DE19802854C1

DE19802854C1 - Kühlvorrichtung für Computerchips

Info

Publication number: DE19802854C1
Application number: DE19802854A
Authority: DE
Inventors: Mei Hua Hsu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-01-07
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 1999-09-16
Anticipated expiration: 2018-01-27
Also published as: US5960863A; FR2773940A3; DE29801205U1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung, die einen sehr wirksamen Kühlkörper unter natürlichen Konvektionskühlbedingungen für eine CPU (Zentraleinheit) oder einen IC (integrierten Schaltkreis) mit geringen Kosten schafft, der in Form vieler geneigter Rautenmaschen (12) gestanzt wird, die mittels vieler gewellter Maschendrähte (11) aufgebaut sind, die einen flachen rechtwinkligen Querschnitt besitzen und übereinanderliegend verbunden sind. die Schirmplatte (1) ist aus einem gut wärmeeleitfähigen Metallmaterial hergestellt. In Kooperation mit einer großen Vielfalt von Überlappungsanordnungen der Schirmplatten (1) kann die Kühlwirkung verbessert werden und die Wärmeabstrahlung unterstützt werden, ohne unter natürlicher Konvektionskühlbedingung Wärme zurückzuhalten.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung und insbesondere auf eine Kühlvorrichtung, die verwendet wird, um einen hocheffizienten Kühl körper unter natürlichen Konvektionsbedingungen für eine CPU (Zentraleinheit) oder einen IC (integrierter Schalt kreis) mit niedrigen Kosten herzustellen.

Damit eine CPU oder ein IC normal arbeiten kann, ist es sehr wichtig, darauf einen Kühlkörper zu montieren. Die Verfahren zum Kühlen von CPU- oder IC-Zellen, während des Betriebs, werden in zwei Klassen eingeteilt, wovon eine die Zwangskühlung und die andere die natürliche Konvek tionskühlung ist. Die herkömmlichen Kühlkörper entspre chen den folgenden Typen:

1. Kühlblock und Kleber zum Erhöhen der Fläche des Strahlungskopfes und zum Begünstigen der Luftströ mung, wobei der Kühlblock mit mehreren Rippen oder vertikalen Nadeln aus einem gut wärmeleitenden Mate rial gefertigt ist und mit einem Kleber auf der Ober fläche der CPU oder des IC aufgesetzt ist, um die von der CPU oder dem IC erzeugte Wärme an die Luft abzu geben;
2. Kühlgebläse, das auf der Oberfläche der CPU ange bracht wird oder mit dem obenerwähnten Kühlblock zu sammenwirkt, um einen Zwangskühlkörper zu bilden und die Luftströmung zu erzwingen;
3. Kühlvorrichtung, die die Vorteile einer gut wärmeleitenden Metallröhre nutzt, die auf die Oberfläche der CPU aufgesetzt ist und die Wärmeleistung abführt.

Ausführungsformen von herkömmlichen Kühlkörpern werden beschrieben in der Druckschrift JP 09055458 A, in der ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers mit gewellten und ebenen Blechen offenbart wird, sowie in der Druck schrift DE 41 06 437 A1, in der eine Vorrichtung zur Kühlung von LSI-Schaltungen mit dünndrähtigen Kühlrippen offenbart wird.

Nach einer Untersuchung der Kühlverfahren und der Kühl vorrichtungen wurde bezüglich des die höchste Kühleffizienz aufweisenden Kühlgebläses festgestellt, daß ein Kühlgebläse eine Stromversorgung benötigt, daß es im Betrieb Vibrationen und Geräusche erzeugt und die Strombelastung erhöht, wobei insbesondere wenn mehrere Zellen gleichzeitig arbeiten, die Probleme ver stärkt werden. Bezüglich des Kühlkörpers und des Klebers oder der Kühlvorrichtung nach 3. und der natürlichen Konvektionskühlung ist der Kühleffekt begrenzt, insbesondere, wenn keine Kooperation mit anderen Kühlvorrichtungen vorliegt, so daß die Kühlwirkung nicht groß genug ist. Andererseits falls der Kühlblock aus minderwertigem Aluminium (Al) hergestellt ist, das aus Abfallmetallen gewonnen wird, die ein giftiges Element enthalten, sollten die Oberflächen desselben mittels einer Antikorrosions verarbeitung mit einer Chromatbehandlung behandelt werden, damit das giftige Element nicht abgegeben wird, so daß der Kühlblock für Menschen in der Umgebung nicht gefährlich ist, wenn er erwärmt wird. Ande rerseits soll die gegossene Aluminiumstange mittels einer Hochdruckwasser-Schneidvorrichtung in Platten geschnitten werden und als Anode zur Bearbeitung in ein Bad getaucht werden, um die Oxidationsbeständigkeit und die Kühlwir kung zu erhöhen. Um eine bessere Kühlwirkung zu erhalten, nimmt bei zunehmender Oberfläche der Schnittfläche (die der Luft ausgesetzt ist) die Schnittzeit zu, wobei der gesamte Block schwerer wird und so die Produktionskosten deutlich erhöht werden. Außerdem kann bei den obenerwähn ten beiden Typen der Antikorrosionsbehandlung für den Aluminiumkühlblock eine Umweltbelastung entstehen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des obenerwähnten Standes der Technik zu besei tigen und eine kombinierte Kühlvorrichtung mit Führungs kanälen zu schaffen, die leicht ist, Material einspart, einfach herzustellen ist und die Kosten senkt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kühlvorrichtung, die die im Anspruch 1 angegebenen Merk male besitzt. Der abhängige Anspruch ist auf eine bevor zugte Ausführungsform gerichtet.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, die die Struktur eines gitterförmigen starren Elements, im folgenden als Schirmplatte bezeichnet, gemäß der vorliegenden Erfin dung zeigt;

Fig. 2 eine Schnittansicht, die die Schirmplatte gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3 eine Explosionsansicht eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 4 eine Seitenansicht, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5 eine Seitenansicht, die eine zweite Ausführungs form der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 6 eine Seitenansicht, die eine dritte Ausführungs form der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 7 eine Seitenansicht, die einen Betrieb in Koopera tion mit einem Kühlgebläse zeigt.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, umfaßt die vorliegende Erfindung eine oder mehrere Schirmplatten 1, die jeweils aus mehreren aus Metall bestehenden gewellten Maschen drähten 11 mit rechtwinkligem Querschnitt zusammengesetzt sind, die nebeneinanderliegend so angeordnet sind, daß jeweils die Wellenberge des einen Maschendrahtes auf den Wellentälern des benachbarten Maschendrahtes aufliegen und mit diesen verbunden sind, so daß sich ein gitterförmiges starres Element mit schräg liegenden rautenförmigen Maschen 12 ergibt, das dann beliebig in eine gewünschte Größe geschnitten werden kann.

Bei der Herstellung eines Kühlkörpers, der auf einem IC oder einer CPU montiert wird, werden mehrere Schirmplat ten 1 mit geeigneter Größe übereinandergelegt und auf einer Grundplatte 3 befestigt, die aus einem gut wärme leitenden Material gefertigt ist, indem vier aufrechte Pfosten 31 auf den Ecken der Grundplatte 3 mit vier Bohrungen 13 an den Ecken aufgesetzt und mittels Schrau ben 32 und Beilagscheiben 33 befestigt werden, woraufhin die Grundplatte 3 mittels Wärmeleitkleber auf die Ober fläche des Bausteins 2 geklebt wird, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist. Zum Befestigen der Schirmplatten 1 auf der Grundplatte 3 kann ein anderes Verfahren verwendet werden, bei dem zum Beispiel elastische Klammern verwen det werden oder eine Schirmabdeckung (in der Zeichnung nicht gezeigt) angebracht wird. Wie in Fig. 4 gezeigt, absorbiert die Grundplatte 3 mittels der Kontaktfläche die vom Baustein 2 erzeugte Wärme, wobei mittels eines gut wärmeleitenden Abstandhalters die Wärme von der Grundplatte 3 an die Schirmplatten 1 nahe der Unterseite (als leitender Abschnitt C markiert) weitergeleitet wird, wobei in diesem Abschnitt die Kontaktfläche zwischen den benachbarten Schirmplatten 1 durch Verändern der Maschen weite und des Maschendurchmessers gesteuert werden kann, um 80-85% zu erhalten. Oberhalb des Abschnitts C beste ht der Kühlkörper aus einem Strahlungsabschnitt (in den Zeichnungen mit Abschnitt B bezeichnet), in dem die Kontaktfläche zwischen den Schirmplatten 20% ausmacht und die Fläche zwischen den Schirmplatten, auf der lediglich punkt förmige Berührungen stattfinden, 80% ausmacht, um genügend Zwischenräume für eine Luft strömung zu schaffen und die Wärme abzustrahlen. Wenn die Schirmplatte 1 aus Kupfer (Cu) hergestellt ist, können die überlappenden Schirmplatten 1 in einen Tank mit geschmolzenem Lötzinn getaucht werden, so daß die Kon taktpunkte miteinander verlötet werden, um die Schirm platten 1 zu einer Baueinheit zu verbinden und die Wärme leitfähigkeit zu erhöhen. Wenn ferner verschiedene Schirmplatten 1 übereinandergelegt werden, kann auf die Verbindungspunkte jeder Schirmplatte 1 ein Punktschweiß verfahren angewendet werden. Zum Steuern des Anteils der leitenden Fläche kann das Einstellen der Orientierung der geneigten Rautenmaschen 12 beim Übereinanderlegen der Schirmplatten 1 wie folgt bewerkstelligt werden:
wenn die Orientierungen der geneigten Rautenmaschen 12 aller Schirmplatten 1 in der gleichen Richtung angeordnet sind, wie in Fig. 4 gezeigt, berührt der gewellte Ma schendraht 11 der oberen Schirmplatte 1 die darunterlie gende Schirmplatte 1 mit dem gewellten Maschendraht 11 über eine Seite, um eine schräge Überlappungsanordnung zu bilden, so daß die geneigten Rautenmaschen 12 der Schirm platte 1 viele Zeilen von schrägen Lochkanälen bilden, die aus den geneigten Rautenmaschen 12 bestehen, um einen Großteil der Wärme mittels der hindurchströmenden Luft abzuführen, wobei die Restwärme von den seitlichen und oberen Abschnitten abgestrahlt wird. Andererseits tragen die Zwischenräume zwischen den Schichten der Schirmplatte 1 zu einem großen Teil dazu bei, die Luft zur Kühlung hindurchzuleiten, so daß die zwischen den Schichten verbleibende Wärme reduziert wird. Aufgrund der gleichmä ßigen Richtung der geneigten Rautenmaschen 12 sind die benachbarten Schirmplatten 1 entgegengesetzt übereinan dergelegt, so daß die geneigten Rautenmaschen 12 dersel ben jeweils in entgegengesetzte Richtungen weisen, wie in Fig. 5 gezeigt, um die Wärme von beiden Seiten abzustrah len.

Wie in Fig. 6 gezeigt, können die Schirmplatten 1 anders angeordnet werden (die geneigten Rautenmaschen 12 können relativ zueinander in einer beliebigen Richtung angeord net sein, z. B. dem Uhrzeigersinn folgend, wobei das erste Element in Richtung drei Uhr weist, das zweite Element in Richtung sechs Uhr weist, das dritte Element in Richtung neun Uhr weist und das vierte Element in Richtung zwölf Uhr weist, so daß der zwischen zwei be nachbarten Elementen eingeschlossene Winkel 90° beträgt), wenn sie jeweils einander überlappen, um einen kompli zierten gestapelten Maschenschirm mit größeren Quer schnittszwischenräumen zwischen den überlappenden Schich ten zu bilden, um die zwischen diesen verbleibende Wärme zu eliminieren. Entsprechend der gewünschten Größe der Kühlwirkung kann die Anordnung der übereinandergestapel ten Schirmplatten beliebig gewählt werden, ohne auf die obenerwähnten Verfahren beschränkt zu sein.

Um die Kühlwirkung zu verbessern, wird wie in Fig. 7 gezeigt ein Gehäuse 14 in der Mitte der überlappenden Schirmplatten 1 aufgebaut, um darin ein Kühlgebläse 4 einzusetzen und eine Luftströmung zu erzwingen und die Wärme abzustrahlen.

Neben der Anwendung zum Kühlen eines IC und einer CPU kann die vorliegende Erfindung für andere Zwecke zum Kühlen anderer wärmeerzeugender Einheiten verwendet werden.

Claims

1. Kühlvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine oder mehrere übereinanderliegende Schirm platten (1) umfaßt, wobei eine Schirmplatte aus mehreren aus Metall bestehenden gewellten Maschendrähten (11) mit rechtwinkligem Querschnitt zusammengesetzt ist, die nebeneinanderliegend so angeordnet sind, daß jeweils die Wellenberge des einen Maschendrahtes auf den Wellentälern des benachbarten Maschendrahtes aufliegen und mit diesen verbunden sind, so daß sich ein gitterförmiges starres Element mit schräg liegenden rautenförmigen Maschen (12) ergibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmplatte aus Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Zinn (Sn) oder Nickel (Ni) oder einer Legierung herge stellt ist.