Insbesondere betrifft die Erfindung die Kühlung auf Leiter- platten, die über Steckkontakte mit übergeordneten Schal- tungsträgern verbunden sind.

Die Wärmeentwicklung, insbesondere bei elektronischen Spei- chergeräten, ist aufgrund der räumlichen Einschränkungen kri- tisch, zumal üblicherweise die Verlustwärme der Leistungs- halbleiter zur Versorgung der Speichergeräte über Steckkon- takte an den übergeordneten Schaltungsträger weitergeleitet wird, der sich lokal im Bereich der Verbindungselemente auf- heizt. Der Anteil an Verlustwärme, die über das Gehäuse des Leistungshalbleiters zusätzlich direkt an die Umgebung abge- strahlt werden kann, ist begrenzt, so dass die Gefahr der lo- kalen Überhitzung des Leistungshalbleiters besteht.

Ferner können die übrigen, insbesondere benachbarten Spei- cherhalbleiterbauteile auf der gleichen Leiterplatte wie der Leistungshalbleiter, thermisch belastet werden, so dass Spei- cherausfälle zu befürchten sind. Selbst eine aktive Zwangs- kühlung mit einem aufgeprägten Kühlluftstrom ist oftmals nicht ausreichend, da der Wärmeübergang zwischen dem Gehäuse des Leistungshalbleiters und dem Kühlluftstrom begrenzt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein preiswertes Kühlsystem für Geräte mit Leistungshalbleitern zu schaffen, das einen preis- günstigen thermischen Ausgleich zwischen Wärmequellen und Um-

gebung ermöglicht, und eine unmittelbare Kühlung der Wärme- quellen sicherstellt.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen An- sprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß wird ein Kühlsystem für Geräte mit Leistung- halbleiterbauteilen geschaffen. Die Leistungshalbleiterbau- teile sind auf Leiterplatten angeordnet. Diese Leiterplatten sind ihrerseits in Steckkontaktleisten eines übergeordneten Schaltungsträgers angeordnet. Das Kühlsystem weist eine Kühl- platte auf, die schwenkbar an einer der Steckkontaktleisten im Bereich eines Leistungshalbleiterbauteils montiert ist.

Diese Kühlplatte kann um eine Achse, parallel zur Steckkon- taktleiste, geschwenkt werden und weist eine von dem Halblei- terbauteil weggeschwenkte erste Montage-und Wartungsposition auf. In einer zweiten Kühl-und Betriebsposition ist die Kühlplatte an das Leistungshalbleiterbauteil angepresst.

Ein derartiges Kühlsystem hat den Vorteil, dass die Wärmever- teilung und die Wärmeabfuhr der Verlustwärme des Leistung- halbleiterbauteils unmittelbar und direkt an der Wärmequelle, nämlich an dem Leistungshalbleiterbauteil, wirkt. Die Kühl- platte ist einerseits eine Wärmesenke, die einen hohen Anteil der Verlustwärme des Leistungshalbleiterbauteils aufnehmen kann. Außerdem weist sie einen niedrigen Wärmeübergangswider- stand zu der Umgebung auf, so dass mit einer intensiven Wär- meabstrahlung und damit Kühlung der Kühlplatte gerechnet wer- den kann.

Ein weiterer Vorteil ist es, dass die Kühlplatte nicht unmit- telbar als Wärmesenke auf dem Leistungshalbleiterbauteil auf-

geklebt ist, sondern vielmehr einen schwenk-oder kippbaren Bestandteil der Steckkontaktleiste bildet. Der Kippmechanis- mus ist so gestaltet, dass die Kühlpatte zwei stabile Lagen oder Positionen einnehmen kann, wenn sie um ihre Kippachse geschwenkt wird. In der ersten Position, der sogenannten Mon- tage-und Wartungsposition, gibt die Kühlplatte den Weg frei, um eine Leiterplatte mit ihren Halbleiterbauteilen in die Steckkontaktleiste einführen zu können. In der zweiten Posi- tion, der sogenannten Kühl-und Betriebsposition, berührt die Oberseite der Kühlplatte auf das Leistungshalbleiterbauteil und bildet einen niedrigen Wärmeübergangswiderstand von dem Leistungshalbleiterbauteil zu der Kühlplatte. Diese zweite Kühl-und Betriebsposition kann gleichzeitig genutzt werden, um die Leiterplatte in der Steckkontaktleiste zu verriegeln.

Dazu kann die Kühlplatte in vorteilhafter Weise einen Schnappverschluss oder Schnapphaken aufweisen, der über den Rand der Leiterplatte hinausragt und mit der Kühlseite der Kühlplatte einen Winkel von 90° so dass die Leiterplatte in der Steckkontaktleiste des Schaltungsträgers arretiert ist.

Während, ohne eine derartige Kühlplatte, die Wärmeabfuhr über die Steckkontaktleiste zu dem übergeordneten Schaltungsträger beschränkt ist, wird nun dieser Wärmeübergang verbessert und gleichzeitig wird die Abgabe von Wärme an die Umgebung inten- siviert. Während die Gehäuse der Halbleiterbauteile aus Kera- mik oder Kunststoff aufgebaut sind, ist ein vorteilhaftes Ma- terial für die Kühlplatte Kupfer, Aluminium oder Legierungen derselben. Diese Metalle verfügen über eine hohe Wärmeleitfä- higkeit und können durch Einschwärzen ihrer Oberflächen auch in ihrer Wärmeabstrahlung verbessert werden, so dass ein Kühlluftstrom oder eine Zwangskühlung wirksamer das Leis- tungshalbleiterbauteil kühlen kann.

Da das Leistungshalbleiterbauteil einer Leiterplatte die höchste Verlustwärme entwickelt und nun direkt gekühlt wird, und somit der Kühlaufwand konzentriert auf die Wärmequelle gerichtet ist, hat dieses Kühlsystem den weiteren Vorteil, dass es für einen preisgünstigen thermischen Ausgleich zwi- schen der Wärmequelle und der Umgebung sorgt. Außerdem hat die Befestigung der Kühlplatte an der Steckkontaktleiste den Vorteil, dass das zu kühlende Leistungshalbleiterbauteil in seinen Außenabmessungen und in dem Aufbau seines Gehäuses nicht modifiziert werden muss, so dass auch die Montagekosten bei der Einführung dieses verbesserten Kühlsystems vernach- lässigbar sind. Außerdem kann auf teure auf dem Leistungs- halbleiterbauteil fixierte Wärmesenken, verzichtet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Kühlplatte auf der das Leistungshalbleiterbauteil nicht be- rührenden. Kühlplattenseite Kühlrippen aufweisen. Derartige Kühlrippen können die Kühlung intensivieren und sie können in Struktur und Ausrichtung einem außen aufgeprägten Kühlluft- strom derart angepasst werden, dass der höchstmögliche Küh- lungseffekt erreicht wird. Auch die Querschnittsform der Kühlrippen kann dahingehend optimiert werden, dass möglichst ein niedriger Wärmeübergang zwischen dem Kühlluftstrom und der Kühlplatte geschaffen wird. Ferner wird durch die Kühl- rippen die Wärmesenke vergrößert.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vor- gesehen, dass die Kühlplatte auf ihren Randseiten angebrachte Kühlgitterstrukturen aufweist. Diese Kühlgitterstrukturen können aufgrund der Schwenkbarkeit der Kühlplatte in Bezug auf die eingesteckte Leiterplatte zusammen mit der Kühlplatte von den Halbleiterbauteilen auf der Leiterplatte in die erste Position für Wartung-und Montage geschwenkt werden, so dass

die Leiterplatte ohne Probleme in die Steckkontaktleiste ein- geführt werden kann. In der zweiten Position der Kühlplatte erstreckt sich nun die Kühlwirkung auf die zu dem Leistungs- halbleiterbauteil benachbarten Halbleiterbauteile. Eine der- artige Kühlgitterstruktur kann aus rechtwinklig zueinander angeordneten metallischen Leisten'oder Kühlrippen bestehen.

Ferner kann die endgültige Gitterstruktur mit der Kühlplatte aus einem Kühlblech ausgestanzt sein. Mit den angebrachten Kühlgitterstrukturen wird die wärmeabstrahlende Oberseite der Kühlpatte vergrößert und die Wärmeverteilung über die gesamte Leiterplatte verteilt, wobei nun auch die benachbarten Halb- leiterbauteile mitgekühlt werden können. Außerdem entstehen leichte Verwirbelungen an den Kühlgitterstrukturen, welche die Intensität der Kühlung des aufgezwungenen Kühlluftstromes vergrößert.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann eine Kühlgitterstruktur an der oberen Randseite der Kühlplatte an- geordnet sein, und über die Leiterplatte hinausragen, und in einen Kühlluftstrom hineinragen. Diese Lösung ist von den Ge- gebenheiten des zur Verfügung stehenden Geräteinnenraumes ab- hängig, da sich die erforderliche Fläche pro Leiterplatte er- höht, nämlich um die Größe des an dem oberen Rand der Kühl- platte angebrachten Kühlgitters. Ein derartig ausgeführtes Kühlsystem hat den Vorteil, dass ein Kühlluftstrom der ortho- gonal zur Ausrichtung der Leiterplatten durch das zu kühlende Gerät hindurch geführt wird, nun durch die Kühlgitterstruktur hindurch strömen muss, womit die Kühlwirkung der Kühlplatte weiter erhöht werden kann.

Je nach dem, wie die zusätzlichen Kühlgitterstrukturen ange- ordnet sind, wird ein den Kühlluftstrom erzeugendes Kühlluft- stromgerät, in dem zu kühlenden Gerät angeordnet. Dabei kann

die Zwangskühlung parallel oder orthogonal zu den Steckkon- taktleisten des zu kühlenden Gerätes angeordnet sein. Eine orthogonale Anordnung ist von Vorteil, wenn eine Kühlgitter- struktur über die Leiterplatten hinausragt und in den Kühl- luftstrom hineinragt, weil damit die Kühlung intensiviert wird.

Bei einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist das Kühl- system zwei einander gegenüberstehende Kühlplatten auf, die schwenkbar an einer Steckkontaktleiste im Bereich des Leis- tungshalbleiterbauteils angeordnet sind. Ein derartiges Kühl- system hat den Vorteil, dass die Kühlplatte nicht einseitig in der Kühl-und Betriebsposition gegen die Leiterplatte drückt, sondern dass dieser Druck von der zweiten Kühlplatte auf der gegenüberliegenden Seite neutralisiert wird, so dass die Leiterplatte selbst mechanisch nicht belastet wird. Dar- über hinaus hat diese Lösung den Vorteil, dass eine derartige Leiterplatte beidseitig bestückt sein kann, mit entsprechen- den Leistungshalbleiterbauteilen und Speicherbauteilen. Damit kann praktisch die Speicherdichte verdoppelt werden, ohne dass die Gefahr einer Überhitzung des mit Halbleiterbauteilen dicht gepackten Gerätes besteht.

Ein Verfahren zur Kühlung eines Gerätes mit Leistungshalblei- terbauteilen weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf.

Zunächst werden schwenkbare Kühlplatten auf vorgesehene Steckkontaktleisten in dem Bereich von Leistungshalbleiter- bauteilen in einer ersten Montage-und Wartungsposition mon- tiert. Dabei kann. die Steckkontaktleiste bereits auf einem übergeordneten Schaltungsträger angeordnet sein. Anschließend werden die Leiterplatten mit Leistungshalbleiterbauteilen auf den Steckkontaktleisten angebracht und die Kühlplatte wird um eine Achse parallel zu der Steckkontaktleiste in eine zweite

Kühl-und Betriebsposition verbracht. In dieser zweiten Posi- tion liegt die Kühlplatte auf dem Leistungshalbleiterbauteil auf. Um eine Zwangskühlung oder aktive Kühlung zu ermögli- chen, wird ein Kühlluftstrom erzeugendes Gerät derart ausge- richtet, dass der Kühllüftstrom parallel oder senkrecht zu den Steckkontaktleisten strömt. Über entsprechende Thermosen- soren wird sichergestellt, dass beim Überschreiten einer kri- tischen Temperatur der Kühlluftstrom eingeschaltet wird, um das Gerät entsprechend zu temperieren.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass das erfindungsgemäße Kühlsystem nachfolgende Vorteile aufweist.

1. Das Kühlsystem liefert einen selektiven und ausgezeichne- ten thermischen Pfad von extrem wärmebildenden Komponenten zu einem übergeordneten Schaltungsträger, wie einer Plati- ne eines Computers, als auch durch Wärmeabgabe in die Um- gebung, wobei eine Querübertragung der Wärme auf empfind- liche Nachbarkomponenten, der extrem wärmebildenden Kompo- nenten, vermieden wird.

2. Diese thermische Lösung ist nicht fixiert an die Leiter- platte eines Speichermoduls, sondern sie ist in die Steck- kontaktleistenkonstruktion des Schaltungsträgers integ- riert, ohne direkt auf dem Schaltungsträger montiert zu sein. Weder der Schaltungsträger noch die Leiterplatten müssen für dieses Kühlsystem modifiziert werden. Lediglich die Steckkontaktleisten sind mit einem Schwenkmechanismus auszurüsten.

3. Da die Kühlplatte in Form einer Klammer direkt die Rück- seite der Leistungshalbleiterbauteile kontaktiert, ergibt sich ein sehr guter thermischer Pfad, sowohl in Richtung auf die Umgebung des Moduls, als auch in den übergeordne- ten Schaltungsträger hinein.

4. Der thermische Pfad von dem Leistungshalbleiterbauteil in eine klammerförmige Kühlplatte ist weiterhin wirkungsvol- ler, als bisher bekannte Lösungen, zumal die Kühlplatte als Klammer, sowohl als Wärmesenke, als auch als Wärmever- teiler wirkt.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine schematische, perspektivische. Ansicht ei- nes Kühlsystems, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ; Figur 2 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht ei- nes Kühlsystems, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ; Figur 3 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht ei- nes Kühlsystems, gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Figur 1 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht ei- nes Kühlsystems 22, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Basis dieses Kühlsystems 22 bildet ein Schal- tungsträger 10, der mit. einer übergeordneten Schaltung verse- hen ist wie es für Computeranlagen üblich ist. Auf dem Schal- tungsträger 10 sind Steckkontaktleisten 7,8 und 9 parallel ausgerichtet und angeordnet. In den Steckkontaktleisten 7,8 und 9 stecken Leiterplatten 4, 5 und 6, wobei jede Leiter- platte mit neun Speicherbauteilen 17 und einem zentral ange- ordneten Leistungshalbleiterbauteil 1, 2 oder 3 bestückt ist.

Das Kühlsystem 22 sorgt bei Bedarf für einen Kühlluftstrom L in der angegebenen Pfeilrichtung, der die Leiterplatten 4,5

und 6 mit ihren Speicherbauteilen 17 und Leistungshalbleiter- bauteile 1, 2 oder 3, kühlt.

An den Positionen der Leistungshalbleiterbauteile 1, 2 und 3 sind zusätzlich Kühlplatten 11,12 und 13 angeordnet, die mit den Steckkontaktleisten 7,8 und 9 schwenkbar um eine Achse 14 verbunden sind. Die Steckkontaktleiste 7 weist eine Kühl- platte 11 einer ersten Montage-und Wartungsposition W auf, in der die Kühlplatte 11 um die Achse 14 von der Leiterplatte 4 weggeschwenkt ist, so dass die Leiterplatte 4 in die Steck- kontaktleiste 7 eingesteckt werden kann, oder von ihr abgezo- gen werden kann. Um die Kühlfunktion der Kühlplatte 11 voll zu entfalten, wird nach dem Einstecken der Leiterplatte 4 in die Steckkontaktleiste 7, die Kühlplatte 11 in eine zweite Kühl-und Betriebsposition K gebracht, wobei eine Oberseite der Kühlplatte 11 auf das Gehäuse des Leistungshalbleiterbau- teils gepresst wird.

Nach diesem Klammervorgang bildet die Kühlplatte 11 sowohl eine Wärmesenke, als auch eine Wärmeverteilungsplatte für das Leistungshalbleiterbauteil 1. Die Wärme einer Kühlplatte 13 in der zweiten Position wird in Pfeilrichtung B über die Steckkontaktleiste zu dem übergeordneten Schaltungsträger 10 einerseits abgeleitet, und andererseits erfolgt eine Wärmeab- strahlung in Pfeilrichtung A von der Kühlplatte 13. Dabei wird die Wärmeabfuhr durch den Kühlluftstrom L in Pfeilrich- tung Z intensiviert.

Der Kühlluftstrom wird von einem nicht gezeigten Kühlgebläse erzeugt, das so ausgerichtet ist, dass der Kühlluftstrom L parallel zu der Ausrichtung der Leiterplatten 4,5 und 6 strömt. Um die Kühlwirkung des Kühlluftstromes L zu erhöhen, kann die nicht in Kontakt mit dem Leistungshalbleiterbautei-

len 1, 2 und 3 befindliche Oberseite 15 der Kühlplatten 11, 12 und 13 mit Kühlrippen ausgestattet sein, die parallel zu dem Kühlluftstrom L ausgerichtet sind.

Dieses Kühlsystem 22 hat einerseits den Vorteil, dass es nicht an dem Leistungshalbleiterbauteil 1, 2 oder 3 selbst fixiert ist und andererseits den Vorteil, dass die Kühlwir- kung weiter intensiviert werden kann, indem auf beiden Seiten der Leiterplatten 4,5 und 6 Kühlplatten vorgesehen werden, die aufeinander zu gekippt werden können. Mit dieser weiteren Lösung ist der Vorteil verbunden, dass die Leiterplatten 4,5 und 6 beidseitig bestückt sein können und somit die Speicher- dichte dieser Speichereinheit weiter erhöht werden kann ohne das Gerät thermisch zu überlasten.

Figur 2 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht ei- nes Kühlsystems 23, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen, wie in Figur 1, werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.

In dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung wird die Kühlfläche der Kühlplatten 11,12 und 13 durch Kühlgitter- strukturen 16, die auf den Randseiten 20 und 21 der Kühlplat- te 12 fixiert sind, vergrößert. Durch diese Kühlgitter 16, die gemeinsam mit den Kühlplatten 11,12 und 13 in die Monta- ge-und Wartungsposition W oder in die Kühl-und Betriebspo- sition K geschwenkt werden können, wird der Kühleffekt des Kühlluftstromes L'strömenden Kühlluft weiter intensiviert.

Dabei werden zusätzlich zu der Abstrahlung in Richtung A, die von der Kühlplatte 12 ausgeht weitere Abstrahlungen durch die Kühlgitterstrukturen 16 in Pfeilrichtung C ermöglicht. Diese Variante des erfindungsgemäßen Kühlsystems ist raumsparend

und benötigt kein zusätzliches Gerätevolumen, sondern kann auf die Ausmaße der Steckkontaktleisten 7,8 und 9 begrenzt bleiben. Eine weitere hier nicht gezeigte Möglichkeit besteht darin, dass die Kühlplatten. 11, 12 und 13 in der zweiten Kühl-und Betriebsposition K die Leiterplatten 4,5 und 6 derart fixieren, dass ihre Steckpositionen in der Steckkon- taktleiste 7,8 oder 9 gesichert bleiben. Die Richtung Z der Zwangskühlung, die auch aktive Kühlung genannt wird, bleibt in dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung in gleicher Weise ausgerichtet, wie in der ersten Ausführungsform der Er- findung, die in Figur 1 gezeigt wird.

Figur 3 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht ei- nes Kühlsystems 24, gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen, wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen ge- kennzeichnet und nicht extra erörtert.

Die dritte Ausführungsform der Erfindung setzt voraus, dass die zu kühlende Speichereinheit in ihrer Höhe nicht begrenzt ist. Der Unterschied zu den vorhergehenden Lösungen liegt darin, dass die Kühlwirkung weiter intensiviert wird, indem eine Kühlgitterstruktur 18 an der oberen Randseite 19 der Kühlplatten 11,12 und 13 fixiert wird, oder mit den Kühl- platten 11,12 und 13 eine einstückige Einheit bildet, so dass die Kühlgitterstruktur 18 über den oberen Rand 25 der Leiterplatten 4,. 5 und 6 hinausragen. Neben den bisher mögli- chen Wärmeabstrahlung in Richtung B auf den Schaltungsträger 10 zu, die Wärmeableitung A direkt von der Fläche der Kühl- platte, und die Wärmeabstrahlung C senkrecht zur Kühlgitter- struktur 18, kommt bei dieser Lösung noch eine weitere Wärme- abfuhrmöglichkeit in den Pfeilrichtungen D hinzu, die eine seitliche Wärmeabstrahlung von den Kühlgitterstrukturen 18

ermöglichen. Da ferner der Kühlluftstrom L in Richtung Z der Zwangskühlung durch die Kühlgitterstrukturen 18 hindurch- tritt, wird für eine erhöhte intensive Wärmeabfuhr bei dieser dritten Ausführungsform der Erfindung eines Kühlsystems 24 gesorgt.