DE10038161A1

DE10038161A1 - Kühlvorrichtung für elektronische Bauteile und Verfahren zur Herstellung der Kühlvorrichtung

Info

Publication number: DE10038161A1
Application number: DE2000138161
Authority: DE
Inventors: Jens Pohl; Steffen Kroehnert
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2000-08-04
Publication date: 2002-02-21
Also published as: WO2002013264A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für elektronische Bauteile, die eine Kühlfläche (3) aufweist, wobei die Kühlvorrichtung (5) größer ist als die Summe der Oberseiten der zu kühlenden elektronischen Bauteile. Dazu hat die Kühlvorrichtung (5) mindestens eine Kühlplatte (6) mit wärmeleitender Beschichtung (7) und eine Pressvorrichtung, mittels der die Konturen der zu kühlenden Oberseiten in die wärmeleitende Beschichtung (7) eingepresst sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlvorrichtung (5).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für elektronische Bauteile und ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Mit der zunehmenden Dichte von elektronischen Bauteilen auf Leiterplatten insbesondere für elektronische Rechner und elektronische Rechner- und Speichermodule reicht die natürli che Wärmeableitung und Wärmeabstrahlung der elektronischen Bauteile an die Umgebung aus ruhender Luft nicht aus, so daß häufig Ventilatoren eingesetzt werden müssen, um durch eine Luftbewegung die elektronischen Bauteile zu kühlen. Derartige Kühlgebläse haben jedoch den Nachteil, daß sie elektromecha nisch bewegte Teile aufweisen, die eine begrenzte Lebensdauer besitzen. Darüber hinaus entwickelt sich ein für den Benutzer unangenehmer Geräuschpegel, der insbesondere in Büros die Ar beitsatmosphäre empfindlich stört.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlvorrichtung bereitzu stellen, welche die Abgabe der Wärme elektronischer Bauteile auf einer Leiterplatte verbessert und ein Verfahren zur Her stellung einer derartigen Kühlvorrichtung anzugeben.

Gelöst wird diese Aufgabe durch den Gegenstand der unabhängi gen Ansprüche. Merkmale bevorzugter Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß ist eine Kühlvorrichtung für elektronische Bauteile auf Leiterplatten mit einer Kühlfläche vorgesehen, wobei die Kühlfläche der Kühlvorrichtung größer als die Summe der Oberseiten der zu kühlenden elektronischen Bauteile ist, und wobei die Kühlvorrichtung mindestens eine Kühlplatte mit den Bauteilen zugewandter wärmeleitender Beschichtung und ei ne Pressvorrichtung aufweist, mittels der die Konturen der zu kühlenden Oberseiten der elektronischen Bauteile in die wär meleitende Beschichtung eingepresst sind.

Eine derartige Kühlvorrichtung hat den Vorteil, daß sie die Kühlmöglichkeit für elektronische Bauteile auf einer Leiter platte wesentlich verbessert. Die Wärmequelle derartiger elektronischer Bauteile bilden die wärmeerzeugenden aktiven und passiven Bauteile, insbesondere die Widerstände eines Chips. Die Abführung der Verlustleistung dieser Schaltungs elemente eines Chips erfolgt im wesentlichen über die Wärme pfade:

1. Schaltungselemente des Chips - Chipoberfläche - Verpac kungsoberseite - Wärmeleitung an die Umgebung,
2. Schaltungselemente des Chips - Chipoberfläche - Verpac kungsunterseite - Leiterplattenunterseite - Wärmeleitung an die Umgebung,
3. Schaltungselemente des Chips - Chipoberfläche - Außenan schlüsse, wie Pins des Chips - Leiterplattenoberseite (soweit nicht durch Chips abgedeckt) - Wärmeleitung an die Umgebung,
4. Schaltungselemente des Chips - Chipoberfläche - Verpac kungsoberflächen - Wärmestrahlung an die Umgebung in ge ringerem Umfang als durch Wärmeleitung.

Von der Chipoberfläche zu den Verpackungsoberflächen mit Ver packungsoberseite und Verpackungsunterseite ergibt sich ein hoher Wärmewiderstand aufgrund der Kunststoffverpackung, der lediglich durch Verwendung teurer und schwierig zu bearbei tender Keramikverpackungen vermindert werden könnte. Darüber hinaus wird die Wärmeabfuhr durch die verfügbare Verpackungs- und/oder Moduloberfläche einer mit elektronischen Bauteilen bestückten Leiterplatte begrenzt.

Es kann davon ausgegangen werden, daß die Verpackungsunter seite bzw. die Unterseite des Gehäuses elektronischer Bautei le durch die Leiterplatte derart abgedeckt wird, daß die Ver packungsunterseite eines elektronischen Bauteils nicht wesentlich am Wärmeaustausch teilnehmen kann. Somit steht zur Kühlung einer dicht bepackten, evtl. auch doppelseitig be stückten Leiterplatte kaum mehr als die Summe der eigentli chen Verpackungsoberseiten der elektronischen Bauteile für den Wärmeaustausch mit der Umgebung zur Verfügung.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß ei ne Kühlfläche zur Verfügung gestellt wird, die größer ist als die Summe der Oberseiten der zu kühlenden elektronischen Bau teile und somit die Kühlung der Bauteile verbessert. Darüber hinaus wird der Wärmeübergang von den zu kühlenden Bautei loberflächen an die Kühlvorrichtung durch eine Kühlplatte mit wärmeleitender Beschichtung vermindert, weil eine für die Kühlplatte vorgesehene Pressvorrichtung die wärmeleitende Be schichtung auf die Oberseiten der elektronischen Bauteile derart presst, daß die Konturen der zu kühlenden Oberseiten in die wärmeleitende Beschichtung eingepresst sind.

Damit ist in vorteilhafter Weise ein intensiver Wärmeüber gangskontakt zwischen der Kühlvorrichtung und den zu kühlen den Oberseiten der elektronischen Bauteile hergestellt, so daß einerseits ein relativ schneller Wärmeaustausch zwischen den elektronischen Bauteilen über die erfindungsgemäße Kühl platte mit wärmeleitender Beschichtung erfolgen kann, als auch die Kühlplatte selbst aufgrund ihrer größeren Oberfläche als die Summe der Oberseiten der zu kühlenden elektronischen Bauteile erheblich mehr Wärme an die Umgebung abgeben kann als die Bauteile selbst.

Die Wärmeabgabe an die Umgebung kann insbesondere durch Schwärzung und/oder Aufrauhung zumindest der Außenseite der Kühlvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ge steigert werden, so daß der Beitrag der Wärmestrahlung an die Umgebung gegenüber der Wärmeleitung vergrößert wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Kühlplatte von der bestückten Leiterplatte jederzeit abnehmbar und somit auch jederzeit für Wartungs- und Reparaturar beiten auswechselbar.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Kühlplatte mehrere Anlageflächen auf, die den Dimensionen einzelner zu kühlender elektronischer Bauteile angepaßt sind. Einerseits werden die Anlageflächen gemeinsam auf die Gesamtzahl der elektronischen Bauteile aufgepresst. Andererseits können sich die unterschiedlichen Anlageflächen optimal an einzelne Bau teile anlegen, zumal in einer weiteren bevorzugten Ausfüh rungsform die Anlageflächen durch Langlochschlitze in der Kühlplatte voneinander getrennt sind.

Bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ist es auch vor gesehen, lediglich eine Kühlplatte gegen eine bauteilbestück te Seite einer Leiterplatte zu pressen, falls die Rückseite der Leiterplatte nicht mit Bauteilen bestückt ist. In dieser Ausführungsform der Erfindung weist die Kühlplatte ein Fe derelement auf, das sich auf der Rückseite der Leiterplatte abstützt. Dieses Federelement kann eine U-förmige Blattfeder sein, die mindestens eine einzelne Kühlplatte gegen die zu kühlenden elektronischen Bauteile auf einer Vorderseite einer Leiterplatte mit einem ersten Schenkel des U-förmigen Profils presst und sich auf der Rückseite der Leiterplatte mit ihrem zweiten Schenkel abstützt.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß der Platzbedarf der Kühlvorrichtung minimiert ist, so daß die Kühlvorrichtung durchaus in den standardisierten Zwischenräumen zwischen Lei terplatten eines Rechners oder einer Speichereinheit auch nachträglich durch den Abnehmer oder Kunden eingebracht wer den kann. Die U-förmige Blattfeder selbst kann in die Kühl platte eingeformt sein, so daß Kühlplatte und Blattfeder eine einstückige Einheit bilden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Kühl platte planparallel zu der Leiterplatte angeordnet. Diese Ausführungsform ist besonders geeignet für Leiterplatten mit elektronischen Bauteilen, die gleichbeabstandet auf der Lei terplatte aufgebracht sind, so daß die zu kühlenden Obersei ten der elektronischen Bauteile in einer zur Leiterplatte parallel sich erstreckenden Ebene liegen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorge sehen, die Kühlvorrichtung für eine doppelseitig mit elektro nischen Bauteilen bestückte Leiterplatte einzusetzen. Für diesen Fall weist die Kühlvorrichtung eine vordere Kühlplatte für eine mit elektronischen Bauteilen bestückte Vorderseite und eine hintere Kühlplatte für eine mit elektronischen Bau teilen bestückte Rückseite einer Leiterplatte auf. Das Kühl plattenpaar hat den Vorteil, daß seine vordere und seine hin tere Kühlplatte mit einem einzigen Federelement aufeinander gepresst werden können.

Auch hier ist es möglich, eine Blattfeder als Klammer vorzu sehen, die gleichzeitig eine Gelenkachse bildet, über welche die Kühlplatten schwenk- und/oder spreizbar sind. Das Fe derelement, das entweder die Gelenkachse selbst bilden kann wie bei einer Blattfeder, oder das im Bereich der Gelenkachse angeordnet ist, übt auf die vordere und hintere Kühlplatte einen Anpressdruck aus, so daß beide Platten gegeneinander pressbar sind. Dieses hat den Vorteil, daß die Kühlplatten sich selbstjustierend an die zu kühlenden Oberseiten der elektronischen Bauteile anlegen und sich dabei die Konturen der Oberseiten der zu kühlenden Schaltungselemente in die wärmeleitende Beschichtung der Kühlplatten einpressen.

Wird als Federelement eine U-förmige Blattfeder eingesetzt, so kann die Blattfeder als Klammer vorgeformt sein, wobei ih re Schenkel die vordere und die hintere Kühlplatte aufeinan der pressen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Fe derlement ein Torsionsstab, der gleichzeitig eine Gelenkwelle für die vordere und hintere Kühlplatte bildet. Dazu weist ein zylindrischer Torsionsstab an seinen Enden eckige Profile auf, die mit entsprechend geformten Abschnitten der hinteren und der vorderen Kühlplatte in Eingriff stehen. Dieses hat den Vorteil, daß das Federelement gleichzeitig zwei Funktio nen erfüllen kann, nämlich die Funktion einer Gelenkwelle und die Funktion der Anpressvorrichtung, womit eine erhebliche Platzersparnis verbunden ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Fe derelement eine Schraubenfeder, die rund um eine Gelenkwelle angeordnet ist. In dieser Ausführungsform sind die Schrauben feder und die Gelenkwelle zwei Elemente, die in ihrer Geome trie den Kühlplatten angepasst sind, um diese von einem Ach senbereich aus aufeinander zu pressen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die vor dere und hintere Kühlplatte klammerartig gekoppelt und weisen selbst einen klammerartigen Querschnitt auf. Dazu erfolgt die Kopplung über eine Gelenkwelle und die vordere und hintere Kühlplatte weisen die Gelenkwelle umgreifende Auswölbungen auf, wobei die vordere und hintere Kühlplatte abwechselnd ei ne Auswölbung und eine Aussparung in Gelenkachsrichtung auf weisen. Die Auswölbungen und Aussparungen der Kühlplatten sind derart angeordnet, daß sie so ineinandergreifen können, daß Auswölbungen der vorderen Kühlplatte in Aussparungen der hinteren Kühlplatte hineinragen und umgekehrt, so daß sie ei nen gemeinsamen Achsenbereich bilden, in dem lediglich die Gelenkwelle anzuordnen ist, um ein Klammerprofil zu bilden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die vordere und hintere Kühlplatte plattenförmige Klammergriffe auf, die über die Gelenkwelle bzw. die Gelenkachse hinausra gen. Bei dieser Ausführungsform werden mit der plattenförmi gen Ausbildung von Klammergriffen der im Profil klammerarti gen Kühlvorrichtung zusätzliche Oberflächen für die Wärmeab fuhr in die Umgebung geschaffen. Damit ist die Kühlfläche der Kühlvorrichtung nicht nur auf die Flächengröße der Leiter platte angewiesen, sondern die Kühlfläche kann darüber hin ausragen und dem Kühlbedarf angepaßt werden.

Zusätzlich kann das über die Plattengröße hinausragende Ober teil der Kühlvorrichtung im Bereich der Klammergriffe Kühl rippen aufweisen, die derart eingebracht sind, daß sie die Außenmaße der im Profil klammerartigen Kühlvorrichtung nicht verändern. Das hat den Vorteil, daß die Kühlungsintensität weiter verbessert und vergrößert werden kann. Es ist auch möglich, Kühlrippen auf den Aussenflächen der Kühlplatten einschließlich der Aussenflächen der Klammergriffe anzuord nen. Dieses würde jedoch mit der Vergrößerung der Kühlfläche gleichzeitig die Aussenmaße der Kühlvorrichtung erheblich vergrößern, so daß eine Abstimmung zwischen Kühlflächenbedarf und Abstand der einzelnen Leiterplatten voneinander in einer elektronischen Einrichtung erforderlich ist.

Für die Kühlvorrichtung sind Aluminiumbleche vorgesehen. Ins besondere weisen die Kühlplatten eine wärmeleitende Alumini umlegierung auf. Aluminium hat den Vorteil, daß es nicht wie Kupfer anläuft und dennoch eine annähernd gleichgute Wärme leitung wie Kupfer aufweist, sofern geeignete wärmeleitende Aluminiumlegierungen eingesetzt werden. Aluminiumlegierungen haben die Eigenschaft, daß sie sich mit einer zunehmend schützenden Oxidschicht bedecken, die eine weitere Korrosion und Oxidation auch in feuchter Atmosphäre unterbinden. Ferner können Aluminiumbleche schwarz eloxiert werden, so daß die Wärmeabstrahlung verbessert wird.

Die wärmeleitende Beschichtung ist in einer Ausführungsform der Erfindung ein Abstandsfüllmaterial mit niedrigem Wärme übergangskoeffizienten zu den zu kühlenden Oberseiten der elektronischen Bauteile und zu den Oberseiten der Kühlplatte. Der niedrige Wärmeübergangskoeffizient kann auch durch eine zusätzliche beispielsweise metallische Beschichtung der wär meleitenden Beschichtung der Kühlplatten erreicht werden.

Derartig den Wärmeübergangskoeffizienten erniedrigende Schichten sind aufgedampfte oder aufgestäubte Metallschichten aus Aluminiumlegierungen oder Bronzelegierungen.

Die wärmeleitende Beschichtung auf den Kühlplatten weist in einer weiteren Ausführungsform einen Schaumstoff mit eine wärmeleitenden Imprägnierung auf. Die wärmeleitende Imprä gnierung besteht in derartigen Fällen aus einem Binder mit metallischem Füllmaterial, so daß der Schaumstoff weiterhin kompressibel bleibt, aber gleichzeitig seine wärmeleitende Eigenschaft verbessert wird.

In einer weiteren Ausführungsform der wärmeleitenden Be schichtung weist diese einen offenporigen Schaumstoff auf, dessen Porenoberflächen mit wärmeleitenden metallischen Dünn filmen beschichtet sind. Derartige metallische Dünnfilme wer den auf den Porenoberflächen durch Infiltrieren einer Emul sion aus staubförmigen Metallpartikeln in einer verdampfbaren Flüssigkeit aufgebracht, wozu der offenporige Schaumstoff in eine derartige Emulsion getaucht wird.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Kühlvorrichtung einen Höhenanschlag aufweist. Dabei ist der Höhenanschlag an die Größe der Leiterplatte angepasst und stützt sich auf einem Rand der Leiterplatte beim Montieren der Kühlvorrichtung auf der Leiterplatte ab.

Des weiteren können in einer Ausführungsform Seitenführungen vorgesehen werden, um die seitliche Positionierung der Kühl vorrichtung in Bezug auf die Leiterplatte zu gewährleisten.

Als Ausführungsform der Erfindung ist eine Anordnung der Kühlvorrichtung auf Speicherbauteilen und/oder einem Spei chermodul vorgesehen. Eine derartige Anordnung hat den Vor teil, daß die unterschiedlichen Wärmespitzen der Speicherbau teile eines Speichermoduls über die Kühlvorrichtung ausgegli chen werden und zusätzlich eine erhöhte Verlustleistung für ein Speichermodul zugelassen werden kann. Dazu kann in dieser Ausführungsform die Anordnung mittels einer hinteren und vor deren Kühlplatte das Speichermodul beidseitig umfassen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die An ordnung der Kühlvorrichtung auf einem Speichermodul einen Sockel auf, in dem das Speichermodul mit Kontaktanschlüssen angeordnet ist und die Gelenkachse der Kühlvorrichtung ober halb eines dem Sockel gegenüberliegenden Rands des Speicher moduls angeordnet ist. Damit ergibt sich eine kompakte Anord nung für ein Speichermodul mit intensiver Füllmöglichkeit.

Ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlvorrichtung weist folgende Verfahrensschritte auf:

- Herstellen mindestens einer Kühlplatte aus einem wärme leitenden Metallblechstreifen zum Abdecken von zu küh lenden Bauteiloberseiten,
- Schwärzen und/oder Aufrauhen mindestens der von den zu kühlenden Bauteiloberseiten abgewandten Außenseite der Kühlplatte,
- Beschichten der den zu kühlenden Bauteiloberseiten zuge wandten Innenseite der Kühlplatte mit einer wärmeleiten den Beschichtung,
- Ausbilden oder Anordnen mindestens eines Federelements an der Kühlplatte zum Anpressen der Kühlplatte an die zu kühlenden Bauteiloberseiten

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß auf kostengünstige Wei se eine Kühlvorrichtung hergestellt werden kann, die ledig lich eine Kühlplatte mit Federelement aufweist und leicht auf den zu kühlenden Bauteiloberseiten positionierbar ist. Mit einem einfachen Stanzpreßverfahren können zunächst die Kühl platten aus dem Metallblechstreifen gestanzt werden. Das Auf rauhen und/oder Schwärzen der Außenseite der Kühlplatte kann durch chemische Behandlung und/oder durch Beschichten der me tallischen Kühlplatte erfolgen.

In einer weiteren Durchführung des Herstellungsverfahrens ei ner Kühlvorrichtung werden nacheinander folgende Verfahrens schritte durchgeführt:

- Herstellen eines Profilbleches für ein Bilden von Klam merhälften mit Auswölbungen, die in einem vorbestimmten Achsenbereich zwischen einem Klammerbereich mit Kühl platte und einem Griffbereich in das Profilblech einge formt werden,
- Herstellen von Aussparungen in dem Achsenbereich abwech selnd mit Auswölbungen
- Trennen des Profilbleches zu Klammerhälften
- Schwärzen und/oder Aufrauhen mindestens der von den zu kühlenden Bauteiloberseiten abgewandten Außenseite für die Klammerhälften
- Beschichten der Innenflächen der Kühlplatten im Klammer bereich mit einer wärmeleitenden Beschichtung,
- Bereitstellen eines Federelementes im Achsenbereich,
- Zusammenfügen von jeweils zwei Klammerhälften im Bereich der Auswölbungen bzw. der Aussparungen,
- Ausrichten des Federelements in Achsrichtung und
- Einführen einer Gelenkwelle in die Auswölbungen im Ach senbereich mit Plazieren des Federelements unter Vor spannung in dem Achsenbereich der Kühlvorrichtung.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß mit einem einfachen Strangpressverfahren oder mit einem Stanzpressverfahren zu nächst Klammerhälften hergestellt werden, die dann in einfa cher Weise zueinander ausgerichtet werden und über eine ge meinsame Gelenkwelle zu einem Klammerprofil verbunden werden. Beim Einführen der Gelenkwelle kann gleichzeitig das Fe derelement plaziert werden, so daß eine Vorspannung im Ach senbereich der Kühlvorrichtung entsteht. Somit wird im Zusam menwirken von Gelenkwelle und Federelement eine Anpressein richtung auf einfache Weise verwirklicht. Damit ergibt sich ein relativ einfaches Verfahren zur Herstellung einer erfin dungsgemäßen Kühlvorrichtung.

Das Aufbringen einer wärmeleitenden Beschichtung auf Innen flächen der Kühlplatten kann unmittelbar nach dem Strang pressverfahren oder nach dem Stanzpressen und vor dem Zusam menfügen der Klammerhälften erfolgen, indem die Beschichtung auf die Innenflächen der Kühlplatten aufgespritzt wird.

Eine weitere Durchführung des Verfahrens sieht vor, daß aus einem Vorrat von Beschichtungsmaterial die Beschichtung zuge schnitten wird und anschließend in dem vorgesehenen Klammer bereich auf den Innenflächen der Kühlplatten aufgeklebt wird. Dazu kommen wärmeleitende Kleber mit beispielsweise metalli schen Füllmaterialien zum Einsatz, um den Wärmewiderstand der Klebeschicht und den Wärmeübergang von der Beschichtung zur Kühlplatte so gering wie möglich zu halten.

Handelt es sich bei der wärmeleitenden Beschichtung um ein offenporiges Schaumstoffmaterial, so kann die Wärmeleitung durch Abscheiden von Metalldünnschichten auf den Oberfläche der Poren verbessert werden. Auch ein Infiltrieren eines Bin ders mit pulverförmigen Metallpartikeln kann die Wärmeleitfä higkeit eines als Beschichtung aufgebrachten Schaumstoffs verbessern.

Bevor beispielsweise ein Achsbolzen als verbindende Gelenk welle in dem Achsenbereich der Kühlvorrichtung positioniert wird, können die mit dem Strangpressverfahren oder dem Stanz pressverfahren entstandenen Klammerhälften gegenseitig mit ihren Auswölbungen und Aussparungen ausgerichtet werden, um dann die Gelenkwelle durch den ausgerichteten Achsenbereich hindurchschieben zu können. Ist eine Schraubenfeder als Fe derelement vorgesehen, so muß diese rechtzeitig in Position gebracht werden, damit sich eine entsprechende Vorspannung zwischen den vorderen und hinteren Kühlplatten nach dem Posi tionieren der Gelenkwelle ausbilden kann.

In einer weiteren bevorzugten Durchführung des Verfahrens ist vorgesehen, daß mittels eines Stanzpressens Langlochschlitze in den Klammerbereich der Klammerhälften eingebracht werden, um individuelle Anlageflächen für einzelne elektronische Bau teile herzustellen. Derartige Langlochschlitze sollen nicht eine Kühlplatte in Einzelteile zerlegen, sondern ein indivi duelles Nachgeben der Kühlplatte an den Positionen der Anla geflächen ermöglichen, um beispielsweise Höhenunterschiede der Bauteile auszugleichen.

Zur Montage der Kühlvorrichtung auf einer Leiterplatte sieht eine Durchführung des Verfahrens vor, daß nach dem Einführen der Gelenkwelle durch Zusammendrücken des Griffbereichs der Klammerbereich unter einer Schwenkbewegung um die Gelenkwelle gespreizt wird und auf die zu kühlenden Oberseiten elektroni scher Bauteile einer Leiterplatte unter Vorspannung aufge setzt wird. Diese Aufsetz- oder Anbringungsmethode ist derart vorteilhaft und einfach, daß die Kühlvorrichtung sowohl beim Hersteller von Speichermodulen als auch beim Abnehmer von Speichermodulen positioniert werden kann. Dabei wird die wär meleitende Beschichtung beim Aufsetzen auf die Oberseiten elektronischer Bauteile unterschiedliche Abstände zwischen den Oberflächen der Bauteile und den Kühlplatten ausgleichen, wobei sich die Beschichtung der Kontur der zu kühlenden elek tronischen Bauteile selbstjustierend anpasst.

Dies ist ein erheblicher Vorteil der Erfindung, da üblicher weise die positionierten elektronischen Bauteile auf einer Leiterplatte in ihrer Höhe oder Distanz von der Leiterplat tenoberfläche durchaus unterscheiden und der Wärmeübergang bereits beträchtlich vermindert wird, wenn Abstände in Mikro metergröße zwischen der Kühlplatte und den zu kühlenden Ober seiten der elektronischen Bauteile auftreten.

Somit betrifft die Erfindung die Kühlung von Speicherbauele menten (Memory Components), insbesondere Speichermodule (DIMM, RIMM), und löst das technische Problem, die entstehen de Verlustleistung abzuführen bzw. die Aufheizung der Bauele mente aufgrund dieser Verlustleistung zu verringern. Dabei kommt erschwerend hinzu, daß der Chip eines Speicherbausteins im Verhältnis zum Package bzw. zur Verpackung sehr klein ist (z. B. 256M in TSOP54). Daraus ergibt sich ein hoher Wärmewi derstand des Packages. Darüber hinaus ist aber auch die ver fügbare Package- und Moduloberfläche zur Wärmeübertragung an die Umwelt (Ambient) begrenzt, so daß im wesentlichen bei ei nem dicht bepackten doppelseitig bestückten Speichermodul kaum mehr als die projizierte Package-Oberfläche für den Wär meaustausch zur Verfügung steht.

Der Wärmewiderstand für diese verfügbare Oberfläche pro Bau teil in die Umgebungslust (ohne Wärmewiderstand des Packages) ist < 220°C/W, wobei der Heat transfer Coeffient 10 W/m²°C für Still Air ist, bei einer Fläche von 16 × 28 mm² pro Bauteil.

Zur Abfuhr der Wärmeleistung wird erfindungsgemäß ein Heatspreader bzw. eine Kühlvorrichtung in Form einer Klammer auf das Speichermodul aufgesetzt. Der Heatspreader besteht dazu aus zwei Blechen, vorzugsweise aus Aluminium. Diese Ble che sind so gebogen und ausgespart, daß sie ineinander ge steckt und mit einer Achse zu einer Klammer zusammengebaut werden können. An den Innenseiten des Heatspreaders, welche die Component-Oberflächen berühren, sind Gapfiller- Materialien aufgebracht, welche für einen guten Wärmeübergang von der Component-Oberfläche in die Klammern sorgen. Für den Anpressdruck der Klammern an die Speicher-Components sorgen eine oder mehrere Federn, beispielsweise Drehfedern.

Die Oberteile ("Griff") der Heatspreader-Bleche dienen als zusätzliche Oberflächen für die Wärmeabfuhr in die Umwelt. Bereits durch eine zusätzliche Bauhöhe von ungefähr 16 mm kann die Konvektionsoberfläche für ein 31 mm hohes Modul ver doppelt werden. Durch weitere Auffächerung und/oder Oberflächenerhöhung der Griffe kann der Effekt noch gesteigert wer den.

Zur leichten und sicheren Montage können in den Blechen so wohl Höhen- als auch Seitenführungen enthalten sein, so daß eine Positionierung des Heatspreaders auf dem Modul erleich tert wird.

Als Gapfiller-Materialien können Materialien im Stand der Technik verwendet werden, z. B. Bergquist HiFlow (Phase Change Material mit besonders geringem Wärmewiderstand) oder Aavid CSP-Pad, das den Vorteil aufweist, daß die Oberfläche des Ma terials trocken ist, d. h. der Heatspreader kann wieder leicht vom Modul entfernt werden.

Um einen guten Kontakt des Heatspreaders zu den Components sicherzustellen, kann der Heatspreader z. B. auch mit Schlit zen ausgeführt werden, so daß die Anlageflächen für die ein zelnen Components voneinander entkoppelt sind.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ergibt sich eine erhebliche Reduzierung des Modul-Wärmewiderstands bei nur geringer zu sätzlicher Bauhöhe und darüber hinaus eine einfache Montage des Heatspreaders auf dem Modul sowohl beim Hersteller als auch beim Endverbraucher.

Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische dreidimensionale Ansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf die erste Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht der ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 zeigt eine schematische Seitenansicht der zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Spei chermodul mit neun Speicherelementen,

Fig. 7 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Anord nung eines Speichermoduls mit aufgesetzter Kühlvor richtung,

Fig. 8 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Anord nung mehrerer Speichermodule mit aufgesetzten Kühl vorrichtungen.

Fig. 1 zeigt eine schematische dreidimensionale Ansicht ei ner ersten Ausführungsform der Erfindung, die eine Kühlvor richtung 5 für elektronische Bauteile auf Leiterplatten mit einer Kühlfläche 3 darstellt, wobei die Kühlfläche 3 größer als die Summe der Oberseiten der zu kühlenden elektronischen Bauteile ist. Die Kühlvorrichtung 5 zeigt in diesem Ausfüh rungsbeispiel eine Kühlplatte 6 mit einer wärmeleitenden Be schichtung 7. Die Kühlvorrichtung 5 ist in diesem Ausfüh rungsbeispiel in drei Bereich gegliedert, einen Klammerbe reich 31, der im wesentlichen der Fläche der wärmeleitenden Beschichtung 7 entspricht, einen Griffbereich 30, der plat tenförmig die Kühlplatte 6 über den Klammerbereich 31 hinaus verlängert, und einen Achsenbereich 29, der zwei mit einer Pressvorrichtung aufeinandergepresste Kühlplatten 12 und 14 schwenk- und spreizbar über eine Gelenkwelle 17 miteinander verbindet.

Die wärmeleitende Beschichtung 7 ist an den Innenflächen 33 der Kühlplatten 12 und 14 angeordnet. Eine derart ausgebilde te Kühlvorrichtung nach Fig. 1 ist für eine doppelseitig mit elektronischen Bauteilen bestückte Leiterplatte vorgesehen, so daß die Kühlplatte 12 eine mit elektronischen Bauteilen bestückte Vorderseite einer Leiterplatte abdeckt und die hin tere Kühlplatte 14 eine mit elektronischen Bauteilen bestück te Rückseite einer Leiterplatte abdeckt. Beide Kühlplatten 12 und 14 sind klammerartig gekoppelt und weisen einen klammerartigen Querschnitt auf. Diese Kopplung wird über eine Ge lenkachse 16 gewährleistet.

Die plattenförmigen Klammergriffe 20 und 21 sind oberhalb der Gelenkachse 16 angeordnet und vergrößern somit die Kühlfläche für die elektronischen Bauteile auf der Leiterplatte. Die Kühlvorrichtung der Fig. 1 kann in ihrem oberen Teil im Be reich der Klammergriffe 20, 21 Kühlrippen 34 aufweisen, die in dieser Ausführungsform derart angeordnet sind, daß sie die Aussenabmessungen der Kühlvorrichtung nicht vergrößern, indem die Kühlrippen 34 auf den Innenseiten 35 der Klammergriffe 20, 21 angeordnet sind und derart in den Zwischenraum zwi schen den Klammergriffen 20, 21 hineinragen, daß die Spreiz barkeit der Kühlplatten 12, 14 gewährleistet bleibt. Dazu sind die Kühlrippen nicht nur in ihrer Tiefe begrenzt sondern auch alternierend auf den Innenseiten 35 der Klammergriffe 20, 21 angeordnet.

Im Prinzip besteht somit die Kühlvorrichtung 5 aus zwei Klam merhälften 32 und 36, die im wesentlichen aus Aluminiumble chen geformt sind. Dazu werden entsprechend legierte wärme leitende Aluminiumlegierungen eingesetzt, die gegenüber bes ser leitenden Kupferlegierungen den Vorteil haben, daß sie eine höhere Oxidationsbeständigkeit gegenüber Kupferlegierun gen aufweisen.

Die wärmeleitende Beschichtung auf den Innenseiten 33 der Kühlplatten 12, 14 im Klammerbereich 31 besteht im wesentli chen aus einem Abstandfüllmaterial mit einem niedrigen Wärme übergangskoeffizienten zu den zu kühlenden Oberseiten der elektronischen Bauteile und zu den Oberflächen der Kühlplat ten 12, 14. Dazu weist die wärmeleitende Beschichtung einen Schaumstoff mit einer wärmeleitenden Imprägnierung auf oder einen offenporigen Schaumstoff, dessen Porenoberflächen mit wärmeleitenden metallischen Dünnfilmen beschichtet sind. Eine derartige Beschichtung gleicht den minimalen Höhenunterschied einzelner zu kühlender elektronischer Bauteile auf einer Leiterplatte aus, indem sich die Beschichtung in die Konturen der zu kühlenden Oberseiten der elektronischen Bauteile beim Aufsetzen der Kühlvorrichtung auf eine mit elektronischen Bauteilen beidseitig bestückte Leiterplatte eindrückt.

Bei nur einseitig bestückten Leiterplatten weist die Kühlvor richtung mindestens eine Kühlplatte 6 auf, die beispielsweise an gegenüberliegenden Rändern der Kühlplatte U-förmige Blatt federn aufweist, die einerseits die Kühlplatte 6 mit einem ersten Schenkel des U-förmigen Profils gegen die zu kühlenden elektronischen Bauteile presst, und die sich auf der Rücksei te der Leiterplatte mit ihren zweiten Schenkeln abstützen. Dazu können derartige U-förmige Blattfedern in das Material der Kühlplatte eingeformt werden, so daß die Kühlplatte U- förmig gebogene Ränder aufweist, die als U-förmige Blattfe dern wirken und die Kühlplatte auf einer einseitig bestückten Leiterplatte fixieren, so daß die Kühlplatte 6 planparallel zu der Leiterplatte ausgerichtet ist.

Bei einer Variante der Ausführungsform der Fig. 1 kann das Gelenk zwischen der vorderen und der hinteren Kühlplatte 12 und 14 aus einer U-förmigen Blattfeder gebildet sein, ohne daß über ein Gelenk hinausragende Klammergriffe vorgesehen sind. In einer derartigen Ausführungsform wird eine derartige Kühlvorrichtung beim Aufsetzen auf die zu kühlenden Obersei ten elektronischer Bauteile einer Leiterplatte mit Hilfe von Werkzeugen gespreizt und anschließend auf den zu kühlenden Oberseiten angeordnet.

Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf die erste Aus führungsform der Erfindung nach Fig. 1. In Fig. 2 ist eine Klammerhälfte 32 und ihre Ankopplung an eine unter der Blatt ebene angeordnete zweite Klammerhälfte dargestellt. Die Aus wölbungen 18' gehören zu der unterhalb der Zeichenblattebene angeordneten zweiten Klammerhälfte 36, während die nicht ge strichenen Bezugszeichen 18 zu der in der Blattebene darge stellten Klammerhälfte 32 gehören.

Die Kühlplatte 12 ist in drei Bereiche unterteilt, einen Klammerbereich 31, einen Griffbereich 30 und einen Achsenbe reich 29. Im Achsenbereich 29 ist eine durchgehende Gelenk welle 17 angeordnet, deren Länge der Breite der Klammerhälfte 32 entspricht. Die Klammerhälfte 32 weist im Achsenbereich 29 Aussparungen 19 und Auswölbungen 18 auf. In der mittleren Auswölbung 18 ist ein Federelement 11 angeordnet, daß die Ge lenkwelle 17 als Schraubenfeder umwindet. Die Schraubenfeder 11 stützt sich mit ihrem einen Ende 37 gegenüber der gezeig ten Klammerhälfte 32 ab und mit ihrem nicht sichtbaren zwei ten Ende gegenüber der unterhalb der Zeichnungsebene angeord neten Klammerhälfte 36 ab, so daß sie im Zusammenwirken mit den Klammerhälften 32, 36 eine Anpressvorrichtung 8 bilden. Die Auswölbungen 18 wechseln sich mit Aussparungen 19 in der Kühlplatte 12 ab. Durch die Aussparungen 19 hindurch, sind die Auswölbungen 18' der nicht sichtbaren Klammerhälfte 36 unterhalb der Zeichenebene durchgesteckt, so daß sie gemein sam mit den Auswölbungen 18 eine langgestreckte zylindrische Öffnung bilden, in der die Gelenkwelle 17 angeordnet ist.

Fig. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht der ersten Aus führungsform der Erfindung. In dieser Seitenansicht sind die Klammerhälften 32 und 36 über eine Gelenkwelle 17 an der Po sition der Gelenkachse 16 miteinander gekoppelt. Die Klammer griffbereiche 20 und 21 ragen über die Gelenkwelle 17 hinaus und ermöglichen in Zusammenwirkung mit der Gelenkwelle 17 ein Spreizen der Klammerhälften 32, 36 im Bereich der wärmelei tenden Beschichtung 7 der Kühlplatten 12, 14.

Darüber hinaus zeigt der Querschnitt durch die erste Ausfüh rungsform der Erfindung unterhalb der Gelenkwelle 17 einen Höhenanschlag 27, der eine genaue Position in Bezug auf den obersten Rand einer Leiterplatte gewährleistet. Neben einem Höhenanschlag 27 können Seitenführungen vorgesehen werden, die eine seitliche korrekte Positionierung der Kühlvorrich tung auf den zu kühlenden Oberseiten der elektronischen Bauteile gewährleisten. Die schematische Seitenansicht der Fig. 3 zeigt darüber hinaus die Enden 37 und 38 der Schraubenfe der, die die beiden Klammerhälften 32, 36 im Bereich der wär meleitenden Beschichtung 7 aufeinanderpressen.

Das Federelement 11 kann auch an einer Stelle einer Schrau benfeder ein Torsionsstab sein, der gleichzeitig die Gelenk welle 17 für die vordere und hintere Kühlplatte 12, 14 bil det. Dazu wird ein an sich zylindrischer Torsionsstab an sei nen beiden Enden eckige Querschnitte aufweisen, die mit den Klammerhälften 32, 36 derart in Eingriff stehen, daß die bei den Klammerhälften im Klammerbereich 31 aufeinandergepresst bzw. auf die Oberseiten der Bauteile gepresst werden.

Fig. 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Die Bezugszeichen sind, soweit sie gleiche Elemente darstellen, identische mit den Bezugs zeichen der Fig. 2 und 3. Insbesondere ist der gesamte Achsenbereich 29 der gleiche wie in den Fig. 2 und 3. Je doch weist der Klammerbereich Anlageflächen 9 auf, die den Dimensionen einzelner zu kühlender elektronischer Bauteile 1 in ihrer Breite und Höhe angepasst sind. Diese Anlageflächen 9 im Klammerbereich 31 sind voneinander durch Langlochschlit ze 10 getrennt, so daß zusätzlich zu der Einformung der wär meleitenden Beschichtung 7 im Klammerbereich 31 in die Kontu ren der elektronischen Bauteile 1 die Anlageflächen 9 sich individuellen Höhenunterschieden aufgrund ihrer Federwirkung anpassen können. Bei erheblichen Höhenunterschieden können für die einzelnen Anlageflächen 9 auch Kröpfungen vorgesehen werden, die entsprechende Höhenunterschiede der Bauteile aus gleichen.

Fig. 5 zeigt eine schematische Seitenansicht der zweiten Ausführungsform der Erfindung der Fig. 4. Die Bezugszeichen sind für gleiche Elemente der Ausführungsform nach Fig. 5 identisch mit der Ausführungsform nach Fig. 3. Die Seitenan sicht nach Fig. 5 zeigt mit gestrichelten Linien eine Kröpfung 39 einer einzelnen Anlagefläche 9 für ein zu kühlendes elektronisches Bauteil, das einen erheblichen Höhenunter schied zu den übrigen Schaltungselementen einer Leiterplatte aufweist. Im Übrigen zeigt Fig. 5 die gleiche klammerförmige Struktur, wie sie auch aus Fig. 3 für die erste Ausführungs form der Erfindung hervorgeht.

Fig. 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Speicher modul 23 mit neun Speicherelementen 22, die als elektronische Bauteile 1 auf einer Leiterplatte 2 beidseitig angeordnet sind, wobei die Rückseite in dieser schematischen Draufsicht nicht zu sehen ist. Die Speicherbauteile haben gegenüber der Leiterplatte 2 eine relativ gleichmäßige Höhe, in der sich die zu kühlenden Oberseiten 4 der elektronischen Bauteile 1 befinden, wenn man von fertigungstechnischen Toleranzen beim Bestücken der Leiterplatte 2 mit den Speicherbauteilen 22 ab sieht. Die Leiterplatte 2 weist einen oberen Rand 26 und ei nen unteren Rand 40 auf. Im Bereich des unteren Randes 40 sind Kontaktanschlüsse 28 der Leiterplatte 2 angeordnet, die in eine Steckerleiste eines Sockels 25 eingesteckt sind. Die Verlustleistung, die in den Halbleiterchips jedes Speicher bauteils 22 entsteht, wird einerseits vom Halbleiterchip über die Verpackungsoberseite 4 an die Umgebung abgegeben oder an derseits von dem Halbleiterchip über die Verpackungsuntersei te in Richtung auf die Leiterplatte 2, und dann von dort aus in die Umgebung abgegeben.

Die Leiterplatte 2 stellt jedoch einen Wärmewiderstand dar, so daß im wesentlichen die Wärme des Halbleiterchips über die Oberseite 4 an die Umgebung entweder durch Wärmeleitung oder durch Wärmestrahlung und bei bewegter Luft durch Wärmekonvek tion abgegeben wird. Die Wärmestrahlung hat dabei jedoch ei nen äußerst geringen Anteil bei der Abführung der Verlustwär me an die Umgebung. Die verfügbare Verpackungs- und Modu loberfläche ist für die Wärmeübertragung an die Umgebung des halb äußerst begrenzt. Da die Unterseite der Verpackung nicht unmittelbar an dem Wärmeaustausch teilnehmen kann, zumal wenn eine Leiterplatte ein dicht bepacktes doppelseitig bestücktes Speichermodul 23 wie in diesem Fall aufweist. Somit steht kaum mehr als die projizierte Verpackungsoberseite für den Wärmeaustausch mit der Umgebung zur Verfügung.

Allein der Wärmewiderstand von dieser verfügbaren Oberseite pro Bauteil in eine ruhende Umgebungsluft ohne Wärmewider stand der Verpackung ist größer als 220°C/W. Dabei wird ein Wärmeübergangskoeffizient von 10 W/m²°C für eine ruhende Luft und eine Fläche der Oberseite von beispielsweise 16 × 28 mm² pro Bauteil angenommen. Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung sorgt somit einerseits für einen Temperaturausgleich zwischen den elektronischen Bauteilen auf einem Modul 23, so daß Ver lustleistungsspitzen einzelner elektronischer Bauteile 1 ge mildert werden und sie vergrößert andererseits die zur Verfü gung stehende Oberfläche zum Wärmeaustausch mit der Umgebung.

Fig. 7 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Anordnung eines Speichermoduls 23 mit aufgesetzter Kühlvorrichtung 5. Die Kühlvorrichtung 5 ist klammerförmig ausgebildet, wobei in dieser schematischen Draufsicht eine Klammerhälfte 32 sicht bar wird. Die Klammerhälfte 32 besteht aus einem Klammerbe reich 31, einem Achsenbereich 29 und einem Griffbereich 30. Mit dem Griffbereich 30 kann die Kühlvorrichtung 5 in ihrem Oberteil 24 zusammengedrückt werden, so daß unter Drehbewe gung um die Gelenkwelle 17 der Klammerbereich 31 gespreizt wird und die Kühlvorrichtung 5 auf das Speichermodul 23 auf gesetzt werden kann. Das Speichermodul 23 entspricht mit sei nem Sockel dem in Fig. 6 abgebildeten Speichermodul. Im we sentlichen besteht somit die Kühlvorrichtung aus zwei Blechen wie Aluminium, wobei die Bleche so gebogen und ausgespart sind, daß sie im Achsenbereich ineinandergesteckt werden kön nen und mit einer Gelenkwelle zu einer Klammer zusammengebaut werden können.

Dabei dient das Oberteil 24 neben seiner Funktion als Klam mergriff 20 als zusätzliche Oberfläche für die Wärmeabfuhr in die Umgebung. Bereits durch eine zusätzliche Bauhöhe des Oberteils 24 von 16 mm kann beispielsweise die Konvekti onsoberfläche für ein 31 mm hohes Modul verdoppelt werden. Durch eine weitere Auffächerung wie durch Einführung von Rip pen oder durch eine weitere Oberflächenerhöhung des Klammer griffs 20 kann dieser Effekt noch gesteigert werden. Um den Kontakt zwischen der Kühlvorrichtung 5 und den Speicherbau teilen 22 zu intensivieren, kann, wie in Fig. 4 dargestellt, die Kühlplatte durch Schlitze in Anlageflächen für jedes ein zelne Bauteil im Klammerbereich 31 aufgeteilt werden, um ei nerseits durch die Schlitze die Einzelkomponenten wärmetech nisch voneinander zu entkoppeln, und andererseits über das zusätzliche Oberteil 24 die Verlustwärme abzuführen.

Fig. 8 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Anordnung mehrerer Speichermodule 23 mit aufgesetzten Kühlvorrichtun gen 5. Fig. 8 zeigt somit, daß die Staffelungstiefe von meh reren Speichermodulen 23 durch die aufgesetzten Kühlvorrich tungen 5 nicht vergrößert wird, sondern daß die klammerförmi gen Kühlvorrichtungen 5 der vorliegenden Erfindung an beste hende standardisierte Abmessungen von Speichermodulen 23 an passbar sind. Lediglich die herausragenden Griffbereiche 30 vergrößern die Bauhöhe der Speichermodule. Andererseits erhö hen die Griffbereiche 30 aber auch die Wärmeabfuhr an die Um gebung.

Die Kühlvorrichtungen 5 können auf einfache und schnelle Wei se auf die zu kühlenden Oberseiten aufgesetzt werden, wobei sich die wärmeleitenden Beschichtungen 7 auf den Innenseiten der Kühlplatten 12, 14 im Klammerbereich der Kühlvorrichtung 5 an die Speichermodule anpassen. Die wärmeleitenden Be schichtungen werden aus Abstandsfüllmaterialien hergestellt, wie es zum Beispiel von Bergquist HiFlow als Phase Change Ma terial verkauft wird, das einen besonders geringen Wärmewi derstand aufweist oder beispielsweise aus dem Material Aavid CSP-Pad oder Honeywell GELVET MC-5, das den Vorteil besitzt, daß die Oberfläche dieses Materials "trocken" ist, das heißt, daß die Kühlvorrichtung 5 leicht wieder von einem Speichermo dul 23 entfernt werden kann.

Zur leichten und sicheren Montage weist die Kühlvorrichtung 5 nach Fig. 8 einen Höhenanschlag 27 auf, der auf den obersten Rändern 26 der Speichermodule 23 aufsitzt. Darüber hinaus kann die Kühlvorrichtung auch Seitenführungen aufweisen, um die Kühlvorrichtungen 5 gegenüber den Speichermodulen 23 in Position zu halten.

Somit wird, wie die obigen Fig. 1 bis 6 zeigen, der Wärme widerstand zur Abführung der Verlustwärme unter nur geringer zusätzlicher Bauhöhe erheblich vermindert und eine einfache Montage der Kühlvorrichtung sowohl beim Hersteller als auch beim Endverbraucher ermöglicht.

Bezugszeichenliste

1

elektronische Bauteile

2

Leiterplatte

3

Kühlfläche

4

Oberseiten der elektronischen Bauteile

5

Kühlvorrichtung

6

Kühlplatte

7

wärmeleitende Beschichtung

8

Pressvorrichtung

9

Anlageflächen

10

Langlochschlitze

11

Federelement

12

vordere Kühlplatte

13

Vorderseite einer Leiterplatte

14

hintere Kühlplatte

15

Rückseite einer Leiterplatte

16

Gelenkachse

17

Gelenkwelle

18

Auswölbungen

18

' Auswölbungen der hinteren Kühlplatte

19

Aussparungen

20

,

21

Klammergriffe

22

Speicherbauteil

23

Speichermodul

24

Oberteile

25

Sockel

26

Rand

27

Höhenanschlag

28

Kontaktanschlüsse

29

Achsenbereich

30

Griffbereich

31

Klammerbereich

32

,

36

Klammerhälften

33

Innenflächen

34

Kühlrippen

35

Innenseiten

37

,

38

Enden

39

Kröpfung

40

unterer Rand

Claims

1. Kühlvorrichtung für elektronische Bauteile (1) auf Lei terplatten (2) mit einer Kühlfläche (3), wobei die Kühl fläche (3) größer als die Summe der Oberseiten (4) der zu kühlenden elektronische Bauteile (1) ist und wobei die Kühlvorrichtung (5) mindestens eine Kühlplatte (6) mit wärmeleitender Beschichtung (7) und eine Pressvor richtung (8) aufweist, mittels derer die Konturen der zu kühlenden Oberseiten (4) der elektronischen Bauteile (1) in die wärmeleitende Beschichtung (7) eingepreßt sind.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Außenseiten der Kühlvorrichtung (5) eine Schwärzung und/oder Aufrauhung aufweisen.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatte (6) von der bestückten Leiterplatte (2) und/oder den zu kühlenden elektronischen Bauteilen ab nehmbar ist.

4. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatte (6) mehrere Anlageflächen (9) aufweist, die den Dimensionen einzelner zu kühlender elektroni scher Bauteile (1) angepaßt sind.

5. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageflächen (9) durch Langlochschlitze (10) in der Kühlplatte (6) voneinander getrennt sind.

6. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatte (6) ein Federelement (11) aufweist, das sich auf der Rückseite der Leiterplatte (2) abstützt.

7. Kühlvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (11) eine U-förmige Blattfeder ist, die mindestens eine einzelne Kühlplatte (6) gegen die zu kühlenden elektronischen Bauteile (1) auf einer Vorder seite (13) einer Leiterplatte (2) mit einem ersten Schenkel des U-förmigen Profils presst und sich auf ei ner Rückseite (15) der Leiterplatte (2) mit ihrem zwei ten Schenkel abstützt.

8. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatte (6) planparallel zu der Leiterplatte (2) angeordnet ist.

9. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (5) für eine doppelseitig mit elek tronischen Bauteilen (1) bestückte Leiterplatte (2) vor gesehen ist.

10. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (5) eine vordere Kühlplatte (12) für eine mit elektronischen Bauteilen (1) bestückte Vorder seite (13) und eine hintere Kühlplatte (14) für eine mit elektronischen Bauteilen (1) bestückte Rückseite (15) einer Leiterplatte (2) aufweist.

11. Kühlvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere und die hintere Kühlplatte (12, 14) über ei ne Gelenkachse (16) schwenk- und/oder spreizbar mitein ander verbunden sind.

12. Kühlvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Gelenkachse (16) ein Federelement (11) angeordnet ist, das einen Anpressdruck auf die vordere und hintere Kühlplatte (12, 14) ausübt, so daß beide ge geneinander preßbar sind.

13. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (11) ein Torsionsstab ist, der gleich zeitig eine Gelenkwelle (17) für die vordere und hintere Kühlplatte (12, 14) bildet.

14. Kühlvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (11) eine Schraubenfeder ist, die rund um eine Gelenkwelle (17) angeordnet ist.

15. Kühlvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (11) eine U-förmige Blattfeder ist, die als Klammer vorgeformt ist, wobei ihre Schenkel die vor dere und hintere Kühlplatte (12, 14) aufeinanderpressen.

16. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine vordere und eine hintere Kühlplatte (12, 14) klam merartig gekoppelt sind, und einen klammerartigen Quer schnitt aufweisen.

17. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine vordere und eine hintere Kühlplatte (12, 14) über eine Gelenkwelle (17) gekoppelt sind und die Gelenkwelle (17) umgreifende Auswölbungen (18) aufweisen, wobei die vordere und hintere Kühlplatte (12, 14) abwechselnd eine Auswölbung (18) und eine Aussparung (19) in Gelenkach senrichtung aufweisen und wobei die Auswölbungen (18) und die Aussparungen (19) ineinandergreifen.

18. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine vordere und eine hintere Kühlplatte (12, 14) plat tenförmige Klammergriffe (20, 21) aufweisen, die über eine Gelenkwelle (17) hinausragen.

19. Kühlvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (5) in ihrem Oberteil Kühlrippen im Bereich der Klammergriffe (20, 21) aufweist.

20. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (5) Aluminiumbleche aufweist.

21. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatte (6, 12, 14) eine wärmeleitende Aluminium legierung aufweist.

22. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitende Beschichtung (7) ein Abstandsfüllmate rial mit niedrigem Wärmeübergangskoeffizienten zu den zu kühlenden Oberseiten der elektronischen Bauteile (1) und zu den Oberflächen der Kühlplatte (6, 12, 14) aufweist.

23. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitende Beschichtung (7) einen Schaumstoff mit einer wärmeleitenden Imprägnierung aufweist.

24. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitende Beschichtung (7) einen offenporigen Schaumstoff aufweist, dessen Porenoberflächen mit wärme leitenden metallischen Dünnfilmen beschichtet sind.

25. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (5) Seitenführungen aufweist.

26. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (5) einen Höhenanschlag (27) auf weist.

27. Anordnung der Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26 auf Speicherbauteilen (22) und/oder einem Spei chermodul (23).

28. Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere und die vordere Kühlplatte (12, 14) das Speichermodul (23) beidseitig umfassen.

29. Anordnung nach Anspruch 27 oder Anspruch 28, das Speichermodul (23) in einem Sockel (25) mit Kontak tanschlüssen (28) angeordnet ist und die Gelenkachse (16) der Kühlvorrichtung (5) oberhalb eines dem Sockel (25) gegenüberliegenden Randes (26) angeordnet ist.

30. Verfahren zur Herstellung einer Kühlvorrichtung (5), das folgende Verfahrensschritte aufweist:

- Herstellen mindestens einer Kühlplatte (5) aus ei nem wärmeleitenden Metallblechstreifen zum Abdecken von zu kühlenden Bauteiloberseiten,
- Schwärzen und/oder Aufrauhen mindestens der von den zu kühlenden Bauteiloberseiten abgewandten Außen seiten der Kühlplatte (6),
- Beschichten der den zu kühlenden Bauteiloberseiten zugewandten Innenseiten der Kühlplatte (6) mit ei ner wärmeleitenden Beschichtung,
- Ausbilden oder Anordnen mindestens eines Federele ments (11) an der Kühlplatte (6) zum Anpressen der Kühlplatte (6) an die zu kühlenden Bauteilobersei ten.

31. Verfahren nach Anspruch 30, das weiterhin folgende Ver fahrensschritte aufweist:

- Herstellen eines Profilbleches für ein Bilden von Klammerhälften mit Auswölbungen (18), die in einen vorbestimmten Achsenbereich (29) zwischen einem Klammerbereich (31) mit Kühlplatte (6) und einem Griffbereich (30) in das Profilblech eingeformt werden,
- Herstellen von Aussparungen (19) in dem Achsenbe reich (29) abwechselnd mit Auswölbungen (18),
- Trennen der Profilbleche zu Klammerhälften (32, 36),
- Schwärzen und/oder Aufrauhen mindestens der von den zu kühlenden Bauteiloberseiten abgewandten Außen seite für die Klammerhälften (32, 36),
- Beschichten der Innenflächen (33) der Kühlplatten (6, 12, 14) im Klammerbereich (31) mit einer wärme leitenden Beschichtung (7),
- Bereitstellen eines Federelementes (11) im Achsen bereich (29),
- Zusammenfügen von jeweils zwei Klammerhälften (32) im Bereich der Auswölbungen (18) bzw. der Ausspa rungen (19),
- Ausrichten des Federelements (11) in Achsrichtung und
- Einführen einer Gelenkwelle (17) in die Auswölbun gen (19) im Achsenbereich (29) mit Plazieren des Federelements (11) unter Vorspannung in dem Achsen bereich (29) der Kühlvorrichtung (5).

32. Verfahren nach Anspruch 30 oder Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichten mittels Aufspritzen der wärmeleitenden Beschichtung (7) auf die Innenflächen (33) der Kühlplat ten (6, 12, 14) erfolgt.

33. Verfahren nach Anspruch 30 oder Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichten der Innenflächen 33 der Kühlplatten (6, 12, 14) mittels Zuschneiden und Aufkleben eines wärme leitenden Beschichtungsmaterials durchgeführt wird.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zusammenfügen von jeweils zwei Klammerhälften (32) eine vordere und eine hintere Kühlplatte (6, 12, 14) mit ihren entsprechenden Auswölbungen (18) und Aussparungen (19) ausgerichtet werden, bevor ein Achsbolzen als ver bindende Gelenkwelle (17) in dem Achsenbereich (29) der Kühlvorrichtung (5) positioniert wird.

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Stanzpressen Langlochschlitze (19) in den Klam merbereich (31) der Klammerhälften (32) eingebracht wer den, um individuelle Anlageflächen (9) für einzelne elektronische Bauteile (1) herzustellen.

36. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (5) nach dem Einführen der Gelenk welle (17) durch Zusammendrücken des Griffbereichs (30) im Klammerbereich (31) unter einer Schwenkbewegung um die Gelenkwelle (17) gespreizt wird und auf die zu küh lenden Oberflächen (4) elektronischer Bauteile (1) einer Leiterplatte (2) unter Vorspannung aufgesetzt wird.

37. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitende Beschichtung (7) beim Aufsetzen auf die Oberseiten (4) elektronischer Bauteile (1) unter schiedliche Abstände zwischen den Oberseiten (4) und den Kühlplatten (6, 12, 14) ausgleicht und sich der Kontur der zu kühlenden elektronischen Bauteile (1) selbstju stierend anpaßt.