DE10335197B4

DE10335197B4 - Kühlvorrichtung für ein elektronisches Bauelement, insbesondere für einen Mikroprozessor

Info

Publication number: DE10335197B4
Application number: DE10335197A
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl.-Ing. Fonfara; Herbert Göstl; Thorsten Dipl.-Ing. Miltkau
Original assignee: Kermi GmbH
Current assignee: Vertiv Corp
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2023-07-31
Also published as: US20070274044A1; ATE501524T1; DE502004012290D1; EP1649736A2; US7508669B2; DE10335197A1; EP1649736B1; WO2005015970A2; DE112004001872D2; WO2005015970A3

Abstract

Kühlvorrichtung für ein elektronisches Bauelement, insbesondere für einen Mikroprozessor,
a) mit einem von einem Kühlmedium durchströmbaren Kühlkörper (7, 9), welcher derart mit dem zu kühlenden elektronischen Bauelement (3) verbindbar ist, dass die von dem elektronischen Bauelement (3) erzeugte Verlustwärme über eine thermische Schnittstelle des elektronischen Bauelements auf den Kühlkörper (7, 9) übergeht und abtransportiert wird,
b) wobei der Kühlkörper (7, 9) ein erstes Kühlkörperteil (7) umfasst, welches zur Verbindung mit dem elektronischen Bauelement (3) ausgebildet oder mit diesem verbunden ist,
c) wobei der Kühlkörper (7, 9) ein zweites Kühlkörperteil (9) umfasst, welches wenigstens einen, von dem flüssigen Kühlmittel durchströmbaren Kanal (15) aufweist,
d) wobei am zweiten Kühlkörperteil (9) ein Zulaufanschluss (23) und ein Rücklaufanschluss (25) vorgesehen sind, die mit dem wenigstens einen Kanal (15) verbunden sind,
e) wobei das zweite Kühlkörperteil (9) lösbar mit dem ersten Kühlkörperteil (7) derart verbunden ist, dass ein geringer...

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein elektronisches Bauelement, insbesondere für einen Mikroprozessor, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

In größeren elektronischen Datenverarbeitungsanlagen werden die einzelnen Elektronikkomponenten, wie beispielsweise eine Mehrzahl von Servern, in Schränken oder Racks aufgenommen, um eine geordnete Aufstellung und Verkabelung der einzelnen Komponenten zu gewährleisten. Zudem erfolgt in Racks oder Schränken für derartige Elektronikkomponenten eine Klimatisierung, d.h. die von den Komponenten erzeugte Verlustleistung in Form von Wärmeenergie wird mit geeigneten Mitteln abgeführt. Im Folgenden wird der Begriff Rack sowohl für geschlossene Schränke als auch für offene Gestelle verwendet, in die die einzelnen Komponenten aufgenommen sind. Die Verlustleistung wird hauptsächlich von elektronischen Bauelementen der einzelnen Komponenten erzeugt. Bei modernen Datenverarbeitungsanlagen wird dabei der überwiegende Teil der Verlustleistung von Mikroprozessoren erzeugt. Die Verlustleistung eines Prozessors liegt bisher in der Größenordnung von ca. 100 W. Eine Verlustleistung in diesem Bereich wurde mit Prozessorlüftern, d.h. einer Kombination aus einem metallischen Kühlkörper und einem Lüfterbaustein, vom Prozessor in das Innere des Gehäuses des Servers bzw. der Elektronikkomponente, von dort in das Innere des (vorzugsweise geschlossenen) Racks und anschließend an die das Rack umgebende Raumluft abgeführt. Hinzu kommt die Verlustleistung in Form von Wärme, die von weiteren Baugruppen und Bauteilen der einzelnen Elektronikkomponenten, wie Netzteilen, Laufwerken etc. abgegeben wird, d.h. von einer Vielzahl von einzelnen elektronischen Bauelementen, die für sich genommen zwar eine relativ geringe Verlustleistung abgeben, so dass sich eine separate Kühlung dieser elektronischen Bauelemente nicht lohnt, wobei sich diese geringe Verlustleistungen jedoch auch auf Werte von 100 bis 150 W und mehr pro Elektronikkomponente aufsummieren können. Zusätzlich zu den Prozessor lüftern sind daher in der Regel zusätzliche Lüfter erforderlich, um die gesamte im Gehäuse der Elektronikkomponente erzeugte Verlustwärme aus diesem abzuführen. Bei Serverracks, die bis zu 50 einzelne Server aufnehmen können, ergibt sich somit pro Rack bereits jetzt eine Gesamtverlustleistung von 10 kW bis 12,5 kW.

Für kommende Generationen von Elektronikkomponenten wird eine Steigerung der von einzelnen elektronischen Bauelementen, wie Mikroprozessoren, abgegebenen Wärmeverlustleistung in Bereiche von 150 bis 200 W und mehr erwartet. Dies führt bei einem Rack mit beispielsweise bis zu 50 Servern einschließlich der zusätzlichen Verlustleistung von 100 bis 150 W pro Elektronikkomponente zu einer Gesamtverlustleistung von bis zu 17,5 kW und mehr pro Rack. Derart hohe Verlustleistungen in Form von Abwärme lassen sich allein durch das Wärmeträgermedium Luft nicht mehr mit vernünftigem Aufwand beherrschen.

Bei einzelnen Elektronikkomponenten, wie Servern, ist es bekannt, elektronische Bauelemente, insbesondere Mikroprozessoren, die für sich genommen eine hohe Verlustleistung erzeugen, anstatt mit Kombinationen von Kühlkörpern und Lüftern durch mit einem flüssigen Kühlmedium, beispielsweise Wasser, durchströmte Kühlkörper zu kühlen ( DE 72 07 234 U ; FR 2 784 537 A1 ; US 6 166 907 ). Somit muss lediglich noch die von den übrigen, nicht einzeln gekühlten Baugruppen und Bauelementen erzeugte Wärmeverlustleistung über das Medium Luft abgeführt werden. Spezielle Verfahren zu Herstellung von Flüssigkeitskühlvorrichtungen sind des Weiteren aus der DE 195 14 548 C1 bekannt, welche ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrokühleinrichtung beschreibt, sowie aus der DE 196 46 195 A1 , die einen modular aufgebauten stranggepressten Flüssigkeitskühlkörper mit verbesserten und einstellbaren Kühleigenschaften offenbart. Die DE 44 21 025 A1 zeigt einen Kühlkörper, bei dem in dem mindestens einen Kühlkanal ein Verwirbelungselement eingeschoben ist, welches eine turbulente Kühlmittelströmung erzeugt und damit eine verbesserte Wärmeabfuhr bewirkt.

Sowohl bei Kühlvorrichtungen, die aus einem Kühlkörper und einem Lüfter bestehen, als auch bei Kühlvorrichtungen mit von einem flüssigen Wärmeträgermedium durchströmten Kühlkörper besteht das Problem, dass diese möglichst gut wärmeleitend auf dem zu kühlenden elektronischen Bauelement, meist einem Bauelement mit einem Halbleiterchip, befestigt werden müssen. Zur Gewährleistung eines guten Wärmeübergangs wird meist eine Wärmeleitpaste zwischen der thermischen Schnittstelle des Bauelements und dem Kühlkörper verwendet. Zudem ist ein ausreichender Anpressdruck erforderlich. Muss der Kühlkörper abgenommen werden, beispielsweise weil der damit integriert ausgebildete Lüfter defekt ist oder weil im engen Gehäuse der Elektronikkomponente Manipulationen an eng benachbarten Baugruppen oder Bauteilen erforderlich sind, so besteht bei jeder Demontage bzw. Montage des Kühlkörpers unmittelbar auf dem empfindlichen elektronischen Bauteil das Risiko, dieses zu beschädigen bzw. zu zerstören.

Soll eine Elektronikkomponente aus einem Rack herausgezogen und ausgetauscht werden, und wird bei dieser Elektronikkomponente eine an sich bekannte Kühlvorrichtung unter Verwendung eines flüssigen Wärmeträger- bzw. Kühlmediums verwendet, so müssen entweder die Zuführleitungen für das Kühlmedium, vorzugsweise an Kupplungen, getrennt werden, oder es muss die gesamte Kühlvorrichtung von dem zu kühlenden elektronischen Bauelement abgenommen und das Risiko in Kauf genommen werden, dieses zu beschädigen. Bei einem Trennen der Zuführleitungen besteht jedoch ebenfalls ein erhebliches Risiko, diese Elektronikkomponente oder benachbarte Elektronikkomponenten zu beschädigen, wenn auch nur eine geringe Menge des Kühlmediums austritt. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Elektronikkomponente während des Betriebs der übrigen Elektronikkomponenten ausgetauscht werden soll (hot plugging).

Aus der DE 196 12 259 A1 ist eine (Luft-) Kühlvorrichtung mit einem zweiteiligen Kühlkörper bekannt, wobei ein erstes Kühlkörperteil z.B. fest mit dem zu kühlenden Element, beispielsweise einen vollständig in einem Gehäuse aufgenommen integrierten Schaltkreis, verbunden sein kann und ein zweites Kühlkörperteil auf das erste Kühlkör perteil aufgesetzt und mit diesem verbunden werden kann. Das erste Kühlkörperteil ist in seinen Abmessungen nicht größer als die Umrisse des Gehäuses des Chips und gewährleistet einen zeitlich kurzen Prüfbetrieb dieses elektronischen Bauelements, wobei die seitlich am Gehäuse angeordneten Anschlusspins, beispielsweise für Prüfspitzen, frei zugänglich sind. Im Dauerbetrieb muss dann das zweite Kühlkörperteil aufgesetzt werden.

Eine ähnliche (Luft-) Kühlvorrichtung ist aus der DE 200 10 663 U1 bekannt, bei der zwischen dem eigentlichen Kühlkörper und einem zu kühlenden Prozessorchip ein Wärmeleitelement aus einem Material vorgesehen ist, welches eine gegenüber dem Material des Kühlkörpers verbesserte Wärmeleiteigenschaften aufweist. Durch die Verwendung dieses Elements wird ein verbesserter Wärmeübergang vom Prozessorchip auf den Kühlkörper insbesondere dann gewährleistet, wenn die Fläche bzw. die Umrisse des Wärmeleitelements und des Kühlkörpers größer sind als die Chipoberfläche. Die Halterung des Kühlkörpers und des Wärmeleitelements kann in üblicher Weise mittels einer an sich bekannten Pressvorrichtung erfolgen. Zur weiteren Verbesserung des Wärmeübergangs können das Wärmeleitelement und der Kühlkörper ineinander greifende Verzahnungen aufweisen. Mit dieser Ausgestaltung eines Kühlkörpers sollen aufwändigere Lösungen, wie z.B. eine Flüssigkeitskühlung, vermieden werden.

Die DE 100 39 770 A1 beschreibt eine Kühlvorrichtung für Leistungshalbleiter, wobei der oder die Leistungshalbleiter auf einem Substrat angeordnet sind, das seinerseits auf einem Wärmeleitelement befestigt ist. Das Wärmeleitelement bildet mit einer Abdeckkappe ein geschlossenes Gehäuse. Das Wärmeleitelement und ggf. auch die Abdeckkappe weisen kammartige Strukturen auf, die in komplementär ausgebildete Strukturen eines mit einem flüssigen Medium gekühlten Kühlkörpers eingreifen. Die kammartigen Strukturen verbessern dabei den Wärmeübergang. Die Kanäle für das Kühlmedium verlaufen im Kühlkörper außerhalb der kammartigen Struktur.

Schließlich offenbart die US 6 016 251 A ein Kühlsystem für eine gedruckte Leiterplatte bzw. darauf angeordnete Leistungshalbleiter. Das Kühlsystem besteht aus einem mäanderförmig verlaufenden Rohr für das Kühlmedium und daran frei befestigbaren Kühlkörpern, die mit weiteren Kühlkörperteilen oder Wärmeleitelemente verbindbar, insbesondere verschraubbar sind, die unmittelbar auf die Leistungshalbleiter aufgeklebt werden. Damit kann das Rohr für das Kühlmedium mit den daran befestigten Kühlkörpern im Bedarfsfall von den fest auf den Leistungshalbleitern aufgebrachten Kühlkörpern bzw. Wärmeleitelementen gelöst werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeitskühlvorrichtung für ein mechanisch und thermisch empfindliches elektronisches Bauelement, insbesondere für einen Mikroprozessor, zu schaffen, bei welcher der eigentliche Kühlkörper einfach, schnell und ohne das Risiko einer Beschädigung oder Zerstörung des zu kühlenden elektronischen Bauelements montierbar und demontierbar ist und welche verbesserte Kühleigenschaften aufweist.

Die Erfindung löst diese Aufgaben mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass mittels eines Kühlkörpers, der ein erstes Kühlkörperteil umfasst, welches zur Verbindung mit dem elektronischen Bauelement ausgebildet ist, und ein zweites Kühlkörperteil, welches lösbar mit dem ersten Kühlkörperteil derart verbunden ist, dass ein geringer Wärmeübergangswiderstand gegeben ist, wobei zumindest der überwiegende Teil der Verlustwärme über das zweite Kühlkörperteil an ein Kühlmedium abgegeben wird, der Vorteil erreicht wird, dass zur erstmaligen Montage der Kühlvorrichtung lediglich das erste Kühlkörperteil einmalig mit dem zu kühlenden elektronischen Bauelement thermisch gekoppelt und fixiert werden muss. Dies kann bereits vom Hersteller der Elektronikkomponente werksseitig erfolgen. Darüber hinaus kann das erste Kühlkörperteil auch vom Hersteller des zu kühlenden elektronischen Bauelements auf diesem montiert werden. Das erste Kühlkör perteil kann auch integriert mit dem Gehäuse des elektronischen Bauelements ausgebildet sein, insbesondere unlösbar mit diesem verbunden sein.

Der zweite Kühlkörperteil kann dann ohne die Gefahr einer Beschädigung des elektronischen Bauelements mit dem ersten Kühlkörperteil gut thermisch leitend verbunden werden. Das zweite Kühlkörperteil kann dann bedarfsweise wieder problemlos vom ersten Kühlkörperteil getrennt werden.

Das zweite Kühlkörperteil ist als von flüssigem Kühlmedium durchströmter Kühlkörper ausgebildet ist. Hierzu weist das zweite Kühlkörperteil wenigstens einen Kanal auf, der von einem flüssigen Kühlmedium, beispielsweise Wasser, durchströmt wird. Des Weiteren sind am zweiten Kühlkörperteil ein Zulaufanschluss und ein Rücklaufanschluss vorgesehen, die mit dem wenigstens einen Kanal verbunden sind. Soll die Elektronikkomponente, welche das zu kühlende elektronische Bauelement umfasst, ausgetauscht werden, so muss nicht mehr zwingend entweder der gesamte Kühlkörper (bestehend aus dem ersten und zweiten Kühlkörperteil) demontiert oder, bei einem Belassen des Kühlkörpers auf dem elektronischen Bauelement, die Zuführleitungen für das Kühlmedium vom Kühlkörper getrennt werden. Vielmehr kann einfach und schnell lediglich das zweite Kühlkörperteil vom ersten Kühlkörperteil getrennt und beispielsweise auf ein weiteres erstes Kühlkörperteil, welches bereits auf dem betreffenden zu kühlenden elektronischen Bauelement einer Austausch-Elektronikkomponente befestigt ist, montiert werden.

Erfindungsgemäß umfasst das erste Kühlkörperteil eine Kontaktfläche zur thermischen Verbindung mit dem zweiten Kühlkörperteil, welche eine Struktur zur Vergrößerung der Kontaktfläche aufweist, wobei die Kontaktfläche des ersten Kühlkörperteils mit einer komplementär ausgebildeten Kontaktfläche des zweiten Kühlkörperteils zusammenwirkt. Dabei kann die Fläche der thermischen Schnittstelle zwischen dem ersten und zweiten Kühlkörperteil größer sein als die Fläche der thermischen Schnittstelle zwischen dem zu kühlenden elektronischen Bauelement und dem ersten Kühlkörperteil.

Nach der Erfindung sind die Strukturen als Rippen mit vorzugsweise schrägen, vorzugsweise ebenen Flanken ausgebildet und vorzugsweise einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Eine derartige Struktur weist den Vorteil auf, dass zur Realisierung des zweiten Kühlkörpers einfach, hochgenau und kostengünstig herstellbare Strangprofile verwendet werden können. Zudem kann der Flankenwinkel so gewählt werden, dass bereits durch relativ geringe Anpresskräfte, die auf das zweite Kühlkörperteil in Richtung auf das erste Kühlkörperteil wirken, eine hohe Flächenpressung zwischen den komplementären Strukturen des ersten und zweiten Kühlkörperteils entstehen und somit ein geringer Wärmeübergangswiderstand gewährleistet wird.

Nach der Erfindung sind zumindest in Rippen der Kontaktfläche des zweiten Kühlkörperteils Kanäle für das Kühlmedium vorgesehen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der oder die Ströme des Kühlmediums nahe an der Oberfläche des zu kühlenden Bauelements liegen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann das zweite Kühlkörperteil im Bereich des Zulaufanschlusses und/oder des Rücklaufanschlusses eine Sammelkammer aufweisen, von der aus sich mehrere Kanäle für das Kühlmedium verzweigen oder in diese münden. Hierdurch wird ein guter Wärmeübergang auf das flüssige Kühlmedium erreicht, da eine größere Oberfläche erreichbar ist, als bei einem einzigen, ggf. im Querschnitt größeren Kanal. Zudem kann der mittlere Bereich des zweiten Kühlkörpers mit einem Strangprofil realisiert werden, welches an gegenüberliegenden Seiten jeweils mit einem die Sammelkammer bildenden und den betreffenden Zulauf- bzw. Rücklaufanschluss aufweisenden Teil verbunden wird.

Das zweite Kühlkörperteil kann in zumindest einer Richtung, bezogen auf die Kontaktfläche, mit dem ersten Kühlkörperteil größere Abmessungen als das erste Kühlkörperteil aufweisen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Position des ersten Kühlkörperteils gegenüber dem zweiten Kühlkörperteil bei der Montage des zweiten Kühlkörperteils auf dem ersten Kühlkörperteil unkritisch ist. Beispielsweise kann bei einer Ausbildung der die Kontaktfläche erhöhenden Struktur in Form von Rippen das zweite Kühlköperteil gegenüber dem ersten Kühlkörperteil ohne Weiteres geringfügig verschoben werden.

Des Weiteren kann das zweite Kühlkörperteil so ausgebildet werden, dass mittels des Kühlmitteldurchflusses durch den wenigstens einen Kanal in der Kontaktfläche mit dem ersten Kühlkörperteil eine bezogen auf die Kontaktfläche im Wesentlichen gleichmäßige Wärmeableitung möglich ist. Insbesondere bei Ausbildung mehrerer Kanäle in einem mittleren Bereich des zweiten Kühlkörpers können diese über die gesamte tatsächliche Kontaktfläche mit dem ersten Kühlkörperteil ausgebildet sein. Ggf. vorhandene Sammelkammern an einem oder beiden Enden dieses mittleren Bereichs können dann, bezogen auf die tatsächliche Kontaktfläche, außerhalb dieser liegen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann das erste Kühlkörperteil als Heatpipe ausgebildet sein. Eine Heatpipe transportiert mittels eines evakuierten Gefäßes, z.B. einem Metallrohr, gerichtet Wärme von einem Punkt zum anderen. Im Metallrohr selbst befindet sich ein relativ geringes Volumen einer Flüssigkeit, die zum überwiegenden Teil aus destilliertem Wasser bestehen kann (der restliche Anteil besteht dann aus speziellen Zutaten, die den Wärmetransport optimieren sollen). Die Flüssigkeit steht unter einem niedrigen Druck, so dass eine Verdampfungstemperatur von zirka 30 Grad Celsius auftritt. Erst wenn der Heatpipe an einem Ende Wärme zugeführt wird, verdampft das Wasser und transportiert die Wärmeenergie sehr verlustarm zum kalten Ende. Dort erfolgt eine Kondensation des Dampfes und entsprechend eine Abgabe der Wärme. Die kondensierte Flüssigkeit läuft wieder in den unteren Bereich des Gefäßes zurück, wodurch der Kreislauf geschlossen ist.

Durch die Ausbildung des ersten Kühlkörperteils als Heatpipe kann die abzuführende Wärme extrem verlustarm an eine Stelle transportiert werden, an der diese mittels des zweiten Kühlkörperteils an das Kühlmedium übergehen und endgültig abgeführt werden kann. Beispielsweise kann so die Schnittstelle zum zweiten Kühlkörperteil bis an eine Stelle außerhalb eines Gehäuses verlagert werden, wobei das betreffende Ende der Heatpipe durch eine Öffnung im Gehäuse ragen kann. Bei einem Austausch der gesamten Komponente muss dann nicht einmal das Gehäuse geöffnet werden. Es ist lediglich erforderlich, das zweite Kühlkörperteil vom ersten Kühlkörperteil zu lösen.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer Kühlvorrichtung nach der Erfindung unter Verwendung eines flüssigen Kühlmediums und
2 eine perspektivische Schnittdarstellung der Ausführungsform in 1.
1 zeigt in perspektivischer Ansicht schematisch eine Kühlvorrichtung 1, die auf einem elektronischen Bauelement 3, beispielsweise einem Mikroprozessor, montiert ist. Der Mikroprozessor 3 ist seinerseits auf einer nur angedeuteten Platine 5 angeordnet, auf der selbstverständlich weitere Bauelemente oder Baugruppen vorgesehen sein können. Bei der Platine 5 kann es sich beispielsweise um ein Mainboard eines Servers handeln. Die Kühlvorrichtung 1 umfasst ein erstes Kühlkörperteil 7 aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Aluminium oder Kupfer, welches unmittelbar mit dem Gehäuse bzw. einer thermischen Schnittstelle des zu kühlenden elektronischen Bauelements thermisch leitend verbunden ist. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Wärmeableitplatte (heat spreader) eines Mikroprozessors bzw. des elektronischen Bauelements 3 handeln. Das erste Kühlkörperteil 7 weist an seiner dem Bauelement 3 abgewandten Seite eine Struktur in Form von Rippen 11 auf, die, wie in 2 dargestellt, einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen können.
Auf dem ersten Kühlkörperteil 7 ist ein zweites Kühlkörperteil 9 aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Aluminium oder Kupfer, angeordnet und thermisch gut leitend mit diesem verbunden. Hierzu ist das zweite Kühlkörperteil 9 an seiner Unterseite mit einer komplementär ausgebildeten Struktur in Form von Rippen 13 versehen. In den Rippen 13 verlaufen Kanäle 15 für ein flüssiges, die Kanäle 15 durchströmendes Kühlmedium (nicht dargestellt), welches die vom elektronischen Bauelement 3 in Form von Wärme erzeugte Verlustleistung abtransportiert. Die Anordnung der Kanäle 15 in den Rippen bietet den Vorteil, dass bei entsprechend dünnen Wandungen der Rippen 15 das Kühlmedium nahe der Oberfläche des Bauelements 3 geführt werden kann, insbesondere auch zwischen den Rippen 11 des ersten Kühlkörperteils 7.
Die trapezförmige Ausbildung der Rippen 11 und 13 bieten zudem den Vorteil, dass mit einer geringen Anpresskraft F, die auf das zweite Kühlkörperteil 9 in Richtung auf das erste Kühlkörperteil 7 wirkt, ein hoher Anpressdruck der Seitenflächen der trapezförmigen Rippen 11 und 13 erzeugt und demzufolge eine gute thermische Kopplung gewährleistet werden kann.
Der die Rippen 13 aufweisende mittlere Bereich 17 des zweiten Kühlkörperteils 9 ist in seiner Ausdehnung (parallel zur Oberfläche des Bauelements 3) wenigstens so groß wie die Ausdehnung der die Rippen 11 aufweisenden Oberfläche des ersten Kühlkörperteils 7. Auf diese Weise kann bei einer entsprechenden Anordnung und Ausbildung der Kanäle 15 ein im Wesentlichen konstanter Wärmeübergangswiderstand in der Kontaktfläche der beiden Kühlkörperteile 7 und 9 – zumindest entlang von Linien parallel zur Längsrichtung der Rippen – erreicht werden. Ein derart ausgebildeter mittlerer Bereich 17 hat zudem den Vorteil, dass er aus einem hochgenau und kostengünstigen Strangprofil hergestellt werden kann. Dies gilt auch für das erste Kühlkörperteil 7.
Der in den 1 bzw. 2 erkennbare, sich an den beiden Enden des mittleren Bereichs des zweiten Kühlkörperteils 9 jeweils anschließende Endbereich 19 bzw. 21, kann hinsichtlich der Außenkontur identisch wie der mittlere Bereich 17 ausgebildet sein. Im Inneren der Endbereiche 19, 21 ist jedoch jeweils eine Sammelkammer (nicht dargestellt) vorgesehen, welche jeweils mit den Kanälen 15 verbunden ist. Die Bereiche 17, 19, 21 können selbstverständlich einstückig ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein Endbereich 19, 21 dadurch hergestellt werden, dass in den Endbereichen eines entsprechenden Strangprofils von beiden Seiten jeweils die inneren Wandungen zwischen den Kanälen 15 teilweise oder ganz entfernt, beispielsweise ausgefräst werden. Die beiderseitigen Öffnungen des Strangprofils können dann mit entsprechenden Deckeln verschlossen werden, beispielsweise durch Verlöten oder dergleichen.
An den Stirnseiten der Endbereiche 19, 21 sind ein Zulaufanschluss 23 für eine Zulaufleitung und ein Rücklaufanschluss 25 für eine Rücklaufleitung vorgesehen. Das Kühlmedium wird bei der gegebenen (ausreichend niedrigen) Temperatur mit einem für die Kühlung ausreichenden Massenstrom über die Zulaufleitung der Kühlvorrichtung 1 zugeführt und über die Rücklaufleitung abgeführt.
Die Montage des ersten Kühlkörperteils 7 auf dem elektronischen Bauelement 3 kann in üblicher Weise mittels einer geeigneten Verschraubung oder mittels Klammern oder anderen geeigneten Verbindungsmitteln erfolgen. Selbstverständlich kann das erste Kühlkörperteil hierzu beispielsweise seitlich angeordnete Befestigungsmittel aufweisen, die auch seitlich über die Oberfläche des Bauelements 3 hinausragen können. Das Fixieren des ersten Kühlkörperteils 7 auf dem Bauelement 3 kann gegenüber der Platine 5 oder einem nicht dargestellten Gehäuse einer Elektronikkomponente erfolgen, in welcher die Platine 3 angeordnet ist. Das erste Kühlkörperteil 7 kann jedoch auch unlösbar mit dem Bauelement 3 verbunden sein, beispielsweise durch Verkleben mit einem wärmeleitenden Klebstoff, oder sogar einstückig mit dem Gehäuse des Bauelements 7 ausgebildet sein.
Auch die Verbindung des zweiten Kühlkörperteils 9 mit dem ersten Kühlkörperteil 7 kann mittels geeigneter, jedoch in jedem Fall lösbarer Verbindungsmittel erfolgen, beispielsweise durch Verschrauben, mittels Fixierklammern oder dergleichen. Das Anpressen des Kühlkörperteils 9 auf das Kühlkörperteil 7 mit ausreichendem Druck kann auch durch das Aufsetzen und Anpressen eines Gehäuseteils eines Gehäuses einer Elektronikkomponente erfolgen, in welchem die Platine 5 mit dem zu kühlenden Bauelement 3 und der darauf angeordneten Kühlvorrichtung 1 enthalten ist.
Durch diese spezielle Ausbildung der Kühlvorrichtung ergibt sich der Vorteil, dass das als eigentlicher Kühlköper wirkende zweite Kühlkörperteil 9 vom ersten Kühlkörperteil 7 gelöst werden kann, ohne dass die mechanisch empfindliche thermische Schnittstelle zwischen dem zu kühlenden Bauelement 3 und dem ersten Kühlkörperteil gelöst werden muss.

Claims

Kühlvorrichtung für ein elektronisches Bauelement, insbesondere für einen Mikroprozessor, a) mit einem von einem Kühlmedium durchströmbaren Kühlkörper (7, 9), welcher derart mit dem zu kühlenden elektronischen Bauelement (3) verbindbar ist, dass die von dem elektronischen Bauelement (3) erzeugte Verlustwärme über eine thermische Schnittstelle des elektronischen Bauelements auf den Kühlkörper (7, 9) übergeht und abtransportiert wird, b) wobei der Kühlkörper (7, 9) ein erstes Kühlkörperteil (7) umfasst, welches zur Verbindung mit dem elektronischen Bauelement (3) ausgebildet oder mit diesem verbunden ist, c) wobei der Kühlkörper (7, 9) ein zweites Kühlkörperteil (9) umfasst, welches wenigstens einen, von dem flüssigen Kühlmittel durchströmbaren Kanal (15) aufweist, d) wobei am zweiten Kühlkörperteil (9) ein Zulaufanschluss (23) und ein Rücklaufanschluss (25) vorgesehen sind, die mit dem wenigstens einen Kanal (15) verbunden sind, e) wobei das zweite Kühlkörperteil (9) lösbar mit dem ersten Kühlkörperteil (7) derart verbunden ist, dass ein geringer Wärmeübergangswiderstand gegeben ist, wobei zumindest der überwiegende Teil der Verlustwärme über das zweite Kühlkörperteil (9) an das Kühlmedium abgegeben wird, und f) wobei das zweite Kühlkörperteil (9) vom ersten Kühlkörperteil (7) lösbar ist, ohne dass die Verbindung des ersten Kühlkörperteils (7) mit dem elektronischen Bauelement (3) gelöst werden muss, dadurch gekennzeichnet, g) dass das erste Kühlkörperteil (7) eine Kontaktfläche zur thermischen Verbindung mit dem zweiten Kühlkörperteil (9) umfasst, welche eine Struktur (11) zur Vergrößerung der Kontaktfläche aufweist, wobei die Kontaktfläche des ersten Kühlkörperteils (7) mit einer komplementär ausgebildeten Kontaktfläche des zweiten Kühlkörperteils (9) zusammenwirkt, h) dass die Strukturen als Rippen (11, 13) ausgebildet sind, wobei zumindest in den Rippen (13) des zweiten Kühlkörperteils (9) Kanäle (15) für das Kühlmedium vorgesehen sind.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen schräge, ebene Flanken und vorzugsweise einen trapezförmigem Querschnitt aufweisen.
Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kühlkörperteil (9) im Bereich des Zulaufanschlusses (23) und/oder des Rücklaufanschlusses (25) eine Sammelkammer aufweist, von der aus sich mehrere Kanäle (15) für das Kühlmedium verzweigen oder in diese münden.
Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kühlkörperteil (9) in zumindest einer Richtung bezogen auf die Kontaktfläche mit dem ersten Kühlkörperteil (7) größere Abmessungen als das erste Kühlkörperteil (7) aufweist und dass das zweite Kühlkörperteil (9) so ausgebildet ist, dass mittels des Kühlmitteldurchflusses durch den wenigstens einen Kanal (15) in der Kontaktfläche mit dem ersten Kühlkörperteil eine bezogen auf die Kontaktfläche im Wesentlichen gleichmäßige Wärmeableitung möglich ist.
Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kühlkörperteil (7) als Heatpipe ausgebildet ist.