DE20308524U1

DE20308524U1 - System for cooling processors carried on a base plate

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

Abstract

The CPU [1] plugs into a socket [3] on a base plate [2] and the heat sink plate of copper [4] is held in secure contact with the top surface. Generated heat energy is conducted through a tube [8] that is soldered to the heat sink plate. The heat energy is received by a copper plate [13] bonded to an acrylic heat conducting plate [14].

Description

Richard Wöhr GmbHRichard Wöhr GmbH

Gräfenau 58 - 60Graefenau 58 - 60

75339 Höfen75339 Hofen

17.05.02 System zum Kühlen von auf einer Grundplatte getragenen Prozessoren 17.05.02 System for cooling processors carried on a base plate

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.The present invention relates to a system for cooling processors carried on a base plate with a basic device which consists of at least one and/or more heat pipes and wherein the two ends of the heat pipes are fastened on and/or in heat-absorbing or heat-emitting plates and/or adapter systems, and the plates and/or adapter systems are fastened to the processor and the cooler by means of thermally conductive pressure-sensitive adhesive parts and/or adhesives, wherein a combination of mechanical fastening and gluing is also possible, and thus the underside of the heat-absorbing plate sits tightly and gap-free on the processor surface and acrylic pressure-sensitive adhesive with and/or without ceramic filling or with aluminum foil carrier or silicone pressure-sensitive adhesive with aluminum fabric carrier is used as the adhesive and screws or press-in bolts or clamps or similar components are used as the mechanical fastening.

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.Many electronic components, especially CPU processors, operate within a limited temperature range and will malfunction if the temperature is outside this 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 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.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 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.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. These adapters are attached to the processor socket using clips, which is very difficult. In addition, the clips can come loose during operation and transport.

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 nurFurthermore, 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 can only be

• · · a· · a

* t* t

mittels des Lüfters abtransportiert wird. Außerdem ist es für Prozessoren hoher Leistung nicht ausreichend.is removed by the fan. Furthermore, 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 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.DE 195 09 904 C2 describes a cooling device for dissipating heat from electronic components by means of a fan with a base unit that has first ribs on its edge and second ribs in its middle area and a support part for the fan in the middle part, and the fan is attached to the base unit by means of fastening elements, the base unit being made of only one material, in this case aluminum. Here too, the cooling performance is only achieved by using the fan.

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.The invention is based on the object of creating a system for cooling processors carried on a base plate with a basic device of the type mentioned at the beginning, which optimally dissipates the heat generated in the processor without a fan, which enables an optimal fit of the heat-absorbing plate on the processor and the heat-emitting plate on the cooler, does not require any mechanical fastening such as clamps, etc., is gap-compensating and vibration-damping and which is 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 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.This object is achieved with the features of claim 1. In this case, it is therefore provided that a heat-absorbing plate made of copper, which is adapted to the size of the processor and to which the heat-absorbing end of one and/or more heat conducting pipes is attached in such a way that the heat conducting pipe and/or the heat conducting pipes are arranged parallel and/or at right angles and/or at a certain angle to the processor surface, is attached to the processor by means of heat-conducting adhesive made of acrylic pressure-sensitive adhesive with and/or without ceramic filling or with aluminum foil carrier or silicone pressure-sensitive adhesive with aluminum fabric carrier, so that the smooth underside of the heat-absorbing plate rests tightly and without gaps on the surface of the processor and that the heat-emitting end of the heat conducting pipes is attached to the cooler by means of an adapter system or a plate by means of adhesive made of acrylic pressure-sensitive adhesive with and/or without ceramic filling or with aluminum foil carrier or silicone pressure-sensitive adhesive with aluminum fabric carrier and/or mechanically by means of screws and/or press-in bolts or similar components.

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.A preferred embodiment of the invention has a heat-absorbing plate made of copper, the external shape of which corresponds to the external dimensions of the processor, and can be the same size or larger than the processor. The heat-absorbing ends of several heat pipes are attached to the heat-absorbing plate, with the heat pipes being arranged parallel to the plate. The heat-absorbing plate, whose smooth underside rests on the processor surface, is glued tightly and without gaps to the processor surface using a heat-conducting acrylic adhesive with a ceramic filling. The heat-emitting ends of the heat pipes are attached in adapter systems and fastened to the cooler using screws, with the adapter system being designed in such a way that it can be regarded as one layer of the multi-layer heat sink.

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.Another variant that is favorable for heat transfer involves gluing the adapter system of the heat-emitting end of the heat pipes to the cooler. The reliable gluing process results in a high level of heat transfer.

Für die Montage wirkt sich günstig aus, wenn der Acrylatklebestoff als beidseitig klebende Haftklebeteile ausgebildet ist.For assembly, it is beneficial if the acrylic adhesive is designed as double-sided adhesive parts.

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: Schnitt durch ein System zum Kühlen von auf einer Grundplatte getragenen Prozessoren mit geklebten PlattenFig. 1: Section through a system for cooling processors supported on a base plate with glued plates

Fig. 2: Schnitt durch die auf dem Prozessor aufgeklebte wärmeaufnehmende Platte mit angelötetem WärmeleitrohrFig. 2: Section through the heat-absorbing plate glued to the processor with soldered heat pipe

Fig. 3: wärmeaufnehmende Platte mit Kühllamellen und eingepressten FlüssigkeitskühlerFig. 3: heat-absorbing plate with cooling fins and pressed-in liquid cooler

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 derFigure 1 shows a system for cooling processors supported on a base plate with glued plates. The processor 1 is mounted on the base plate 2 in a socket 3. The heat-absorbing plate 4 made of copper with a smooth bottom 5 is slightly larger than the

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.Processor 1 and has the heat-absorbing end 7 of the heat pipes 8 soldered to the top side 6. The heat-absorbing plate 4 is glued tightly and gap-free to the processor surface 10 by means of a heat-conducting pressure-sensitive adhesive part 9 made of acrylic pressure-sensitive adhesive with ceramic filling. The heat-absorbing end 7 of the heat pipes 8 is arranged parallel to the processor surface 1. The heat-emitting end 12 of the heat pipe 8 is also soldered to a copper plate 13, wherein the copper plate 13 is glued to the cooling surface by means of the heat-conducting pressure-sensitive adhesive part 14 made of acrylic pressure-sensitive adhesive with ceramic filling, wherein the copper plate 13 is designed in such a way that it is regarded as one layer of the multi-layer cooling system 14.

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.Figure 2 shows a one-piece heat-absorbing plate with cooling fins 15 and with a pressed-in liquid cooler 12. The heat-absorbing plate 15 made of copper has a smooth underside and one and/or more blind holes 16, the holes 16 being designed in such a way that the liquid cooler 12 is pressed in by means of a press fit, with holes also being integrated into the cooling fins.

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.Figure 3 shows a one-piece heat-absorbing plate 17 with attached cooling fins 18 for accommodating the liquid cooler 12. The heat-absorbing plate 17 made of copper has one and/or more holes 19 arranged parallel to the underside, into which the liquid coolers 12 are mounted by means of a press fit.

Claims

1. System for cooling processors carried on a base plate with a basic device consisting of at least one and/or more heat conducting pipes, wherein the two ends of the heat conducting pipes are fastened on and/or in heat-absorbing or heat-emitting plates and/or adapter systems, characterized in that the plates and/or adapter systems are fastened to the processor and the cooler by means of thermally conductive pressure-sensitive adhesive parts and/or adhesives, wherein a combination of mechanical fastening and gluing is also possible.

2. System for cooling processors carried on a base plate according to claim 1, characterized in that acrylic pressure-sensitive adhesive with and/or without ceramic filling or with aluminum foil carrier or silicone pressure-sensitive adhesive with aluminum fabric carrier is used as pressure-sensitive adhesive parts and/or adhesive.

3. System for cooling processors carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that screws or press-in bolts or clamps or similar components are used as mechanical fastening, wherein in particular the heat-emitting plate is mechanically fastened.

4. System for cooling processors carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-absorbing plate and/or adapter systems are made of copper and/or its alloys.

5. System for cooling processors 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.

6. System for cooling processors carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that cooling fins are arranged on the upper side of the heat-absorbing plate, wherein the cooling fins are aligned horizontally and/or vertically to the underside.

7. System for cooling processors carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that cooling fins are placed on the upper side of the heat-absorbing plate, which are aligned vertically and/or horizontally to the underside.

8. System for cooling processors carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-absorbing plate is in one and/or multiple parts.

9. A heat dissipation device with a liquid cooler for cooling a processor carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-absorbing plate is in two parts and has a groove whose depth and width correspond approximately to the diameter of the liquid cooler and that the clamping plate also has a groove like the heat-absorbing plate.

10. System for cooling processors carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-absorbing plate and/or the cooling fins and/or the cooling lamellas have one and/or more blind holes into which the heat-absorbing end of the liquid cooler is pressed, wherein the liquid coolers are arranged vertically and/or at a certain angle to the underside.

11. System for cooling processors carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-absorbing plate and/or the cooling fins and/or the cooling lamellas have one and/or more holes whose diameter is adapted to the diameter of the liquid coolers, into which the heat-absorbing end of the liquid cooler is pressed and fixed by means of a press fit, the liquid coolers being arranged horizontally and/or at a certain angle to the underside.

12. System for cooling processors 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.

13. System for cooling processors carried on a base plate according to one of the preceding claims, characterized in that one and/or more heat pipes are used as heat conduction pipes.