DE20308524U1

DE20308524U1 - System zum Kühlen von auf einer Grundplatte getragenen Prozessoren

Info

Publication number: DE20308524U1
Application number: DE20308524U
Authority: DE
Original assignee: Richard Woehr GmbH
Current assignee: Richard Woehr GmbH
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2003-08-07
Anticipated expiration: 2013-05-31

Description

Richard Wöhr GmbH

Gräfenau 58 - 60

75339 Höfen

17.05.02 System zum Kühlen von auf einer Grundplatte getragenen Prozessoren

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Kühlen von auf einer Grundplatte getragenen Prozessoren mit einer Grundeinrichtung, die mindestens aus einem und/oder mehreren Wärmeleitrohren besteht und wobei die beiden Enden der Wärmeleitrohre auf und/oder in wärmeaufnehmenden bzw. wärmeabgebenden Platten und/oder Adaptersystemen befestigt sind, und die Platten und/oder Adaptersysteme mittels thermisch leitenden Haftklebeteilen und/oder Klebern auf dem Prozessor und dem Kühler befestigt werden, wobei auch eine Kombination zwischen mechanischer Befestigung und Kleben möglich ist, und somit die Unterseite der wärmeaufnehmenden Platte dicht und spaltfrei auf der Prozessoroberfläche aufsitzt und als Kleber Acrylathaftklebestoff mit und/oder ohne Keramikfüllung oder mit Aluminiumfolienträger oder Silikonhaftklebestoff mit Aluminiumgewebeträger verwendet wird und als mechanische Befestigung Schrauben oder Einpressbolzen oder Klammer o. ä. Komponenten zum Einsatz kommen.

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 ist, 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 diese sehr schwer und lassen sich aufgrund ihres großen Gewichtes schlecht befestigen. Diese Adapter werden mittels Klammern am Prozessorsockel befestigt, was sehr schwierig ist. Außerdem können sich die Klammern im Betrieb und beim Transport lösen.

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

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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, ein System zum Kühlen von auf einer Grundplatte getragenen Prozessoren mit einer Grundeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, das die im Prozessor entstehende Wärme optimal ohne Lüfter ableitet, die einen optimalen Sitz der wärmeaufnehmenden Platte auf dem Prozessor und der wärmeabgebenden Platte am Kühler ermöglicht, keine mechanische Befestigung wie Klammern usw. erfordert, spaltausgleichend und vibrationsdämpfend ist 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, und an der das wärmeaufnehmende Ende einer und/oder mehrere Wärmeleitrohre so befestigt ist, dass das und/oder die Wärmeleitrohre parallel und/oder rechtwinklig und/oder in einem bestimmten Winkel zur Prozessoroberfläche angeordnet sind, am Prozessor mittels wärmeleitendem Kleber aus Acrylathaftklebestoff mit und/oder ohne Keramikfüllung oder mit Aluminiumfolienträger oder Silikonhaftklebestoff mit Aluminiumgewebeträger befestigt ist, so daß die glatte Unterseite der wärmeaufnehmenden Platte dicht und spaltfrei auf der Oberfläche des Prozessors aufliegt und dass die wärmeabgebenden Ende der Wärmeleitrohre mittels eines Adaptersystems oder einer Platte am Kühler mittels Kleber aus Acrylathaftklebestoff mit und/oder ohne Keramikfüllung oder mit Aluminiumfolienträger oder Silikonhaftklebestoff mit Aluminiumgewebeträger und/oder mechanisch mittels Schrauben und/oder Einpressbolzen o. ä. Komponenten befestigt wird.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung weist eine wärmeaufnehmende Platte aus Kupfer auf, deren äußere Form den Außenabmessungen des Prozessors entspricht, wobei sie gleichgroß oder größer als der Prozessor sein kann. An der wärmeaufnehmenden Platte sind die wärmeaufnehmenden Ende von mehreren Wärmeleitrohren befestigt, wobei die Wärmeleitrohre parallel zur Platte angeordnet sind. Die wärmeaufnehmende Platte, deren glatte Unterseite auf der Prozessoroberfläche aufliegt, wird mittels eines wärmeleitenden Acrylathaftklebestoffes mit Keramikfüllung auf die Prozessoroberfläche dicht und spaltfrei geklebt. Die wärmeabgebenden Enden der Wärmeleitrohre sind in Adaptersystemen befestigt und mittels Schrauben am Kühler befestigt, wobei das Adaptersystem so gestaltet ist, dass es als eine Schicht des Mehrschichtenkühlkörpers betrachtet werden kann.

Eine weitere für die Wärmeübertragung günstige Variante sieht das Kleben des Adaptersystems der die wärmeabgebenden Ende der Wärmeleitrohre am Kühler vor. Durch das prozesssichere Kleben ergibt sich eine große Wärmeübertragung.

Für die Montage wirkt sich günstig aus, wenn der Acrylatklebestoff als beidseitig klebende Haftklebeteile ausgebildet ist.

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

Fig. 1: Schnitt durch ein System zum Kühlen von auf einer Grundplatte getragenen Prozessoren mit geklebten Platten

Fig. 2: Schnitt durch die auf dem Prozessor aufgeklebte wärmeaufnehmende Platte mit angelötetem Wärmeleitrohr

Fig. 3: wärmeaufnehmende Platte mit Kühllamellen und eingepressten Flüssigkeitskühler

In Figur 1 ist ein ein System zum Kühlen von auf einer Grundplatte getragenen Prozessoren mit geklebten Platten dargestellt. Der Prozessor 1 ist auf der Grundplatte 2 in einem Sockel 3 befestigt. Die wärmeaufnehmende Platte 4 aus Kupfer mit einer glatten Unterseite 5 ist etwas größer als der

Prozessor 1 und hat auf der Oberseite 6 das wärmeaufnehmende Ende 7 der Wärmeleitrohre 8 angelötet. Die wärmeaufnehmende Platte 4 wird mittels eines wärmeleitenden Haftklebeteiles 9 aus Acrylathaftklebestoffes mit Keramikfüllung auf die Prozessoroberfläche 10 dicht und spaltfrei geklebt. Das wärmeaufnehmende Ende 7 der Wärmeleitrohre 8 ist parallel zur Prozessoroberflächei 1 angeordnet ist. Das wärmeabgebende Ende 12 des Wärmeleitrohres 8 ist ebenfalls auf einer Kupferplatte 13 angelötet, wobei die Kupferplatte 13 mittels des wärmeleitenden Haftklebeteiles 14 aus Acrylathaftklebestoffes mit Keramikfüllung auf die Kühlfläche geklebt wird, wobei die Kupferplatte 13 so gestaltet ist, dass sie als eine Schicht des Mehrschichtenkühlsystems 14 betrachtet 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. System zum Kühlen von auf einer Grundplatte getragenen Prozessoren mit einer Grundeinrichtung bestehend aus mindestens einem und/oder mehreren Wärmeleitrohren wobei die beiden Enden der Wärmeleitrohre auf und/oder in wärmeaufnehmenden bzw. wärmeabgebenden Platten und/oder Adaptersystemen befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten und/oder Adaptersysteme mittels thermisch leitenden Haftklebeteilen und/oder Klebern auf dem Prozessor und dem Kühler befestigt werden, wobei auch eine Kombination zwischen mechanischer Befestigung und Kleben möglich ist.

2. System zum Kühlen von auf einer Grundplatte getragenen Prozessoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Haftklebeteile und/oder Kleber Acrylathaftklebestoff mit und/oder ohne Keramikfüllung oder mit Aluminiumfolienträger oder Silikonhaftklebestoff mit Aluminiumgewebeträger verwendet wird.

3. System zum Kühlen von auf einer Grundplatte getragenen Prozessoren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass und als mechanische Befestigung Schrauben oder Einpressbolzen oder Klammer o. ä. Komponenten zum Einsatz kommen, wobei vor allem die wärmeabgebende Platte mechanisch befestigt wird.

4. System zum Kühlen von auf einer Grundplatte getragenen Prozessoren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeaufnehmende Platte und/oder Adaptersysteme aus Kupfer und/oder deren Legierungen sind.

5. System zum Kühlen von auf einer Grundplatte getragenen Prozessoren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der wärmeaufnehmenden Platte zylinderförmig oder quaderförmig ist oder eine andere räumliche Form ausweist.

6. System zum Kühlen von auf einer Grundplatte getragenen Prozessoren nach einem der vorgehenden 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. System zum Kühlen von auf einer Grundplatte getragenen Prozessoren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberseite der wärmeaufnehmenden Platte Kühllamellen aufgesetzt sind, die vertikal und/oder horizontal zur Unterseite ausgerichtet sind.

8. System zum Kühlen von auf einer Grundplatte getragenen Prozessoren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeaufnehmende Platte ein- und/oder mehrteilig ist.

9. 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 in etwa dem Durchmesser des Flüssigkeitskühlers entspricht und dass die Spannplatte ebenfalls eine Nut wie die wärmeaufnehmende Platte aufweist.

10. System zum Kühlen von auf einer Grundplatte getragenen Prozessoren nach einem der vorgehenden 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.

11. System zum Kühlen von auf einer Grundplatte getragenen Prozessoren nach einem der vorgehenden 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.

12. System zum Kühlen von auf einer Grundplatte getragenen Prozessoren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeaufnehmende Ende auf die wärmeaufnehmende Platte geklebt und/oder gelötet wird.

13. System zum Kühlen von auf einer Grundplatte getragenen Prozessoren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeleitrohr eine und/oder mehrere Heat-Pipes zum Einsatz kommen.