DE202005003992U1

DE202005003992U1 - Fanless cooling system with heat conducting tube mounted on both sides for cooling electrical/electronic components in computer processors or power electronics has cooling body with one or more fins with bores and/or through openings

Info

Publication number: DE202005003992U1
Application number: DE200520003992
Authority: DE
Original assignee: Richard Woehr GmbH
Current assignee: Richard Woehr GmbH
Priority date: 2005-03-12
Filing date: 2005-03-12
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2015-03-13

Abstract

The system has a finned cooling body, heat conducting tubes and an adapter system for accommodating the heat absorbing ends of the tubes which is made of copper and/or aluminum and/or graphite for thermal coupling. The cooling body consists of fins with bores and/or through openings with and/or without raised edges. The ends of the tubes that give off heat are inserted into the bores and the adapter is spring mounted without gaps on the electronic components by pressing.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein beidseitig gelagertes lüfterloses Kühlsystem mit Wärmeleitrohr zur Kühlung von wärmeabgebenden elektrischen und elektronischen Bauteilen insbesondere von Computerprozessoren oder Leistungselektroniken mit einem und/oder mehreren Wärmeleitrohren sowie deren Adaptersystemen zur Aufnahme der wärmeaufnehmenden Enden, wobei die Adapter zur Wärmekopplung aus Kupfer und/oder Aluminium und/oder Graphit und/oder deren Legierungen hergestellt sind und einem und/oder mehreren Finnen-Kühlkörper, die aus einen und/oder mehreren nacheinander angeordneten Finnen bestehen, die aus Aluminium und/oder Kupfer und/oder Graphit und/oder deren Legierungen und/oder aus Aluminium-Kupfer-Verbundwerkstoff und/oder aus verkupfertem Aluminium hergestellt sind und an den wärmeabgebenden Enden der Wärmeleitrohre angebracht sind und wobei der und/oder die Finnen-Kühlkörper eine ausgezeichneter Wärmeaufnahme sowie eine ausgezeichnete Wärmeabgabe durch Konvektion aufweisen und innerhalb und/oder außerhalb des Gehäuses angeordnet sind und wobei das wärmeaufnehmende Ende der Wärmeleitrohre mit dem Adaptersystem federnd auf dem elektronischen Bauteil und/oder Prozessor gelagert ist und eine und/oder mehrere Lamellen federnd gelagert am Gehäuse und/oder einer Befestigungseinheit angeordnet sind.The The present invention relates to a fanless mounted on both sides cooling system with heat pipe for cooling of exhaling heat electrical and electronic components, in particular of computer processors or power electronics with one and / or more heat pipes and their adapter systems for receiving the heat-absorbing ends, wherein the adapters for heat coupling of copper and / or aluminum and / or graphite and / or their alloys are manufactured and one and / or more fin-type heat sink, the consist of one and / or more successively arranged fins, made of aluminum and / or copper and / or graphite and / or their Alloys and / or aluminum-copper composite material and / or made of copper-plated aluminum and to the heat-emitting Ends of the heat pipes are mounted and wherein the and / or the fin heatsink a excellent heat absorption and excellent heat dissipation by convection and inside and / or outside of the housing are arranged and wherein the heat-absorbing End of the heat pipes with the adapter system resilient on the electronic component and / or Processor is stored and one and / or several slats springy stored on the housing and / or a fastening unit are arranged.

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.Lots electronic components, in particular CPU processors and power electronics work in a limited temperature range and show malfunction, if the temperature is outside this area lies. Furthermore they generate heat while their business. In order to maintain the correct operating temperature must be during the the heat generated by 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.to cooling of heat-producing Components of electrical and electronic components are one Variety of cooling devices known. Above all, the components are thermally connected a heat sink Aluminum or aluminum alloy cooled to the heat-generating part. There however, aluminum has a low thermal conductivity has, is the 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 und 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 by a frame and a seat are connected to each other, between which a set of fins ribs is arranged and which is pressed onto the processor and has integrated a fan. The disadvantage of this system is that the heat is removed only by means of the fan. Also, it is not enough 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 having at its edge first ribs and at its central region second ribs and in the central part a support member for the fan is provided, and the fan by means of fastening elements attached to the base device is, wherein the basic device is made of only one material, in this case made of aluminum. Again, the cooling capacity is achieved only by the use of 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.The most cooling devices for processors and power electronics are based on an aluminum heat sink with Ribs and flanged fan. Heat sink off Copper would be from the heat conduction Much better, but they are very heavy and expensive. Of others are heat sink off Aluminum with copper core, z. B. screwed copper plate on aluminum heat sink or Extrusion profile made of aluminum with copper inlet u. a. known, where the copper inside for a better heat dissipation ensures and the aluminum for a good transition responsible for the air is. Here are always aluminum heat sink with fans in use. Another disadvantage is the use of fans.

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.to cooling The electronic components are more numerous heatsinks made Aluminum with and / or without fan been proposed and developed. A disadvantage of these solutions is the one of the noise levels as well as the limited life of the fans. In addition, this type of cooling requires one huge Required space, is very expensive in their production and leaves the dissipated Heat by means of Convection in the housing, leaving more fans for heat dissipation the resulting heat the housing are required out. Furthermore, coolers are in the cooling fins integrated liquid coolers and fans known. A disadvantage of these coolers is that, in that the liquid cooler a certain length needed for proper function, but these in the known coolers not realizable, it is not possible is, the cold zone of the chiller too to keep cold. Because the cooling block the radiator gets hot quickly and the fan that cools cooling fins even worse off. The cold zone thus heats up and the desired effect Stay off. Also these coolers need Fan for heat dissipation out of the case 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 a housing with electrical and / or electronic units is described. Here, a heat sink made of aluminum for cooling by means of heat pipe from the units, with corresponding air channels in the heat sink inte are grated. However, extensive testing has 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 aluminum heatsinks because the thermal conductivity coefficient of aluminum is too low.

Desweiteren sind Kühlkörper bekannt, bei denen eine Finne fest mit dem Gehäuse und/oder der Befestigungseinheit verbunden ist. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass sich das Adaptersystem nicht dicht und spaltfrei auf dem Prozessor befestigen lässt, da aufgrund von Fertigungstoleranzen die Finne nicht immer denselben Abstand zum Befestigungspunkt aufweist.Furthermore are heat sinks known where a fin is stuck to the housing and / or the mounting unit connected is. The disadvantage of this solution is that the adapter system not tight and gap-free fix on the processor, since due to manufacturing tolerances, the Finn is not always the same Distance from the attachment point has.

Dadurch, dass die wärmeerzeugenden Bauteile immer mehr verkleinert werden und immer mehr Wärme erzeugen, die abgeführt werden muss liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein beidseitig gelagertes lüfterloses Kühlsystem mit Wärmeleitrohr der eingangs genannten Art zu schaffen, das es erlaubt, die in den elektrischen und elektronischen Bauteilen entstehende Wärme ohne Lüfter abzuführen und ohne Lüfter mit einem Kühlkörper mit ausgezeichneten Wärmeabstrahlungseigenschaften an die Umgebung abzugeben, wobei der Kühlkörper in seinen Abmessungen klein gehalten wird und das in seiner Herstellung äußerst preiswert ist und kein hohes Gewicht aufweist.Thereby, that the heat-producing Components are getting smaller and smaller and producing more and more heat, the dissipated must, the invention is based on the object, a double-sided fanless cooling system with heat pipe of to create the aforementioned type, which allows in the electrical and dissipate heat generated by electronic components without fan and without fan with a heat sink with excellent heat radiation properties To give to the environment, the heat sink in its dimensions is kept small and in its production extremely inexpensive is and does not have a high weight.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist also vorgesehen, dass ein und/oder mehrere Finnen-Kühlkörper, die aus einer und/oder mehreren nacheinander angeordneten Finnen bestehen, die aus Aluminium und/oder Kupfer und/oder Graphit und/oder deren Legierungen und/oder Aluminium-Kupfer-Verbundwerkstoff und/oder aus verkupfertem Aluminium hergestellt sind und die Finnen Bohrungen und/oder Durchbrüche mit/oder ohne Ränder aufweisen und so auf die wärmeabgebenden Enden der Wärmeleitrohre aufgefädelt sind und innerhalb und/oder außerhalb des Gehäuses angeordnet sind, 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, dicht und spaltfrei mittels gefederten Spannsystemen auf die wärmeabgebenden elektrischen und elektronischen Bauteilen und/oder auf die Bauteile gepresst werden und eine und/oder mehrere Finnen mittels Winkel und/oder abgekanteter Finnenauflagefläche federnd gelagert am Gehäuse und/oder einer Befestigungseinheit angeordnet sind.These The object is achieved with the features of claim 1. in this connection So it is envisaged that one and / or several fin heatsinks made out of one and / or several consecutively arranged fins, made of aluminum and / or copper and / or graphite and / or their Alloys and / or aluminum-copper composite material and / or made of copper-plated aluminum and the fin holes and / or breakthroughs with or without borders and so on the heat-emitting Ends of the heat pipes threaded are inside and / or outside of the housing are arranged, and that the and / or the heat-absorbing end of the heat pipes by means of single and / or multi-part adapter systems made of copper and / or Aluminum and / or graphite and / or their alloys produced are tight and gap-free by means of spring-loaded clamping systems on the exoergic electrical and electronic components and / or on the components be pressed and one and / or several fins by means of angle and / or beveled fin support surface resiliently mounted on the housing and / or a fastening unit are arranged.

Eine einfache bevorzugte Ausführung der Erfindung weist einen Kühler mit einer und/oder mehreren nacheinander angeordneten Finnen aus Kupfer aus, wobei die Finnen Bohrungen mit Rändern für die Befestigung auf den Wärmeleitrohren aufweisen und am wärmeabgebendem Ende der Wärmeleitrohre angeordnet sind. 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 und/oder speziellen Spannvorrichtungen o. ä. Komponenten federnd am Bauteil angeordnet ist. Eine Lamelle weist eine und/oder mehrere abgekantete Auflageflächen auf, mittels derer die Kühleinheit federnd gelagert am Gehäuse befestigt wird, wobei als federndes Element z.B. eine Druck- und/oder Zugfeder und/oder Blattfeder und/oder ein elastisches Federelement zum Einsatz kommt. Dabei ist der Kühler innerhalb des Gehäuses angeordnet. Das Gehäuse weist in einer und/oder mehreren Seitenwänden und/oder Deckel und/oder Boden Öffnungen für eine Konvektionskühlung auf.A simple preferred embodiment The invention has a radiator with one and / or more consecutively arranged fins Made of copper, the fins have holes with edges for attachment to the heat pipes and at the heat-emitting End of the heat pipes arranged are. The heat-absorbing End of the heat pipe is by means of an adapter system to the heat-emitting electrical or electronic components attached, the adapter system the component is adapted and by means of clamps, screws and / or Special tensioning devices o. Ä. Components arranged resiliently on the component is. A lamella has one and / or more folded support surfaces, by means of which the cooling unit spring-mounted on the housing is attached, wherein as a resilient element, for. a print and / or Tension spring and / or leaf spring and / or an elastic spring element is used. The cooler is arranged inside the housing. The housing has in one and / or more side walls and / or lid and / or bottom openings for one convection on.

Eine wesentliche Verbesserung der Wärmeübertragung wird externes Anordnen des Kühlers am Gehäuse erreicht.A significant improvement of heat transfer will external placement of the cooler on the housing reached.

Günstig für die Herstellung wirkt sich aus, wenn die Finnen aus einem Aluminium-Kupfer-Verbundwerkstoff hergestellt sind.Cheap for the production affects if the fins are made of an aluminum-copper composite are made.

Für die Montage ist eine bevorzugte Ausführung mittels Befestigung der Finnen mittels Schwingungsdämpfungselement günstig.For the assembly is a preferred embodiment by fixing the fins by means of vibration damping element Cheap.

Günstig für die Wärmeübertragung vom wärmeabgebenden Ende des Wärmeleitrohres auf den Kühler wirkt sich aus, wenn die Finnen mit den Wärmeleitrohren mittels eines der Verfahren Hartlöten, Weichlöten, diffundiertes Bonding, Schweißen, Vergießen, Eingießen, Heißdampflöten oder Kleben verbunden werden.Cheap for heat transfer from the heat-emitting End of the heat pipe on the radiator affects when the fins with the heat pipes by means of a the method brazing, soldering, diffused Bonding, welding, Shed, Pour in, Hot steam flutes or Bonding be connected.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will now be described with reference to an embodiment with reference closer to the drawings explained. Show it:

1 einen Schnitt durch ein beidseitig gelagertes lüfterloses Kühlsystem mit Wärmeleitrohr intern im Gehäuse und Lagerung der Finne mittels Druckfeder. 1 a section through a mounted on both sides fanless cooling system with heat pipe inside the housing and storage of the fin by means of compression spring.

In 1 ist ein Schnitt durch beidseitig gelagertes lüfterloses Kühlsystem mit Wärmeleitrohr intern im Gehäuse angeordnet und mit gefederter Lagerung der Finne mittels Druckfeder dargestellt. Der Kühler 1 besteht aus mehreren Finnen 2 die Bohrungen mit Rändern 3 aufweisen. Das und/oder die wärmeabgebenden Enden 4 der Wärmeleitrohre 5 werden in die Bohrungen mit den Rändern 3 gesteckt und verlötet. Die wärmeaufnehmenden Enden der Wärmeleitrohre 6 werden mittels Adaptersystemen 7, die aus Kupfer bestehen, fest und spaltfrei an den wärmeabgebenden elektrischen und elektronischen Bauteilen 8 mittels eines Spannsystems 9 mit Stützplatte 10 befestigt. Der Kühler 1 ist innerhalb des Gehäuses 11 angeordnet, wobei die Wände 12 Öffnungen 13 aufweisen und mindestens eine und/oder mehrere Finnen 2 abgekantete Auflagefläche 16 zur federnd gelagerten Befestigung am Gehäuse 11 aufweisen, wobei zwischen Gehäuse 11 und Auflagefläche 16 eine Druckfeder 17 angeordnet ist.In 1 is a section through both sides mounted fanless cooling system with heat pipe arranged internally in the housing and shown with sprung mounting of the fin by means of compression spring. The cooler 1 consists of several Finns 2 the holes with edges 3 exhibit. The and / or the heat-emitting ends 4 the heat pipes 5 be in the holes with the edges 3 plugged and soldered. The heat-absorbing ends of the heat pipes 6 be using adapter systems 7 . made of copper, fixed and gap-free at the heat-emitting electrical and electronic components 8th by means of a clamping system 9 with support plate 10 attached. The cooler 1 is inside the case 11 arranged, with the walls 12 openings 13 and at least one and / or more fins 2 folded support surface 16 for spring-mounted attachment to the housing 11 have, between housing 11 and bearing surface 16 a compression spring 17 is arranged.

Claims

Double-sided fanless cooling system with heat pipe for cooling of heat-emitting electrical and electronic components in particular of computer processors or power electronics with one and / or more fin heatsink, one and / or more heat pipes and the adapter systems for receiving the heat-absorbing ends of the heat pipes, the adapter for heat coupling Copper and / or aluminum and / or graphite and / or their alloys are produced, characterized in that the fin heat sink consists of one and / or more fins and the fins holes and / or apertures with and / or without raised edges and the heat-emitting Ends of the heat pipes are inserted into these holes and the adapter for receiving the heat-absorbing ends of the heat pipes resiliently pressed tight and gap-free pressed on the electronic components and at least one fin of the fin cooler he spring mounted mounted on the housing and / or a fastening unit is mounted.

Double-sided fanless cooling system with heat pipe according to claim 1, characterized in that the fin heat sink within the housing is arranged and the housing in one and / or several walls and / or lid and / or floor openings have, wherein the openings are preferably arranged in the region of the fin heat sink to a good convection cooling to reach.

Double-sided fanless cooling system with heat pipe according to one of the preceding claims, characterized that in the case additional openings in the field of heat-generating Components in the walls and / or bottom and / or lid are arranged.

Double-sided fanless cooling system with heat pipe according to one of the preceding claims, characterized that the fins of aluminum and / or copper and / or graphite and / or their alloys and / or aluminum-copper composite and / or copper-clad aluminum are made.

Double-sided fanless cooling system with heat pipe according to one of the preceding claims, characterized that as a heat pipe a heat pipe is used.

Double-sided fanless cooling system with heat pipe according to one of the preceding claims, characterized that the metallic connection between the fins and the heat pipe using one of the methods brazing, soft soldering, diffused bonding, Welding, Shed, Pour in, Hot steam flutes or Gluing is made.

Double-sided fanless cooling system with heat pipe according to one of the preceding claims, characterized that the spring-mounted mounting of the fin heat sink on the housing and / or the fastening unit by means of tension and / or pressure and / or sheetfer and / or elastic Elements and / or vibration absorbers is reached.

Double-sided fanless cooling system with heat pipe according to one of the preceding claims, characterized that the sprung bearing of the fins by means of one and / or more Support surfaces, which are attached to the fins, is achieved.

Double-sided fanless cooling system with heat pipe according to one of the preceding claims, characterized that the sprung mounting of the fins by means of angle, which at the fins be achieved is achieved.

Double-sided fanless cooling system with heat pipe according to one of the preceding claims, characterized that the fin heat sink outside of the housing is arranged.

Double-sided fanless cooling system with heat pipe according to one of the preceding claims, characterized that as a heat pipe a heat pipe to Use comes.

Double-sided fanless cooling system with heat pipe according to one of the preceding claims, characterized that the adapter by means of a leaf spring with and / or without Niederpresselement the above Keyholes on Bolt of a support plate be attached sealed and gap-free pressed on the processor become.