DE19514545A1 - Anordnung von mehreren mit elektronischen Bauelementen versehenen Mikrokühleinrichtungen - Google Patents

Anordnung von mehreren mit elektronischen Bauelementen versehenen Mikrokühleinrichtungen

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Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von mehreren mit elektro­ nischen Bauelementen versehenen Mikrokühleinrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. dem des nebengeordneten An­ spruchs 5, wie sie in der Elektronik verwandt und hier als bekannt unterstellt wird.
Aus der DE 43 11 839 A1 sind Mikrokühleinrichtung bekannt die zur Aufnahmen von elektronischen Bauelementen geeignet sind. Im Sinne der Anmeldung werden mit mikroelektronischen Bauelementen Dioden, Transistoren, Thyristoren und dgl., kapazitive und in­ duktive sowie parasitäre und supraleitende elektronische Bau­ elemente sowie Schaltungen aus den genannten Bauelementen be­ zeichnet. Insbesondere in der Computertechnik bzw. elektroni­ schen Datenverarbeitung ist es vielfach erwünscht, möglichst platzsparend derartige Bauelemente innerhalb eines Gehäuses an­ zuordnen. Bei derartigen kompakten Anordnungen ist stets das Problem vorhanden, daß die im Betrieb anfallende dissipative Wärme abgeführt werden muß.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgemäß zugrundege­ legte kompakte Anordnung dahingehend weiterzuentwickeln, daß in einem eine kompakte Anordnung aufnehmenden Gehäuse eine dichtere Anordnung von elektronischen Bauelemente und/oder Baugruppen zu­ mindest ermöglicht ist.
Die Aufgabe wird bei einer zugrundegelegten Anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 5 gelöst. Erfin­ dungsgemäß wird vorgeschlagen Mikrokühleinrichtungen zu verwen­ den, deren Aufbau es, bedingt durch den kurzen Wärmeweg von den elektronischen Bauelementen bzw. Baugruppen durch ausschließlich die isolierende und gut wärmeleitende Schicht, eine effiziente Kühlung zu ermöglichen.
Ein anderer Weg wird erfindungsgemäß durch eine Ausgestaltung gemäß Anspruch 4 beschritten. Diese Lösung, die insbesondere in vorteilhafter Weise mit der Lösung nach Anspruch 1 kombiniert werden kann, beinhaltet ein Kühlsystem, das es gestattet, die als Kühlung wirkenden Kanalstrukturen einer jeden einzelnen Mikrokühleinrichtung und vorzugsweise aller in dem Gehäuse be­ findlichen Mikrokühleinrichtung mit dem Kühlmedium parallel zu durchströmen. Dadurch liegt entlang der Strömung aller Kühl­ kanäle eine etwa gleich Temperatur vor. Bei dem eine serielle Durchströmung aufweisenden Stand der Technik hingegen tritt eine zum Ende hin stets zunehmende Erwärmung des Kühlmediums und somit einer geringeren Kühlung der strömungsseitig endseitigen Bauelemente bzw. Baugruppen auf.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar. Im übrigen wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen erläu­ tert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine Schnitt durch mehrere Mikrokühleinrichtungen quer zur deren Flachseite entlang der Linie I-I und
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Mikrokühleinrichtungen parallel zu deren Flachseite entlang der Linie II-II.
In Fig. 1 ist eine Schnitt durch mehrere Mikrokühleinrichtungen 2 quer zur deren Flachseiten entlang der Linie I-I dargestellt. Eine jede der Mikrokühleinrichtungen 2 weist eine durch Kanäle 6 gebildete Kanalstruktur auf, die zur Durchströmung mit einem Kühlmedium vorgesehen ist. Als Kühlmedium wird vorzugsweise Wasser, dem insbesondere eine eine gefrierpunktserniedrigende Wirkung aufweisende Substanz beigegeben ist, verwandt.
Die Kanäle 6 und damit die Kanalstrukturen der einzelnen Mikro­ kühleinrichtungen 2 sind beidseitig mit einer Deckschicht 1 aus Diamant bedeckt, auf denen außenseitig elektronische Bauelemente 3 angeordnet sind. Die einzelnen Mikrokühleinrichtungen 2 sind flachseitenseitig fluchtend übereinander angeordnet und weisen auf beiden Flachseiten elektronische Bauelemente 3 auf.
Die aufzueinanderweisenden Flachseiten benachbarter Mikrokühl­ einrichtungen 2 angeordneten elektronischen Bauelemente 3 sind auf Lücke zueinander angeordnet. Dadurch können Bauelemente 3 auch an der benachbarten Mikrokühleinrichtung 2 gekühlt werden, da die Bauelemente 3 zumindest zum Teil auch an der Deckschicht 1 der benachbarten Mikrokühleinrichtung 2 anliegen.
Ein guter Wärmeabfluß von einem elektronischen Bauelement 3 in die Mikrokühleinrichtung 2 kann bei derartigen Mikrokühleinrich­ tungen 2 dadurch noch verbessert werden, wenn die Deckschicht 1 eine kristalline Schicht ist, auf der die Bauelemente 3 hetero­ epitaktisch abgeschieden sind. Insbesonders ist es günstig, die Bauelemente 3 im Bereich der die Kanalstruktur ausbildenden Kanäle 6 der einzelnen Mikrokühleinrichtungen 2 anzuordnen.
An den freien Stirnseiten, zu denen die Kanäle 6 der Kanalstruk­ turen der Mikrokühleinrichtungen 2 hin offen sind, ist auf der einen Seite ein Bauteil 9, das einen Versorgungskanal 4 auf­ weist, und gegenüberliegend ein Bauteil 10 mit einem integrier­ ten Sammelkanal 5 angeordnet.
Der Versorgungskanal 4 ist dichtend an den Mikrokühleinrichtun­ gen 2 angeordnet und weist eine fluidische Verbindung mit allen Eintrittsöffnungen 11 der einzelnen Kanäle 6 einer jeden Kanal­ struktur auf. Entsprechendes gilt für die Austrittsöffnungen 12 und den Sammelkanal 5. Durch die Ausgestaltung ist allen Mikro­ kühleinrichtungen 2 ein gemeinsamer Versorgungskanal 4 und ein gemeinsamer Sammelkanal 5 für das Kühlmedium zugeordnet, die über die durchströmbaren Kanalstrukturen der Mikrokühleinrich­ tungen 2 fluidisch miteinander verbunden sind.
Am versorgungs- bzw. sammelkanalseitigen Ende der Mikrokühlein­ richtungen 2 sind Dichtkappen 13 angeordnet, die den Abstand be­ nachbarter Mikrokühleinrichtungen 2 dichtend überbrücken. Da­ durch ist ein Zutritt von Kühlmedium an die Bauelemente 3 unter­ bunden, der ggf. einen elektrischen Kurzschluß auslösen könnte.
Damit die Durchströmung mittels Kühlmedium insbesondere durch eine Sogwirkung im Bereich des Sammelkanals 5 verbessert ist, ist die strömungsseitige Eintrittsöffnung 7 für das Kühlmedium in den Versorgungskanal 4 diametral zu der strömungsseitigen Austrittsöffnung 8 des Kühlmediums aus dem Sammelkanal 5 ange­ ordnet.
Der Versorgungskanal 4 weist einen sich in Strömungsrichtung (Pfeil A) des Kühlmediums verringernden durchströmbaren Quer­ schnitt und der Sammelkanal 5 einen sich in Strömungsrichtung (Pfeil A) des Kühlmediums erweiternden durchströmbaren Quer­ schnitt auf.
Damit die Durchströmung mit Kühlmedium der Kanalstrukturen der einzelnen Mikrokühleinrichtungen 2 und aller einzelnen Kanäle 6 der jeweiligen Kanalstrukturen vergleichbar ist, wodurch wieder­ um die Kühlwirkung einer jeden Mikrokühleinrichtung 2 überall etwa gleich ist, ist die Querschnittsveränderung des Versor­ gungskanals 4 bzw. diejenige des Sammelkanals 5 mit dem Abfluß des Kühlmediums in die Kanalstrukturen bzw. mit dem Zufluß des Kühlmediums aus den Kanalstrukturen entsprechend abgestimmt.

Claims (8)

1. Anordnung von mehreren mit elektronischen Bauelementen ver­ sehenen Mikrokühleinrichtungen, wobei eine jede Mikrokühlein­ richtung eine geschlossene Kanalstruktur zur Durchströmung mit einem Kühlmedium aufweist, mit nach außen geführten fluidischen und elektrischen Leitungen, von denen die fluidischen Leitungen für das die Kanalstruktur durchströmende Kühlmedium vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine eine Flachseite bildende Deckschicht (1) einer Mikro­ kühleinrichtung (2) aus einem elektrisch isolierenden und gut wärmeleitenden Material gebildet ist,
daß die elektronischen Bauelemente (3) auf dieser Deckschicht (1) und der gegenüberliegenden Flachseite einer Mikrokühlein­ richtung (2) angeordnet sind,
daß benachbarte Mikrokühleinrichtungen (2), die auf zueinander­ weisenden Flachseiten mit elektronischen Bauelementen (3) verse­ hene sind, mit ihren Bauelementen (3) auf Lücke angeordnet sind, und
daß zumindest einzelne der Bauelemente (3) der einen Mikrokühl­ einrichtung (2) an der Deckschicht (1) der benachbarten Mikro­ kühleinrichtung (2) anliegen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (1) eine kristalline Schicht aus Diamant ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (3) eine kristalline Schicht ist und auf der die Bauelemente (3) durch heteroepitaktische Abscheidung aufge­ baut sind.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest mehreren der Mikrokühleinrichtungen (2) ein ge­ meinsamer Versorgungskanal (4) und ein dem Versorgungskanal (4) fluidisch gegenüberliegend angeordneter gemeinsamer Sammelkanal (5) für das Kühlmedium zugeordnet ist, die über die durchström­ baren Kanalstruktur der Mikrokühleinrichtungen (2) fluidisch miteinander verbunden sind.
5. Anordnung von mehreren mit elektronischen Bauelementen ver­ sehenen Mikrokühleinrichtungen, wobei eine jede Mikrokühlein­ richtung eine geschlossene Kanalstruktur zur Durchströmung mit einem Kühlmedium aufweist, mit nach außen geführten fluidischen und elektrischen Leitungen, von denen die fluidischen Leitungen für das die Kanalstruktur durchströmende Kühlmedium vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest mehreren der Mikrokühleinrichtungen (2) ein ge­ meinsamer Versorgungskanal (4) und ein dem Versorgungskanal (4) fluidisch gegenüberliegend angeordneter gemeinsamer Sammelkanal (5) für das Kühlmedium zugeordnet ist, die über die durchström­ baren Kanalstruktur der Mikrokühleinrichtungen (2) fluidisch miteinander verbunden sind.
6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Versorgungskanal (4) einen sich in Strömungsrichtung (Pfeil A) des Kühlmediums verringernden durchströmbaren Quer­ schnitt aufweist und daß der Sammelkanal (5) einen sich in Strömungsrichtung (Pfeil A) des Kühlmediums erweiternden durch­ strömbaren Querschnitt aufweist.
7. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die strömungsseitige Eintrittsöffnung (7) für das Kühlmedium in den Versorgungskanal (4) diametral zu der strömungsseitigen Austrittsöffnung (8) des Kühlmediums aus dem Sammelkanal (5) an­ geordnet ist.
8. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Versorgungskanal (4) enthaltendes Bauteil (9)
und/oder ein den Sammelkanal (5) enthaltendes Bauteil (10) stirnseitig an allen Mikrokühleinrichtungen (2) im Bereich der Ein- (11) bzw. Austrittsöffnungen (12) der Kanäle (6) der jewei­ ligen Kanalstrukturen der Mikrokühleinrichtungen (2) dichtend befestigt, vorzugsweise angelötet ist.
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