DE20303844U1

DE20303844U1 - Multi-part mounting system for liquid coolers for cooling a processor carried on a base plate

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Publication number: DE20303844U1
Application number: DE20303844U
Authority: DE
Original assignee: Richard Woehr GmbH
Current assignee: Richard Woehr GmbH
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2003-03-03
Publication date: 2003-05-22
Anticipated expiration: 2013-03-04

Abstract

A multipart receiving system for fluid cooling (12) of a processor (1) on a base plate (2) has a copper or copper alloy heat sink (4) or connecting plate at least as large as the processor which is pressed tightly against the upper surface of the processor by a frame (7) or spring. The coolant is in the heat sink plate.

Description

Richard Wöhr GmbHRichard Wöhr GmbH

Gräfenau 58 - 60Graefenau 58 - 60

75339 Höfen75339 Hofen

Mehrteiliges Aufnahmesystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer GrundplatteMulti-part mounting system for liquid coolers for cooling a base plate

getragenen Prozessorsworn processor

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mehrteiliges Aufnahmesystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors mit einer Grundeinrichtung, die mindestens aus einer wärmeaufnehmenden Platte sowie einem die wärmeaufnehmende Platte aufnehmenden Rahmen besteht, wobei der Rahmen mittels unterschiedlicher Befestigungssysteme an der Grundplatte und/oder dem Prozessor und/oder dem Prozessorsockel befestigt wird, und die Unterseite der wärmeaufnehmenden Platte dicht und spaltfrei auf der Prozessoroberfläche aufsitzt.The present invention relates to a multi-part mounting system for liquid coolers for cooling a processor carried on a base plate, with a base device which consists of at least one heat-absorbing plate and a frame which accommodates the heat-absorbing plate, wherein the frame is fastened to the base plate and/or the processor and/or the processor socket by means of different fastening systems, and the underside of the heat-absorbing plate sits tightly and without gaps on the processor surface.

Viele elektronische Bauelemente, insbesondere CPU-Prozessoren arbeiten in einem begrenzten Temperaturbereich und zeigen Fehlfunktionen, wenn die Temperatur außerhalb des 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, operate within a limited temperature range and will malfunction if the temperature is outside of the range. They also generate heat during operation. In order to maintain the correct operating temperature, the heat generated during operation of the electronic components must be dissipated.

Zur Kühlung der elektronischen Komponenten sind 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 cool electronic components, numerous aluminum heat sinks with and/or without fans have been proposed and developed. The disadvantages of these solutions are the noise level and the limited lifespan of the fans. In addition, this type of cooling requires a lot of space, is very expensive to manufacture and allows the dissipated heat to be dissipated by convection in the housing, so that additional fans are required to dissipate the heat generated from the housing. Coolers with liquid coolers and fans integrated into the cooling fins are also known. The disadvantage of these coolers is that, because the liquid cooler needs a certain length to function properly, which is not possible with the known coolers, it is not possible to keep the cold zone of the liquid cooler cold. This is because the cooling block of the cooler heats up quickly and the fan cools the cooling fins even less well. The cold zone therefore heats up and the desired effect is not achieved. These coolers also require fans to dissipate heat from the housing.

Die meisten Kühlvorrichtungen für Prozessoren 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 cooling devices for processors are based on an aluminum heat sink with fins and a flanged fan. Heat sinks made of copper would be much better in terms of heat conduction, but they are very heavy and expensive. Other types of aluminum heat sinks with a copper core, e.g. a screwed copper plate on an aluminum heat sink or an extruded aluminum profile with a copper inlet, are also known, with the copper inside ensuring better heat dissipation and the aluminum ensuring a good transition to the air. Aluminum heat sinks with fans are always used here. The use of fans is also a disadvantage here.

Zur Befestigung von Flüssigkeitskühlern auf Prozessoren sind bisher nur einfache Adaptersysteme bekannt, die aus zwei Teilhälften bestehen, die direkten Kontakt mit dem Prozessor haben und eine Bohrung im Durchmesser des Flüssigkeitskühlers aufweisen, in der der Flüssigkeitskühler befestigt wird. Dabei bestehen die Teilhälften aus Aluminium und sind wesentlich größer als der Prozessor. Dabei ist die geringe Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums nachteilig. Bei Herstellung dieser Teilhälften aus Kupfer sind dieser sehr schwer und lassen sich aufgrund ihres großen Gewichtes schlecht befestigen.To date, only simple adapter systems are known for attaching liquid coolers to processors. These consist of two halves that have direct contact with the processor and have a hole the same diameter as the liquid cooler into which the liquid cooler is attached. The halves are made of aluminum and are much larger than the processor. The low thermal conductivity of aluminum is a disadvantage. When these halves are made of copper, they are very heavy and difficult to attach due to their great weight.

Des weiteren ist eine Vielzahl von Kühlvorrichtungen bekannt. 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.Furthermore, a large number of cooling devices are known. For example, DE 201 12 851 U1 describes a cooling unit for a central processing unit in which a frame and a seat are connected to one another, between which a set of cooling fins is arranged and which is pressed onto the processor and has an integrated fan. The disadvantage of this system is that the heat is only dissipated by means of the fan. In addition, it is 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 VentilatorDE 195 09 904 C2 describes a cooling device for dissipating heat from electronic components by means of a fan with a base device which has first ribs on its edge and second ribs on its middle area and a support part for the fan in the middle part.

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.is present and the fan is attached to the base unit by means of fastening elements, whereby the base unit is made of only one material, in this case aluminum. Here too, the cooling performance is only achieved through the use of the fan.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mehrteiliges Aufnahmesystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors der eingangs genannten Art zu schaffen, das einen optimalen Sitz der wärmeaufnehmenden Platte auf dem Prozessor ermöglicht und das es erlaubt, die im Prozessor entstehende Wärme ohne Lüfter abzuführen, das in seiner Herstellung äußerst preiswert ist und kein hohes Gewicht aufweist.The invention is based on the object of creating a multi-part mounting system for liquid coolers for cooling a processor of the type mentioned above which is carried on a base plate, which enables an optimal fit of the heat-absorbing plate on the processor and which allows the heat generated in the processor to be dissipated without a fan, which is extremely inexpensive to manufacture and does not have a high weight.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist also vorgesehen, dass an einer wärmeaufnehmenden Platte aus Kupfer, die der Größe des Prozessors angepasst ist, das wärmeaufnehmende Ende des Flüssigkeitskühlers mittels einer Spannplatte in einer Nut befestigt und/oder einer Bohrung befestigt ist und die Platten mittels eines Rahmens aus Aluminium an der Grundplatte mit dem Prozessor und/oder am Sockel des Prozessors und/oder am Prozessor befestigt ist, wobei die glatte Unterseite der wärmeaufnehmenden Platte direkt auf der Oberfläche des Prozessors aufliegt.This object is achieved with the features of claim 1. In this case, it is therefore provided that the heat-absorbing end of the liquid cooler is fastened to a heat-absorbing plate made of copper, which is adapted to the size of the processor, by means of a clamping plate in a groove and/or a hole, and the plates are fastened to the base plate with the processor and/or to the base of the processor and/or to the processor by means of an aluminum frame, wherein the smooth underside of the heat-absorbing plate rests directly on the surface of the processor.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung weist eine aus Kupfer hergestellte wärmeaufnehmende Platte aus, deren Unterseite, die auf der Prozessoroberfläche aufliegt und eine glatte Oberfläche aufweist. Die äußere Form dieser Platte entspricht den Außenabmessungen des Prozessors, wobei sie gleichgroß oder größer als der Prozessor sein kann, bevorzugt eine runde Platte mit stufenförmigem Rand. Außerdem weist diese Platte auf der Oberseite eine halbrunde Nut auf, deren Breite und Tiefe dem Durchmesser des Flüssigkeitskühlers angepasst sind. Diese Platte ist in einem Rahmen befestigt, wobei der Rahmen aus Aluminium hergestellt ist. Der Rahmen weist dabei eine Aussparung auf, deren Form der Platte entspricht und eine stufenförmige Ausfräsung zur Aufnahme der wärmeleitenden Platte integriert hat. Der Flüssigkeitskühler wird mittels einer Spannplatte, die ebenfalls eine Nut aufweist, in die Nut der wärmeaufnehmenden Platte gepresst. Der Rahmen wird mittels entsprechenden Halterungen und/oder Befestigungssystemen an der Grundplatte und/oder Prozessor und/oder Prozessorsockel befestigt.A preferred embodiment of the invention has a heat-absorbing plate made of copper, the underside of which rests on the processor surface and has a smooth surface. The external shape of this plate corresponds to the external dimensions of the processor, and it can be the same size or larger than the processor, preferably a round plate with a stepped edge. In addition, this plate has a semicircular groove on the top, the width and depth of which are adapted to the diameter of the liquid cooler. This plate is fastened in a frame, the frame being made of aluminum. The frame has a recess whose shape corresponds to the plate and has an integrated stepped milling for receiving the heat-conducting plate. The liquid cooler is pressed into the groove of the heat-absorbing plate by means of a clamping plate, which also has a groove. The frame is fastened to the base plate and/or processor and/or processor socket by means of appropriate brackets and/or fastening systems.

Eine Vereinfachung der Fertigung und Montage wird dadurch erreicht, dass die wärmeaufnehmende Platte einteilig mit einer Bohrung für den Flüssigkeitskühler ausgeführt ist, wobei die Bohrung als Presspassung ausgeführt ist. Somit wird ein guter Wärmeübergang von der Platte auf den Flüssigkeitskühler durch prozesssicheres Einpressen erreichtManufacturing and assembly is simplified by the fact that the heat-absorbing plate is made in one piece with a hole for the liquid cooler, whereby the hole is designed as a press fit. This ensures good heat transfer from the plate to the liquid cooler through process-reliable pressing.

Günstig für die Wärmeübertragung wirkt sich auch aus, wenn die einteilige wärmeaufnehmende Platte mittels eines Schlitzes als Spannelement für den Flüssigkeitskühler gestaltet wird.It is also beneficial for heat transfer if the one-piece heat-absorbing plate is designed as a clamping element for the liquid cooler using a slot.

Eine weitere für die Wärmeübertragung günstige Variante sieht das Kleben und/oder Anlöten des wärmeaufnehmenden Teils des Flüssigkeitskühlers auf der wärmeaufnehmenden Platte vor. Durch das prozesssichere Anlöten und/oder Kleben ergibt sich eine große Wärmeübertragung.Another variant that is favorable for heat transfer involves gluing and/or soldering the heat-absorbing part of the liquid cooler to the heat-absorbing plate. The reliable soldering and/or gluing results in a high level of heat transfer.

Für die Montage wirkt sich günstig aus, wenn der Rahmen gleichzeitig als Befestigungsrahmen ausgebildet ist, und so direkt am Prozessorsockel und/oder am Prozessor und/oder an der Grundplatte befestigt werden kannFor assembly, it is advantageous if the frame is also designed as a mounting frame and can thus be attached directly to the processor socket and/or the processor and/or the base plate

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

Fig. 1 einen Schnitt durch ein mehrteiliges Aufnahmesystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen ProzessorsFig. 1 shows a section through a multi-part mounting system for liquid coolers for cooling a processor carried on a base plate

Fig. 2 einteilige wärmeaufnehmende Platte mit eingepresstem FlüssigkeitskühlerFig. 2 one-piece heat-absorbing plate with pressed-in liquid cooler

Fig. 3 einteilige wärmeaufnehmende Platte als Spannelement zur Aufnahme des Flüssigkeitskühlers ausgeführtFig. 3 One-piece heat-absorbing plate designed as a clamping element to accommodate the liquid cooler

Fig. 4 einteilige wärmeaufnehmende Platte mit angelötetem FlüssigkeitskühlerFig. 4 one-piece heat-absorbing plate with soldered liquid cooler

In Figur 1 ist ein Schnitt durch ein mehrteiliges Aufnahmesystem dargestellt. Der Prozessor 1 ist auf der Grundplatte 2 in einem Sockel 3 befestigt. Die runde, wärmeaufnehmende Platte 4 aus Kupfer mitFigure 1 shows a section through a multi-part support system. The processor 1 is mounted on the base plate 2 in a socket 3. The round, heat-absorbing plate 4 made of copper with

einer glatten Unterseite 5 hat im unteren Bereich einen Rand 6 und ist etwas größer als der Prozessor. Der Rahmen 7 aus Aluminium hat eine runde Aussparung 8 mit eingearbeiteter Stufe 9. Die wärmeaufnehmende Platte 4 wird in die Aussparung 8 gesteckt, wobei der Rand 6 der Platte 4 in der Stufe 9 sitzt. Der Rahmen 7 wird mittels der Halteklammer 10 am Prozessorsockel 3 fixiert, so dass die glatte Unterseite der wärmeaufnehmenden Platte 4 auf die Oberfläche des Prozessors 1 dicht und spaltfrei gepresst wird. Dadurch, dass die wärmeaufnehmende Platte 4 rund ausgeführt ist, kann sie in der Aussparung 8 im Rahmen 7 leicht gedreht werden. Außerdem weist die wärmeaufnehmende Platte 4 eine runde Nut 11 auf, deren Breite und Höhe dem Durchmesser des Flüssigkeitskühlers 12 angepasst ist, wobei das wärmeaufnehmende Ende 13 des Flüssigkeitskühlers 12 mittels der Spannplatte 14 in die Nut 11 der wärmeaufnehmenden Platte 4 gepresst wird.a smooth underside 5 has an edge 6 in the lower area and is slightly larger than the processor. The frame 7 made of aluminum has a round recess 8 with an integrated step 9. The heat-absorbing plate 4 is inserted into the recess 8, with the edge 6 of the plate 4 sitting in the step 9. The frame 7 is fixed to the processor socket 3 by means of the retaining clip 10 so that the smooth underside of the heat-absorbing plate 4 is pressed tightly and gap-free onto the surface of the processor 1. Because the heat-absorbing plate 4 is round, it can be easily rotated in the recess 8 in the frame 7. In addition, the heat-absorbing plate 4 has a round groove 11, the width and height of which is adapted to the diameter of the liquid cooler 12, wherein the heat-absorbing end 13 of the liquid cooler 12 is pressed into the groove 11 of the heat-absorbing plate 4 by means of the clamping plate 14.

Figur 2 zeigt eine einteilige wärmeaufnehmende Platte 15 mit eingepresstem Flüssigkeitskühler 12. Dabei weist die wärmeaufnehmende Platte 15 aus Kupfer einen Rand 6 auf, sowie eine glatte Unterseite und eine Bohrung 16, wobei die Bohrung 16 so gestaltet ist, dass der Flüssigkeitskühler 12 mittele Presspassung eingepresst wird. Die wärmeaufnehmende Platte 15 wird in dem Rahmen 7 integriert.Figure 2 shows a one-piece heat-absorbing plate 15 with a pressed-in liquid cooler 12. The heat-absorbing plate 15 made of copper has an edge 6, a smooth underside and a hole 16, the hole 16 being designed such that the liquid cooler 12 is pressed in by means of a press fit. The heat-absorbing plate 15 is integrated in the frame 7.

Figur 3 zeigt eine einteilige wärmeaufnehmende Platte 17 als Spannelement zur Aufnahme des Flüssigkeitskühlers 12. Die wärmeaufnehmende Platte 17 aus Kupfer weist eine Bohrung 16 auf, wobei das Festspannen des Flüssigkeitskühlers 12 dadurch erfolgt, dass die Platte einen Schlitz 18 aufweist und dieser mittels Schrauben 19 zusammengepresst wird.Figure 3 shows a one-piece heat-absorbing plate 17 as a clamping element for receiving the liquid cooler 12. The heat-absorbing plate 17 made of copper has a bore 16, wherein the liquid cooler 12 is clamped in place by the plate having a slot 18 and this is pressed together by means of screws 19.

In Figur 4 ist eine einteilige wärmeaufnehmende Platte 20 mit angelötetem Flüssigkeitskühler 12 dargestellt.Figure 4 shows a one-piece heat-absorbing plate 20 with a soldered liquid cooler 12.

Claims

1. Multi-part mounting system for liquid coolers for cooling a processor carried on a base plate with a basic device consisting of a heat-absorbing plate and/or a clamping plate, characterized in that the heat-absorbing plate and/or clamping plate is made of copper and/or its alloy and is the same size and/or larger than the processor in terms of external dimensions and that the heat-absorbing part of the liquid cooler is fastened in the plate and/or is fastened to the plate by means of the clamping plate and/or is soldered to the plate and the heat-absorbing plate is pressed tightly and without gaps onto the processor surface by means of a frame and/or tension spring and/or tensioning device and/or a plate with a recess for the heat-absorbing plate.

2. Multi-part liquid cooler support system for cooling a processor carried on a base plate according to claim 1, characterized in that the frame and/or the plate for supporting the heat-absorbing plate is made of aluminum and/or its alloy and/or plastic.

3. Multi-part support system for liquid coolers for cooling a processor carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-absorbing plate has a groove for the clamping device and/or tension spring.

4. Multi-part support system for liquid coolers for cooling a processor carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that the shape of the heat-absorbing plate is cylindrical or cuboid-shaped or has another spatial shape.

5. Multi-part liquid cooler support system for cooling a processor carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-absorbing plate has a stepped edge on the lower side.

6. Multi-part support system for liquid coolers for cooling a processor carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that the frame and/or the plate for receiving the heat-absorbing plate has a stepped recess for pressing the heat-absorbing plate onto the processor surface.

7. Multi-part liquid cooler support system for cooling a processor carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that the shape of the recess corresponds to the shape of the heat-absorbing plate.

8. Multi-part mounting system for liquid coolers for cooling a processor carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that the frame is attached to the processor socket and/or to the processor and/or to the base plate.

9. Multi-part liquid cooler support system for cooling a processor carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-absorbing plate is attached to the processor socket by means of the clamping device.

10. Multi-part liquid cooler support system for cooling a processor carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-absorbing plate has a groove whose depth and width correspond to the diameter of the liquid cooler.

11. Multi-part liquid cooler support system for cooling a processor carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping plate also has a groove like the heat-absorbing plate.

12. Multi-part support system for liquid coolers for cooling a processor carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-absorbing end of the liquid cooler is pressed into the groove of the heat-absorbing plate by means of a clamping plate.

13. Multi-part liquid cooler support system for cooling a processor carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-absorbing plate has a bore into which the heat-absorbing end of the liquid cooler is pressed.

14. Multi-part liquid cooler support system for cooling a processor carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-absorbing end is glued and/or soldered to the heat-absorbing plate.

15. Multi-part mounting system for liquid coolers for cooling a processor carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-absorbing plate has a bore with a clamping slot and the liquid cooler is fastened by means of clamping.

16. Multi-part mounting system for liquid coolers for cooling a processor carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that a heat pipe is used as the liquid cooler.

17. Multi-part liquid cooler mounting system for cooling a processor carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid cooler is arranged at right angles and/or parallel and/or at a certain angle to the processor surface.