DE69211538T2

DE69211538T2 - Ein gehäuse für packungen elektrischer schaltungen

Info

Publication number: DE69211538T2
Application number: DE69211538T
Authority: DE
Inventors: Lars Carlstedt
Original assignee: PILED ELECTRONICS I PARTILLE A
Current assignee: PILED ELECTRONICS I PARTILLE A
Priority date: 1991-03-01
Filing date: 1992-02-26
Publication date: 1997-01-09
Anticipated expiration: 2012-02-27
Also published as: AU1336392A; ZA921529B; SE9100596D0; WO1992016092A1; JPH06504879A; EP0573533B1; EP0573533A1; DE69211538D1; TW222365B; IL101108A0; US5404270A; CN1064767A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse, das eine Vielzahl von elektrischen Leiterpiatten sowie federnde Stütz- und Kühleinheiten fabt und eine Kombination eines Gehuses, das eine Kühlanordnung umfabt, mit einer Vielzahl von elektrischen Leiterplatten, die in dem Gehäuse untergebracht sind.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In den meisten Gehäusen zur Unterbringung von Elektronik müssen vier wesentliche Aspekte erwogen werden, nämlich wie der Elektronik Energie zuzuführen ist, wie die Elektronik elektrisch anzuschlieben ist, wie die Elektronik mechanisch zu stützen ist und wie die Elektronik zu kühlen ist.

Stand der Technik

Die veröffentlichung DE 33 21 320 beschreibt eine Käfiganordnung mit einem Stapel von elektrischen Leiterplatten. Bei dieser Käfiganordnung sind Leiterplatten fest mit Rahmen des Käfigs verbunden. In der Veröffentlichung "Patent Abstracts of Japan", Band 15, Nr. 159, E 59, Zusammenfassung der JP 3-30399, veröffentlicht am 8. Februar 1991 wird eine flexible Kühltasche prinzipiell beschrieben, wobei die Kühltasche so angeordnet ist, um ihr zugewandt angeordnete elektrische Schaltkreise zu kühlen.
Die Veröffentlichung GB-A-1 231 268 beschreibt eine "Entfernbare Verbindungsanordnung für gedruckte Leiterplatinen", die in einem sogenannten Flachkabel Bindungsmittel und Leiter aufweist, das Verbinder nebeneinander angeordnet hat und zusammengefaltet in das Innere einer Vielzahl von U-förmigen Haltern eingeschoben ist, um gedruckte Schaltkreisplatinen zu halten, um Kontakte mit den besagten Verbindern herzustellen.
Die Veröffentlichung CH-A-422 937 beschreibt erste Rahmen zur Halterung elektrischer Leiterplatten in einer Käfigkonfiguration und zweite Rahmen zur weiteren Befestigung der ersten käfigmäßigen elektrischen Schaltkreisanordnung. Kühlung erfolgt mittels normaler Konvektion von Luft, die Platinen werden vertikal montiert.

Energieversorgung

Bisher wurde Energie entweder zur Verfügung gestellt durch Integration einer Energieversorgung im Gehäuse, wobei Energie über interne Leitungen und/oder Drähte weitergeleitet wird, oder mittels einer externen Energiequelle, von der Energie über externe Drähte und Anschlüsse des Gehäuses über interne Drähte und mögliche interne Verbinder an die Elektronik gelangen kann. Ein Problem bei diesen Techniken war die Zuverlässigkeit. Falls eine externe Energiequelle für ein gesamtes System verwandt wird, das mehrere Gehäuse umfassen kann, konnte der Ausfall der Energiequelle den Betreib des gesamten Systems unmöglich machen. Gleichzeitig konnte der Ausfall einer internen Energiequelle zu einem vollständigen Verlust von Energie im Gehäuse führen. Eine Lösung des Problems war, die Energieversorgungen zu duplizieren, d. h. eine Energiequelle wird als Back up benutzt und die andere liefert im Betrieb die Energie. Ein wesentlicher Nachteil dieser Lösung ist, daß die Kosten für die Energieversorgung verdoppelt werden, sowohl in der Hardware als auch bei den Betriebskosten. Ein anderer Nachteil ist, daß, obwohl die Wahrscheinlichkeit für einen Totalausfall von Energie reduziert wurde, beide Versorgungen ausfallen könnten.

Elektrische Verbindungen

Um die Elektronik elektrisch zu verbinden, müssen Kontakte zwischen der Elektronik und einer Art von Verdrahtung zur Daten- und Energieübertragung hergestellt werden.
Traditionell werden elektrische Verbindungen der Elektronik über starre, feste Verbindungen vorgesehen, sowohl innerhalb des Gehäuses, das die Elektronik faßt, d. h. intern, als auch zur Umgebung, d. h. extern. Feste Verbindungen, die genutzt wurden, umfassen gelötete Verbindungen, verschiedene Anordnungen mit einem oder mehreren Kontakten, mit Steckern, die in korrespondierende Buchsen passen u.s.w. Ein Nachteil bei diesen festen Verbindungen ist ihr Mangel, thermische Ausdehnungen, schwere Vibrationen, Stöße und Unterschiede in den Toleranzen zu kompensieren. Verschiedene Materialien haben verschiedene thermische Ausdehnungen, was bei einer steifen, festen Verbindung zu Sprüngen und/oder Ausfällen aufgrund von Ermüdungen führen kann, wodurch die zu erwartende Lebensdauer verkürzt wird. Schwingungen, Stöße und Toleranzunterschiede verursachen ähnliche Probleme.
Ein anderer Aspekt, der berücksichtigt werden muß, ist wie eine Vielzahl von Stellen auf eine leichte, verläßliche und kosteneffektive Weise kontaktiert werden können. Dieser Aspekt ist insbesondere wichtig, wenn komplexe Elektroniken kontaktiert werden, die eine Vielzahl von Ein- und Ausgängen haben, die anzuschließen sind.

Kühlung

Ublicherweise wurde Kühlung durch eine Vielzahl von Wegen erzielt, von denen einige unten beschrieben werden. Wenn es zu Kühltechniken kommt, die eine Kühlflüssigkeit nutzen, ist der im wesentlichen zu berücksichtigende Aspekt bezüglich dem Kühlen von Elektronik, wie eine gute thermische Verbindung von der Elektronik zu einem Kühlfluid hergestellt werden kann, das durch eine beliebige Art von Kühlvorrichtungen vorgesehen werden kann. Das Kühlfluid könnte eine Flüssigkeit oder ein Gas, z. B. Luft, sein. Eine Möglichkeit Kühlung zu ermöglichen, die häufig benutzt wird zum Kühlen von Computerelektroniken, ist, einen Lüfter an einem äußeren Gehäuse des Computers oder außen am Computer zu integrieren, der einen Luftstrom über die Elektronik ermöglicht. Die Luft kann gekühlt oder einfach von normaler Raumtemperatur sein. Diese Technik hat eine begrenzte Kühlkapazität und ist ungeeignet zum Kühlen von Elektronik mit einer hohen Komponentendichte, was der Fall ist für hochintegrierte Schaltkreise, wo die gesamten Signalweglängen optimiert wurden bezüglich der Leistungen. Dies führte dazu, daß andere Kühltechniken mit Flüssigkeit als Kühlfluid entstanden, z. B. zum Kühlen von Supercomputern. Verschiedene Schemata wurden durch verschiedenste Hersteller angewandt, z. B.:
a) der Gebrauch von metallischen Leitern als Wärmeweg von den Chips zu einer Art von Behälter mit Kühlflüssigkeit;
b) der Gebrauch fester Behälter, z. B. metallischer Kolben (IBM) oder Röhren, die in Kontakt mit dem Chip gebracht werden können, wodurch der thermische Weg von einem Chip durch die Wände des festen Körpers zu der Kühlflüssigkeit läuft;
c) Mikrokanäle in dem Substrat vorzusehen, auf dem der Chip montiert ist, wobei Kühlflüssigkeit durch die Kanäle gepreßt wird. Dieses Schema verursacht Schwierigkeiten beim Umgehen von Leitungen, die im Substrat eingebettet sind, als auch, das zusätzliche Hardware die Komplexität erhöht.
Keine der obigen Methoden kann guten thermischen Kontakt zwischen der Kühlflüssigkeit und jedem Punkt der Oberfläche des Chips und/oder des Substrates sicherstellen.
Eine andere Kühltechnik, die benutzt wurde, umfaßt die Oberfläche eines Chips mit Flüssigkeit zu besprühen, die beim Auftreffen auf die Oberfläche verdampft.
Eine weitere Kühltechnik, die zur Kühlung gewisser Supercomputer angewandt wurde, umfaßt die gesamte Vorrichtung einschließlich der Elektronik in eine Kühlflüssigkeit zu tauchen. Die Vorrichtung muß vor Zugriff auf ein Teil der Vorrichtung getrocknet werden. Außerdem muß die benutzte Flüssigkeit hohe Anforderungen erfüllen.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der Erfindung ist, eine Gehäuse vorzusehen, das eine Vielzahl von Leitern, z. B. mit VLSI-Chips mit Abmessungen eines Wavers faßt, bei dem die Platten mit Energie versorgt werden, elektrisch verbunden sind, mechanisch gestützt und gekühlt werden. Das Gehäuse sollte schweren Umgebungsbedingungen widerstehen und die Platten vor diesen schützen können, wie z. B. Stößen, Schwingungen, z. B. 30 g, einen weiten Bereich von Temperaturen, z. B. -55 bis +40 ºC, mit entsprechenden thermischen Ausdehnungen, und Höhen, z. B. 20 km. Das Gehäuse soll weiterhin wenig Teile umfassen, geeignet sein für die Massenproduktion, einen niedrigen Preis haben und große Herstellungstoleranzen erlauben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühltechnik vorzusehen, die effektive Kühlung der Platten ermöglicht.
Noch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine flexible elektrische Verbindung der Platten vorzusehen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der Erfindung wird erreicht durch ein Gehäuse mit einer steifen Käfiganordnung, wie sie in Anspruch 1 definiert wird, und eine Kombination eines Gehäuses, das eine Kühlanordnung einschließt mit einer Vielzahl von elektrischen Leiterplatten, wie in Anspruch 14 festgelegt.
Mittels der flexiblen Wände der Kühleinheiten kann eine gute thermische Leitfähigkeit erreicht werden. Außerdem bieten die Kühleinheiten den Platten zusätzliche elastische Unterstützung, wenn sie in ein Gehäuse eingebaut werden.
Die Rahmen können mit Vorsprüngen versehen werden, die in entsprechende Schlitze passen, die auf den Stützstangen vorgesehen sind. Die Höhe der Vorsprünge bestimmt den minimalen Abstand zwischen den Platten.
Die steifen Rahmenwände ermöglichen zusätzliche Unterstützung der Platten. Außerdem richten die Rahmen die Ausdehnung der Kühleinheiten in Richtung der Platten. Die Rahmen positionieren die Platten auch durch Bestimmung der Minimalabstände zwischen ihnen.
Die Kühleinheiteneinlässe und -auslässe sind lösbar verbunden mit wenigstens einem Kühlflüssigkeitseinlasschlauch bzw. wenigstens einem Kühlflüssigkeitsauslaßschlauch. Die Schläuche werden durch die Endrahmen in Position gehalten. Die Schläuche transportieren die Kühlflüssigkeit zwischen der Kühleinheit und einer Kühlflüssigkeitsquelle.
Die Schläuche transportieren die Kühlflüssigkeit zu und von den Kühleinheiten in einer einfachen und kosteneffektiven Weise.
Gemäß einer Ausführungsform umfaßt jede Kühleinheit eine Kühltasche, die aus einem flexiblen Material hergestellt ist, das in einem Kühleinheitenrahmen gehalten wird.
Die Stapelung elektrischer Schaltkreise wird erreicht durch eine elektrische Verbindungsanordnung, die eine Vielzahl von Verbindern und Leitungsanordnungen aufweist für die elektrische Verbindung einer Vielzahl von elektrischen Schaltkreisplatten, die in einem Gehäuse angeordnet und gestapelt sind, wobei jede Verbindungsund Leitungsanordnung charakterisiert ist durch die Kombination von:
a) wenigstens einem Flachkabel mit einer Vielzahl von Datenleitungen,
Eine elektrische Verbindungsanordnung kann vorgesehen werden, durch die die flexible Verbindung leichte Plattenbewegungen erlaubt sowie auch Abmessungsunterschiede der Platten.
Gemäß einer Ausführungsform umfaßt jede Verbindungs- und Leitungsanordnung eine Vielzahl von Verbindungsanordnungen, die auf einer Mehrzahl von Rückseiten montiert sind, die an den Stützstangen befestigt sind, wobei jede Verbindungsanordnung eine Vielzahl von Leitungen für die Datenkommunikation und die Energieversorgung mit einer Vielzahl von Kontaktstellen verbindet, die an jeder Platte vorgesehen sind. Bei dieser Ausführungsform ist jede Verbinderanordnung mittels einer elastischen Kontaktfeder über einer Platte befestigt. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist jede Verbinderanordnung zwischen den Platten mittels der elastischen Kontaktfeder befestigt.
Die Verbinderanordnung erlaubt es, eine Vielzahl von Kontaktpunkten herzustellen. Jede Verbinderanordnung könnte mehrere hundert Kontaktpunkte herstellen.
Stromkabel können in einer oder mehreren Stromkabelschichten integriert werden, die in den Flachkabeln vorgesehen sind. Als eine Alternative kann ein separater Energiebus benutzt werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfaßt jede Verbindungsanordnung einen Verbinder, der mit zwei horizontalen Reihen von Kontaktfedern versehen ist. Der elektrische Kontakt zwischen den Datenleitungen eines Flachkabels und den Datenplattenkontaktstellen einer Platte wird hergestellt mittels wenigstens einigen der Vielzahl von Kontaktfedern, wobei eine Anzahl von Flachkabelkontaktstellen gegen eine entsprechende Anzahl von Datenkontaktstellen der Platte gedrückt wird, wodurch die Kontaktpunkte unter Druck gesetzt werden.
Die Kontaktfedern sehen Mittel vor, um eine Vielzahl von Kontaktpunkten herzustellen. Sie erlauben auch Dickenunterschiede der Platten.
Wenn die Stromkabel in ein Flachkabel integriert sind, wird es bevorzugt, zwischen den Kabeln und den Kontaktstellen für Energie an einer Platte auf die gleiche Weise Kontakt herzustellen wie der Kontakt zwischen den Datenleitungen und den Datenkontaktstellen, d. h. durch indirekten Kontakt mittels der Kontaktfedern und einem Flachkabel. Wenn das Stromkabel in einem separaten Energiebus vorgesehen wird, ist es zu bevorzugen, direkten Kontakt herzustellen, d. h., die Kontaktfedern sind in direktem Kontakt mit den Stromkabeln und den Energiekontaktstellen einer Platte.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Zu einem vollständigeren Verständnis der vorliegenden Erfindung und weitere Aufgaben und Vorteile davon wird nun Bezug genommen auf die folgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, bei denen
Figur 1 zeigt von einer Seite schematisch die Struktur eines Gehäuses gemäß der Erfindung;
Figur 2A zeigt von oben einen Schnitt entlang der gestrichelten Linie IIA des Gehäuses in Figur 1;
Figur 2B zeigt den oberen Teil von Figur 2A in einem vergrößerten Maßstab;
Figur 2C zeigt von oben schematisch die Struktur des Gehäuses in Figur 1;
Figuren 3A - E zeigen Seitenansichten einer ersten Verbindungsanordnung in verschiedenen Stadien des Einschubes;
Figur 3F zeigt von der Seite schematisch die Verbindungsanordnung in den Figuren 3A - E an einem Platz über der Platte;
Figuren 4A und B zeigen ein erstes Flachkabel, das in einem Gehäuse gemäß der Erfindung integriert ist;
Figur 5A zeigt von einer Seite schematisch die Struktur eines Gehäuses und den Strom eines Kühlfluids innerhalb eines Gehäuses;
Figur 5B zeigt von oben eine Kühltasche, die in einem Gehäuse gemäß der Erfindung verwandt werden könnte;
Figur 5C zeigt von einer Seite eine Kühltasche und ein Strömungsventil, die in einem Gehäuse gemäß der Erfindung benutzt werden könnten;
Figur 5D zeigt eine perspektivische Ansicht einer Kühltasche gemäß Figur 5B;
Figur 5E zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kunleinheitsrahmens, der die Kühltasche gemäß Figur 5D halten könnte;
Figur 5F zeigt eine perspektivische Ansicht eines Schlauches für den Transport von Kühlflüssigkeit;
Figur 5G zeigt von der Seite die Kühltasche gemäß Figur 5D, die entfernbar in dem Kühleinheitenrahmen der Figur 5E gehalten ist;
Figur 5H zeigt von der Seite die Kühltasche gemäß Figur 5D fest an dem Kühleinheitsrahmen von 5E befestigt;
Figur 5K zeigt die Seitenansicht einer zweiten Kühltasche;
Figur 6A zeigt von der Seite ein Energieversorgungsmittel, das in einem Gehäuse gemäß der Erfindung vorgesehen ist;
Figur 6B zeigt von oben die Energieversorgungsmittel gemäß Figur 6A;
Figur 7A zeigt von der Seite schematisch eine zweite Verbindungsanordnung an einer Stelle zwischen den Platten;
Figur 7B zeigt als perspektivische Ansicht ein zweites Flachkabel oben auf einer Platte;
Figur 7C zeigt von der Seite die zweite Verbindungsanordnung in Kontakt mit der Anordnung gemäß der Figur 7B.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Gemäß den Figuren 1, 2A und 2C ist ein Gehäuse 1 vorgesehen, das eine Vielzahl von Platten 2 aufnehmen kann. Eine Platte 2 könnte beispielsweise ein Substrat sein, das einen Chip hält und stützt oder ein anderer Behälter für elektrische Schaltkreise, wobei elektrische Verbindungen vom Chip zu den Kanten der Platte vorgesehen sein können durch Verbindungen, die in dem Substrat der Platte versenkt sind. Der Chip und demgemäß die Platte können in ihren Abmessungen variieren und sogar einen kompletten Waver einschließen. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere vorteilhaft für große Platten, die große Chips einschließen. Da die genaue Struktur der Platte kein Teil der vorliegenen Erfindung ist, wird sie nicht detailliert beschrieben.
Das Gehäuse 1 umfaßt eine Käfiganordnung, die zwei Endrahmen 3, 4 umfaßt (von denen eine in Figur 2C gezeigt ist), die miteinander mittels Stützstangen 5 verbunden sind. Wie aus der Figur 1 zu sehen ist, sind die Platten in der Käfiganordnung aufeinandergestapclt. In der beschriebenen Ausführungsform sind 16 Platten in dem Stapel und jede Platte hat eine Größe von 6 x 6 Zoll. Es ist selbstverständlich auch im Rahmen der Erfindung, ein Gehäuse vorzusehen, das eine andere Zahl von Platten aufnehmen kann, die möglicherweise von völlig anderen Abmessungen wie die beschriebenen sind. Die Anzahl der Platten könnte z. B. 17 sein. Figur 2A zeigt von oben einen Schnitt entlang der gestrichelten Linie IIA des Gehäuses 1 in Figur 1. Das Gehäuse 1 ist symmetrisch - die vier Seiten (Norden N, Süden 5, Westen W, Osten E) sehen gleich aus (siehe Figur 2A und 2C) und der Boden sieht gleich aus wie die Deckseite (siehe Figur 1). In Figur 1 sind vier Verbindungsanordnungen vorgesehen, auf der Seite N sind die Verbindungsanordnungen und die dazugehörigen Teile in Explosionsdarstellung gezeigt (siehe auch Figur 2B), auf der Seite E ist die Verbindungsanordnung an Ort und Stelle in Kontakt zwischen den Platten und einem Flachkabel 10 (in Figur 2A nicht gezeigt) hergestellt, auf der Seite 5 und der Seite W sind zwei Zwischenschritte gezeigt. Die Verbindungsanordnung wird näher erklärt in Verbindung mit den Beschreibungen der Figuren 3A - 3E.
Figur 2B zeigt dieselbe Verbindungsanordnung 27 mit den zugehörigen Teilen auf der Seite N des Gehäuses 1 wie in Figur 2A, aber vergrößert.
Das Gehäuse 1 in Figur 1, 2A und 2C umfaßt Mittel für:
a) mechanische Unterstützung der Platten,
b) Versorgung der Platten mit Energie,
c) Kühlung der Platten und
d) elektrische Verbindungen der Platten.

Mechanische Unterstützung

Die mechanischen Mittel können beispielsweise wie in Figur 1, 2A und 2C eine Käfiganordnung einschließen, die die Platten und andere Teile mechanisch stützen, die in dem Gehäuse 1 vorgesehen sind und die zwei Endrahmen 3, 4 umfassen, acht Stützstangen 5 (von denen in der Figur 1 lediglich vier zu sehen sind) und vier Rückseiten 6 (von denen lediglich drei in der Figur 1 zu sehen sind). Die mechanischen Stützmittel wirken zusammen mit den Kühlmitteln und den elektrischen Verbindungsmitteln, um die Platten elastisch zu stützen. Die Käfiganordnung wird weiter unten beschrieben.

Energieversorgung

Die Mittel zur Versorgung mit Energie können eine oder mehrere übliche Energieversorgungen umfassen. Obwohl Aspekte der Energieversorgung, die für die vorliegende Erfindung wesentlich sind, weiter unten beschrieben werden, ist die genaue Struktur nicht detailliert beschrieben, da sie nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.

Kühlung

Um für jede Platte einen thermischen Weg herzustellen, um die Wärme abzuführen, die durch die elektrischen Schaltkreise auf der Platte erzeugt wird, umfassen die Kühlmittel eine Vielzahl von Kühleinheiten, die vorzugsweise ein strömendes Kühlfluid haben, wie Flüssigkeit (z. B. Wasser) oder ein Gas (z. B. Luft). Die Kühleinheiten sind mit den Platten 2 in einem Stapel aufeinandergestapelt, bei dem eine Kühleinheit sowohl oberhalb als auch unterhalb jeder Platte 2 vorgesehen ist. Die Leitung 32 für den Einlaß und den Auslaß der Kühlflüssigkeit in oder aus der Kühleinheit sind im Gehäuse vorgesehen. Der thermische Weg ist von der Platte durch eine Kühleinheitwand zu dem Kühlfluid. Das Kühlfluid wird unter Druck gesetzt und es wird bevorzugt, daß wenigstens die den Platten gegenüberliegenden Wände der Kühleinheit aus einem flexiblen Material sind. Die flexiblen Wände passen sich in ihrer Form an die Oberfläche der Platten an und eine gute thermische Leitfähigkeit kann erreicht werden. Die Kühlmittel werden weiter unten beschrieben.

Elektrische Verbindung

Die Platten 2 sind elektrisch durch eine Vielzahl von Verbindungsanordnungen 27 verbunden, wobei jede Verbindungsanordnung 27 einen Kontakt zu beiden Seiten einer individuellen Platte 2 herstellen könnte (siehe Figur 3F). Als eine Alternative bewirkt jede Verbindungsanordnung 27 Kontakt zwischen zwei Platten 2, d. h. Kontakt wird hergestellt zwischen der Unterseite von einer Platte 2 und der Oberseite der darunterliegenden Platte (siehe Figur 7A).
Demgemäß sieht eine erste Verbindungsanordnung 27 Fedem an allen vier Seiten einer Platte vor. Die Federn könnten in die Verbindungsanordnung 27 integriert sein, um die Platten elektrisch zu verbinden, wodurch ein elektrischer Kontakt beibehalten werden kann, selbst wenn die Platte sich bewegt. Die federbelastete Verbindung ist auch vorteilhaft wenn es dazu kommt, Platten unterschiedlicher Maße zuzulassen, da Unterschiede in den Abmessungen der Platten nur in einer unterschiedlichen Spannung der Federn resultieren, d. h. größere Spannung für eine größere Platte und weniger Spannung für eine kleinere Platte. Die Abmessungsunterschiede können beispielsweise durch thermische Ausdehnungen oder große Herstellungstoleranzen verursacht werden.
Um Datenkommunikation zwischen den Platten und möglicherweise der Außenwelt zu ermöglichen, sind die Platten miteinander verbunden und möglicherweise mit der Außenwelt, z. B. einem Computer. Um den Platten Energie zuzuführen, sind sie auch mit Energieversorgungen verbunden. Die elektrischen Verbindungsmittel einschließlich der Verbindungsanordnungen 27 werden weiter unten beschrieben.

DIE UNTERSYSTEME DES GEHÄUSES

Die in dem Gehäuse 1 eingeschlossenen Teile können funktionell in vier Hauptgruppen unterteilt werden, wobei jede Gruppe als ein gewisses Untersystem anzusehen ist, das eine Funktion/einen Mechanismus darstellt. Derart umfaßt das Gehäuse 1 Mittel für
1. elektrische Verbindung
2. Kühlung
3. mechanische Unterstützung
4. Energieversorgung.
Man beachte, daß die obige Aufteilung zu Zwecken der Klarheit vorgenommen wurde, und daß die Untersysteme tatsächlich kooperieren und miteinander zusammenwirken, um die Aufgabe der Erfindung zu erreichen. Beispielsweise ermöglichen die Kühlmittel ebenfalls die mechanische Stützung der Platten. Ein anderes Beispiel ist, daß die elastische Lagerung der Platten erreicht wird durch die Zusammenwirkung zwischen den mechanischen, Kühlungs- und elektrischen Verbindungsmitteln.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die entsprechenden Zeichnungen eine detaillierte Beschreibung der Untersysteme gegeben, die im Gehäuse 1 enthalten sind.

1. ELEKTRISCHE VERBINDUNG

Erste elektrische Verbindungsmittel werden im folgenden beschrieben.
Weiter unten wird in Verbindung mit der Beschreibung der Figuren 7A - 7C eine zweite Ausführungsform der elektrischen Verbindungsmittel beschrieben werden.
Elektrische Verbindung wird erreicht durch elektrische Verbindungsmittel, die vier Verbindungs- und Leitungsanordnungen umfassen, eine für jede der Seiten N, S, W, E des Gehäuses 1. Jede Anordnung umfaßt eine Vielzahl von Verbindungsanordnungen 27, wenigstens einen externen Anschluß 11 und wenigstens ein Flachkabel 10.
Bei der ersten Verbindungs- und Leitungsanordnung gibt es vier Flachkabel 10, von denen jedes Flachkabel möglicherweise in Kontakt mit einem externen Anschluß 11 an jedem Ende ist zur Verbindung mit der Umgebung und es ist ebenfalls in Verbindung mit jeder Platte 2 entlang einer der vier Seiten N, S, W, E des Gehäuses mittels der Verbindungsanordnungen 27 an diesen Seiten. Außerdem sind die Flachkabel 10 entlang der Seiten N, S verbunden mit den oberen Energieversorgungen 8 und die Flachkabel 10 entlang der Seiten W, E sind verbunden mit der unteren Energieversorgung 9. Es sind vorzugsweise vier Verbindungsanordnungen 27 mit einer Platte 2 verbunden, eine an jeder Seite N, S, W, E des Gehäuses 1. Wie in der Figur 3F zu sehen ist, bildet jede Verbindungsanordnung 27 einen Kontakt mit den beiden Seiten einer jeweiligen Platte 2. Daten können von jeder Platte zu jeder anderen Platte im Gehäuse über die entsprechenden Flachkabel 10 übertragen werden.
Eine Verbindungsanordnung 27 sieht den elektrischen Kontakt zwischen einer Platte 2 und dem Flachkabel 10 vor, indem das Flachkabel 10 gegen die Platte 2 gedrückt wird (siehe Figur 3F und 7A).
Eine erste Verbindungsanordnung 27, die in der Figur 3A von der Seite und in der Figur 2B von oben gezeigt ist, umfaßt drei Verbindungsscheiben 26, drei Stoßfedern 24, einen Verbinder 7, der mit einer Vielzahl von Kontaktfedern 23 versehen ist, eine Führung 12 mit drei Registrationsstiften 21, einem Flachkabel 10 und einen Kontaktfederseparator 22, der im folgenden Separator 22 genannt wird.

Das Flachkabel 10

Die vier Flachkabel 10 werden benutzt zur Verteilung von Daten und Energie und zur Herstellung von Kontakt zwischen den Platten 2. Jedes Flachkabel 10 ist ein Film, der eine Vielzahl von Lagen aufweist, die beispielsweise Daten- oder Energieleitungen oder Kontaktflächen aufweisen zur Kontaktierung der Platten. Ein Flachkabel 10 kann z. B. die Maße 102 x 680 mm und die Dicke von 400 µ haben. Jede Schicht kann beispielsweise auf einer Polyamidbasis aufgebaut sein, die mit Kupfer beschichtet ist.
In der Figur 4A ist jedes Flachkabel versehen mit einer Vielzahl von Öffnungen 10, um zu ermöglichen, das Flachkabel 10 auf die Registrationsstifte aller Verbindungsanordnungen auf einer Seite N; S; W; E des Gehäuses 1 zu schrauben. Wenn 16 Verbindungsanordnungen auf einer Seite N; S; W; E vorgesehen sind, von denen jede Verbindungsanordnung drei Registrationsstifte hat, was bei der bevorzugten Ausführungsform der Fall ist, sind 16 x 3, d. h. 48 Öffnungen 10 in jedem Flachkabel. In der Figur 4A sind 2 x 3 Öffnungen 10 dargestellt.
Das in Figur 4B von der Seite gezeigte Flachkabel könnte in einem Gehäuse 1 gemäß der Erfindung integriert sein und hat fünf elektrisch leitende Schichten: eine Kontaktflächenschicht 100 mit einer Vielzahl von Kontaktflächen 102 zur Herstellung eines Kontaktes mit den Plattenkontaktstellen 20 von jeder Platte 2; zwei Energieleitungsschichten 103 mit wenigstens zwei Energieleitungen 104 zur Verteilung von Energie von einer Energieversorgung 8 oder 9 zu jeder Platte 2; zwei Datenleitungsschichten 105 zwischen den zwei Energieleitungen 103 mit einer Vielzahl von Datenleitungen 106 zur Kommunikation und Verteilung von Daten unter den Platten und von bzw. zur Außenwelt über die externen Anschlüsse 11 (siehe Figur 1).

Kontaktschicht

Eine Anzahl von Kontaktiagenstellen 102 sind in der Kontaktschicht vorgesehen, entsprechend der Anzahl von Plattenkontaktstellen 20, die auf den Platten 2 vorgesehen sind. Die Abmessungen der Kontaktstellen 102 des Flachkabels entsprechen den Abmessungen der Plattenkontaktstellen 20. Die Abmessungen der Stellen könnte 1 x 1 mm sein.

Energieschichten

Wenigstens eine Energieschicht Vdd ist für die gelieferte Spannung vorgesehen und wenigstens eine Energieschicht Gnd (Erde) ist vorgesehen. In einer Ausführungsform des Flachkabels 10 sind vier Energieleitungen Vdd vorgesehen in einer Energieleitungsschicht 103 und eine Energieleitung Gnd ist in der zweiten Energieleitungsschicht 103 vorgesehen. Auf diese Weise kann eine Niederimpedanzübertragung stattfinden, was wichtig ist, da die Energie sehr hochfrequente Komponenten im Bereich von 100 MHz aufweist. Die Energie wird geliefert bei 5 V und ein typischer Strom ist 18 A.

Datenschichten

Gemäß einer Ausführungsform wird die Datenkommunikation auf Übertragungsleitungen durchgeführt, von denen jede drei Leitungen 106 innerhalb der gleichen Datenleitungsschicht 105 benutzt. Insgesamt gibt es 32 Obertragungsleitungen in jeder Schicht. Die Energieleitungsschichten 103 sind auf beiden Seiten der Datenleitungsschichten 105 angeordnet (siehe Figur 4B).

Verbindungsanordnung 27

Der Verbinder 7

PWie in der Figur 2A gezeigt ist, ist jede Platte mit drei Reihen von Plattenkontaktstellen 20 an jeder Seite N, S, W, E versehen. Jede Plattenkontaktstelle 20 ist mit einem Leiter 19 (Figur 3E) in Kontakt, der in dem Plattensubstrat vergraben ist. Für jede der vier Seiten N; S; W; E ist die Verbindung von jeder der Kontaktstellen 20 mit dem Flachkabel 10 (siehe Figur 3E) vorgesehen durch eine individuelle Kontaktfeder 23 des Verbinders 7. Jeder Verbinder ist mit zwei horizontalen Reihen von Kontaktfedern vorgesehen, wobei jede Reihe eine Anzahl von Kontaktfedern 23 umfaßt, die mit der Anzahl von kontaktierenden Plattenkontaktstellen 20 korrespondiert. Die Länge von jeder Kontaktfeder entspricht dem Abstand, den die Kontaktifeder zur Platte zu überbrücken hat, um mit der entsprechenden Plattenkontaktstelle 20 Kontakt herzustellen. Die Kontaktfedern 23 können lang sein, um große Toleranzen in der Plattendicke aufzunehmen. Außerdem kann jede Kontaktfeder 23 eine von drei verschiedenen Längen aufweisen, abhängig davon, in welcher Reihe die entsprechende Plattenkontaktstelle 20 angeordnet ist. Es ist selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, die Platte mit einer anderen Anzahl von Plattenkontaktstellenreihen zu versehen, wobei die Kontaktfedern des Verbinders eine entsprechende Anzahl von verschiedenen Längen haben. Alternativ können alle Kontaktfedern der zwei horizontalen Reihen die gleiche Länge haben, wodurch alle in der Lage wären, die von der Kante der Platte am weitesten beabstandeten Plattenkontaktstellen zu erreichen, so daß jede Kontaktfeder zwischen einer Mehrzahl von Flachkabelkontaktstellen und einer entsprechenden Anzahl von Plattenkontaktstellen 20 Kontakt herstellen könnte.
Die Kontaktfedern 23 bei jeder horizontalen Reihe werden als eine Einheit ausgebildet, z. B. durch Pressen, wobei diese Einheit integriert ist in eine Hälfte des Plastikkörpers des Verbinders 7. Zwei solcher integrierten Einheiten in zwei solcher Plastikkörperhälften werden zusammengesetzt, z. B. mit einem (nicht dargestellten) Clip, um einen Verbinder 7 zu bilden. Der Plastikkörper des Verbinders 7 ist mit einer Anzahl von Öffnungen 7 versehen, die der Anzahl von Registrationsstiften auf eine Führung 12 entsprechen (siehe Figur 2B). Die Kontaktfedern 23 können elektrisch isoliert von den Flachkabelleitungen sein, beispielsweise indem sie mit einem Plastikmaterial beschichtet sind oder mittels einer Isolationsschicht im Flachkabel, die den Kontaktfedern 23 gegenüberliegt. Alternativ können einige oder alle Kontaktfedern 23 in elektrischen Kontakt mit einer oder mehreren Plattenkontaktstellen sein mittels direktem ohrnschen Kontakt, d. h. ohne die Flachkabel. Die Technik kann benutzt werden, um Energie zuzuführen, wodurch die Notwendigkeit für Energieschichten und Energieleitungen in den Flachkabeln 10 entfällt, wobei die Energie beispielsweise über Energiebusse 13 (siehe Figur 7A) zu den fraglichen Kontaktfedern mittels einem oder mehreren elektrischen Kontakten zugeführt werden könnte, die an der Rückseite des Verbindungskörpers vorgesehen sind.
Für eine exaktere Positionierung ist das Zentrum des Verbinders 7 mit einer Lippe 7b versehen, die in einen entsprechenden Ausschnitt 2a paßt, der an der Platte 2 vorgesehen ist (siehe Figur 2B). Auf diese Weise verbindet sich der Verbinder akkurat mit der Platte.

Die Führung 12

Die Führung 12 ist mit einer Vielzahl von Registrierungsstiften 21 versehen, die angepaßt sind, um durch entsprechende Öffnungen hindurchzutreten, die an den Verbindungsanordnungselementen vorgesehen sind. Gemäß einer Ausführungsform ist jede Führung 12 mit drei Registrierungsstiften 21 versehen und jedes Verbindungsanordnungseiernent ist mit drei entsprechenden Öffnungen versehen (siehe Figur 3B). Während der Vorfertigung der Verbindungsanordnung werden die Verbindungsstifte der Führung 12 wiederum durch passende Öffnungen 10a geführt, die in einem Flachkabel 10 vorgesehen sind, wobei passende Öffnungen 22a vorgesehen sind an einem Separator 22, durch passende Öffnungen 7a, die am Körper eines Verbinders 7 vorgesehen sind, durch die Stoßfedern 24 und schließlich durch entsprechende Öffnungen 6a, die auf einer Rückseite vorgesehen sind, wodurch die Verbindungsanordnungselemente geführt werden (siehe Figur 2B). Die Durchmesser der Öffnungen 6a auf der Rückseite 6 sind größer als die Durchmesser der Registrierungsstifte 21, um einer individuellen Verbindungsanordnung zu ermöglichen, sich relativ zur fraglichen Rückseite zu bewegen.

Die Verriegelungsscheiben 26

Nachdem die Registrierungsstifte 21 durch die Öffnungen der Verbindungsanordnungsteile und der Rückseite durchgetreten sind, wird eine Verriegelungsscheibe 26 auf jedem Registrierungsstift 21 befestigt, um die Verbindungsanordnung in der Rückseite 6 "hängend" zu halten. Die Verriegelungsscheiben 26 werden lediglich benötigt, um die Vormontage der Verbindungsanordnung 27 zu ermöglichen und können entfernt werden, wenn das Gehäuse zusammengesetzt ist.

Die Separatoren 22

Wenn die vormontierten Verbindungsanordnungen in Kontakt mit einer Platte 2 zu bringen sind, trennt der Separator 22 die zwei horizontalen Schichten von Verbindungskontaktfedern 23, um zwischen den Plattenkontaktstellen 20 und den Flachkabeln 10 Kontakt zu ermöglichen (siehe Figur 1 und 3E). Um die Trennung der zwei horizontalen Kontaktfederreihen eines Verbinders zu erleichtern, ist der Separator 22 (siehe Figur 3A) mit zwei keilförmigen Oberflächen 22c, 22d versehen, die zusammen einen pfeilförmigen Separatorkörper bilden, der auf den Verbinder 7 deutet. Die keilormigen Flächen können entlang der gesamten Länge des Separators 22 laufen. Als eine Alternative, die vorzuziehen ist, erstrecken sich die keilförmigen Flächen 22c und 22d lediglich entlang der horizontalen Abschnitte, die den horizontalen Abschnitten des Verbinders entsprechen, die mit den Kontaktfedern versehen sind, d. h. entlang der gesamten Länge mit Ausnahme der Öffnungen 22a.

Die Stoßfedern 24

Eine Stoßfeder 24 ist auf jedem Registrierungsstift 21 vorgesehen, um der Platte Abmessungsvariationen und leichte Bewegungen der Platte zu ermöglichen und um zu helfen, die Verbinder an der Stelle zu halten, wenn sie verbunden sind.
Figuren 3A und 3B zeigen eine Verbindungsanordnung im nicht angeschlossenen Stadium als eine Seitenansicht eines Schnittes entlang der gestrichelten Linie C1 in Figur 2A, d. h. als ein Schnitt durch die Verbindungsanordnung auf der Seite W des Gehäuses 1.
Figur 3C zeigt eine Verbindungsanordnung in einem zwischenstadium als eine Seitenansicht eines Schnittes entlang der gestrichelten Linie C2 in Figur 2A, d. h. als ein Schnitt durch die Verbindungsanordnung auf der Seite 5 des Gehäuses 1.
Figuren 3D und 3E zeigen eine Verbindungsanordnung im verbundenen Zustand als eine Seitenansicht eines Schnittes entlang der gestrichelten Linie C3 in der Figur 2A, das heißt als einen Schnitt durch die Verbindungsanordnung auf der Seite E des Gehäuses 1.
Die gleichen Details sind in den Figuren 3A bis 3D gezeigt, weswegen nur die Figur 3A mit Referenzzeichen versehen ist.
Eine Führung 12, die mit einer filmbildenden Oberfläche 12b versehen ist, ist in der Figur 3A gezeigt. Die Führung 12 ist auch mit drei Registrierungsstiften 21 versehen (von denen nur einer in der Figur 3A dargestellt ist), auf den verschiedene Verbindungsanordnungsteile befestigt sind und auf dem die Teile gleiten können. Die Teile können gleiten und in Position gebracht werden, da sie mit Öffnungen versehen sind, die den Registrierungsstiften 21 entsprechen (siehe Seite N in der Figur 2A und 2B). Jeder Registrierungsstift 21 ist durch eine entsprechende Öffnung 6a in einer Rückseite 6 geführt und mit einer Verriegelungsscheibe 26 an dem "nicht-Platten-Endel" versehen. Die gleitenden Teile umfassen in der Reihenfolge von der "Platten-Seite" einen Separator 22, einen Verbinder 7, der mit Kontaktfedern 23 versehen ist, und eine Stoßfeder 24. Die zwei horizontalen Kontaktfederreihen drücken gegeneinander im unverbundenen Zustand. Der Separator 22 ist mit einer filmbildenden Oberfläche 22b versehen, die mit der filmbildenden Oberfläche 12b der Führung 12 übereinstimmt.
In Figur 3B sind die zwei sich entsprechenden filmbildenden Oberflächen 12b und 21b zusammengedrückt mit dem Flachkabel C dazwischen fixiert. Die Flächen 12b, 22b haben die Funktion, das Flachkabel C zu positionieren und gleichmäßig zu biegen. Wie in der Figur 3B zu sehen ist, sind die Kontaktfedern 23 des Verbinders 7 in Kontakt mit dem Separator 22, der in der Figur 3C die Kontaktfedern 23 aufgrund der Drückbewegung in Richtung des Pfeiles B getrennt hat.
In der Figur 3D ist der Verbinder 7 am Platz und zwischen dem Flachkabel 10 und der fraglichen Platte ist Kontakt hergestellt (siehe Figur 3E). Wie in der Figur 3D zu sehen ist, ist die Stoßfeder 24 leicht gespannt, was hilft, den Verbinder 7 am Platz zu halten.
Figur 3E zeigt den Verbinder 7 am Platz über der Kante einer Platte. Die Kontaktfedern 23 des Verbinders 7 drücken die Kontaktflächen 102 des Flachkabels 10 gegen die Plattenkontaktstellen 20, wodurch elektrischer Kontakt hergestellt wird. Die Plattenkontaktflächen 20 sind in Kontakt mit Leitern 19, die im Substrat der Platte 2 vergraben sind.

Die externen Anschlüsse 11

Figur 2C zeigt vier externe Anschlüsse 11, die oben auf den Endrahmen 3 montiert sind. Vorzugsweise ist ein externer Anschluß 11 mit jedem Ende des Flachkabels 10 elektrisch verbunden. Falls vier Flachkabel 10 bei einer Ausführungsform eines Gehäuses 1 vorhanden sind, so sind acht externe Anschlüsse 11 vorgesehen, vier an jedem Ende des Gehäuses 1. Die externen Anschlüsse 11 werden benutzt zur Datenkommunikation von den Platten 2 zur "Außenwelt" und zu den Platten von der "Außenwelt". Die "Außenwelt" könnte z. B. ein konventioneller Computer sein, z. B. ein PC, eine Workstation oder ein Mainframe-Computer, ein externes Netzwerk oder ein anderer Stapel von Platten. Es ist offensichtlich für einen Fachmann, sich andere Möglichkeiten auszudenken, z. B. eine Vielzahl von Gehäusen 1 zu verbinden, wobei die elektrische Verbindung vorgesehen werden könnte durch Verbindung der externen Anschlüsse 11.
Die externen Anschlüsse 11 können standardisierte Anschlüsse sein z.B. eine Steckdose mit einem korrespondierenden Stecker, der in die Steckdose paßt, d. h. eine Stecker- und Steckdosen-Anordnung. In Figur 2C sind vier Standardsteckdosen vorgesehen als die vier externen Anschlüsse 11. Die einzige Voraussetzung ist, daß der benutzte Anschluß 11 in der Lage sein muß, Kontakt zwischen wenigstens einigen der Datenleitungen im Flachkabel 10 herzustellen.
Bei Anwendungen der Erfindung, wo keine externe Kommunikation benötigt wird, können die externen Anschlüsse 11 ausgelassen werden.

2) KÜHLUNG

Um einen Kühlmechanismus für das Kühlen einer jeden einzelnen Platte im Gehäuse 1 vorzusehen, wird eine Vielzahl von Kühleinheiten zwischen den Platten vorgesehen. Oder genauer, eine Kühleinheit wird auf der Oberseite jeder Platte vorgesehen und eine zusätzliche Kühleinheit wird zwischen der unteren Energieversorgung 9 und der Bodenplatte im Stapel vorgesehen (vergleiche Figur 1). Die Kühleinheit enthält vorzugsweise eine Flüssigkeit als Kühlfluid, z. B. Wasser. Alternativ könnte das Kühlfluid Gas sein, z. B. Luft.

Kühlmittel

Die Kühlung jeder Platte 2 wird vorgesehen durch Kühlmittel, die eine Vielzahl von Kühleinheiten einschließen, die mit Einlässen 30a und Auslässen 30b versehen sind, um dem Kühlfluid zu ermöglichen, durch die fragliche Einheit zu fließen, wobei jede Einheit durch einen Kühleinheitsrahmen 31 gestützt wird oder ihn enthält. Die Kühlmittel enthalten weiterhin eine Vielzahl von Schläuchen 32 zum Transport des Kühlfluids, Schlauchanschlüsse 33, zum Anschluß der Kühleinheit- Einlässe 30a und -Auslässe 30b mit den Schläuchen 32, Schlauchklammern 34, um die Schlauchanschlüsse am Platz zu halten, und eine Vielzahl von Endklammern 35, die auf den offenen Enden der Schläuche plaziert sind.

Kühleinheitwände

Wenigstens die Wände der Kühleinheiten 30, 31, 33, 34, die den Platten gegenüber liegen, sind aus flexiblem Material gemacht, das sich in der Form aufgrund des Kühlfluiddruckes an die Form der Plattenoberfläche anpaßt. Jede Kühleinheit 30, 31, 33, 34 umfaßt einen Kühleinheitsrahrnen 31, der feste Wände vorsieht, die rechtwinklig sind zu den Wänden der Kühleinheiten 30, 31, 33, 34, die den Platten gegenüber liegen. Die festen Wände beschränken die Richtung der Kühleinheitenausdehnung, die durch den Fluiddruck bewirkt wird, so daß sich die Kühleinheit zwischen den Platten ausdehnt, wobei sie die flexiblen Wände in druckbeaufschlagten Kontakt mit den Platten bringt, was eine gut thermische Leitfähigkeit bewirkt.

Der Kühleinheitsrahmen

Figur 5E zeigt einen Kühleinheitsrahmen 31, der mit Vorsprüngen 31a einer gewissen Höhe versehen ist, wodurch die Rahmen 31 im Gehäuse aufeinander gestapelt werden könne, wodurch sie den minimalen Abstand zwischen den Platten 2 bestimmen. Jeder Kühleinheitsrahmen 31 wird getragen durch eine Vielzahl von Stützstangen 5, wie weiter unten beschrieben werden wird im Abschnitt über die mechanische Stützung.

Alternative 1: Separate Kühltaschen

Jede Kühleinheit könnte eine Kühltasche 30 einschließen, die aus einem flexiblen Material gemacht ist, vorzugsweise einem Polymer-Material, wobei diese Tasche 30 in den stützenden Kühlungseinheitsrahmen 31 plaziert wird, der die Tasche 30 während des Zusammenbaus und der nicht unter Druck befindlichen Perioden hält. Die Tasche 30 ist entfembar am Rahmen 31 befestigt, was in Figur 5G gezeigt ist.
Eine Kühltasche 30 ist in der Figur 5B von oben gezeigt, in der der Pfeil die Strömungsrichtung anzeigt. Die Einlässe 30a und Auslässe 30b der Kühltasche 30 der Figur 5B sind verbunden mit einem Satz von vier Schläuchen 32, zwei Einlaßschläuchen 32a und zwei Auslaßschläuchen 32b mittels Schlauchverbindern 33. Eine Kühltasche 30, die mit Einlässen 33a und Auslässen 30b versehen ist, die leicht von der Tasche 30 abstehen, ist in einer perspektivischen Ansicht in Figur 5D gezeigt.
Ein Kühlrahmen 31 zum Halten der Tasche 30 von Figur 5D ist als eine perspektivische Ansicht in Figur SE gezeigt. Der Kühlrahmen 31 ist mit vier Öffnungen 31b versehen, durch die korrespondierende Einlässe 30a und Auslässe 30b der Tasche 30 hindurchgeführt werden können, wodurch die Einlässe 30a und die Auslässe 30b mit Gewinde versehene kurze Metallschläuche sein könnten, die mit dem Rahmen 31 über Muttern verbunden sind (nicht dargestellt).

Alternative 2: Kühlungseinheit mit mehreren Sektionen

Als eine zweite Alternative, die in der Figur 5K dargestellt ist, umfaßt eine Kühleinheit eine Vielzahl von separaten Sektionen, vorzugsweise eine separate Sektion, in der das Kühlfluid stationär ist, im folgenden stationäre Sektion 30d genannt, und zwei separate Sektionen entlang der flexiblen, den Platten gegenüberliegenden Enden, in denen das Kühlfluid strömt, im folgenden Fließsektionen 30c genannt. Die stationäre Sektion 30d enthält vorzugsweise ein unter Druck befindliches Fluid und ist vorzugsweise mit wenigstens leicht flexiblen Wänden versehen, von denen jede Wand die stationäre Sektion 30d von den fließenden Sektionen 30c separiert. Jede fließende Sektion 30c ist mit wenigstens einem Einlaß und einem Auslaß versehen. Alle Sektionen sind entfernbar oder fest mit dem Kühleinheitenrahmen 31 verbunden.

Alternative 3: Flexible Rahmenwände

Als eine dritte Alternative umfaßt jede Kühleinheit vier stützende feste Wände, die einen Kühleinheitsrahmen 31 bilden, die rechtwinklig angeordnet sind zu den flexiblen, den Platten gegenüberliegenden Wänden, mit denen sie verbunden sind, wobei sie eine schachtelartige Einheit bilden. Diese Alternative ist in Figur 5H dargestellt, bei dem die flexiblen Wände fest am Rahmen 31 befestigt sind.

Alternative 4: Integrierte Kühltaschen

Als eine weitere Alternative ist der Kühleinheitenrahmen 31 in eine Kühltasche 30 integriert, wodurch die festen Wände des Kühleinheitenrahmens auf das innere der Kühltasche 30 befestigt sind.

Die Schläuche

In einer Ausführungsform der Kühlmittel werden acht Schläuche 32 durch Stützstangen und/oder die Endrahmen 3, 4 in Position gehalten. In der Figur 2C sind die Schläuche 32 an den Stützstangen 5 befestigt. Jeder Schlauch 32 ist mit einer Vielzahl von Öffnungen 32c versehen für den Einlaß des Kühlfluids zur Kühleinheit und/oder Auslass des Kühlfluids aus der Kühleinheit (siehe Figur 5F). Wie in der Figur 5F gezeigt ist, können die Schlauchöffnungen 32c sich horizontal von dem Schlauch 32 erstrecken, wodurch sie ein kurzes Rohr bilden, an dessen einem Ende eine Schlauchverbindung 33 mittels einer Schlauchklammer 34 befestigt werden könnte, wodurch das Kühleinheitsende der Schlauchverbindung 33 permanent in der Kühleinheit fixiert werden könnte oder als eine Alternative mittels einer anderen Schlauchklammer 34 an ihr zu befestigen wäre. Ein Satz von vier Schläuchen ist mit jeder Kühleinhelt mittels vier Schlauchverbindern 33 verbunden. Zwei der Schläuche 32 fungieren als Einlässe und zwei der Schläuche 32 fungieren als Auslässe

Die Endklammern

Jeder Schlauch oder alternativ jedes Paar von Schläuchen ist mit einer Endklammer 35 versehen, die am unteren Ende jedes Paares von Schläuchen 32 angeordnet ist, um den Druck des Kühlfluids zu halten, wenn der Schlauch abgekoppelt wird, das heißt das Kühlfluid sollte im Kühlsystem des Gehäuses 1 bleiben, selbst wenn es von einer Kühlfluidquelle (siehe Figur 5F) entfernt wird.
Die Endklammern schließen automatisch die Öffnungen, wenn die Kühlmittel abgekoppelt werden, wodurch sie eine Leckage des Kühlfluids verhindern. Die Endklammern können vom Schnapptyp sein.
Da die exakte Struktur der Kühlfluidquelle kein Teil der aktuellen Erfindung ist, wird sie nicht näher beschrieben.

Thermische Leitfähigkeit

Der Strom eines Kühlfluids durch das Kühlsystem wird in Figur 5A schematisch gezeigt, wo die Richtung der Strömung durch die Pfeile angedeutet wird. Das Kühlfluid wird unter Druck gesetzt und fließt vorn Einlaßschlauch 32 zum Auslaßschlauch 32 durch die Kühleinheit, wobei es die Platten 2 kühlt. Der thermische Weg ist von der Platte zum Kühlfluid durch die flexiblen Wände der Kühleinheit, die den Druckkräften zu widerstehen haben, weswegen ein entsprechend starkes Material zu bevorzugen ist, z. B. ein Polyamid, das mit Polyethylen laminiert ist. Da zumindestens die den Platten gegenüberliegenden Wände flexibel sind, wird ein Kontakt mit guter thermischer Leitfähigkeit vorliegen, wenn der Kühlfluiddruck die Taschenwände veranlaßt, sich gegen die Platten zu drücken. Unter der Voraussetzung von Wänden aus einem Polymermaterial mit 0,25 mm Dicke und einer thermischen Leitfähigkeit von 0,2 W/Kxm so erhält man einen thermischen Widerstand von 83 mK/W. Für eine typische Energiedissipation von 180 W ist der Temperaturabfall 15,0 K. Die Benutzung von Materialien mit besseren Leitfähigkeiten werden den Temperaturabfall erhöhen.
Als eine Alternative oder als eine Ergänzung kann der Kontaktdruck zwischen den Kühleinheiten und den Platten im Stapel durch Anziehen eines mechanischen Verbinders vorgesehen werden, der über den Stapel montiert wird. Die mechanische Klammer kann Stützstangen einschließen, die mittels Schrauben festgezogen werden können, was weiter unten beschrieben wird im Abschnitt über mechanische Stützung.
Eine Kühltasche 30 und ein Strömungsventil 37 werden in der Figur 5C von der Seite gezeigt. Die Pfeile deuten die Strömungsrichtung an. Obwohl vorzugsweise siebzehn Kühltaschen 30 in dieser Ausführungsform vorliegen, ist aus Vereinfachungsgründen nur eine in Figur 5C dargestellt.

Strömungskontrollmittel

Jede Kühleinheit kann mit einem Einlaß 30a und einem Auslaß 30b versehen werden oder alternativ mit zwei Einlässen 30a und zwei Auslässen 30b, was zu bevorzugen ist. Durch Erhöhung der Anzahl von Kühleinheiteneinlässen und -auslässen kann das Kühlfluid gleichmäßiger verteilt werden. Als eine Alternative zur Erhöhung der Anzahl von Kühleinheiteinlässen und -auslässen kann das Kühlmittel mit Strömungskontrollmitteln versehen sein, um die Kühlungsverteilung zu steuern, z. B. kann die Strömungsrate gesteuert werden, um die Kühlung von spezifischen Bereichen zu erhöhen/abzusenken oder zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Kühlung eines Bereiches oder für beides.
Die Strömungskontrollmittel sind in Figur 5B bzw. 5C dargestellt. In Figur 5B ist die Kühltasche 30 mit Wänden 36 versehen, die mit Düsenlöchern versehen sind und angeordnet sind, um zusammen mit den Einlaß- und Auslaßecken einen Kanal zu bilden. In Figur 5C ist die Kühltasche 30, die jetzt von der Seite gezeigt wird, mit einer Strömungsblende 37 zur Erhöhung der Strömungsrate versehen. Alternativ kann die Strömungsrate erhöht werden durch Einfügung von horizontalen Ebenen (nicht dargestellt) in der Kühltasche, was die vertikale Querschnittsfläche der Tasche verringert.
Die Strömungsdrossel 37 in Figur 5B kann benutzt werden, um den Kühlfluiddruckabfall zu kompensieren. Ohne jegliche Strömungskontrollmittel ist der Kühlfluiddruck in den weiter entfernten Kühltaschen 30 geringer als in den Taschen 30, die näher zur Kühlfluidquelle sind. Indem die Taschen 30 mit unterschiedlich bemessenen Strömungsdrosseln 37 versehen sind, d. h. Taschen 30, die näher an der Kühlfluidquelle sind, werden mit Drosseln versehen mit geringeren Öffnungen und Taschen 30, die weiter weg sind, werden mit Drosseln versehen mit größeren Öffnungen, kann der Kühlfluiddruckabfall kompensiert werden und der Fluiddruck kann in allen Kühltaschen 30 annähernd gleich sein.

3) MECHANISCHE UNTERSTÜTZUNG

In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Platten 2 mechanisch gestützt durch eine Käfiganordnung 3, 4, 5, 6, die zwei Endrahmen 3, 4 einschließt, acht Stützstangen 5 (von denen lediglich vier in der Figur 1 zu sehen sind) und vier Rückplatten 6 (von denen lediglich drei in der Figur 1 zu sehen sind).
Eine weitere mechanische Stützung ist vorgesehen durch eine Vielzahl von elastischen Verbindungsanordnungen 27, von denen jede jeweils eine Mehrzahl von Verbindungselementen hat. Die elastischen Verbindunganordnungen 27 erlauben jeder Platte 2 sich in dem Stapel leicht zu bewegen, um Plattenabmessungsunterschiede aufzunehmen.
Die Stützstangen 5 können aus extrudiertem Aluminium hergestellt sein. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gibt es zwei Stützstangen an jeder Seite des Gehäuses 1 (siehe Figur 2A und 2C). Oder genauer, es gibt acht Stützstangen 5, eine an jeder Seite von jeder der vier Ecken des Gehäuses 1. Entlang der gesamten Länge einer Seite jeder Stützstange 5 ist eine Schlitz 5a, der in seiner Form korrespondiert mit der Form der Vorsprünge 31a, die an dem Kühleinheitsrahmen 31 vorgesehen sind (siehe Figur 5E). Durch Anordnung von jeder der vier vorsprünge 31a an jedem Kühleinheitsrahmen 31 in einem korrespondierenden Schlitz 5a in vier der Stützstangen 5 werden die Kühlmittel mechanisch gestützt. Zusätzlich ist der Abstand zwischen zwei Platten zu Destimmen durch die Höhe des Kühleinheitsrahmens 31 oder die Höhe der Vorsprünge 31a des Kühleinheitsrahmens. Die Kühleinheitsrahmen 31 versteifen die Käfiganordnung und liefern zusätzliche mechanische Stützung durch die Art, wie sie in den Stützstangen 5 befestigt sind.
In der Figur 2C ist das Gehäuse 1 von oben gezeigt. Die zwei Endrahmen 3, 4 werden auf den Stützstangen 5 befestigt, z. B. mit der Benutzung von Schrauben. Zusätzlich ist die obere Energieversorgung 8 am oberen Endrahmen 3 befestigt, wie in Figur 2C gezeigt, und die untere Energieversorgung 9 ist an dem unteren Endrahmen 4 befestigt, in der gleichen Weise wie in der Figur 2C für den oberen Endrahmen 3 gezeigt. Jeder Endrahmen könnte geformt sein wie ein doppelgekreuztes H (siehe Figur 2C). Die Endrahmen nehmen den Druck auf, der auf die Energieversorgungen wirkt, durch Unterstützung der Energieversorgungen an einer Vielzahl von Punkten. Die Endrahmen könnten auch als Halter für die Schläuche 32 fungieren. Als eine Alternative sind die Schläuche an den Stützstangen 5 befestigt.
Die vier Rückseiten 6 sind an den Stützstangen 5 befestigt, z. B. durch Schrauben (nicht dargestellt). Die Rückseiten 6 könnten z. B. aus einem tiefgezogenen Plastikmaterial sein und könnten mit einer Vielzahl von Öffnungen 6a versehen sein (siehe Figur 1), durch die die Registrierungsstifte 21 sich erstrecken können. Die Öffnungen 6a jeder Rückplatte 6 geben grob die Position der Verbinder 7 an und erlauben außerdem die Vormontage der Anschlußanordnungen 27. Die Positionierung ist nur grob, da die Öffnungen 6a größer sind als die entsprechenden Registrierungsstifte 21.

4) ENERGIEVERSORGUNG

Jede der Energieversorgungen umfaßt mehrere Energieversorgungseinheiten, die parallel arbeiten - falls eine Energieeinheit ausfällt, bleiben die anderen Einheiten in Betrieb. Diese Technik erhöht die Zuverlässigkeit. Unter Bezugnahme auf Figur 1 wird Energie zu den Platten 2 zugeführt durch eine obere Energieversorgung 8 und eine untere Energieversorgung 9. Die obere Energieversorgung 8 ist am oberen Ende der Käfiganordnung 31 4, 5, 6 und die untere Energieversorgung ist am unteren Ende der Käfiganordnung 3, 4, 5, 6 befestigt.
Die Figuren 6A und 6B zeigen eine Energieversorgung 8, 9, die in dem Gehäuse 1 gemäß der Erfindung vorgesehen werden könnte. Gemäß einer Ausführungsform ist das Gehäuse 1 mit zwei Energieversorgungen 8, 9 dieser Art versehen. Die untere Energieversorgung 9 ist ähnlich der oberen Energieversorgung 8, mit der Ausnahme, daß es am unteren Ende des Gehäuses befestigt ist anstatt an dessen oberen Ende. Ein anderer Unterschied ist, daß sie zueinander um 90º gedreht sind. Der Einfachheit halber wird im folgenden nur die untere Energieversorgung 8 beschrieben.
Die untere Energieversorgung 8 in den Figuren 6A und 6B umfaßt eine Mehrzahl von Energieversorgungseinheiten 80, die im folgenden auch Energieeinheiten genannt werden, und eine Vielzahl von Hochspannungskondensatoren 81 (siehe Figur 6B), die im folgenden auch Kondensatoren genannt werden. Die Anzahl der Energieeinheiten 80 ist vorzugsweise acht für jede Energieeinheit und die Anzahl der Kondensatoren 81 ist vorzugsweise zwölf für jede Energieeinheit. Da die genaue Struktur der Energieeinheit 80 nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, wird sie nicht detailiert beschrieben.
Alle Energieeinheiten 80 sind mit einem Hochspannungsleitungsverbinder 83 (siehe Figur 2C) verbunden, z. B. 311 V Gleichstrom. Die Leitung wird entkoppelt durch die Hochenergiekondensatoren 81, die beispielsweise die Charakteristik haben können 0,47 µF/400 V.
Die Energieversorgung, die in den Figuren 3A und 3B gezeigt ist, ist auf eine Hitzewanne 82 montiert, die auf ihrer Unterseite in Kontakt ist mit einer Kühltasche 30. Die Hitzewanne 82 vermittelt auch eine mechanische Stützung gegen den Kühltaschendruck. Die Hitzewanne 82 könnte aus Metall gefertigt sein oder aus einer Art keramischem Material.
Die zwei Endplatten in dem Gehäuse könnten Transformatoren für die Energieversorgungsmittel 8, 9 einschließen.
Von den Energieversorgungen 8, 9 wird Energie zu den Platten 2 durch eine Vielzahl von Flachkabeln 10 verteilt, die Energieleitungen enthalten, oder durch eine Vielzahl von Energiebussen 13. Jede Energieversorgung 8, 9 versorgt je zwei Seiten. Dies wurde oben beschrieben in Zusammenhang mit der Beschreibung der elektrischen Mittel.
Als eine Alternative zur Versorgung von Energie könnte eine Vielzahl von Energiebussen 13 im Gehäuse vorgesehen sein, die separiert sind von den Flachkabeln 10 (siehe Figur 7A). Dieses Schema wird weiter unten beschrieben im Zusammenhang mit der Beschreibung einer weiteren Ausführungsform des Gehäuses. Das Gehäuse könnte mit sechzehn Vcc-Bussen versehen sein, acht von der oberen Energieversorgung 8 und acht von der unteren Energieversorgung 9

TOLERANZEN, SCHWINGUNGEN UND STÖSSE

Da die Verbindungsanordnungen 27 mit Stoßfedern versehen sind, vorzugsweise drei an jeder Seite der Platten, ist es den Platten möglich, sich in der Horizontalebene leicht zu bewegen. So bildet die Käfiganordnung bei hochfrequenten Schwingungen eine Einheit und jede Platte mit vier Verbindungsanordnungen 27 bildet eine Einheit. Die Einheiten sind physikalisch verbunden über Federn und den Kühlfluiddruck.
Wenn die Kühleinheiten unter Druck in Kontakt mit den Platten sind durch das unter Druck befindliche Kühlfluid, bilden die Kühleinheiten in dem Stapel zusammen ein großes "Kissen" das Stöße und Schwingungen absorbiert. Zusätzlich erlaubt das "Kissen" den Platten, sich leicht in Vertikalrichtung zu bewegen.
Die Kühleinheiten sehen auch eine mechanische Stützung vor, indem die durch die unter Druck befindlichen Kontakte verursachte Reibung mit den Platten die Platten in dem Stapel "stabilisiert", und sie daran hindern, sich innerhalb der Käfiganordnung zu stark herumzubewegen. Falls z. B. das Kühlfluid unter einem Druck von etwa 100 KPa ist, sind die Kräfte zwischen der Kühltasche 30 und der Platte etwa 1,5 kN. Dies bewirkt eine Reibung, die Seitenkräften von etwa 500 kN widersteht. So wird die Plattenbewegung in der Horizontalebene in den meisten Fällen verursacht durch die Torsion der Kühltaschen, z. B. wenn das Gehäuse geschüttelt wird.
Die horizontalen Komponente einer Kraft, die durch einen Stoß bewirkt werden, wird durch die Unterstützungsstangen 5 und/oder die Stoßfedern der Verbindungsanordnungen aufgenommen und die Vertikalkomponenten durch die flexiblen Kühleinheiten. Sie arbeiten zusammen, um externe Kräfte zu absorbieren. Wenn ein Stoß horizontale Plattenbewegungen verursacht, drücken die Platten gegen eine oder möglicherweise zwei der Seiten des Gehäuses, d. h. gegen die Rückseite von einer dieser Seiten, wodurch die Stützstangen 5 die Kräfte aufnehmen.
Die Herstellung von in dem Gehäuse enthaltenen Teilen muß nicht enge Toleranzanforderungen erfüllen, da die Teile und das Gehäuse entworfen sind, um weite Toleranzen zu ermöglichen. Als Beispiel müssen die Platten nicht von exakt den gleichen Abmessungen sein, da sie mit federbelasteten Verbindungsanordnungen 27 verbunden sind. Ein anderes Beispiel ist, daß eine relativ große Stellenabmessung, z. B. 1x1 mm vorgesehen sein kann aufgrund der großen Plattenabmessungen, z. B. 6x6 Zoll. Dies ermöglicht auch einen einfachen Zusammenbau.

ZUSAMMENBAU

Im Folgenden ein Verfahren zum Zusammenbau des Gehäuses; das Verfahren umfaßt die Schritte
a) Vormontage des Gehäuses,
b) Vormontage der vier Seiten des Gehäuses, jede Seite einschließlich einer Rückseite 6, die mit einer Vielzahl von Verbindungsanordnungen 27 versehen ist,
c) Zusammenbau des Gehäuses, einschließlich Einschub der Platten 2 in ihre entsprechende Position in dem vorzusammengebauten Gehäuse aus Schritt a).

Vorzusammenbau des Gehäuses

Um das Gehäuse vorzusammenzubauen können die folgenden Schritte ausgeführt werden:
a) Montage einer Vielzahl von Stützstangen 5 auf drei Seiten eines Bodenrahmens 4,
b) Positionierung einer Vielzahl von Schläuchen 32 und lose Vormontage der Schlauchverbindungen 33,
c) Einschub eines Kühleinheitsrahmens 31, indem dessen Vorsprünge 31a in den Schlitzen 5a der Stützstangen 5 plaziert werden,
d) Montage einer Kühltasche 30 an den korrespondierenden Schlauchverbindungen 30 mit Schlauchklammern 34,
e) Wiederholung der Schritte c) und d), bis alle Kühltaschen und Kühleinheitsrahmen in Position sind,
f) Montage eines oberen Endrahmens 3 am oberen Ende der Stützstangen 5.

Vormontage der Seiten des Gehäuses

Um die Seiten des Gehäuses vorzumontieren, können die folgenden Schritte ausgeführt werden:
a) Plazierung einer Vielzahl von Führungen 12, die mit Registrierungsstiften 21 versehen sind, in einer Montagehilfe,
b) Anschrauben eines Flachkabels 10, das mit Öffnungen 10a versehen ist, die mit den Registrierungsstiften 21 korrespondieren, auf den Führungen 12,
c) Montage eines Separators 22, der vorgesehen ist mit Öffnungen 22a, die mit den Registrierungsstiften 21 korrespondieren, auf den Führungen 12,
d) Montage eines Verbinders 7, der mit Öffnungen 7a versehen ist, die mit den Registrierungsstiften 21 korrespondieren, auf der Führung 12,
e) Montage einer Stoßfeder 24 auf jedem Registrierungsstift 21,
f) Montage einer Rückseite 6, die mit Öffnungen 6a versehen ist, die mit den Registrierungsstiften 21 korrespondieren aber größer sind als diese, auf den Registrierungsstiften 21,
g) Montage einer Abschlußscheibe 26 auf jedem Registrierungsstift 21,
h) Wiederholung der Schritte a) bis g), bis alle Seiten vormontiert sind.

Schlußmontage

Um das Gehäuse abschließend zu montieren einschließlich Einschub der Platten 2 in ihre entsprechende Position in dem vormontierten Gehäuse (siehe oben), können die folgenden Schritte ausgeführt werden:
a) Montage der Stützstangen 5 an den vier Seiten des unteren Endrahmens 4,
b) Montage jeder vormontierten Seite, wobei die vormontierten Verbindungsanordnungen 27 positioniert und in Platz gedrückt werden an den Platten und Sicherung der Rückseiten gegen die Stützstangen 5,
c) Verbindung der Flachkabel 10 mit den Energieversorgungen,
d) Montage der Schläuche 32 an den externen Schläuchen einer externen Kühlvorrichtung, die das Kühlfluid liefert,
e) Montage des Gehäuses in der gewünschten externen Umgebung, z. B. in einer Schachtel.

EINE ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM

Eine zweite Ausführungsform des Gehäuses gemäß der Erfindung wird im folgenden beschrieben. Bei dieser zweiten Ausführungsform ist das Gehäuse mit Verbindungs- und Leitungsanordnungen einer anderen Art versehen als in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.

Die Verbindungs- und Leitungsanordnung

Es gibt eine Vielzahl von Flachkabeln 10, vorzugsweise vier Flachkabel 10 je Platte, das heißt ein Flachkabel 10 je Seite N, S, W, E der Platte 2. Die Flachkabel, die mit den Endplatten in Kontakt sind, könnten auch mit den externen Anschlüssen 11 für die externe Datenkommunikation verbunden sein. Bei dieser Ausführungsform, die in der Figur 7A dargestellt ist, bildet jede Verbindungsanordnung 27 Kontakt zwischen zwei Platten 2, das heißt, der Kontakt wird zwischen der Unterseite der einen Platte 2 und der Oberseite der darunterliegenden Platte 2 hergestellt. Zusätzlich zu den Flachkabeln 10 umfaßt diese Verdrahtung eine Vielzahl von Energiebussen 13, die mit der Energieversorgung verbunden sind und sich entlang der gesamten Länge jeder Seite N, S, W, E des Gehäuses 1 erstrecken.
Bevorzugterweise existieren acht Energiebusse 13 je Seite N, S, W, E des Gehäuses, wobei jeder Energiebus 13 vorzugsweise wenigstens eine Energieleitung Vcc und wenigstens eine Energieleitung Gnd umfaßt und jeder Energiebus 13 vorzugsweise mit einer Energieeinheit 80 verbunden ist. Daten können von jeder Platte zu jeder anderen Platte in dem Gehäuse über dazwischenliegende Platten und Flachkabel 10 übertragen werden, die zwischen den zwei Platten angeordnet sind, die miteinander kommunizieren müssen.

Das Flachkabel 10

Die Vielzahl von Flachkabeln 10 wird benutzt zur Verteilung von Daten und zur Herstellung von Kontakt zwischen den Platten 2. Jedes Flachkabel 10 ist ein Film, der wenigstens eine elektrisch leitende Schicht aufweist, die Datenleitungen 106 umfaßt und/oder Kontaktstellen 102 zur Kontaktierung der Platten. Energie wird direkt zu den Energieplattenstellen 20b übertragen über einige der Vielzahl von Kontaktfedern 23, die durch jede Verbindungsanordnung 27 vorgesehen sind, wobei die energieversorgenden Kontaktfedern 23b in Kontakt mit den Energiebussen 13 sind, wodurch die Notwendigkeit für Energieleitungen (und Energieleitungsschichten) in dem Flachkabel 10 entfallen. Signalkontaktfedern 23a sind elektrisch isoliert zum Flachkabel 10, wobei jede Signalkontaktfeder 23a die Funktion hat, eine Kontaktstelle zwischen einer Zahl von Kontaktstellen 102 des Flachkabels 10 und einer entsprechenden Anzahl von Signalplattenstellen 20a herzustellen. Die Anzahl der Kontaktpunkte, die durch jede individuelle Kontaktfeder 23 hergestellt wird, kann gemäß der Anwendung gewählt werden.
In dem Flachkabel 10, das in Figur 7B eingeschlossen ist, sind zwei elektrisch leitende Schichten vorgesehen:
eine Kontaktstellenschicht 100, die eine Vielzahl von Kontaktstellen 102 aufweist zur Herstellung von Kontakt mit den Plattenkontaktstellen 20a einer Platte 2;
eine Datenleitungsschicht 105, die eine Vielzahl von Datenleitungen 106 umfaßt zur Kommunikation und Verteilung von Daten unter den Platten und zu bzw. von der Außenwelt durch die externen Anschlüsse 11, die mit den Flachkabeln der Endplatten verbunden sind. Falls keine externe Kommunikation bei der Anwendung der Erfindung notwendig ist, können die externen Anschlüsse 11 ausgelassen werden.

Kontaktschichten

Eine Anzahl von Kontaktschichtstellen 102 sind in den Kontaktschichten vorgesehen korrespondierend zur Anzahl von Plattenkontaktstellen 20, die auf den Platten 2 vorgesehen sind. Die Schicht selbst ist vorzugsweise elektrisch isolierend, mit Ausnahme der Kontaktstellen 102. Die Abmessung der Flachkabelkontaktstellen 102 entspricht den Abmessungen der Plattenkontaktstellen 20. Die Abmessungen der Stellen könnten 1x1 mm sein.

Datenschicht

Die Flachkabel, die in der Figur 7B dargestellt sind, umfassen nur eine Datenleitungsschicht 105. Mehr als eine Schicht könnte vorgesehen sein, z. B. weil eine erhöhte Anzahl von Datenleitungen vorgesehen sein muß. Die Datenkommunikation wird durchgeführt auf Übertragungsleitungen, von denen jede drei Leitungen 106 innerhalb derselben Datenleitungsschicht 105 benötigt. Insgesamt könnten 32 Übertragungsleitungen in jeder Schicht vorliegen.

Energieversorgung

Energie könnte geliefert werden durch Löcher, die in den Fiachkabeln vorgesehen sind, wobei diese Löcher angeordnet sind, um mit den Plattenenergiestellen 20b übereinzustimmen, wodurch die Energieversorgungskontaktfedern 23b jeder Verbindungsanordnung 27 die Energieplattenstellen 20b direkt durch die Löcher der Flachkabel 10 kontaktieren (siehe Figur 7C). Die Energieversorgungskontaktfedern sind mit den Energieversorgungsbussen 13 verbunden (siehe Figur 7A und 7C).
Wenigstens eine Energieleitung Vcc und wenigstens eine Energieleitung Gnd (Erde) sind in jedem Energiebus 13 vorgesehen. Es sind vorzugsweise acht Energieleitungen Vcc und acht Energieleitungen Gnd in den Energiebussen 13 gemäß dieser Ausführungsform vorgesehen.

Der Verbinder 7

In dieser zweiten Ausführungsform umfaßt jede Verbindungsanordung nur einen Verbinder 7, der mit zwei horizontalen Reihen von Kontaktfedern 23 versehen ist. Die Verbinder 7 in dieser zweiten Ausführungsform sind ähnlich dem Verbinder 7, der in der ersten Ausführungsform vorgesehen ist, mit der Ausnahme daß die Kontaktfedern 23, die in dieser Ausführungsform im ungespannten Zustand getrennt sind, das heißt, daß die zwei horizontalen Reihen von Kontaktfedern 23 nicht wie im Fall der ersten Ausführungsform im Ruhezustand gegeneinander drücken - sie erstrecken sich im Ruhezustand voneinander weg.
Bei dieser Ausführungsform stimmen die Verbindungsanordnungen 27 mit den Platten nur mittels der Kontaktfedern 23 überein, wodurch die Notwendigkeit für die Lippen 7b der Verbinder 7 und der Ausschnitte 2a der Platten 2 entfällt.
Zusätzlich haben die Verbindungsanordungen 27 nichts mit der Käfiganordnung übereinzustimmen, wodurch die Notwendigkeit für die Öffnungen 6a in den Rückseiten 6 entfällt, die Stoßfedern 24, die Verriegelungsscheiben 26, die Führungen 12, die Separatoren 22 und die Öffnungen 7a der Verbinder 7. Bei dieser zweiten Ausführungsform stimmen die Platten 2 überein mit den Stützstangen der Käfiganordnung mittels minimaler Freiräume.
Figur 7A zeigt Verbindungsanordnungen 27 an der Stelle zwischen den Platten, wodurch Kontakt zwischen angrenzenden Platten hergestellt wird. Der Kontakt wird hergestellt mittels zwei horizontaler Reihen von federnden Kontaktfedern 23, die in jedem Verbinder 7 vorgesehen sind. Einige der Kontaktfedern 23b sind in elektrischem Kontakt mit einem Energiebus 13, das heißt mittels einer elektrischen Verbindung, die an der Rückseite jedes Verbinder 7 vorgesehen ist, als auch in direktem ohmschen Kontakt mit der Energieplattenkontaktstelle 20b, das heißt durch Löcher, die in den Flachkabeln vorgesehen sind. Die anderen Kontaktfedern 23a könnten elektrisch isoliert sein und elektrischen Kontakt zwischen den Flachkabelkontaktstellen 102 und den Signalplattenstellen 20a herstellen durch Drücken der Flachkabel 10 gegen die Platte 2.
In Figur 7B ist ein Flachkabel 10 gezeigt an der Position oben an einer Platte 2. Das gezeigt Flachkabel 10 umfaßt eine Datenleitungsschicht 105, die mit einer Datenleitung 106 und einer Kontaktstellenschicht 100 versehen ist, welche eine elektrische Verbindungskontaktstelle 102 aufweist. Die gezeigte Platte 2 umfaßt zwei Konduktoren 19 und zwei Plattenkontaktstellen 20, eine Energieplattenkontaktstelle 2db und eine Datenplattenkontaktstelle 20a. Das Loch, das in dem Flachkabel 10 gemäß Figur 7B vorgesehen ist, ermöglicht einer Kontaktfeder 23 (in Figur 7B nicht gezeigt) die Energiekontaktstelle 20b zu kontaktieren. Dies ist in der Figur 7C gezeigt, wo eine Energieversorgungskontaktfeder 23b in Kontakt ist mit der Energieplattenkontaktstelle 20b.
Bei dieser Ausführungsform können die Rückseiten die Energiebusse 13 halten und die Käfiganordnung mit mechanischer Unterstützung versehen.

Claims

1. Gehäuse (1) mit einem steifen Käfigaufbau, das eine Vielzahl von elektrischen Leiterplatten (2) aufweist, die aufeinandergeschichtet angeordnet sind, wobei das besagte Gehäuse elektrische Anschlußmittel (6, 27, 10, 9) aufweist und wobei

- das Gehäuse federnde Stütz- und Kühleinheiten (30, 31) aufweist, die zwischen den Platten in einem Stapel eingeordnet sind, wobei eine Einheit sowohl über als auch unter jeder Platte vorgesehen ist, um die genannten Platten mechanisch zu stützen und zu kühlen, und wobei

- die Stütz- und Kühleinheiten mechanisch durch den steifen Käfigaufbau getragen werden, wobei der genannte Käfigaufbau durch zwei Endrahmen (3, 4) gebildet wird, die miteinander mittels einer Vielzahl von Stützstangen (5) verbunden sind, wobei die genannten Stütz- und Kühleinheiten jeweils eine Plattenkühlwand aus federndem Material aufweisen und an ihrem äußeren Ende durch einen Kühleinheitrahmen (31) begrenzt werden, wobei

- die elektrischen Anschlußmittel die Platten in den Käfigaufbau sowohl elektrisch verbinden als auch federnd halten, wobei die Platten durch den steifen Käfig des Gehäuses mechanisch gestützt werden, und

- das Gehäuse elektrische Energieversorgungsquellenmittel aufweist, die die Platten mit elektrischer Energie versorgen und an den Endrahmen befestigt sind.

2. Gehäuse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühlmedium zum Kühlen der Vielzahl von Platten (2) vorgesehen ist, um durch jede einzelne Stütz- und Kühleinheit zu fließen durch wenigstens einen Kühleinheiteinlaß (31a) und wengistens einen Kühleinheitauslaß (30b).

3. Gehäuse gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütz- und Kühleinheiten federnd sind, indem wenigstens die Wände der Stütz- und Kühleinheiten, die den Platten (30, 31, 33, 34) gegenüberliegen, aus flexiblem Material gemacht sind, wobei die flexiblen Wände sich selbst an die Oberfläche der Platten anformen aufgrund des Kühlflüssigkeitsdruckes.

4. Gehäuse gemäß Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühleinheitrahmen (31) der Stütz- und Kühleinheit (30, 31, 33, 34) steife Wände aufweist, die rechtwinklig zu den federnden Plattenkühlwänden sind, wobei der Rahmen (31) außerdem mit einer Vielzahl von Vorsprüngen (31a) versehen ist, um die Platten unter einem minimalen Abstand zwischen den Platten (2) zu positionieren.

5. Gehäuse gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlässe (30a) und Auslässe (30b,) die bei jeder Stütz- und Kühleinheit (30, 31, 33, 34) vorgesehen sind, lösbar verbunden sind mit wenigstens einem Kühlflüssigkeitseinlaßschlauch (32a) bzw. wenigstens einem Kühlflüssigkeitsauslaßschlauch (32b), wobei die Schläuche (32a, 32b) durch den Endrahmen (3, 4) in Position gehalten werden und eine Kühlflüssigkeit zwischen den Stütz- und Kühleinheiten (30, 31, 33, 34) und einer Kühlflüssigkeitsquelle transportieren, und daß die Schläuche automatisch schließbare Öffnungen haben.

6. Gehäuse gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Verbindungsmittel (6, 27, 10, 9) eine Vielzahl von Verbinder- und Leitungsaufbauten umfaßt, und daß jeder Verbinder- und Leitungsaufbau eine Vielzahl von federnden Anschlußaufbauten (27) aufweist, die an einer Vielzahl von Gegenelektroden (6) befestigt sind, die an den Stützstangen (5) befestigt sind, wobei jeder Anschlußaufbau (27) eine Vielzahl von Drähten (104, 106) zur Datenkommunikation und Energieversorgung mit einer Vielzahl von Kontaktstiften (20) verbindet, die an jeder Platte (2) vorgesehen sind.

7. Gehäuse gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Anschlußaufbau (27) federnd an einer Gegenelektrode (6) befestigt ist mittels wengistens einer Stoßfeder (24) , die zwischen einer Gegenelektrode (6) und dem Rest des Anschlußaufbaus angeordnet ist, wodurch es dem Anschlußaufbau (27) und der Platte (2), die durch den Aufbau verbunden wird, ermöglicht wird, sich zu bewegen, als auch Änderungen in den Plattenabmessungen ermöglicht werden.

8. Gehäuse gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Drähten (104, 106) in einem Flachkabel (10) eingeschlossen sind, wobei wenigstens ein Energiedraht (104) mit den Energieversorgungsmitteln (8, 9) verbunden ist und wobei wenigstens ein Datendraht (106) mit wenigstens einem externen Terminal (11) zur externen Datenkommunikation verbunden ist und wobei wenigstens ein Datendraht (106) mittels des Anschlußaufbaus (27) mit einer Vielzahl von Platten (2) verbunden ist.

9. Gehäuse gemäß Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß acht Stützstangen (5) benutzt werden, um die zwei Endrahmen des Käfigaufbaus zu verbinden, und daß zwei Stützstangen (5) jeweils an jeder der vier Ecken des Gehäuses angeordnet sind.

10. Gehäuse gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgungsquellenmittel (8, 9) eine Vielzahl von parallelen Energieeinheiten (80) umfassen.

11. Gehäuse gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Endplatten im Stapel Wandler aufweisen für die Energieversorgungsmittel (8, 9).

12. Gehäuse gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Patte (2) einen VLSI-Chip in den Abmessungen eines Wafers aufweist.

13. Gehäuse gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede der vier Seiten der Platten (2) mit wenigstens 100 Kontaktpunkten (20) versehen ist.

14. Kombination einer Kühlanordnung und einer Vielzahl von elektrischen Leiterplatten (2), bei der:

a) die Kühlanordnung eine Vielzahl von Kühleinheiten (30, 31, 33, 34) aufweist, die zwischen die Platten (2) in einem Stapel zwischengelegt sind und bei der die Kühlanordnung angeordnet ist, um die Platten (2) zu kühlen, durch Fließen durch jede Kühleinheit (30, 33, 34)

b) jede Kühleinheit (30, 33, 34) mit wenigstens einer Einlaßöffnung (30a) und wenigstens einer Auslaßöffnung (30b) versehen ist, um der Kühlflüssigkeit zu ermöglichen, durch die fragliche Einheit (30, 33, 34) zu fließen,

c) wenigstens eine einer Platte gegenüberliegende Wand von jeder Kühleinheit (30, 33, 34) aus einem flexiblen Material gemacht ist,

d) Druckmittel vorgesehen sind, um einen Druck auf den aufeinandergestapelten Stapel von Platten (2) und Kühleinheiten (30, 33, 34) aufzubringen, um zwischen einer Kühleinheit (30, 33, 34) und einer Platte (2) Kontakt herzustellen, unter welchem Druck eine flexible Wand einer Kühleinheit (30, 33, 34) sich selbst an eine Plattenoberfläche anformt, dadurch gekennzeichnet, daß

e) eine Kühleinheit (30, 33, 34) oberhalb und unterhalb jeder Platte (2) des Stapels vorgesehen ist,

f) daß der Stapel innerhalb eines Gehäuses (1) gestützt wird,

g) daß jede Kühleinheit (30, 33, 34) einen Kühleinheitrahmen (31) umfaßt, der steife Wände aufweist, die rechtwinklig zu den Platten gegenüberliegenden Wänden der Kühleinheiten (30, 33, 34) sind, und daß der Kühleinheitrahmen (31) einen minimalen Abstand zwischen den Platten (2) in dem Stapel bestimmt.

15. Kombination gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kühleinheit (30, 31, 33, 34) eine Kühltasche (30) aufweist, die aus einem flexiblen Material gemacht ist, das an den Wänden des Kühleinheitrahmens (31) befestigt ist.

16. Kombination gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittel einen mechanischen Verbinder (5) aufweisen, der über dem Stapel montiert ist und der festziehbar ist.

17. Kombination gemäß Anspruch 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittel eine Vielzahl von Kühleinheiten (30, 31, 33, 34) umfassen, wodurch Druck über die unter Druck stehende Kühlflüssigkeit in den Kühleinheiten (30, 31, 33, 34) vorgesehen ist.

18. Kombination gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kühleinheit (30, 31, 33, 34) lösbar verbunden ist mit wenigstens einem Kühlflüssigkeitseinlaßschlauch (32a) und wenigstens einem Kühlflüssigkeitsauslaßschlauch (32b), wobei die Schläuche (32a, 32b) die Kühlflüssigkeit zwischen den Kühleinheiten (30, 31, 33, 34) und einer Kühlflüssigkeitsquelle transportieren, und daß die Schläuche automatisch schließbare Öffnungen haben.

19. Kombination gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kühleinheiten (30, 31, 33, 34) mit jedem der Einlaß- und Auslaßschläuche (32) verbunden sind.

20. Kombination gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß jede zweite Kühleinheit (30, 31, 33, 34) mit dem selben Einlaß- und Auslaßschlauch (32) verbunden ist.

21. Kombination gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kühleinheit mit einer Vielzahl von Einlässen (32a) und Auslässen (32b) versehen ist, um eine gleichmäßige Verteilung der Kühlflüssigkeit in der Kühleinheit (30, 31, 33, 34) zu gewährleisten.

22. Kombination gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlanordnung (30 35) mit Fließsteuermitteln versehen ist, zum Steuern der Kühlflüssigkeitsverteilung.

23. Kombination gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließsteuermittel eine Wand (36) umfassen, die mit Düsen versehen ist, wobei die Wände innerhalb einer Kühleinheit (30, 31, 33, 34) angeordnet sind.

24. Kombination gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließsteuermittel eine Fließdrossel (37) aufweist, die innerhalb einer Kühleinheit (30, 31, 33, 34) angeordnet ist, um den Fluß zu steuern, um den Druckverlust der Kühlflüssigkeit zu kompensieren.

25. Kombination gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließsteuermittel horizontale Platten einschließen, die innerhalb einer Kühleinheit (30, 31, 33, 34) angeordnet sind.

26. Kombination gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit Wasser oder Luft ist.

27. Kombination gemäß Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Material Polyamid ist, laminiert mit Polyäthylen.

28. Kombination gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühleinheitrahmen (31) mit einer Kühltasche (30) integriert ist, die in jeder Kühleinheit enthalten ist, wobei die festen Wände des Kühleinheitrahmens mit dem Inneren der Kühltasche verbunden sind.