DE10319984B4

DE10319984B4 - Vorrichtung zum Kühlen von Speichermodulen

Info

Publication number: DE10319984B4
Application number: DE10319984A
Authority: DE
Inventors: Christian Stocken; Thomas Huber; Stephan Dr. Schröder; Manfred Pröll
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2003-05-05
Filing date: 2003-05-05
Publication date: 2009-09-03
Anticipated expiration: 2023-05-06
Also published as: US7023701B2; US20050018401A1; DE10319984A1

Abstract

Vorrichtung zum Kühlen von Speichermodulen mit Elementen zur thermischen Kopplung mindestens zweier Speichermodule (5) wobei die Vorrichtung einen im Längsschnitt kammförmigen Grundkörper (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei benachbarte Elemente im wesentlichen einander gegenüber liegende Hauptseiten mit je einer Kontaktfläche (12) aufweisen, die zum thermischen Kontaktieren eines Moduls ausgebildet ist, wobei die Kontaktfläche (12) mittels zumindest eines Federelements (11) mit der Hauptseite verbunden ist und durch das Federelement (11) von der Hauptseite weggedrückt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen von Speichermodulen gemäß Patentanspruch 1.
Speicherbauelemente, die beispielsweise in Computern eingesetzt sind, erzeugen Wärme. Diese Wärmeentwicklung wird mit zunehmender Leistung größer, wobei die Wärme abgeführt werden muß, um ein Überhitzen der Speicherbausteine zu vermeiden. Eine Möglichkeit, dieser Wärmeentwicklung entgegenzuwirken, ist die Betriebsspannung herabzusetzen. Um die entstehende Wärme abzuleiten, ist es üblich, in Computergehäusen beispielsweise Lüfter einzusetzen, die die aufgewärmte Luft in der Umgebung der Bausteine nach außen transportieren. Auch ist es durchaus schon bekannt, einzelne Speicherbausteine, wie beispielsweise auf Grafikkarten, direkt zu kühlen.
Heutzutage ist es in der PC-Technik üblich, die Speicherbausteine als sogenannte ”DIMM”-Module zu realisieren. Dabei werden einzelne Bausteine zusammengefaßt als Modul auf einer Karte montiert und diese Karte dann auf der Hauptplatine dem sogenannten ”Motherboard” aufgesteckt. Um diese DIMM-Module in einem PC anzusprechen, sind auf der Hauptplatine Slots zum Aufnehmen eines oder mehrerer dieser Speichermodule angeordnet. Zur Vermeidung von Signallaufzeiten sind die DIMM-Module üblicherweise in der Nähe des Prozessors angeordnet.
Die bisher üblichen Kühltechniken haben dazu geführt, daß mit den bisherigen Lösungen nur eine unzureichende Kühlung erfolgt. Die Zunahme der Wärmeentwicklung wächst, und die Wärmeentwicklung verteilt sich wegen ungleichmäßiger Zugriffe auf Teilbereiche des gesamten zur Verfügung stehenden Speicherplatzes nicht auf alle Speichermodule homogen. Genauso kann es zu ungleichmäßiger Erwärmung der Speicherbausteine innerhalb eines Moduls kommen, da die Stromaufnahme und damit die Wärmebildung im aktiven Modus sehr viel größer als im Standby-Modus ist. Weiterhin nehmen die Speichermodule von mehreren Wärmeträgern wie Prozessor und Grafikkarte je nach Distanz zu diesen unterschiedliche Wärmemengen auf. Daraus resultiert eine sehr viel größere Wärmebelastung derjenigen Speicherbausteine, auf die gerade zugegriffen wird. Umgekehrt ist es aber wünschenswert, die Temperaturschwankung jeder Speicherzelle möglichst gering zu halten.
Die Druckschrift US 4 763 298 A beschreibt eine Kühlvorrichtung für Speichermodule. Die Kühlvorrichtung leitet einen Gasstrom auf die Speicherbausteine.
In der Druckschrift US 5 843 807 A ist ein Speichermodul genannt, welches Schichten aus unterschiedlichen Materialien enthält. Dadurch wird es unempfindlich gegenüber Verformung bei Erwärmung. Wärme kann über Laschen an eine Wärmebrücke abgegeben werden.
Die Druckschrift US 5 963 427 A beschreibt eine Platine zur Aufnahme von Speicherchips. Die Platine wird auf das Motherboard gelötet und so gebogen, dass die Speicherbausteine vom Motherboard weg zeigen.
Die Druckschrift DE 100 38 161 A1 nennt eine Kühlvorrichtung für elektronische Bauteile. Die Kühlvorrichtung hat die Form einer Klammer und wird an das zu kühlende Bauteil geklemmt. Durch die Vergrößerung der Oberfläche wird Wärme besser abgegeben.
Die Druckschrift US 6 319 756 B2 zeigt eine Vorrichtung zur Kühlung integrierter Schaltkreise. Plättchen, die zwischen Speichermodule gesteckt sind, führen Wärme in Bereiche entfernt von den Speichermodulen, sodass die Wärme dort an die Umgebung abgegeben wird.
In der Druckschrift DE 199 45 434 A1 wird gezeigt, wie elektronische Bauteile selektiv gekühlt werden, damit sie die Systemleistung nicht verringern.
In der Druckschrift US 2002/159 237 A1 ist eine Vorrichtung zum Kühlen von Bausteinen mit integrierten Schaltungen auf mehreren Leiterplatten gezeigt, bei der ein thermisch leitender, im Längsschnitt kammförmiger Grundkörper über die zu kühlenden Leiterplatten gestülpt wird. Die Leiterplatten werden mittels Federelementen an den Grundkörper gedrückt.
Die Druckschrift US 2002/114 139 A1 beschreibt ein Kühlsystem für eine mit Abwärme produzierende Bauteile bestückte Leiterplatte, bei dem mit an die Bauteile gedrückten Kühlplatten und über einen thermischen Kanal die kühlende Wirkung erzielt wird.
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, die in immer größerem Maße anfallende thermische Leistung von Speicherbausteinen abzuführen und übermäßige Temperaturschwankungen zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Der thermische Kontakt von einem Speichermodul zu einem Grundkörper kommt über Kontaktflächen zustande, die jeweils mit den die kammartige Struktur des Grundkörpers bildenden Elementen über Federelemente verbunden sind. Ein sich zwischen zwei benachbarten Elementen befindliches Speichermodul wird eingeklemmt, da über die Federelemente die Kontaktflächen von den Hauptseiten der Elemente weg gedrückt werden. Dadurch, dass alle Speichermodule miteinander über den als wärmeleitende Brücke wirkenden Grundkörper in thermischem Kontakt stehen, ist für eine gleichmäßige Wärmebelastung gesorgt. Durch die über die Federelemente beweglichen Kontaktflächen ist eine flexible Anwendung der Vorrichtung möglich, mit großen Toleranzen gegen über den geometrischen Abmessungen der zu kühlenden Speichermodule.
In einer vorteilhaften Ausbildung ist eine vergrößerte Oberfläche mittels Kühlrippen vorgesehen, um die Wärme besser abzuleiten. Außerdem kann mit einem Lüfter oder einem Peltier-Element die Kühlung aktiv verbessert werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 den Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einem Motherboard,
2 die Vorrichtung in einer Querschnittsdarstellung,
3a bis c unterschiedliche Ausführungsformen des Grundkörpers.
1 zeigt in prinzipieller Darstellung die Hauptplatine bzw. das ”Motherboard” 2 eines PCs. Schematisch dargestellt ist die Anordnung mit einem Prozessor 3, Steckplätzen 4 für Peripheriekarten und einer Kühlvorrichtung 1 für Speichermodule 5, die die Speichermodule 5 zum größten Teil überdeckt.
2 zeigt einen Querschnitt durch die in 1 dargestellte Kühlvorrichtung 1. Die Speichermodule 5 sind über Steckplätze 6 mit dem Motherboard 2 verbunden. Die Speichermodule 5 umfassen dabei eine Platine 7 zur Aufnahme mehrerer Speicherbausteine 8. Die Kühlvorrichtung 1 besteht aus einem Grundkörper 10 und Elementen, mit denen eine thermische Verbindung zu den Speichermodulen 5 hergestellt ist. Über Federelemente 11 wird eine Kontaktfläche 12 an die Speicherbausteine 5 gedrückt. Die Kontaktfläche 12 ist dabei mit dem Grundkörper 10 verbunden.
In einer bestimmten Ausgestaltung weist die Kontaktfläche 12 eine Isolierschicht 13 auf. Die Kontaktfläche 12 stellt zwischen dem Grundkörper 10 und den Speicherbausteinen 8 eine Verbindung her, die einen guten Wärmefluß gewährleistet. Dazu drücken die Federelemente 11 die Kontaktfläche 12 plan anliegend an die Speicherbausteine 8. Durch das Andrücken ist eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Grundkörper 10 und dem Speicherbaustein 8 hergestellt. Die Kühlvorrichtung 1 ist durch diese Maßnahme genügend fest an dem Speicherbaustein fixiert, auch wenn der Computer gekippt aufgestellt oder transportiert wird.
In 2 ist eine Anwendung mit vier Speichermodulen 5 dargestellt. Dabei sind zwei der Speichermodule 5 beidseitig und zwei einseitig mit Speicherbausteinen 8 bestückt. Die Kontaktflächen müssen aber immer, auch wenn die Gesamtdicke aus Speicherbaustein 8 und Platine 7 variiert, eine kraftschlüs sige wärmeleitende Verbindung herstellen. Deshalb ist für die Kontaktflächen 12 eine flexible Verbindung 15 vorgesehen. Eine Isolationsschicht 13 auf der Kontaktfläche 12 verhindert als vorteilhafte Ausgestaltung das Kurzschließen von nicht isolierten Leitungen auf dem Speichermodul.
Insgesamt ist durch diese Anordnung vorgesehen, daß alle Speicherbausteine aller von dem Grundkörper 10 umgebenden DIMM-Module eine annähernd gleich gute thermische Verbindung zum Grundkörper 10 aufweisen und somit eine einheitliche Erwärmung aller Speicherbausteine gewährleistet ist.
In 3a ist eine Ausführungsform eines Grundkörpers 10 mit zusätzlich angeordneten Kühlrippen 14 dargestellt. Der Einfachheit halber sind nur einige Kühlrippen 14 angedeutet, sie können jedoch tatsächlich über der ganzen Oberfläche des Grundkörpers 10 verteilt sein. Mit diesen Kühlrippen 14 wird eine Vergrößerung der Oberfläche des Grundkörpers dargestellt durch die im Grundkörper 10 gespeicherte Wärme schneller an die umgebende Luft abgegeben wird.
In 3b ist eine andere Ausgestaltung des Grundkörpers 10 dargestellt. Mittels eines Lüfters 6 wird die aufgewärmte Luft, die die Kühlvorrichtung umgibt, kontinuierlich durch kältere Luft ersetzt. Die Kühlleistung des Lüfters ist dabei temperaturabhängig regelbar.
3c zeigt eine Ausführung des Grundkörpers 10, bei dem die Kühlung mittels eines Peltier-Elements 16 dargestellt ist. Ein Peltier-Element wirkt vergleichbar wie eine Wärmepumpe und erzeugt einen Temperaturgradienten. Dieser bewirkt, daß die der Kühlvorrichtung zugewandte Seite sich wie eine Wärmesenke verhält und somit Wärme vom Grundkörper 10 aufnimmt.
Alle zuvor dargelegten Ausführungsformen und die Ausgestaltung des Grundkörpers können selbstverständlich miteinander kombiniert werden, um die thermische Leistung, die von den Speichermodulen abgegeben wird, effektiv abzuführen.

1: Kühlvorrichtung
2: Hauptplatine
3: Prozessor
4: Steckplätze für Peripheriekarten
5: Speichermodule
6: Steckplätze
7: Modulplatine
8: Speicherbausteine
10: Grundkörper
11: Federelement
12: Kontaktflächen
13: Isolationsschicht
14: Kühlrippen
15: flexible Verbindung
16: Peltier-Element

Claims

Vorrichtung zum Kühlen von Speichermodulen mit Elementen zur thermischen Kopplung mindestens zweier Speichermodule (5) wobei die Vorrichtung einen im Längsschnitt kammförmigen Grundkörper (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei benachbarte Elemente im wesentlichen einander gegenüber liegende Hauptseiten mit je einer Kontaktfläche (12) aufweisen, die zum thermischen Kontaktieren eines Moduls ausgebildet ist, wobei die Kontaktfläche (12) mittels zumindest eines Federelements (11) mit der Hauptseite verbunden ist und durch das Federelement (11) von der Hauptseite weggedrückt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung plan aufliegende Kontaktflächen (12) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) aus Aluminium gefertigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche der Kontaktfläche (12) zumindest teilweise eine Isolationsschicht (13) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) Kühlrippen (5) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) einen Lüfter (6) als aktives Kühlelement aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) ein Peltier-Element als aktives Kühlelement aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Kühlelement in einem Temperatur-Regelkreis eingebettet ist.