnung, welche Haupt-Bau teile der Kühleinrichtung gemäß der ersten Ausgestaltung der in Fig. 2A gezeigten vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3 ist eine Schemazeichnung, welche eine perspek tivische Explosionsansicht der in den Fig. 2A und 2B ge zeigten Kühleinrichtung zeigt;

Fig. 4A ist eine Schemazeichnung, welche einen Monta gezustand der Kühlmodule auf der jeweiligen Hauptleiter platte (mother board) zeigt;

Fig. 4B ist eine Schemazeichnung zum Erläutern einer Einrichtung, bei welcher die Hauptleiterkarten, auf denen die Kühlmodule montiert sind, vorgesehen sind;

Fig. 5A ist eine Schemazeichnung, welche eine Ausge staltung der Struktur des bei der ersten Ausgestaltung er läuterten Blockes zeigt;

Fig. 5B ist eine Schemazeichnung zum Erläutern der In jektion von leitfähigem Material durch die in einem Block ausgebildeten Injektionspassagen;

Fig. 6A ist eine Schemazeichnung zum Erläutern eines Verhältnisses zwischen der Einfüllmenge eines leitfähigen Materials und in einem Block ausgebildeten Injektionspassa gen;

Fig. 6B ist eine Schemazeichnung zum Erläutern eines Verhältnisses zwischen der Einfüllmenge eines leitfähigen Materials und in einem Block ausgebildeten Injektionspassa gen;

Fig. 6C ist eine Schemazeichnung zum Erläutern eines Verhältnisses zwischen der Einfüllmenge eines leitfähigen Materials und in einem Block ausgebildeten Injektionspassa gen;

Fig. 7A ist eine Schemazeichnung zum Erläutern einer anderen Ausgestaltung der in einem Block ausgebildeten In jektionspassagen gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7B ist eine Schemazeichnung zum Erläutern einer anderen Ausgestaltung der in einem Block ausgebildeten In jektionspassagen gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8A ist eine Schemazeichnung, welche eine Quer schnittsansicht von Haupt-Konstruktionsteilen in einem an deren Beispiel der ersten Ausgestaltung gemäß der vorlie genden Erfindung zeigt;

Fig. 8B ist eine Schemazeichnung, welche eine Explosi onsansicht von Haupt-Konstruktionsteilen in einem anderen Beispiel der ersten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 9 ist eine Schemazeichnung, welche eine Quer schnittsansicht von Haupt-Konstruktionsteilen einer zweiten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 10A ist eine Schemazeichnung zum Erläutern des in Fig. 9 gezeigten Kühlkopfes;

Fig. 10B ist eine Schemazeichnung zum Erläutern des in Fig. 9 gezeigten Kühlkopfes;

Fig. 11 ist eine Schemazeichnung, welche eine Quer schnittsansicht von Haupt-Konstruktionsteilen zeigt, die in einem anderen Beispiel gemäß der zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung verwendet werden;

Fig. 12A ist eine Schemazeichnung, welche eine Struk turansicht einer Kühleinrichtung gemäß der dritten Ausge staltung der vorliegenden Erfindung in einem Querschnitt zeigt;

Fig. 12B ist eine Schemazeichnung zum Erläutern der Kühleinrichtung gemäß der dritten Ausgestaltung der vorlie genden Erfindung;

Fig. 13A ist eine Schemazeichnung, welche eine Struk turansicht eines anderen Beispiels der dritten Ausgestal tung gemäß der vorliegenden Erfindung im Querschnitt zeigt;

Fig. 13B ist eine Schemazeichnung zum Erläutern eines anderen Beispieles der dritten Ausgestaltung gemäß der vor liegenden Erfindung;

Fig. 14 ist eine Schemazeichnung, welche eine Quer schnittsansicht von Haupt-Konstruktionsteilen einer Kühl einrichtung gemäß einer vierten Ausgestaltung der vorlie genden Erfindung zeigt;

Fig. 15A ist eine Schemazeichnung zum Erläutern einer fünften Ausgestaltung einer Kühleinrichtung gemäß der vor liegenden Erfindung; und

Fig. 15B ist eine Schemazeichnung zum Erläutern der fünften Ausgestaltung einer Kühleinrichtung gemäß der vor liegenden Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltungen

Im folgenden werden ein Prinzip und eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Zuerst wird eine Beschreibung einer ersten Ausgestal tung der Kühleinrichtung für einen Montagemodul gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Fig. 2A und 2B dargelegt. Fig. 2A ist eine Schemazeichnung, welche eine Querschnittsansicht einer Kühleinrichtung 31 gemäß der er sten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Kühleinrichtung 31 umfaßt eine gedruckte Schaltungsplatte 32, Schaltungselemente 33 (33₁ und 33₂), eine Hauptleiter platte 34, einen Kühlkopf 35, Halteelemente 36, Löcher 37 (37₁ und 37₂), Blöcke 38 (38₁ und 38₂), erste leitfähige Materialien 39, zweite leitfähige Materialien 40 und einen Wärmeableiter 41, welcher ein Kühlmittel gemäß der vorlie genden Erfindung darstellt. Eine vorgegebene Anzahl der Schaltungselemente 33 (33₁ und 33₂), wie etwa nicht iso lierte Chips, ist auf der gedruckten Schaltungsplatte 32 montiert, und eine vorgegebene Anzahl der gedruckten Schal tungsplatten 32 ist auf der Hauptleiterplatte 34 montiert.

Der Kühlkopf 35, welcher ein Leitmittel gemäß der vor liegenden Erfindung ist, ist oberhalb der Schaltungsele mente 33 über das auf der Hauptleiterplatte 34 befestigte Halteelement 35 angeordnet. Dies dient dazu, die Aufbrin gung einer unnötigen Last infolge der Konstruktionsele mente, wie etwa des Kühlkopfes 35, auf die gedruckte Schal tung 32 zu vermeiden, welche aus einem Siliziummaterial hergestellt sein kann. Der Kühlkopf 35 kann beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer ausgebildet sein, welche eine gute thermische Leitfähigkeit haben, und die Löcher 37 (37₁ und 37₂) sind entsprechend der Anzahl und der Position der Schaltungselemente 33 (33₁ und 33₂) ausgebildet.

Die Blöcke 38 (38₁ und 38₂), welche erste leitfähige Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen, sind jeweils in die Löcher 37 (37₁ und 37₂) eingesetzt. Die Blöcke 38 können in einer zylindrischen Form ausgebildet sein, so daß sie direkt in die Löcher 37 eingesetzt werden können. Die Blöcke 38 sind unter Verwendung eines Metalls mit einer guten thermischen Leitfähigkeit, wie etwa Alumi nium oder Kupfer, ausgebildet. Das erste leitfähige Mate rial 39, welches ein Füllelement mit einer guten thermi schen Leitfähigkeit, wie etwa ein Siliziumverbund und Sili ziumfett ist, wird zwischen die Seitenflächen von jedem der Blöcke 38 und die entsprechenden Löcher 37 eingefüllt. Je der der Blöcke 38 wird vom Kühlkopf 35 gehalten.

Die untere Oberfläche von jedem der Blöcke 38 berührt das jeweilige Schaltungselement 33 eng über das zweite leitfähige Material 40, welches aus Materialien wie etwa einem Siliziumverbund und Siliziumfett ausgebildet ist.

Der Wärmeableiter 41, welcher das oben erwähnte Kühl mittel darstellt, hat eine vorgegebene Anzahl von bei spielsweise aus Aluminium hergestellten Rippen 41a, und ist auf dem Kühlkopf 35 so angeordnet, daß er mit diesem ther misch verbunden ist.

Fig. 2B ist eine Schemazeichnung, welche Hauptteile der Kühleinrichtung 31 gemäß der ersten Ausgestaltung der in Fig. 2A gezeigten vorliegenden Erfindung zeigt. In Fig. 2B sind Elemente, welche die gleichen wie die in Fig. 2A sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die Erläuterung derselben wird hier fortgelassen.

Unter der Voraussetzung, daß die Oberflächenebenheit des Schaltungselementes 33₁ und die des Blockes 38₁ so aus geführt ist, daß sie weniger als etwa 20 µm beträgt, ist es in Fig. 2B möglich, vorzusehen, daß das Leitfähigkeitsmate rial 40 eine Dicke t₁ von weniger als etwa 20 µm hat, indem man einen Druck von etwa 200 bis 400 gf/cm² von dem Block 381 auf das Schaltungselement 33₁ über das zweite leitfä hige Material 40 aufbringt. Der Abstand t₂ zwischen der Seitenfläche des Blockes 38₁ und der inneren Fläche des Lo ches 37 des Kühlkopfes 35 ist so festgelegt, daß er bei spielsweise etwa 50 µm beträgt, und das erste leitfähige Material 39 wird dazwischen gebracht, um den Block 38₁ durch den Kühlkopf 35 zu halten.

Der thermische Widerstand R₁ des zweiten leitfähigen Materials 40 zwischen dem Schaltungselement 33₁ und dem Block 38₁ kann durch die folgende Formel (2) ausgedrückt werden:

R₁ = t₁/(λ · A₁) (2)

wobei A₁ den Kontaktflächenbereich des Blockes und des Schaltungselementes angibt.

Der thermische Widerstand R₂ des ersten leitfähigen Materials 39 zwischen dem Block 38₁ und dem Kühlkopf 35 kann durch die folgende Formel (3) ausgedrückt werden:

R₂ = t₂/(λ · A₂) (3)

wobei A₂ den Kontaktflächenbereich des Blockes und des Kühlkopfes angibt.

Demnach wird der gesamte thermische Widerstand R zwi schen dem Schaltungselement 33₁ und dem Kühlkopf 35 infolge des ersten und des zweiten leitfähigen Materials 39 und 40 ausgedrückt als R=R₁+R₂.

Um den Wert von R₁ zu reduzieren, kann nur t₁ in Be tracht gezogen werden, da es schwierig ist, A₁ zu vergrö ßern, das durch die Form eines Schaltungselementes bestimmt wird. Auf der anderen Seite ist es im Hinblick auf R₂ mög lich, den Wert von A₂ zu vergrößern. Demnach kann der ge samte thermische Widerstand R der Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung auf weniger als den der in Fig. 1A gezeigten Kühleinrichtung reduziert werden. Da der Block 38₁ durch das leitfähige Material 39 gehalten wird und das leitfähige Material 39 einen Dämpfungseffekt hat, kann auch der Widerstand der Kühleinrichtung gegen Schwingungen ver bessert werden.

Fig. 3 ist eine Schemazeichnung, welche eine perspek tivische Explosionsansicht der in den Fig. 2A und 2B ge zeigten Kühleinrichtung zeigt. In Fig. 3 sind Elemente, welche die gleichen wie diejenigen in den Fig. 2A und 2B sind, durch die gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und die Erläuterung derselben wird fortgelassen.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, sind Befestigungslöcher 42 (42₁ bis 42₄, 42₁ ist nicht in der Figur gezeigt) zusammen mit den Löchern 37 (37₁ bis 37₄) in dem Kühlkopf 35 ausge bildet, welcher oberhalb der gedruckten Schaltungsplatte 32 angeordnet ist. Die Blöcke 38 (38₁ bis 38₄) sind in die je weiligen Löcher 37 (37₁ bis 37₄) eingesetzt, wobei das er ste leitfähige Material 39 dazwischen eingebracht worden ist. Das zweite leitfähige Material 40 ist auf das andere, den jeweiligen Schaltungselementen 33 (33₁ bis 33₄) zuge wandte Ende von jedem der Blöcke 38 (38₁ bis 38₄) so aufge bracht, daß die Blöcke 38 und die Schaltungselemente 33 in festem Kontakt zueinander sind.

Der Wärmeableiter 41 ist auf dem Kühlkopf 35 unter Verwendung von Schrauben 43 (43₁ bis 43₄, 43₁ ist nicht ge zeigt), welche in die jeweiligen Befestigungslöcher 42 (42₁ bis 42₄) eingreifen, befestigt, wobei beispielsweise Sili ziumfett (nicht gezeigt) dazwischen vorgesehen ist. Eine vorgegebene Anzahl derartiger Kühlmodule 44 ist auf der Hauptleiterplatte 34 montiert.

Fig. 4A ist eine Schemazeichnung, welche einen Monta gezustand der Kühlmodule 44 auf der jeweiligen Hauptleiter platte 34 zeigt, und Fig. 4B ist eine Schemazeichnung zum Erläutern einer Einrichtung, bei welcher die Hauptleiter platten 34, auf denen die Kühlmodule 44 montiert sind, vor gesehen sind. Wie in Fig. 4A gezeigt ist, ist eine vorgege bene Anzahl der in Fig. 3 gezeigten Kühlmodule auf der je weiligen Hauptleiterplatte 34 (in diesem Falle drei) vorge sehen.

Fig. 4B zeigt Hauptstrukturen, die innerhalb eines Servers 51 angeordnet sind. In dem Server 51 sind drei Hauptleiterplatten 34, auf deren jeder eine vorgegebene An zahl der Kühlmodule 34 montiert ist, auf einem Einschubrah men 52 in einem Gehäuse 51a angeordnet. Elemente wie etwa Schnittstellen und externe Speichereinrichtungen sind in einem Montagebereich 53 montiert, welcher in der Nähe des Einschubrahmens 52 angeordnet ist. Gebläse 54 (54₁ bis 54₃) sind oberhalb des Einschubrahmens 52 und des Montagebe reichs 53, Gebläse 54 (54₄ bis 54₆) sind unterhalb des Ein schubrahmens 52 und des Montagebereiches 53 angeordnet. Elemente wie etwa eine Leistungsquelle 55 können unterhalb der Gebläse 54 (54₄ bis 54₆) angeordnet sein.

In dem oben beschriebenen Server 51 werden Schaltungs elemente 33 (nicht gezeigt) durch Kühlen des Wärmeableiters 41 (nicht gezeigt) in den Kühlmodulen 44 durch Erzeugen ei nes Luftstromes unter Verwendung der Gebläse 54 (54₁ bis 54₆) gekühlt, und zwar zusammen mit den Schnittstellen und den externen Speichereinrichtungen im Montagebereich 53.

Fig. 5A ist eine Schemazeichnung, welche eine Ausge staltung der Struktur des Blockes 38 zeigt, der bei der er sten Ausgestaltung erläutert wurde. Der in Fig. 5A gezeigte Block 38a kann unter Verwendung von Aluminium in einer zy lindrischen Form ausgebildet sein, und es sind eine Injek tionspassage 62, welche von der oberen Fläche 61a durch die untere Fläche 61b hindurchtritt, sowie eine vorgegebene An zahl (in diesem Falle zwei) Injektionspassagen 63₁ und 635₂, welche die Seitenfläche 61c durchdringen, ausgebildet. In diesem Falle sind die Injektionspassagen 62, 63₁ und 63₂ miteinander verbunden.

Der oben erläuterte Block 38 wird in das jeweilige Loch 37 eingesetzt, und das leitfähige Material 39 (40) wird von der an der oberen Fläche 61a des Blockes 38a ange ordneten Öffnung der Injektionspassage 62 unter Verwendung eines Zylinders 64 eingeführt. Dies ist in Fig. 5B gezeigt. Das in den Block 38a eingeführte leitfähige Material 39 (40) tritt durch die Injektionspassagen 62, 63₁ und 63₂ hindurch und wird durch die jeweilige Öffnung der Injekti onspassagen ausgestoßen. So kann das leitfähige Material 39 zwischen der Seitenfläche des Blockes 38a und der Innenflä che des Loches 37 vorgesehen werden. In gleicher Weise kann das leitfähige Material 40 zwischen der unteren Fläche des Blockes 38a und dem Schaltungselement 33 vorgesehen werden.

Die Fig. 6A bis 6C sind Schemazeichnungen zum Erläu tern einer Beziehung zwischen dem Einfüllen des leitfähigen Materials und den Injektionspassagen in dem Block 38a gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. In dem in Fig. 6A gezeigten Block 38a ist ein Auslaß der Injekti onspassage 62 durch Sa bezeichnet, und Auslässe der Injek tionspassagen 63₁ und 63₂ sind durch Sb₁ bzw. Sb₂ bezeich net. In Fig. 6B bezeichnet der schattierte Abschnitt einen Kontaktbereich Sc des Schaltungselementes 33 und der unte ren Fläche 61b des Blockes 38. Der schattierte Abschnitt in Fig. 6C zeigt ein Volumen Vs zwischen dem Block 38a und der Innenfläche des Kühlkopfes 35 an (d. h., die Menge des leit fähigen Materials 39, welches dazwischen eingeführt wurde.

Die Menge Vb des leitfähigen Materials 40, welches zwischen den Block 38a und das Schaltungselement 33 einge füllt wurde, die in Fig. 6B gezeigt sind, kann ausgedrückt werden durch die Gleichung:

Vb = Sc × t

wobei t eine Dicke des leitfähigen Materials 40 an gibt. Deshalb kann der gesamte Auslaßflächenbereich As in der Seitenfläche 61c des Blockes 38a, welcher durch die In jektionspassagen 63₁ und 63₂ erzeugt wird, berechnet werden nach:

As = 2Sb₁ + 2Sb₂.

Andererseits kann der Auslaßbereich der Injektionspas sage 62 als Sa (Ab) ausgedrückt werden, und demnach wird der Auslaßflächenbereich der obengenannten Injektionspassa gen 62, 63₁ und 63₂ so eingestellt, daß er die Gleichung erfüllt:

Ab : As = Vb : Vs.

Das heißt, es ist gemäß der Ausgestaltung der vorlie genden Erfindung möglich, den Zwischenraum zwischen der Seitenfläche des Blockes 38a und der Innenfläche des Kühl kopfes 35 sowie den zwischen der unteren Fläche des Blockes 38a und dem Schaltungselement 33 mit einer gewünschten Ver teilungsmenge homogen zu füllen. Das Aufbringen des leitfä higen Materials auf die Seitenfläche und die untere Fläche des Blockes 38a kann so gleichzeitig ausgeführt werden, und die Füllmenge des leitfähigen Materials kann in Überein stimmung mit dem von einer Injektionseinrichtung aufge brachten Druck justiert werden. Deshalb kann der Füllvor gang des leitfähigen Materials vereinfacht und leicht auto matisiert werden.

Die Fig. 7A und 7B sind Schemazeichnungen zum Erläu tern einer anderen Ausgestaltung der Injektionspassagen in einem Block gemäß der vorliegenden Erfindung. In den Fig. 7A und 7B sind Elemente, welche die gleichen wie die jenigen in Fig. 6A sind, mit den gleichen Bezugszahlen be zeichnet, und die Erläuterung derselben wird fortgelassen.

Der in Fig. 7A gezeigte Block 38b hat eine Injekti onspassage 62, welche durch eine obere Fläche 61a und eine untere Fläche 61b hindurchtritt. Auch sind Injektionspassa gen 63₁ bis 63₃, deren jede die Seitenfläche 61a durch dringt, horizontal mit der oberen und der unteren Fläche 61a bzw. 61c zusammen mit Injektionspassagen 63₄ bis 63₆ ausgebildet, deren jede auch die Seitenfläche 61a durch dringt, nicht jedoch horizontal mit der oberen und der un teren Fläche 61a bzw. 61c ausgebildet ist. Es sei bemerkt, daß Positionen von jedem der Auslässe der Injektionspassa gen 63₄ bis 63₆ verschieden von denen der Injektionspassa gen 63₁ bis 63₃ sind. Die Injektionspassagen 62 und 63₁ bis 63₆ sind miteinander verbunden.

In dem Block 38b wird ein leitfähiges Material 40 zwi schen die untere Fläche 61b und das Schaltungselement durch die Injektionspassage 62 eingefüllt, und ein leitfähiges Material 39 wird zwischen die Seitenfläche 61c und die In nenfläche des Kühlkopfes durch die Injektionspassagen 63₁ bis 63₆ eingefüllt. In diesem Fall wird der Auslaßflächen bereich von jeder der Injektionspassagen 62 sowie 63₁ bis 63₆ in Übereinstimmung mit der Menge des Einfüllens des je weiligen leitfähigen Materials bestimmt, wie oben erwähnt wurde.

Durch Verwendung des in Fig. 7A gezeigten Blockes 38b kann der Zwischenraum zwischen der Seitenfläche 61c und der Innenfläche des Kühlkopfes in wirkungsvollerer und homoge nerer Weise gefüllt werden.

Fig. 7B zeigt einen Block 38c gemäß einer anderen Aus gestaltung der vorliegenden Erfindung. Der Block 38c hat eine Injektionspassage 62, welche durch eine obere Fläche 61a und eine untere Fläche 61b hindurchdringt, sowie vier Injektionspassagen 63₁₁ bis 63₁₄, deren jede die obere Flä che 61a und eine Seitenfläche 61c durchdringt. Das heißt, jede der Injektionspassagen 63₁₁ bis 63₁₄ ist innerhalb des Blockes 38c abgebogen. In dieser Ausgestaltung wird eine angemessene Menge eines leitfähigen Materials durch den je weiligen Einlaß der Injektionspassagen 63₁₁ bis 63₁₄ inji ziert, welcher in der oberen Fläche 61a des Blockes 38c ausgebildet ist.

Die Fig. 8A und 8B sind Schemazeichnungen, welche je weils Haupt-Konstruktionsteile in einem anderen Beispiel der ersten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. Fig. 8A zeigt eine Querschnittsansicht und Fig. 8B zeigt eine perspektivische Explosionsansicht.

In den Fig. 8A und 8B ist ein Wärmeverteiler 71, wel cher ein aus einem Metall mit einer guten Leitfähigkeit, wie etwa Aluminium, hergestelltes zweites leitfähiges Ele ment ist, auf einem Schaltungselement 33 vorgesehen, wel ches auf einer gedruckten Leiterplatte 32 montiert ist. Der Wärmeverteiler 71 ist thermisch mit dem Schaltungselement 33 unter Verwendung eines Materials, wie etwa einer leitfä higen Klebemischung verbunden. Der Wärmeverteiler 71 ist mit einem Kühlkopf 35 über einen O-Ring 72 verbunden, wel cher ein Dichtelement darstellt.

Der O-Ring 72 ist aus einem elastischen Element gebil det, welches eine bestimmte Wärmebeständigkeit hat, wie etwa aus einem wärmebeständigen Gummi, und er ist so posi tioniert, daß er zu einem Loch 37 ausgerichtet ist, welches in dem Kühlkopf 35 ausgebildet ist. Wenn der Block 38 in das Loch 37 eingesetzt wird, berührt er den Wärmeverteiler 71 über ein leitfähiges Material 40. Das heißt, das leitfä hige Material 40 ist innerhalb des O-Ringes 72 angeordnet. Zusätzlich wird der Block 38 durch ein leitfähiges Material 39 in dem Loch 37 gehalten, wie oben erläutert wurde.

Wenn jetzt einer der in Fig. 4A gezeigten Kühlmodule 44, welche auf der Hauptleiterplatte 34 unter Verwendung von Lötkugeln montiert sind, ausgetauscht wird, wird der Modul 44 zuerst auf der Hauptleiterplatte 34 erwärmt, um die Lötkugeln zu schmelzen. Wenn eine Flüssigkeit als Heiz medium bei dem obengenannten Vorgang eingesetzt wird, be steht eine Gefahr, daß die Flüssigkeit die anderen Module 44 berührt, welche nicht ausgetauscht werden sollen, und daß die leitfähigen Materialien 39 und 40 aufgelöst werden. Wenn auch eine Lösemittel-Waschung der Hauptleiterplatte 34, bei welcher die Hauptleiterplatte 34 in eine Waschflüs sigkeit eingetaucht und geschüttelt wird, oft nach dem Aus tausch des Moduls 44 ausgeführt wird, besteht auch eine Möglichkeit, daß etwas von dem leitfähigen Material in der Waschflüssigkeit aufgelöst wird. Wenn das leitfähige Mate rial aufgelöst wird, wird der thermische Widerstand an ei ner Kontaktfläche des Kühlkopfes erhöht, und der Kühlwir kungsgrad des Kühlmoduls wird verringert. Einer der Gründe, daß der O-Ring 72 in der in den Fig. 8A und 8B gezeigten Ausgestaltung verwendet wird, ist der, das Austreten des leitfähigen Materials 39 und 40 in den oben beschriebenen Fällen zu verhindern.

Fig. 9 ist eine Schemazeichnung, welche eine Quer schnittsansicht von Haupt-Konstruktionsteilen einer zweiten Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und die Fig. 10A und 10B sind Schemazeichnungen zum Erläutern des in Fig. 9 gezeigten Kühlkopfes. In den Fig. 9 und 10A und 10B sind Elemente, welche die gleichen wie diejenigen in den vorangegangenen Figuren sind, durch die gleichen Be zugszahlen bezeichnet, und die Erläuterung derselben wird fortgelassen.

Gemäß der zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Er findung ist ein Block 38d mit einem davon abstehenden Be reich 82, welcher von dem oberen Abschnitt der Seitenfläche absteht, versehen, welcher eine Hakenform hat, wie in den Fig. 9 und 10A gezeigt ist. In gleicher Weise ist ein Kühl kopf 35 mit einem Hakenabschnitt 81 versehen, welcher von dem unteren Abschnitt der Innenfläche eines Loches 37a vor steht, und welcher so ausgebildet ist, daß er mit dem ab stehenden Bereich 82 des Blockes 38d in Eingriff kommt.

Wenn der Block 38d in das Loch 37a des Kühlkopfes 35 in einem ineinandergreifenden Zustand eingesetzt ist, wird ein leitfähiges Material 39 zwischen die Seitenflächen des Blockes 38d und den Kühlkopf 35 eingebracht, und ein leit fähiges Material 40 wird zwischen dem Block 38d und einem Schaltungselement 33 vorgesehen. Das leitfähige Material 39 kann zwischen die Seitenflächen des Blockes 38d und den Kühlkopf 35 durch Aufbringen des leitfähigen Materials 39 auf die Hakenabschnitte 81 des Kühlkopfes 35 eingefüllt werden, wie in Fig. 10B vor dem Einführen des Blockes 38d gezeigt ist, und durch Verteilen des leitfähigen Materials 39 unter Verwendung der Druckkraft, die nach dem Einsetzen des Blockes 38d erzeugt wird. In dieser Weise kann das leitfähige Material 39 leicht eingefüllt werden.

Fig. 11 ist eine Schemazeichnung, welche eine Quer schnittsansicht von Haupt-Konstruktionsteilen zeigt, die in einem anderen Beispiel gemäß der zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Wie in Fig. 11 ge zeigt ist, ist ein Stufenabschnitt 83 an der oberen Seiten fläche des Loches 37b des Kühlkopfes 35 ausgebildet, und ein Eingriffsabschnitt 84 sowie ein Dichtungseingriffsab schnitt 85 sind an einem Block 38e ausgebildet. Gemäß die sem Beispiel der zweiten Ausgestaltung wird ein O-Ring 86, welcher ein aus einem elastischen Material wie etwa Gummi ausgeführtes Dichtelement darstellt, um den Stufenabschnitt 83 herum angeordnet, wie in der Figur gezeigt ist, und das leitfähige Material 39 wird auf den Stufenabschnitt 83 in nerhalb des O-Ringes 86 aufgebracht.

Wenn der Block 38e in das Loch 37b eingesetzt wird, wird der O-Ring 86 durch den Dichtungseingriffsabschnitt 85 gepreßt und funktioniert als ein Dichtelement für das leit fähige Material 39. Das leitfähige Material 39 wird durch den Eingriffsabschnitt 84 gepreßt und füllt den Zwischen raum zwischen der Seitenfläche des Kühlkopfes 35 und dem Block 38e aus. Der Füllvorgang kann sanft ausgeführt wer den, da der O-Ring 86 ein Fließen des leitfähigen Materials 39 in der umgekehrten Richtung verhindert.

Die Fig. 12A und 12B sind jeweils Schemazeichnungen zum Darstellen von Strukturansichten einer Kühleinrichtung gemäß der dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in einem Querschnitt. In den Fig. 12A und 12B sind Ele mente, welche die gleichen wie diejenigen in den vorange henden Figuren sind, durch die gleichen Bezugszahlen be zeichnet, und die Erklärung derselben wird fortgelassen.

In einer in Fig. 12A gezeigten Kühleinrichtung ist ein Schraubengewinde 92 an jedem der Blöcke 38f (38f₁ bis 38f₄) ausgebildet, welches ein erstes leitfähiges Element dar stellt, und ein Schraubengewinde 91; ist innerhalb eines je den der Löcher 37c (37c₁ bis 37c₄) ausgebildet, die in ei nem Kühlkopf 35 ausgebildet sind. Die Blöcke 38f (38f₁ bis 38f₄) werden in die jeweiligen Löcher 37c (37c₁ bis 37c₄) hineingedreht, mit einem dazwischen vorgesehenen leitfähi gen Material 39. Auch wird ein Wärmeableiter 41 an dem Kühlkopf 35 befestigt, beispielsweise unter Verwendung ei ner Schraube 93, wie in Fig. 12A gezeigt ist, und ein leit fähiges Material, wie etwa Siliziumfett, kann zwischen dem Kühlkopf 35 und dem Wärmeableiter 41 vorgesehen werden. An dere Merkmale dieser Kühleinrichtung sind im wesentlichen die gleichen wie diejenigen, die in Fig. 2A gezeigt sind.

Wenn die Blöcke 38f (38f₁ bis 38f₄) in die Löcher 37c (37c₁ bis 37c₄) eingeschraubt werden, kann das leitfähige Material 39 zuvor um die Löcher 37c herum aufgebracht wer den, so daß es um die Blöcke 38f herum verteilt und einge füllt wird, wenn jeder der Blöcke 38f gedreht und in das jeweilige Loch 37c eingeschraubt wird. Auch kann ein leit fähiges Material 40 zwischen den Block 38f und ein Schal tungselement 33 eingefüllt werden, indem man das leitfähige Material 40 zuvor auf das Schaltungselement 33 aufbringt und das leitfähige Material 40 durch Einsetzen des Blockes 38f in das Loch 37c preßt. Dies ist in Fig. 12B gezeigt.

Da der Block 38f (38f₁ bis 38f₄) ein Schraubengewinde 92 hat und in das Loch 37c eingeschraubt wird, kann gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung die Dicke des leitfä higen Materials 40 auf dem Schaltungselement 33 homogen eingestellt werden, und auf diese Weise kann der Widerstand gegen Schwingungen verbessert werden. Da der Kontaktbereich des Blockes 38f infolge des Vorhandenseins des Schraubenge windes 92 (und 91) vergrößert werden kann, kann auch die Kühlleistung der Einrichtung gesteigert werden.

Die Fig. 13A und 13B sind Schemazeichnungen, welche Strukturansichten eines anderen Beispiels der dritten Aus gestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung im Querschnitt zeigen.

Wie in Fig. 13A gezeigt ist, kann gemäß diesem Bei spiel ein Wärmeverteiler 94, welcher ein zweites leitfähi ges Element mit einem konkaven Bereich 94a darstellt, auf einem Schaltungselement 33 befestigt werden, welches auf einer gedruckten Schaltungsplatte 32 montiert ist unter Verwendung von beispielsweise einer thermisch leitfähigen Klebermischung. Andererseits ist an dem Ende eines Blockes 38g ein konvexer Bereich 95 gebildet, dessen Form so ausge bildet ist, daß er dem konkaven Bereich 94a des Wärmever teilers 94 entspricht. Der konvexe Bereich 95 des Blockes 38g berührt den konkaven Bereich 94a des Wärmeverteilers 94 über ein leitfähiges Material 40. Andere Merkmale der Ein richtung sind im wesentlichen die gleichen wie diejenigen, die in Fig. 12A gezeigt sind.

Es gibt einen Fall, in welchem eine Verschiebung e der zentralen Achse eines Blockes verursacht wird, wenn das Ende des Blockes eine flache Form hat, und die Neigung des Blockes erzeugt eine ungleichmäßige Dicke des leitfähigen Materials 40, was zu einem verminderten Kühlwirkungsgrad der Einrichtung führen kann. Gemäß dieser Ausgestaltung kann jedoch eine Verschiebung e der zentralen Achse des Blockes 38g infolge des Eingriffes des konkaven Bereiches 94a des Wärmeverteilers 94 und des konvexen Bereiches 95 des Blockes 38g nicht auftreten, wie in Fig. 13B gezeigt ist. So kann die Dicke des leitfähigen Materials 40 gleich mäßig gehalten werden, und man kann eine stabile Kühllei stung der Einrichtung erreichen.

Fig. 14 ist eine Schemazeichnung, welche eine Quer schnittsansicht von Haupt-Konstruktionsteilen einer Kühl einrichtung gemäß einer vierten Ausgestaltung der vorlie genden Erfindung zeigt. In Fig. 14 sind Elemente, welche die gleichen wie diejenigen in den vorangehenden Figuren sind, durch die gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und die Erläuterung derselben wird fortgelassen.

Die Kühleinrichtung gemäß dieser Ausgestaltung ist ge kennzeichnet durch das Vorhandensein einer vorgegebenen An zahl elastischer Elemente 101, wie etwa einer Feder, die zwischen einem Wärmeableiter 41 und einem Block 38f in ei nem Loch 37c eines Kühlkopfes 35 angeordnet ist, um den Block 38f in Richtung zum Schaltungselement 33 hin zu pres sen. Andere Merkmale der Einrichtung sind im wesentlichen die gleichen wie diejenigen, die in Fig. 12A gezeigt sind.

Die vorgegebene Anzahl elastischer Elemente 101 drückt den Block 38f so, daß der zwischen dem Schraubengewinde 91 des Loches 37c und dem Schraubengewinde 92 des Blockes 38f vorhandene Zwischenraum reduziert wird. Selbst wenn der Block 38 mit einem flachen Ende verwendet wird, kann des halb die Dicke des leitfähigen Materials 40 gleichmäßig ge halten werden, und die Kühlleistung der Einrichtung kann verbessert werden.

Die Fig. 15A und 15B sind Schemazeichnungen zum Erläu tern einer fünften Ausgestaltung einer Kühleinrichtung ge mäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 15A zeigt eine teil weise weggeschnittene konzeptionelle perspektivische An sicht einer Kühleinrichtung, und Fig. 15B zeigt eine Quer schnittsansicht von Haupt-Konstruktionsteilen der Einrich tung. In den Fig. 15A und 15B sind Elemente, die die glei chen wie diejenigen in den vorangehenden Figuren sind, durch die gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und die Erläu terung derselben wird fortgelassen.

Gemäß der fünften Ausgestaltung der vorliegenden Er findung ist ein Wärmeverteiler 111, welcher ein zweites leitfähiges Element darstellt, auf einem Schaltungselement 33 befestigt, das auf einer gedruckten Schaltungsplatte 32 unter Verwendung von beispielsweise einer thermisch leitfä higen Klebermischung montiert ist. Ein konkaver Bereich 111a ist auf der oberen Fläche des Wärmeverteilers 111 vor gesehen, wie in Fig. 15B gezeigt ist.

Andererseits ist an einem Ende eines Blockes 38h, wel cher in ein Loch 37 eingesetzt ist, ein konvexer Bereich 112 ausgebildet. Der Block 38h wird durch ein leitfähiges Material 39 in dem Loch 37 gehalten, und der konvexe Be reich 112 berührt den konkaven Bereich 111a des Wärmever teilers 111 über ein leitfähiges Material 40.

Auch ist eine Spule 113 um den oberen Bereich des Blockes 38h vorgesehen, und eine Spule 114 ist um die Sei tenfläche des Wärmeverteilers 111 herum vorgesehen. Das heißt, durch den Block 38h mit der Spule 113 und durch den Wärmeverteiler 111 mit der Spule 114 ist ein Elektromagnet gebildet.

Deshalb wird gemäß der fünften Ausgestaltung der vor liegenden Erfindung der Block 38h elektromagnetisch an den Wärmeverteiler 111 über das leitfähige Material 40 angezo gen, wenn ein Strom an die Spulen 113 und 114 angelegt wird. Auf diese Weise ist es möglich, einen Preßvorgang des Blockes 38h gegen den Wärmeverteiler 111 auszuführen, ohne irgendeinen Druck auf das Schaltungselement 33 und die ge druckte Schaltungsplatte 32 auszuüben. Auf diese Weise kann die Gefahr, daß das Schaltungselement 33 oder die gedruckte Schaltungsplatte 32 während des Preßvorganges beschädigt wird, ausgeschlossen werden. Auch kann die Dicke des leit fähigen Materials 40 gleichmäßig gehalten werden, und die Kühlleistung der Einrichtung kann verbessert werden.

Es ist offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausgestaltungen beschränkt ist, und daß Änderungen und Abwandlungen durchgeführt wer den können, ohne daß man aus dem Umfang der vorliegenden Erfindung heraustritt.

Claims

1. Kühleinrichtung für einen Montagemodul, bei welcher Wärme, die von einer vorgegebenen Anzahl von auf diesem Montagemodul montierten Schaltungselementen (33) erzeugt wird, durch ein Kühlmittel (41) abgeführt wird, umfassend:
wenigstens ein Leitmittel (35), welches diese Schal tungselemente (33) mit dem Kühlmittel (41) thermisch ver bindet,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leitmittel (35) eine vorgegebene Anzahl erster leitfähiger Elemente (38) umfas sen, die in einem jeweiligen Loch (37) angeordnet sind, welches in dem Leitmittel (35) ausgebildet ist, wobei die ersten leitfähigen Elemente (38) durch ein erstes leitfähi ges Material (39), das zwischen Seitenflächen des ersten leitfähigen Elementes (38) und einer Fläche des jeweiligen, in dem Leitmittel (35) ausgebildeten Loch (37) eingefüllt ist, beweglich gehalten werden.

2. Kühleinrichtung für einen Montagemodul nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites leitfähi ges Material (40) zwischen dem ersten leitfähigen Element (38) und dem Schaltungselement (33) vorgesehen ist.

3. Kühleinrichtung für einen Montagemodul nach An spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste leitfähige Material (39) eine im wesentlichen gleichmäßige Dicke um das erste leitfähige Element (38) herum hat.

4. Kühleinrichtung für einen Montagemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgegebene Anzahl von Injektionspassagen (62, 63) zum Ein füllen von entweder dem ersten leitfähigen Materialien (39) oder dem zweiten leitfähigen Material (40), wobei das erste leitfähige Material (39) und das zweite leitfähige Material (40) bei dem ersten leitfähigen Element (38) vorgesehen sind.

5. Kühleinrichtung für einen Montagemodul nach An spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei die ser vorgegebenen Anzahl von Injektionspassagen (62, 63) miteinander verbunden sind.

6. Kühleinrichtung für einen Montagemodul nach An spruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese wenig stens zwei aus der vorgegebenen Anzahl von Injektionspassa gen (62, 63) eine Injektionspassage zum Einfüllen des er sten leitfähigen Materials (39) und eine Injektionspassage zum Einfüllen des zweiten leitfähigen Materials (40) umfas sen.

7. Kühleinrichtung für einen Montagemodul nach An spruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis eines gesamten Auslaßflächenbereiches der Injektionspassagen (62, 63) zum Einfüllen des ersten leitfähigen Materials (39) und ein gesamter Auslaßflächenbereich der Injektionspassagen (62, 63) zum Einfüllen des zweiten leitfähigen Materials (40) im wesentlichen das gleiche wie ein Verhältnis einer Menge des ersten, um eine Seitenfläche des ersten leitfähi gen Elementes (38) herum einzufüllenden leitfähigen Materi als (39) und einer Menge des zweiten, zwischen das Schal tungselement (33) und das erste leitfähige Element (38) einzufüllenden leitfähigen Materials (40) ist.

8. Kühleinrichtung für einen Montagemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das er ste leitfähige Element (38) einen davon abstehenden Bereich (82) mit einer Hakenform umfaßt, und daß das Leitmittel (35) einen Hakenabschnitt (81) umfaßt, welcher mit dem ab stehenden Bereich des ersten leitfähigen Elementes in Ein griff bringbar ist.

9. Kühleinrichtung für einen Montagemodul nach An spruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste leitfähige Material (39) zwischen dem abstehenden Bereich (82) des er sten leitfähigen Elementes (38) und dem Hakenabschnitt (81) des Leitmittels (35) vorhanden ist.

10. Kühleinrichtung für einen Montagemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgegebene Anzahl elastischer Elemente (101) zwischen dem ersten leitfähigen Element (38) und dem Kühlmittel (41) vorgesehen ist, um das erste leitfähige Element (38) zu dem Schaltungselement (33) hin zu drücken.

11. Kühleinrichtung für einen Montagemodul nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites leitfähiges Element (94, 111) zwischen dem Schal tungselement (33) und dem ersten leitfähigen Element (38) vorgesehen ist, und daß das zweite leitfähige Material (40) zwischen dem ersten leitfähigen Element (38) und dem zwei ten leitfähigen Element (94, 111) vorhanden ist.

12. Kühleinrichtung für einen Montagemodul nach An spruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite leitfä hige Element (94, 111) einen oberen Abschnitt mit einer konkaven Form hat, welcher dem ersten leitfähigen Element (38) zugewandt ist, und daß das erste leitfähige Element (38) einen unteren Abschnitt mit einer konvexen Form hat, welcher mit der konkaven Form des oberen Abschnittes des zweiten leitfähigen Elementes (94, 111) in Eingriff bring bar ist.

13. Kühleinrichtung für einen Montagemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites leitfähiges Element (94, 111) zwischen dem Schal tungselement (33) und dem ersten leitfähigen Element (38) vorgesehen ist, und daß das zweite leitfähige Material (40) zwischen dem ersten leitfähigen Element (38) und dem zwei ten leitfähigen Element (94, 111) vorgesehen ist.

14. Kühleinrichtung für einen Montagemodul nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dichtelement (86) auf dem zweiten leitfähigen Element (94, 111) vorgesehen ist, um das zweite leitfähige Material (40) abzudichten.

15. Kühleinrichtung für einen Montagemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitmittel (35) einen Stufenabschnitt (83) umfaßt, welcher mit einem abstehenden Bereich (82) des ersten leitfähigen Elementes (38) in Eingriff bringbar ist, wobei das erste leitfähige Material (39) auf den Stufenabschnitt (83) auf bringbar ist.

16. Kühleinrichtung für einen Montagemodul nach An spruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dichtelement (86) auf dem Stufenabschnitt (83) vorgesehen ist.

17. Kühleinrichtung für einen Montagemodul nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Magneteinrichtung an dem ersten leitfähigen Element und dem zweiten leitfähigen Element vorgesehen ist, welche in der Lage ist, das erste leitfähige Element (38) an das zweite leitfähige Element (94, 111) heranzuziehen.