DE20304197U1

DE20304197U1 - Wärmeableitvorrichtung mit Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors

Info

Publication number: DE20304197U1
Application number: DE20304197U
Authority: DE
Original assignee: Richard Woehr GmbH
Current assignee: Richard Woehr GmbH
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2003-05-22
Anticipated expiration: 2013-03-18

Description

Richard Wöhr GmbH

Gräfenau 58 - 60

75339 Höfen

Wärmeableitvorrichtung mit Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte

getragenen Prozessors

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmeableitvorrichtung mit Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors mit einer Grundeinrichtung, die mindestens aus einer wärmeaufnehmenden Platte mit integrierten Kühlrippen und/oder Kühllamellen sowie einer die wärmeaufnehmende Platte aufnehmenden Trägerrahmen und einem und/oder mehreren Flüssigkeitskühlern 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 und das oder die wärmeaufnehmenden Teile der Flüssigkeitskühler horizontal und/oder vertikal und/oder unter einem bestimmten Winkel zur Prozessoroberfläche in der wärmeaufnehmenden Platte integriert sind.

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 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmeableitvorrichtung mit Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors der eingangs genannten Art zu schaffen, der die im Prozessor entstehende Wärme optimal ohne Lüfter ableitet, die einen optimalen Sitz der wärmeaufnehmenden Platte auf dem Prozessor ermöglicht und die in ihrer Herstellung preiswert ist und kein hohes Gewicht aufweist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist also vorgesehen, dass eine wärmeaufnehmende Platte aus Kupfer, die der Größe des Prozessors angepasst ist, integrierte Kühlrippen und/oder aufgesetzte Kühllamellen aufweist, wobei das wärmeaufnehmende Ende des Flüssigkeitskühlers so in der wärmeaufnehmenden Platte und/oder den Kühlrippen und/oder Kühllamellen befestigt ist, dass ein und/oder mehrere Flüssigkeitskühler parallel und/oder rechtwinklig und/oder in einem bestimmten Winkel zur Prozessoroberfläche angeordnet sind, 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 stufenförmige Aufnahme für die wärmeaufnehmende Platte aus Kupfer ausweist. Die wärmeaufnehmende Platte, deren Unterseite auf der Prozessoroberfläche aufliegt, weist eine glatte Oberfläche auf sowie eine Rand. 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 sind auf der Oberseite der wärmeaufnehmenden Platte Kühlrippen integriert. Des weiteren weist diese Platte eine und/oder mehrere Bohrungen auf, deren Durchmesser so gestaltet ist, dass der Flüssigkeitskühler mittels einer Presspassung in die Bohrung montiert wird und die Bohrungen parallel zur Unterseite verlaufen, wobei auch Bohrungen durch die Kühlrippen vorhanden sind. Durch die Presspassung wird ein guter Wärmeübergang von der Platte und den Kühlrippen auf die Flüssigkeitskühler durch prozesssicheres Einpressen erreicht. Die wärmeaufnehmende Platte mit dem stufenförmigen Rand wird in die zylindrische stufenförmige Aufnahme des Trägerrahmens gelegt. Der Trägerrahmen wird mittels entsprechenden Halterungen und/oder Befestigungssystemen an der Grundplatte und/oder Prozessor und/oder Prozessorsockel befestigt.

Eine weitere für die Wärmeübertragung günstige Variante sieht das Kleben und/oder Anlöten des wärmeaufnehmenden Teils des Flüssigkeitskühlers auf der wärmeaufnehmenden Platte und in den Kühlrippen vor, wobei der Flüssigkeitskühler parallel und/oder in einem bestimmten Winkel zur Prozessoroberfläche angeordnet ist. 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 günstige Ausführung sieht mehrere Sacklochbohrungen in der wärmeaufnehmenden Platte vor, sowie parallel zur Grundseite angeordnete Kühlrippen mit Bohrungen.

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 sowie durch aufgesetzte Kühllamellen.

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

Fig. 1: Schnitt durch eine Wärmeableitvorrichtung mit Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors

Fig. 2: einteilige wärmeaufnehmende Platte mit eingepresstem Flüssigkeitskühler rechtwinklig zur Prozessoroberfläche und Kühlrippen

Fig. 3: wärmeaufnehmende Platte mit Kühllamellen und eingepressten Flüssigkeitskühler

In Figur 1 ist ein Schnitt durch eine Wärmeableitvorrichtung mit 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 und integriertem Rand 6 ist etwas größer als der Prozessor 1 und hat auf der Oberseite 7 Kühlrippen 8 integriert sowie eine und/oder mehrere Bohrungen 9 für die Flüssigkeitskühler 10, deren Durchmesser so ausgelegt ist, dass der Flüssigkeitskühler 10 mittels einer Presspassung montiert wird und dass die Flüssigkeitskühler 10 parallel zur Prozessoroberfläche angeordnet ist. Der Trägerrahmen 11 aus Aluminium weist eine mittige stufenförmige zylindrische Aufnahme 12 für die wärmeaufnehmende Platte 4 auf. Die wärmeaufnehmende Platte 4 mit dem Rand 6 wird in die zylindrische stufenförmige Aufnahme 12 des Trägerrahmens 11 gelegt und durch die stufenförmige Ausführung 13 fixiert. Der Trägerrahmen 11 wird mittels der Halteklammer 14 am Prozessorsockel 3 fixiert, so dass die glatte Unterseite der wärmeaufnehmenden Platte 4 auf die Oberfläche des Prozessors 1 dicht und spaltfrei gepresst wird.

Figur 2 zeigt eine einteilige wärmeaufnehmende Platte mit Kühlrippen 15 und mit eingepresstem Flüssigkeitskühler 12. Dabei weist die wärmeaufnehmende Platte 15 aus Kupfer eine glatte Unterseite und eine und/oder mehrere Sacklochbohrungen 16 auf, wobei die Bohrungen 16 so gestaltet ist, dass der Flüssigkeitskühler 12 mittels Presspassung eingepresst wird, wobei auch Bohrungen in den Kühlrippen integriert sind.

Figur 3 zeigt eine einteilige wärmeaufnehmende Platte 17 mit aufgesetzten Kühllamellen 18 zur Aufnahme des Flüssigkeitskühlers 12. Die wärmeaufnehmende Platte 17 aus Kupfer weist eine und/oder mehrere parallel zur Unterseite angeordnete Bohrungen 19 auf, in die die Flüssigkeitskühler 12 mittels Presspassung montiert werden.

Claims

1. Wärmeableitvorrichtung mit Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors mit einer Grundeinrichtung bestehend aus mindestens einem Trägerrahmen und/oder einer wärmeaufnehmenden Platte sowie einem und/oder mehreren Flüssigkeitskühler, 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 auf der Oberseite Kühllamellen und/oder Kühlrippen integriert hat und dass der und/oder die Flüssigkeitskühler so in und/oder an der Platte befestigt sind, dass sie parallel und/oder rechtwinklig und/oder unter einem bestimmten Winkel zur Prozessoroberfläche angeordnet sind, wobei der wärmeaufnehmende Teil des Flüssigkeitskühlers in der wärmeaufnehmenden Platte und/oder Kühlrippen und/oder Kühllamellen befestigt sind und die wärmeaufnehmende Platte mittels des Trägerrahmens und einer Befestigungs- und/oder Spannvorrichtung dicht und spaltfrei auf die Prozessoroberfläche gepresst wird und wobei die wärmeaufnehmende Platte und der Trägerrahmen ein Teil sind und/oder aus mehreren Teilen bestehen und dabei aus dem gleichen Material und/oder unterschiedlichen Materialien bestehen.

2. Wärmeableitvorrichtung mit 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. Wärmeableitvorrichtung mit 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 Legierungen sind.

4. Wärmeableitvorrichtung mit Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einteiliger Ausführung der Platte und Trägerrahmen das Grundmaterial Kupfer und/oder deren Legierungen sind.

5. Wärmeableitvorrichtung mit 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.

6. Wärmeableitvorrichtung mit Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberseite der wärmeaufnehmenden Platte Kühlrippen angeordnet sind, wobei die Kühlrippen horizontal und/oder vertikal zur Unterseite ausgerichtet sind.

7. Wärmeableitvorrichtung mit Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberseite der wärmeaufnehmenden Platte Kühllamellen aufgesetzt sind, die vertikal und/oder horizontal zur Unterseite ausgerichtet sind.

8. Wärmeableitvorrichtung mit Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeaufnehmende Platte an der Unterseite eine überstehenden Rand aufweist, der zum Anpressen der Platte durch den Trägerrahmen dient.

9. Wärmeableitvorrichtung mit Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerrahmen eine stufenförmige Aussparung für die wärmeaufnehmende Platte ausweist.

10. Wärmeableitvorrichtung mit 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.

11. Wärmeableitvorrichtung mit 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.

12. Wärmeableitvorrichtung mit 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.

13. Wärmeableitvorrichtung mit 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.

14. Wärmeableitvorrichtung mit 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.

15. Wärmeableitvorrichtung mit 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.

16. Wärmeableitvorrichtung mit 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.

17. Wärmeableitvorrichtung mit 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.

18. Wärmeableitvorrichtung mit 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.

19. Wärmeableitvorrichtung mit Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeaufnehmende Platte und/oder die Kühlrippen und/oder die Kühllamellen eine und/oder mehrere Sacklochbohrung aufweisen, in die das wärmeaufnehmende Ende des Flüssigkeitskühlers eingepresst wird, wobei die Flüssigkeitskühler vertikal und/oder unter einem bestimmten Winkel zur Unterseite angeordnet sind.

20. Wärmeableitvorrichtung mit Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeaufnehmende Platte und/oder die Kühlrippen und/oder die Kühllamellen eine und/oder mehrere Bohrungen aufweisen, deren Durchmesser dem Durchmesser der Flüssigkeitskühler angepasst sind, in die das wärmeaufnehmende Ende des Flüssigkeitskühlers eingepresst wird und mittels Presspassung fixiert werden, wobei die Flüssigkeitskühler horizontal und/oder unter einem bestimmten Winkel zur Unterseite angeordnet sind.

21. Wärmeableitvorrichtung mit 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.

22. Wärmeableitvorrichtung mit Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeitskühler eine und/oder mehrere Heat-Pipes zum Einsatz kommen.

23. Wärmeableitvorrichtung mit Flüssigkeitskühler zur Kühlung eines auf einer Grundplatte getragenen Prozessors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur besseren Wärmeübertragung zwischen wärmeaufnehmender Platte und Flüssigkeitskühler Wärmeleitpaste und/oder Wärmeleitfolie integriert wird.