DE202004007700U1

DE202004007700U1 - Multi-sided cooling body with integrated thermal conducting pipe for cooling exothermic electrical and electronic components has one or more parts, cooling ribs and/or lamellas on at least three sides

Info

Publication number: DE202004007700U1
Application number: DE202004007700U
Authority: DE
Original assignee: Richard Woehr GmbH
Current assignee: Richard Woehr GmbH
Priority date: 2004-05-13
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2014-05-14

Abstract

The device has one or more integrated thermally conducting pipes (5) and adapter systems (6) for accommodating the heat take-up (4) and/or output ends of the thermal conducting pipe, whereby the adapter is manufactured from copper and/or aluminum and/or graphite and/or their alloys. The multi-sided cooling body is of one or more parts and has cooling ribs and/or cooling lamellas on at least three sides.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mehrseitiger Kühlkörper mit integriertem Wärmeleitrohr zur Kühlung von wärmeabgebenden elektrischen und elektronischen Bauteilen insbesondere von Computerprozessoren oder Leistungselektroniken mit einem mehrseitigen Kühlkörper, einem und/oder mehreren Wärmeleitrohren sowie deren Adaptersystemen zur Aufnahme der wärmeaufnehmenden Enden und/oder der wärmeabgebenden Enden der Wärmeleitrohre, wobei die Adapter zur Wärmekopplung aus Kupfer und/oder Aluminium und/oder Graphit und/oder deren Legierungen hergestellt sind und wobei der wärmeabgebende mehrseitige Kühlkörper eine ausgezeichnete Wärmeaufnahme sowie eine ausgezeichnete Wärmeabgabe durch Konvektion aufweist und auf mehreren Seiten Kühlrippen und/oder Kühllamellen integriert hat und somit auch als Design-Kühlkörper zum Einsatz kommt.The present invention relates to a multi-sided heat sink integrated heat pipe for cooling of heat emitting electrical and electronic components, in particular of computer processors or power electronics with a multi-sided heat sink, one and / or several heat pipes and their adapter systems for receiving the heat-absorbing ends and / or the heat emitting Ends of the heat pipes, the adapters for heat coupling made of copper and / or aluminum and / or graphite and / or their alloys are made and the heat emitting multi-sided heatsink one excellent heat absorption as well as excellent heat dissipation by convection and cooling fins on several sides and / or cooling fins integrated and thus also as a design heat sink for Commitment comes.

Viele elektronische Bauelemente, insbesondere CPU-Prozessoren und Leistungselektroniken arbeiten in einem begrenzten Temperaturbereich und zeigen Fehlfunktionen, wenn die Temperatur außerhalb dieses Bereichs liegt. Außerdem erzeugen sie Wärme während ihres Betriebes. Um nun die richtige Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten muss die während des Betriebs der elektronischen Bauelemente erzeugte Wärme abgeführt werden.Many electronic components, especially CPU processors and power electronics work in a limited temperature range and show malfunctions, when the temperature is outside this area. Moreover they generate heat while of their business. Now to maintain the correct operating temperature must do that during heat generated during the operation of the electronic components are dissipated.

Zur Kühlung von wärmeerzeugenden Bauteilen von elektrischen und elektronischen Komponenten sind eine Vielzahl von Kühlvorrichtungen bekannt. Vor allem werden die Bauteile durch thermischen Anschluss eines Kühlkörpers aus Aluminium oder Aluminiumlegierung an das wärmeerzeugende Teil gekühlt. Da jedoch Aluminium eine niedrige Wärmeleitfähigkeit hat, ist die Wärmeableitung unzureichend, so dass kein ausreichender Kühleffekt erzielt wird.For cooling heat-generating components from electrical and electronic components are a variety of coolers known. Above all, the components are made by thermal connection a heat sink Aluminum or aluminum alloy cooled to the heat generating part. There however, aluminum has a low thermal conductivity has is heat dissipation insufficient, so that a sufficient cooling effect is not achieved.

So ist in DE 201 12 851 U1 ein Kühlaggregat für eine Zentraleinheit beschrieben, indem ein Rahmen und ein Sitz miteinander verbunden sind, zwischen denen ein Kühlrippensatz angeordnet ist, der auf den Prozessor gepresst wird und einen Lüfter integriert hat. Nachteilig bei diesem System ist, dass die Wärme nur mittels des Lüfters abtransportiert wird. Außerdem ist es für Prozessoren hoher Leistung nicht ausreichend.So is in DE 201 12 851 U1 describes a cooling unit for a central unit in that a frame and a seat are connected to one another, between which a cooling fin set is arranged, which is pressed onto the processor and has a fan integrated. A disadvantage of this system is that the heat is only removed by means of the fan. It is also not sufficient for high performance processors.

In DE 195 09 904 C2 wird eine Kühlvorrichtung zum Ableiten von Wärme von elektronischen Komponenten mittels eines Ventilators mit einer Grundeinrichtung, die an ihrem Rand erste Rippen und an ihrem Mittelbereich zweite Rippen aufweist und im Mittelteil ein Tragteil für den Ventilator vorhanden ist, und der Ventilator mittels Befestigungselementen an der Grundeinrichtung befestigt ist, wobei die Grundeinrichtung nur aus einem Material hergestellt ist, in diesem Fall aus Aluminium. Auch hier wird die Kühlleistung nur durch den Einsatz des Lüfters erreicht.In DE 195 09 904 C2 is a cooling device for dissipating heat from electronic components by means of a fan with a basic device, which has first ribs at its edge and second ribs at its central region and a supporting part for the fan is provided in the central part, and the fan is fastened to the basic device by means of fastening elements is, wherein the basic device is made of only one material, in this case aluminum. Here too, cooling performance is only achieved by using the fan.

Die meisten Kühlvorrichtungen für Prozessoren und Leistungselektroniken basieren auf einem Aluminiumkühlkörper mit Rippen und angeflanschtem Lüfter. Kühlkörper aus Kupfer wären von der Wärmeleitung her wesentlich besser, sie sind jedoch sehr schwer und teuer. Des weiteren sind Kühlkörper aus Aluminium mit Kupferkern, z. B. geschraubte Kupferplatte auf Aluminiumkühlkörper oder Extrusionsprofil aus Aluminium mit Kupfer-Inlet u. a. bekannt, wobei das Kupfer im Innern für eine bessere Wärmeableitung sorgt und das Aluminium für einen guten Übergang an die Luft zuständig ist. Hier sind immer Aluminiumkühlkörper mit Lüftern im Einsatz. Nachteilig ist auch hier der Einsatz von Lüftern.Most processor coolers and power electronics are based on an aluminum heat sink Ribs and flanged fan. Heatsink off Would be copper from heat conduction much better, but they are very heavy and expensive. Of others are heat sinks Aluminum with copper core, e.g. B. screwed copper plate on aluminum heat sink or Extrusion profile made of aluminum with copper inlet u. a. known, whereby the copper inside for better heat dissipation ensures and the aluminum for a good transition responsible for the air is. Aluminum heatsinks are always included here fans in use. The use of fans is also disadvantageous here.

Zur Kühlung der elektronischen Komponenten sind weitere zahlreiche Kühlkörper aus Aluminium mit und/oder ohne Lüfter vorgeschlagen und entwickelt worden. Nachteilig bei diesen Lösungen ist zum einen der Geräuschpegel sowie die begrenzte Lebensdauer der Lüfter. Außerdem benötigt diese Art der Kühlung einen großen Platzbedarf, ist in ihrer Herstellung sehr teuer und lässt die abgeführte Wärme mittels Konvektion im Gehäuse, so dass weitere Lüfter zur Wärmeabfuhr der entstehenden Wärme aus dem Gehäuse heraus erforderlich sind. Des weiteren sind Kühler mit in den Kühlrippen integrierten Flüssigkeitskühlern und Lüftern bekannt. Nachteilig bei diesen Kühlern ist, dass, dadurch dass der Flüssigkeitskühler eine bestimmte Länge zur einwandfreien Funktion benötigt, diese aber bei den bekannten Kühlern nicht realisierbar, es nicht möglich ist, die kalte Zone des Flüssigkeitskühlers auch kalt zu halten. Denn der Kühlblock des Kühlers wird schnell warm und der Lüfter kühlt die Kühlrippen noch schlechter ab. Die kalte Zone erwärmt sich somit und der gewünschte Effekt bleibt aus. Auch diese Kühler benötigen Lüfter zur Wärmeabfuhr aus dem Gehäuse heraus.For cooling the electronic components are numerous other heatsinks Aluminum with and / or without fan proposed and developed. The disadvantage of these solutions is one of the noise levels as well as the limited life of the fans. This type of cooling also requires one huge Requires space, is very expensive to manufacture and leaves the dissipated Heat by means of Convection in the housing, so more fans for heat dissipation the resulting heat the housing out are required. There are also coolers in the cooling fins integrated liquid coolers and fans known. A disadvantage of these coolers is that by making the liquid cooler a certain length required for proper function, but this with the known coolers not feasible, not possible is, the cold zone of the liquid cooler too to keep cold. Because the cooling block of the cooler gets warm quickly and the fan cools the cooling fins even worse. The cold zone warms up and the desired effect Stay off. These coolers too need Fan for heat dissipation out of the housing out.

In DE 199 44 550 A1 ist ein Gehäuse mit elektrischen und/oder elektronischen Einheiten beschrieben. Dabei dient ein Kühlkörper aus Aluminium zur Kühlung mittels Heat Pipe von den Einheiten, wobei entsprechende Luftkanäle im Kühlkörper integriert sind. Umfangreiche Tests haben jedoch gezeigt, dass das Problem bei den heutigen Prozessoren die Wärmeverteilung und die Wärmeübertragung von der Heat Pipe auf den Kühlkörper ist. Dies funktioniert nicht bei nur einschichtigen Kühlkörpern aus Aluminium, da der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient von Aluminium zu gering ist.In DE 199 44 550 A1 describes a housing with electrical and / or electronic units. A heat sink made of aluminum is used for cooling by means of a heat pipe from the units, with corresponding air channels being integrated in the heat sink. However, extensive tests have shown that the problem with today's processors is heat distribution and heat transfer from the heat pipe to the heat sink. This does not work with single-layer heat sinks made of aluminum, since the thermal conductivity coefficient of aluminum is too low.

Dadurch, dass die wärmeerzeugenden Bauteile immer mehr verkleinert werden und immer mehr Wärme erzeugen, die abgeführt werden muss liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen mehrseitiger Kühlkörper mit integriertem Wärmeleitrohr zur Kühlung von wärmeabgebenden elektrischen und elektronischen Bauteilen der eingangs genannten Art zu schaffen, der es erlaubt, die in den elektrischen und elektronischen Bauteilen entstehende Wärme ohne Lüfter abzuführen und ohne Lüfter mit einem kompakten Kühlkörper mit ausgezeichneten Wärmeabstrahlungseigenschaften an die Umgebung abzugeben, wobei der Kühlkörper in seinen Abmessungen klein gehalten wird und als Design-Kühlkörper eingesetzt werden kann und in seiner Herstellung äußerst preiswert ist und kein hohes Gewicht aufweist.Characterized in that the heat-generating components are reduced in size and generate more and more heat that has to be dissipated, the object of the invention is to create a multi-sided heat sink with an integrated heat pipe for cooling heat-emitting electrical and electronic components of the type mentioned at the beginning allows the heat generated in the electrical and electronic components to be dissipated without a fan and without a fan with a to give compact heat sink with excellent heat radiation properties to the environment, the heat sink is kept small in size and can be used as a design heat sink and is extremely inexpensive to manufacture and has no high weight.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist also vorgesehen, dass ein Kühlkörper so gestaltet wird, dass er auf mehreren Seiten Kühlrippen und/oder Kühllamellen aufweist und ein- und/oder mehrteilig ausgeführt ist, und dass das und/oder die wärmeaufnehmenden Ende der Wärmeleitrohre mittels ein- und/oder mehrteiligen Adaptersystemen, die aus Kupfer und/oder Aluminium und/oder Graphit und/oder deren Legierungen hergestellt sind, an den wärmeabgebenden elektrischen und elektronischen Bauteilen befestigt sind und dass das und/oder die wärmeabgebenden Enden der Wärmeleitrohre mit und/oder ohne Adaptersysteme in Bohrungen und/oder Nuten in dem mehrseitigen Kühlkörper befestigt sind und wobei bei mehrteiligen mehrseitigen Kühlkörpern die Kühlkörper metallisch und/oder mechanisch miteinander verbunden sind.This task comes with the characteristics of claim 1 solved. It is therefore provided that a heat sink is designed in such a way that he fins on several sides and / or cooling fins and is made in one and / or several parts, and that and / or the heat absorbing end of the heat pipes by means of one and / or multi-part adapter systems made of copper and / or aluminum and / or graphite and / or their alloys are on the heat-emitting electrical and electronic components are attached and that that and / or the heat emitting ends of the heat pipes with and / or without adapter systems in bores and / or grooves in attached to the multi-sided heat sink are and wherein in the case of multi-part multi-sided heat sinks, the heat sinks are metallic and / or mechanical are interconnected.

Eine einfache bevorzugte Ausführung der Erfindung weist einen mehrseitigen Kühlkörper aus, der aus einem Aluminiumstrangpressprofil hergestellt ist, und auf mindestens drei Seiten Kühlrippen und/oder Kühllamellen aufweist. Dadurch, dass auf mindestens drei Seiten Kühlrippen oder Kühllamellen angeordnet sind, wird eine große Kühlfläche zur Wärmeabgabe mittels Konvektion an die Umgebung erreicht. Das und/oder die wärmeabgebende Enden der Wärmeleitrohre sind in Bohrungen in dem Aluminiumstrangpressprofil untergebracht, wobei die Bohrungen als Spiel- oder Presspassung ausgeführt sind.A simple preferred embodiment of the invention has a multi-sided heat sink, the is made of an extruded aluminum profile, and at least three sides of cooling fins and / or cooling fins having. By having cooling fins on at least three sides or cooling fins arranged are going to be a big one Cooling surface for heat achieved by convection to the environment. That and / or the heat giving off Ends of the heat pipes are housed in holes in the extruded aluminum profile, the holes are designed as a clearance or press fit.

Eine Vereinfachung ergibt sich dadurch, dass der Kühlkörper aus mehreren Kühlkörperprofilen hergestellt ist, wobei die Kühlkörperprofile miteinander verschraubt sind. Das wärmeabgebende Ende des Wärmeleitrohres wird in Bohrungen in dem Kühlkörper befestigt, wobei die Bohrung vorzugsweise mittig in den Profilen angeordnet ist. Das wärmeaufnehmende Ende des Wärmeleitrohres wird mittels eines Adaptersystems an dem wärmeabgebenden elektrischen oder elektronischen Bauteiles befestigt, wobei das Adaptersystem dem Bauteil angepasst ist und mittels Spannklammern, Schrauben o. ä. Komponenten fest und/oder federnd am Bauteil angeordnet ist.A simplification results from the fact that the heat sink several heat sink profiles is made, the heat sink profiles are screwed together. The heat emitting end of the heat pipe is fixed in holes in the heat sink, wherein the bore is preferably arranged centrally in the profiles is. The heat absorbing End of the heat pipe is by means of an adapter system on the heat-emitting electrical or electronic component attached, the adapter system is adapted to the component and by means of clamps, screws or similar components is fixed and / or resiliently arranged on the component.

Günstig für die Wärmeübertragung vom wärmeabgebenden Ende des Wärmeleitrohres auf den Kühlkörper wirkt sich der Einsatz eines Adapters aus Kupfer und/oder Graphit und/oder deren Legierungen aus, wobei das wärmeabgebende Ende des Wärmeleitrohres im Adaptersystem integriert ist und das Adaptersystem zylindrisch oder quaderförmig ausgeführt ist.Cheap for the heat transfer from the heat emitting End of the heat pipe acts on the heat sink the use of an adapter made of copper and / or graphite and / or their alloys, the heat-emitting end of the heat pipe is integrated in the adapter system and the adapter system is cylindrical or is cuboid.

Zur besseren Wärmeübertragung des Kühlkörpers an die Umgebung wirkt sich der Einsatz von Hochleistungskühlkörper mit eingepressten Rippen aus.For better heat transfer from the heat sink the environment affects the use of high performance heat sinks pressed ribs.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below of an embodiment explained in more detail with reference to the drawings. Show it:

1 einen Schnitt durch einen mehrseitiger Kühlkörper mit integriertem Wärmeleitrohr zur Kühlung von wärmeabgebenden elektrischen und elektronischen Bauteilen 1 a section through a multi-sided heat sink with integrated heat pipe for cooling heat-emitting electrical and electronic components

2 einen Schnitt durch einen mehrteiligen mehrseitigen Kühlkörper mit integriertem Adaptersystem 2 a section through a multi-part multi-sided heat sink with an integrated adapter system

In 1 ist ein Schnitt durch einen mehrseitigen Kühlkörper mit integriertem Wärmeleitrohr zur Kühlung von wärmeabgebenden elektrischen und elektronischen Bauteilen dargestellt. Der mehrseitige Kühlkörper 1 besteht aus einem Aluminiumstrangpressprofil und weist auf mindestens drei Seiten 2 Kühlrippen 3 aus. Das und/oder die wärmeaufnehmenden Enden 4 der Wärmeleitrohre 5 werden mittels Adaptersystemen 6, die aus Kupfer bestehen, an den wärmeabgebenden elektrischen und elektronischen Bauteilen 7 befestigt. Das und/oder die wärmeabgebenden Enden 8 der Wärmeleitrohre 5 werden in Bohrungen 9 in dem mehrseitigen Kühlkörper 1 befestigt, wobei die Bohrung 9 eine Presspassung ausweist.In 1 is a section through a multi-sided heat sink with an integrated heat pipe for cooling heat-emitting electrical and electronic components. The multi-sided heat sink 1 consists of an extruded aluminum profile and points to at least three sides 2 cooling fins 3 out. That and / or the heat absorbing ends 4 of the heat pipes 5 are made using adapter systems 6 made of copper on the heat-emitting electrical and electronic components 7 attached. That and / or the heat emitting ends 8th of the heat pipes 5 are in holes 9 in the multi-sided heat sink 1 attached, the bore 9 shows a press fit.

2 zeigt einen Schnitt durch einen mehrteiligen mehrseitigen Kühlkörper mit integriertem Adaptersystem. Dabei besteht der mehrseitige Kühlkörper 10 aus mehreren mit Rippen 11 versehenen Kühlkörperprofilen 12, die miteinander mit Schrauben 16 verbunden sind. Dabei sind auf mindestens drei Seiten des Kühlkörpers Profile angeordnet. Der zusammengesetzte Kühlkörper 10 weist mittige Bohrungen 13 auf, in die ein Adaptersystem 13 zur Aufnahme des wärmeabgebenden Endes 8 des Wärmeleitrohres 5 integriert ist. Das wärmeabgebende Ende 8 des Wärmeleitrohres ist in einer Bohrung 14 des Adaptersystems 13 befestigt. 2 shows a section through a multi-part, multi-sided heat sink with integrated adapter system. There is the multi-sided heat sink 10 from several with ribs 11 provided heat sink profiles 12 that with each other with screws 16 are connected. Profiles are arranged on at least three sides of the heat sink. The composite heat sink 10 has central holes 13 into which an adapter system 13 for receiving the heat-emitting end 8th of the heat pipe 5 is integrated. The heat emitting end 8th the heat pipe is in a hole 14 of the adapter system 13 attached.

Claims

Multi-sided heat sink with integrated heat pipe for cooling heat-emitting electrical and electronic components, in particular computer processors or power electronics with a multi-side heat sink, one and / or more heat pipes and their adapter systems for receiving the heat-absorbing and / or heat-emitting ends of the heat pipes, the adapters for heat coupling Copper and / or aluminum and / or graphite and / or their alloys are produced, characterized in that the multi-sided heat sink is in one and / or in several parts and is designed on at least three sides with and / or without cooling fins and / or cooling fins

Multi-sided heat sink with integrated heat pipe for cooling of heat emitting electrical and electronic components according to claim 1, characterized characterized in that in the case of multi-part, multi-sided heat sinks mechanical connection between the heat sinks with and / or without cooling fins and / or cooling fins by means of screws and / or rivets and / or stud bolts with nuts and / or clamps or similar he follows.

Multi-sided heat sink with integrated heat pipe for cooling of heat emitting electrical and electronic components according to one of the preceding Expectations, characterized in that the one-piece double-sided heat sink Heatsink off a profile with at least three sides with and / or without cooling fins and / or Cooling slats is made.

Multi-sided heat sink with integrated heat pipe for cooling of heat emitting electrical and electronic components according to one of the preceding Expectations, characterized in that a heat pipe as a heat pipe is used.

Multi-sided heat sink with integrated heat pipe for cooling of heat emitting electrical and electronic components according to one of the preceding Expectations, characterized in that the metallic connection between the Heatsinks with and / or without cooling fins and / or Cooling slats using one of the methods brazing, soft soldering, diffused bonding, welding, casting, pouring, gluing or roll cladding.

Multi-sided heat sink with integrated heat pipe for cooling of heat emitting electrical and electronic components according to one of the preceding Expectations, characterized in that the heat emitting end of the heat pipe is integrated in a hole in the multi-sided heat sink.

Multi-sided heat sink with integrated heat pipe for cooling of heat emitting electrical and electronic components according to one of the preceding Expectations, characterized in that the bore has a clearance or interference fit to absorb the heat emitting End of the heat pipe and / or the adapter systems.

Multi-sided heat sink with integrated heat pipe for cooling of heat emitting electrical and electronic components according to one of the preceding Expectations, characterized in that the cross section of the heat pipe is rectangular accomplished is.

Multi-sided heat sink with integrated heat pipe for cooling of heat emitting electrical and electronic components according to one of the preceding Expectations, characterized in that a receiving bore and / or in the double-sided heat sink Groove for an adapter system for receiving the heat-emitting end of the heat pipe is integrated.

Multi-sided heat sink with integrated heat pipe for cooling of heat-emitting electrical and electronic components according to one of the preceding claims, characterized characterized that the cooling fins are pressed into the aluminum plate.

Multi-sided heat sink with integrated heat pipe for cooling of heat emitting electrical and electronic components according to one of the preceding Expectations, characterized in that the multi-sided heat sink as a one-piece casting is made.

Multi-sided heat sink with integrated heat pipe for cooling of heat-emitting electrical and electronic components according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the multi-sided heat sink at the same time as the housing wall and / or housing shell serves.

Multi-sided heat sink with integrated heat pipe for cooling of heat-emitting electrical and electronic components according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the receiving bore and / or groove in the center Heat sink arranged is.

Multi-sided heat sink with integrated heat pipe for cooling of heat-emitting electrical and electronic components according to one of the preceding claims, characterized characterized that the cooling fins and / or cooling fins have different heights on the sides.

Multi-sided heat sink with integrated heat pipe for cooling of heat-emitting electrical and electronic components according to one of the preceding claims, characterized characterized that the heat sink one rectangular or cuboid Has profile, cooling fins on three and / or four sides and / or cooling fins are arranged.

Multi-sided heat sink with integrated heat pipe for cooling heat-emitting electrical and electronic components according to one of the preceding claims, characterized in that the profile of the heat sink in Cross section is elliptical or round, the cooling fins and / or cooling fins are arranged on the outside of the mold.

Multi-sided heat sink with integrated heat pipe for cooling of heat-emitting electrical and electronic components according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the holes for the heat-emitting end of the heat pipe in the direction of the profile and / or at right angles to the professional and / or are arranged at a certain angle to the profile.