DE20304194U1

DE20304194U1 - Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors

Info

Publication number: DE20304194U1
Application number: DE20304194U
Authority: DE
Original assignee: Richard Woehr GmbH
Current assignee: Richard Woehr GmbH
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2003-06-12
Anticipated expiration: 2013-03-18

Description

Richard Wöhr GmbH

Gräfenau 58 - 60

75339 Höfen

Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors mit einer Grundeinrichtung, die mindestens aus einer wärmeaufnehmenden Platte sowie einer die wärmeaufnehmende Platte aufnehmenden Trägerrahmen besteht, wobei der Trägerrahmen mittels unterschiedlichen Befestigungssystemen 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.

Viele elektronische Bauelemente, insbesondere CPU-Prozessoren 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.

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.

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.

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.

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.

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

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vorhanden ist, und der Ventilator mittels ßefestigungselementen 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Adaptersystem 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 preiswert ist und kein hohes Gewicht aufweist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist also vorgesehen, dass in einer wärmeaufnehmenden Platte aus Kupfer, die der Größe des Prozessors angepasst ist, das wärmeaufnehmende Ende des Flüssigkeitskühlers befestigt ist und die Platte mittels einem Trägerrahmen aus Metall und/oder Kunststoff 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.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung weist einen Trägerrahmen aus Aluminium aus, der eine mittige zylindrische Aufnahme für die wärmeaufnehmende Platte aus Kupfer ausweist und wobei in der Aufnahme seitliche runde Durchbrüche für den Flüssigkeitskühler integriert sind. Die wärmeaufnehmende Platte, deren Unterseite auf der Prozessoroberfläche aufliegt, weist eine glatte Oberfläche auf. Die äußere Form dieser Platte entspricht den Außenabmessungen des Prozessors, wobei sie gleichgroß oder größer als der Prozessor sein kann, und bevorzugt eine zylindrische Form hat. Außerdem weist diese Platte eine Bohrung auf, deren Durchmesser so gestaltet ist, dass der Flüssigkeitskühler mittels einer Presspassung in die Bohrung montiert wird. Durch die Presspassung wird ein guter Wärmeübergang von der Platte auf den Flüssigkeitskühler durch prozesssicheres Einpressen erreicht. Diese Platte wird in die zylindrische Aufnahme des Trägerrahmens gelegt wobei der Flüssigkeitskühler nach Einlegen der Platte in den Trägerrahmen montiert wird. Der Trägerrahmen wird mittels entsprechenden Halterungen und/oder Befestigungssystemen an der Grundplatte und/oder Prozessor und/oder Prozessorsockel befestigt.

Günstig für die Wärmeübertragung wirkt sich auch aus, wenn die einteilige wärmeaufnehmende Platte mittels eines Schlitzes als Spannelement für den Flüssigkeitskühler gestaltet wird.

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.

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 kann.

Eine weitere bevorzugte Ausführung weist einen Trägerrahmen als Stanz- und Prägeteil aus, wobei der Rahmen gleichzeitig die Befestigung mitintegriert hat und die wärmeaufnehmende Platte quaderförmig gestaltet ist.

Eine Gewichtsreduzierung ergibt sich durch eine konische Ausführung der wärmeaufnehmenden Platte.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Schnitt durch ein Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors

Fig. 2: einteilige wärmeaufnehmende Platte mit eingepresstem Flüssigkeitskühler

Fig. 3: einteilige wärmeaufnehmende Platte als Spannelement zur Aufnahme des Flüssigkeitskühlers ausgeführt

Fig. 4: einteilige wärmeaufnehmende Platte mit angelötetem Flüssigkeitskühler

Fig. 5: Trägerrahmen als Stanz- und Prägeteil

In Figur 1 ist ein Schnitt durch ein Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors dargestellt. Der Prozessor 1 ist auf der Grundplatte 2 in einem Sockel 3 befestigt. Die runde, wärmeaufnehmende Platte 4 aus Kupfer mit einer glatten Unterseite 5 ist etwas größer als der Prozessor 1 und hat eine Bohrung 6 für den Flüssigkeitskühler 7 integriert, deren Durchmesser so ausgelegt ist, dass der Flüssigkeitskühler 7 mittels einer Presspassung montiert wird. Der Trägerrahmen 8 aus Aluminium weist eine mittige zylindrische Aufnahme 9 für die wärmeaufnehmende Platte 4 auf, sowie seitliche runde Durchbrüche 10 für den Flüssigkeitskühler. Die wärmeaufnehmende Platte 4 wird in die zylindrische Aufnahme 9 des Trägerrahmens 8 gelegt, wobei der Flüssigkeitskühler 7 nach Einlegen der Platte in den Trägerrahmen montiert wird. Der Trägerrahmen 7 wird mittels der Halteklammer 11 am Prozessorsockel 3 fixiert, so dass die glatte Unterseite 5 der wärmeaufnehmenden Platte 4 auf die Oberfläche des Prozessors 1 dicht und spaltfrei gepresst wird.

Figur 2 zeigt eine einteilige wärmeaufnehmende Platte 15 mit eingepresstem Flüssigkeitskühler 12. Dabei weist die wärmeaufnehmende Platte 15 aus Kupfer eine glatte Unterseite 23 und eine Bohrung 16, wobei die Bohrung 16 so gestaltet ist, dass der Flüssigkeitskühler 12 mittels Presspassung eingepresst wird.

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.

In Figur 4 ist eine einteilige wärmeaufnehmende Platte 20 mit angelötetem Flüssigkeitskühler 12 dargestellt. Die Lötfläche 22 ist größer als der Flüssigkeitskühler.

In Figur 5 ist ein Trägerrahmen als Stanz- und Prägeteil dargestellt. Dabei weist der Trägerrahmen eine Aufnahme in Form einer Vertiefung für die wärmeaufnehmende Platte aus, sowie 4 Laschen zur Befestigung 20 des Trägerrahmens an der Grundplatte, wobei die Laschen Versteifungen 21 ausweisen, sowie entsprechende Verstärkungen und Aussparungen für den Flüssigkeitskühler.

Claims

1. Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors mit einer Grundeinrichtung bestehend aus einem Trägerrahmen und einer wärmeaufnehmenden Platte dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeaufnehmende Platte aus einem Material besteht, das einen höheren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten als Aluminium aufweist und in den äußeren Abmessungen gleichgroß und/oder größer als der Prozessor ist und dass der wärmeaufnehmende Teil des Flüssigkeitskühlers in der wärmeaufnehmenden Platte befestigt ist und die wärmeaufnehmende Platte mittels des Trägerrahmens dicht und spaltfrei auf die Prozessoroberfläche gepresst wird.

2. Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerrahmen, der zur Fixierung der wärmeaufnehmenden Platte dient, aus Metall und/oder Kunststoff hergestellt ist.

3. Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeaufnehmende Platte aus Kupfer und/oder deren Legierung ist.

4. Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der wärmeaufnehmenden Platte zylinderförmig oder quaderförmig ist oder eine andere räumliche Form ausweist.

5. Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerrahmen eine flachen Außenrandfläche mit mittiger Erhöhung aufweist, wobei in die Erhöhung die wärmeaufnehmende Platte gelegt wird.

6. Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Erhöhung im Trägerrahmen der Form der wärmeaufnehmenden Platte entspricht.

7. Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerrahmen am Prozessorsockel und/oder am Prozessor und/oder an der Grundplatte befestigt wird.

8. Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerrahmen mittels Schrauben und/oder Spannfedern und/oder anderen Befestigungselementen am Prozessorsockel und/oder am Prozessor und/oder an der Grundplatte befestigt wird.

9. Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerrahmen Laschen zur Befestigung an der Grundplatte aufweist.

10. Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerrahmen als Stanz- und Prägeteil hergestellt ist und integrierte Verstärkungen und Versteifungen aufweist.

11. Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerrahmen Bohrungen und/oder Aussparungen für den Flüssigkeitskühler aufweist.

12. Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeaufnehmende Platte ein- und/oder mehrteilig ist.

13. Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeaufnehmende Platte zweiteilig ist und eine Nut aufweist, deren Tiefe und Breite dem Durchmesser des Flüssigkeitskühlers entspricht und dass die Spannplatte ebenfalls eine Nut wie die wärmeaufnehmende Platte aufweist.

14. Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeaufnehmende Ende des Flüssigkeitskühlers mittels einer Spannplatte in die Nut der wärmeaufnehmenden Platte gepresst wird.

15. Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeaufnehmende Platte eine Bohrung aufweist, in die das wärmeaufnehmende Ende des Flüssigkeitskühlers eingepresst wird.

16. Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeaufnehmende Ende auf die wärmeaufnehmende Platte geklebt und/oder gelötet wird.

17. Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeaufnehmende Platte eine Bohrung mit Spannschlitz aufweist und der Flüssigkeitskühler mittels Spannen befestigt wird.

18. Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeitskühler eine Heat-Pipe zum Einsatz kommt.

19. Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Prozessor aufliegende Fläche der wärmeaufnehmenden Platte glatt und riefenfrei ist.

20. Adaptersystem für Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Prozessor aufliegende Fläche der wärmeaufnehmenden Platte poliert ist.