DE19514544A1 - Micro cooling mounting unit for electronic device - Google Patents

Micro cooling mounting unit for electronic device

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Abstract

The micro cooling system has a laminated structure formed with top and bottom plates (1) between which are strip elements that allow fluid flow channels (12) to be formed in parallel. Wedge shaped channels are formed that feed these parallel channels and a cooling fluid is supplied (4) to one of them and exits (5) from the other. The shape of the inlet and outlet channels provide uniform cooling conditions. The electronic components are mounted on the outer surface of the plates.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrokühleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie aus der gattungsbildenden DE 43 11 839 A1 als bekannt hervorgeht.The invention relates to a micro cooling device according to the Preamble of claim 1, as derived from the generic DE 43 11 839 A1 emerges as known.

Aus der DE 43 11 839 A1 ist eine Mikrokühleinrichtung bekannt, die zur Aufnahmen von elektronischen Bauelementen geeignet ist. Als Bauelemente werden Dioden, Transistoren, Thyristoren und dgl., kapazitive und induktive sowie parasitäre und supraleiten­ de elektronische Bauelemente sowie Schaltungen aus den bereits genannten Bauelementen bezeichnet. Insbesondere in der Computer­ technik bzw. in der elektronischen Datenverarbeitung ist es vielfach erwünscht, möglichst platzsparend derartige Bauelemente bspw. innerhalb eines Gehäuses anzuordnen. Bei derartig kompak­ ten integrierten Schaltkreisen ist stets das Problem vorhanden, daß die im Betrieb anfallende dissipative Wärme abgeführt werden muß.A microcooling device is known from DE 43 11 839 A1, which is suitable for holding electronic components. Diodes, transistors, thyristors and Like., capacitive and inductive as well as parasitic and superconductors de electronic components and circuits from the already called components. Especially in the computer technology or in electronic data processing often desired, such space-saving components as possible For example, to be arranged within a housing. With such a compact Integrated circuits always have the problem that the dissipative heat generated during operation is dissipated got to.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgemäß zugrundege­ legte Mikrokühleinrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Kühlung von auf Mikrokühleinrichtungen angeordneten elektro­ nischen Bauelementen verbessert ist.The object of the invention is that of the generic type put microcooling equipment to further develop that the cooling of electro arranged on micro cooling devices African components is improved.

Die Aufgabe wird bei einer Mikrokühleinrichtung mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die erfin­ dungsgemäße Ausbildung des Zu- und Abströmkanals ist es möglich, die Kanalstruktur der Mikrokühleinrichtung mit dem Kühlmedium mit über deren Fläche etwa gleicher Strömung zu durchströmen. Durch die etwa gleiche und über die Fläche der Mikrokühleinrich­ tung parallele Durchströmung erfolgt ein etwa gleicher Volumen­ fluß an Kühlmedium in der Kanalstruktur. Diese auf der erfin­ dungsgemäßen Ausgestaltung der Erfindung beruhende Durchströmung bewirkt, daß die bestückte Fläche der Mikrokühleinrichtung eine weitgehend gleichmäßige Temperatur aufweist. Dadurch ist auch die Kühlwirkung bezüglich der einzelnen elektronischen Bauele­ mente miteinander vergleichbar, wodurch deren u. a. Bestückungs­ dichte erhöht und/oder die benötigte Fläche der Mikrokühlein­ richtung verringert werden kann.The task is with a micro cooling device with the kenn Drawing features of claim 1 solved. By inventing proper design of the inflow and outflow channel, it is possible the channel structure of the microcooling device with the cooling medium to flow with approximately the same flow over their surface. By about the same and over the area of the micro cooling device  parallel flow, the volume is approximately the same flow of cooling medium in the channel structure. This on the inventions flow according to the invention causes the populated area of the micro cooler to largely uniform temperature. This is also the cooling effect with regard to the individual electronic components elements comparable to each other, whereby their u. a. Assembly density increases and / or the required area of the microcooler direction can be reduced.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar. Im übrigen wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen erläu­ tert. Dabei zeigtFurther expedient embodiments of the invention are the Removable subclaims. Otherwise, the invention is based on of exemplary embodiments illustrated in the figures tert. It shows

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf eine Mikrokühleinrich­ tung mit entfernter Deckschicht und Fig. 1 is a perspective view of a Mikrokühleinrich device with the cover layer removed and

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Mikrokühleinrichtung entlang der Linie II-II. Fig. 2 shows a section through a micro-cooling device along the line II-II.

In Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Mikrokühlein­ richtung 2 dargestellt, bei der zur besseren Anschaulichkeit ei­ ne die Kanalstruktur der Mikrokühleinrichtung 2 dichtend bedec­ kende Deckschicht 1 entfernt ist. Die Mikrokühleinrichtung 2 ist zur Kühlung von auf einer ihrer Flachseiten oder auf beiden ih­ rer Flachseiten angeordneten elektronischen Bauelementen 3 vor­ gesehen.In Fig. 1 is a perspective view of a Mikrokühlein device 2 is shown, in which egg ne the channel structure of the microcooling device 2 sealing covering cover layer 1 is removed for better clarity. The microcooling device 2 is seen for cooling electronic components 3 arranged on one of its flat sides or on both its flat sides.

Die im Innern der Mikrokühleinrichtung 2 angeordnete Kanalstruk­ tur ist über Zuström- 11 und über Abströmöffnungen 12 von einem Kühlmedium durchströmbar.The arranged in the interior of the micro-cooling device 2 channel structure can be flowed through by a cooling medium via inflow 11 and outflow openings 12 .

Zur gleichmäßigen Durchströmung der Kanalstruktur der Mikrokühl­ einrichtung 2 weist die Mikrokühleinrichtung 2 ferner einen se­ paraten Zuström- 4 und einen separaten Abströmkanal 5 auf. Der Zuströmkanal 4 ist zuströmseitig mit allen Zuströmöffnungen 11 der Kanalstruktur der Mikrokühleinrichtung 2 und der Abström­ kanal 5 abströmseitig mit allen Abströmöffnungen 12 der Kanal­ struktur der Mikrokühleinrichtung 2 fluidisch verbunden. Durch diese Ausgestaltung ist der Zuströmkanal 4 über die Kanalstruk­ tur der Mikrokühleinrichtung 2 mit dem strömungsseitig gegen­ überliegend angeordneten Abströmkanal 5 verbunden.For uniform flow through the channel structure of the microcooling device 2 , the microcooling device 2 also has a separate inflow channel 4 and a separate outflow channel 5 . The inflow channel 4 is fluidly connected on the inflow side to all inflow openings 11 of the channel structure of the microcooling device 2 and the outflow channel 5 on the outflow side to all outflow openings 12 of the channel structure of the microcooling device 2 . With this configuration, the inflow duct 4 is connected via the duct structure of the microcooling device 2 to the outflow duct 5 arranged on the flow side against it.

Der Zuströmkanal 4 weist einen sich in Strömungsrichtung (Pfeil A) des Kühlmediums verkleinernden durchströmbaren Querschnitt und der Abströmkanal 5 einen sich in Strömungsrichtung (Pfeil A) des Kühlmediums erweiternden Querschnitt auf. Die Querschnitts­ veränderung des Zuströmkanals 4 ist auf das Volumen des in die Kanalstruktur abfließenden Kühlmediums abgestimmt, während die Querschnittsveränderung des Abströmkanals 5 dagegen auf das Volumen des aus der Kanalstruktur der Mikrokühleinrichtung 2 ab­ strömenden Kühlmediums abgestimmt ist.The inflow channel 4 has a cross-section that can be flowed through in the flow direction (arrow A) of the cooling medium and the outflow channel 5 has a cross section that widens in the flow direction (arrow A) of the cooling medium. The change in cross section of the inflow channel 4 is matched to the volume of the cooling medium flowing into the channel structure, while the change in cross section of the outflow channel 5 , on the other hand, is matched to the volume of the cooling medium flowing from the channel structure of the microcooling device 2 .

Eine gute, insbesondere an allen Orten der zu kühlenden Flach­ seite etwa gleichmäßige Durchströmung der Kanalstruktur ist dann gegeben, wenn die Einströmöffnung 7 für das Kühlmedium in den Zuströmkanal 4 strömungsseitig diametral gegenüberliegend der Ausströmöffnung 8 des Kühlmediums aus dem Abströmkanal 5 ange­ ordnet ist.A good, in particular at all locations of the flat side to be cooled approximately uniform flow through the channel structure is given when the inflow opening 7 for the cooling medium in the inflow channel 4 on the flow side diametrically opposite the outflow opening 8 of the cooling medium from the outflow channel 5 is arranged.

Zweckmäßigerweise ist hierzu die Kanalstruktur durch einzelne Kanäle 6 ausgebildet, die räumlich voneinander getrennt und etwa parallel zueinander ausgerichtet sind. Ferner werden die Kanäle 6 einer Kanalstruktur parallel, also gleichzeitig zueinander von dem Kühlmedium durchströmt.For this purpose, the channel structure is expediently formed by individual channels 6 , which are spatially separated from one another and aligned approximately parallel to one another. Furthermore, the channels 6 of a channel structure are flowed through in parallel, that is to say simultaneously with one another, by the cooling medium.

Zur Nachrüstung von Mikrokühleinrichtungen 2 ist der Zuström- 4 und der Abströmkanal 5 zweckmäßigerweise in jeweils einem Bau­ teil 9 und 10 angeordnet, die dichtend an die die entsprechenden Zuström- 11 bzw. Abströmöffnungen 12 der Kanäle 6 der Kanal­ struktur aufweisenden Stirnseiten der Mikrokühleinrichtung 2 an­ geordnet sind. For retrofitting of micro cooling devices 2, the inflow 4 and the outflow duct 5 expediently in each case a construction is part 9, and 10, which sealingly engages the corresponding inflow 11 and outflow openings 12 of the channels 6 on the channel structure having end faces of the micro-scaled cooling means 2 are ordered.

Bei neu herzustellenden Mikrokühleinrichtungen 2 ist es zweck­ mäßig, den Zuström- 4 und den Abströmkanal 5 in einem im wesent­ lichen die Kanalstruktur aufweisenden Grundsubstrat der Mikro­ kühleinrichtung 2 anzuordnen, welches Grundsubstrat zur Ausbil­ dung einer geschlossenen Kanalstruktur der späteren Mikrokühl­ einrichtung 2 mit einer Deckschicht 1 versehen wird, die auf der die offene Kanalstruktur aufweisenden Flachseite des Grundsub­ strats angeordnet wird.In newly manufactured microcooling devices 2 , it is appropriate to arrange the inflow channel 4 and the outflow channel 5 in a basic substrate of the microcooling device 2 which has the channel structure, which basic substrate for forming a closed channel structure of the later microcooling device 2 with a covering layer 1 is provided, which is arranged on the flat side of the base substrate having the open channel structure.

Die Deckschicht 1 ist günstigerweise aus einem elektrisch iso­ lierenden und gut wärmeleitenden Material, insbesondere polykri­ stallinem Diamant, gebildet. Dadurch ist in gute wärmeleitender Weise eine direkte Anordnung der Bauelemente auf der/den Flachseite (n) der Mikrokühleinrichtung ermöglicht.The cover layer 1 is advantageously made of an electrically insulating and good heat-conducting material, in particular polycrystalline diamond. This enables a direct arrangement of the components on the flat side (s) of the microcooling device in a good heat-conducting manner.

In sinnvoller weiterer Ausgestaltung können hierbei, eine annä­ hernd monokristalline Ausbildung der Deckschicht(en) 1 voraus­ gesetzt, die Bauelemente 3 auf der/den Flachseiten der Mikro­ kühleinrichtung 2 epitaktisch aufgetragen sein.In a sensible further embodiment, an approximately monocrystalline design of the cover layer (s) 1 can be assumed, the components 3 can be applied epitaxially on the flat sides of the micro-cooling device 2 .

Günstigerweise weist die Mikrokühleinrichtung 2 auf ihren beiden Flachseiten eine derartige, die Kanalstruktur dichtend bedecken­ de Deckschicht 1 auf, wodurch die Mikrokühleinrichtung 2 mit gleichen Vorteilen beidseitig mit elektronischen Bauelementen 3 bestückbar ist. Hierbei ist es sinnvoll, die elektronischen Bau­ elemente 3 oberhalb der Kanäle 6 der Kanalstruktur anzuordnen, da hier der kürzeste Weg für den Wärmefluß aus den elektroni­ schen Bauelementen 3 hin zum Kühlmittel, das insbesondere ein Gemisch aus Wasser und einer gefrierpunktserniedrigenden Substanz ist, vorliegt.Conveniently, the microcooling device 2 has on its two flat sides such a cover layer 1 , which sealingly covers the channel structure, whereby the microcooling device 2 can be equipped with the same advantages on both sides with electronic components 3 . It makes sense to arrange the electronic construction elements 3 above the channels 6 of the channel structure, since here the shortest path for the heat flow from the electronic components 3 to the coolant, which is in particular a mixture of water and a freezing point-lowering substance, is present.

Claims (5)

1. Mikrokühleinrichtung zur Kühlung von auf ihm angeordneten elektronischen Bauelementen, mit einer in der Mikrokühleinrich­ tung angeordneten Kanalstruktur, welche von einem Kühlmedium durchströmbar ist und Zuströmöffnungen sowie den Zuströmöff­ nungen strömungsseitig gegenüberliegende Abströmsöffnungen für das Kühlmedium aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zu- (4) bzw. Abströmkanal (5) zu- bzw. abströmseitig mit allen Zu- (11) bzw. Abströmöffnungen (12) der Kanalstruktur der Mikrokühleinrichtung (2) fluidisch verbunden ist,
daß der Zuströmkanal (4) einen sich in Strömungsrichtung (Pfeil A) des Kühlmediums verkleinernden lichten Querschnitt aufweist, und
daß Abströmkanal (5) einen sich in Strömungsrichtung (Pfeil A) des Kühlmediums erweiternden Querschnitt aufweist.1. microcooling device for cooling electronic components arranged on it, with a channel structure arranged in the micro cooling device, through which a cooling medium can flow and which has inflow openings and the inflow openings on the flow side opposite outflow openings for the cooling medium, characterized in that
that the inflow ( 4 ) or outflow channel ( 5 ) on the inflow or outflow side is fluidly connected to all inflow ( 11 ) or outflow openings ( 12 ) of the channel structure of the microcooling device ( 2 ),
that the inflow channel ( 4 ) has a clear cross-section which diminishes in the direction of flow (arrow A) of the cooling medium, and
that the outflow channel ( 5 ) has a cross section widening in the flow direction (arrow A) of the cooling medium. 2. Mikrokühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmöffnung (7) für das Kühlmedium in den Zuström­ kanal (4) strömungsseitig diametral gegenüberliegend der Aus­ strömöffnung (8) des Kühlmediums aus dem Abströmkanal (5) ange­ ordnet ist.2. Microcooling device according to claim 1, characterized in that the inflow opening ( 7 ) for the cooling medium in the inflow channel ( 4 ) on the flow side diametrically opposite the flow opening ( 8 ) of the cooling medium from the outflow channel ( 5 ) is arranged. 3. Mikrokühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalstruktur einzelne durchgehend glattwandige begrenz­ te Kanäle (6) aufweist, die räumlich voneinander getrennt und etwa parallel zueinander ausgerichtet sind. 3. Micro cooling device according to claim 1, characterized in that the channel structure has individual continuous smooth-walled limited channels ( 6 ) which are spatially separated from one another and aligned approximately parallel to one another. 4. Mikrokühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrokühleinrichtung (2) beidseitig mit elektronischen Bauelementen (3) bestückt ist.4. Micro-cooling device according to claim 1, characterized in that the micro-cooling device ( 2 ) is equipped on both sides with electronic components ( 3 ). 5. Mikrokühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Zuströmkanal (4) enthaltendes Bauteil (9) und/oder ein den Abströmkanal (5) enthaltendes Bauteil (10) stirnseitig an die Mikrokühleinrichtung (2) im Bereich der Zu- (11) bzw. Abströmöffnungen (12) der Kanalstruktur dichtend befestigt, vor­ zugsweise angelötet ist.5. Microcooling device according to claim 1, characterized in that a component ( 9 ) containing the inflow channel ( 4 ) and / or a component ( 10 ) containing the outflow channel ( 5 ) at the end face of the microcooling device ( 2 ) in the region of the inlet ( 11 ) or outflow openings ( 12 ) of the channel structure in a sealing manner, preferably before being soldered on.
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