DE10310568A1

DE10310568A1 - Heat-sink arrangement for electronic component esp. high-power microprocessor, has thermal tube joined via evaporation zone in cooling-medium tight fashion to contact

Info

Publication number: DE10310568A1
Application number: DE2003110568
Authority: DE
Inventors: Gerold Zinner; Johann Enzenhofer; Gerhardus De Vries
Original assignee: BLECKMANN GmbH; Bleckmann Lamprechtshause GmbH
Current assignee: Bleckmann GmbH and Co KG
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2004-09-23

Abstract

A cooling device for electronic components has a contact (110) with a contact surface (112) for take-up of heat and which is located in heat-conducting contact with one surface of the electronic component being cooled; a mainly straight heat tube (120) hermetically sealed externally and filled with a cooling medium (140) and having an evaporation zone (122) and a condensation zone. The heat tube (120) is joined by its evaporation zone (122) in a cooling-medium tight, preferably tightly-fit with the contact (110) and the longitudinal axis forms an acute angle with the contact surface (112). An independent claim is included for an electronic component with a cooling device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für elektronische Bauelemente mit hohen Verlustleistungsdichten, insbesondere für Hochleistungs-Mikroprozessoren, entsprechend dem Anspruch 1.The invention relates to a cooling device for electronic Components with high power loss densities, especially for high-performance microprocessors, according to claim 1.

Einige Bauteile von Computern, vor allem die Prozessoren wie beispielsweise die CPU (central processing unit) auf der Hauptplatine und die GPU (graphical processing unit) auf der Grafikkarte, sowie Festplatten entwickeln im Betrieb infolge der elektrischen Verlustleistung Wärme. Viele elektronische Komponenten, vor allem die Halbleiterbauelemente, sind hitzeempfindlich. Übersteigt deren Betriebstemperatur oder die Umgebungstemperatur ein vertretbares Maß, etwa 70 bis 80 °C, können Störungen oder dauerhafte Schäden auftreten. Deshalb werden Kühler eingesetzt, die die Wärme abführen. Diese die nen dazu, bestimmte Komponenten direkt zu kühlen, vor allem die Prozessoren oder Festplatten.Some components of computers, before especially the processors such as the CPU (central processing unit) on the main board and the GPU (graphical processing unit) on the graphics card, as well as hard drives develop in operation as a result the electrical heat dissipation. Lots of electronic components, the semiconductor components in particular are sensitive to heat. exceeds whose operating temperature or the ambient temperature is an acceptable one Measure, about 70 to 80 ° C, can Disorders or permanent damage occur. That's why coolers used the heat dissipate. These are used to directly cool certain components especially the processors or hard drives.

Der stetig steigende Leistungsbedarf moderner Computersoftware hat zu einem Wettlauf der Prozessorhersteller bei den Taktfrequenzen der Mikroprozessoren im Desktop als auch Serverbereich geführt, die neben dem erwünschten Mehr an Rechnerleistung gerade das oben genannte Verlustleistungsproblem mit sich bringen. So steigt in integrierten Schaltungen die Verlustleistung linear mit der Taktfrequenz und dem Quadrat der Core-Spannung an, d. h., im Mittel müsste die Versorgungsspannung geviertelt werden, um hinsichtlich der Verlustleitung eine Verdoppelung der Taktfrequenz des Prozessors zu kompensieren. Als weiterer Aspekt ist bei den hochintegrierten Schaltkreisen zu beobachten, dass ein immer größerer Anteil der Gesamtleistungsaufnahme für Leckströme in den Halbleiterbauelementen der Schaltkreise anfällt. Infolge dieses zunehmenden Leistungsverbrauches in den integrierten Hochleistungsschaltkreisen steigt die Menge der abzuführenden Verlustwärme. Dabei kommen moderne Prozessoren auf Verlustleitungsdichten von 100 Watt pro Quadratzentimeter und mehr; dies ist ein Vielfaches der Leistungsdichte handelsüblicher Elektroherdplatten, d. h., diese Halbleiterbauelemente sind ohne zusätzliche Kühlungsmaßnahmen zum Hitzetod verurteilt. Es werden daher Vorrichtungen benötigt, die die Betriebstemperatur hitzeempfindlicher Komponenten senken und die Einhaltung der spezifizierten Betriebstemperaturen sicherstellen.The steadily increasing power requirement Modern computer software has become a race for processor manufacturers at the clock frequencies of the microprocessors in the desktop as well Server area managed, the next to the desired The above-mentioned power loss problem in terms of more computer performance entail. The power loss increases in integrated circuits linear with the clock frequency and the square of the core voltage, d. that is, on average the supply voltage to be quartered to a with respect to the loss line Compensate for doubling the clock frequency of the processor. As Another aspect can be observed in the highly integrated circuits, that an ever increasing proportion the total power consumption for leakage currents occurs in the semiconductor components of the circuits. As a result this increasing power consumption in the integrated high-performance circuits increases the amount of to be discharged Waste heat. Modern processors come from loss line densities 100 watts per square centimeter and more; this is a multiple the power density more commercially available Electric hobs, d. that is, these semiconductor devices are without additional cooling measures sentenced to heat death. Devices are therefore needed that lower the operating temperature of heat sensitive components and ensure compliance with the specified operating temperatures.

In heutigen Computern kommen sowohl aktive als auch passive Kühler zum Einsatz. Aktive Kühler sind Lüfter, die durch einen Ventilator die Umgebungsluft bewegen und so für einen wirksameren Wärmeaustausch durch Konvektion sorgen; Lüfter führen beispielsweise die erwärmte Luft aus einem Computergehäuse ab bzw. kühlere Raumluft zu. Solche aktiven Kühler finden sich z. B. in Standardcomputernetzteilen. Passive Kühler sind vor allem Kühlkörper. Diese verfügen über eine besonders große Oberfläche aus Rippen, Lamellen oder ähnlichen Formen. Die vergrößerte Oberfläche soll einen umfangreicheren und rascheren Wärmeaustausch ermöglichen, als dies bei einer glatten Oberfläche der Fall ist. Damit sich die Wirkung voll entfalten kann, werden passive Kühler durch Wärmeleitpaste in möglichst guten Kontakt mit dem zu kühlenden elektronischen Bauelement gebracht; dies sichert maximalen Wärmetransport. Da passive Kühlkörper jedoch selten eine ausreichende Wärmeabfuhr sicherstellen können, werden sie meist durch kleine Lüfter ergänzt, die direkt auf dem Kühlelement montiert sind. Ein zusätzlicher Lüfter verursacht jedoch zusätzliche Kosten und auch einen zusätzlichen Energiebedarf im Betrieb. Darüber hinaus trägt er zu einer weiteren Erhöhung der Geräuschkulisse bei. Der wesentliche Nachteil der Kombination eines Kühlkörpers mit einem Lüfter liegt jedoch in dem zusätzlichen Risiko des Ausfalls des Lüfters: Da die Dimensionierung dieser Kühlkombinationen aus Kühlkörper und Lüfter unter Berücksichtigung der Wirkung des Lüfters erfolgt, bedeutet der Lüfterausfall zwangsläufig den Ausfall der benötigten Kühlleistung und damit die Gefährdung des zu kühlenden elektronischen Bauelements. Gerade bei nicht ständig beaufsichtigten aber ständig benötigten Netzwerkservern bringt der Ausfall eines Prozessors neben Kosten für den Austausch auch die Folgekosten des Systemausfalls mit sich.In today's computers come both active as well as passive coolers for use. Active coolers are fans, which move the ambient air through a fan and so for one more effective heat exchange care by convection; For example, fans run the warmed Air from a computer case cooler Indoor air too. Such active coolers can be found e.g. B. in standard computer power supplies. Passive coolers are especially heat sinks. This have one particularly large surface Ribs, slats or similar shapes. The enlarged surface should enable a more extensive and faster heat exchange, than is the case with a smooth surface. So yourself passive coolers become fully effective Thermal Compounds in if possible good contact with the one to be cooled brought electronic component; this ensures maximum heat transfer. Because passive heatsinks, however Sufficient heat dissipation is seldom can ensure they are usually supplemented by small fans that directly on the cooling element are mounted. An additional one Fan however causes additional Cost and also an additional Energy requirements in operation. About that carries out he made another raise the background noise at. The main disadvantage of combining a heat sink with a fan lies in the additional risk failure of the fan: Because the dimensioning of these cooling combinations from heat sink and fan below consideration the effect of the fan the fan has failed inevitably the Failure of the required cooling capacity and with it the danger of the to be cooled electronic component. Especially with network servers that are not constantly supervised but are constantly required brings the failure of a processor along with costs for replacement also the consequential costs of the system failure.

Eine besondere Form des passiven Kühlers ist die Heatpipe, die z. B. in manchen Notebooks verwendet wird. Es handelt sich dabei um Röhren, die mit Wärme leitender Flüssigkeit gefüllt sind. Die EP 0 577 099 schlägt eine Kühlvorrichtung für eine Einheit elektronischer Elemente vor, bei der mehrere elektronische Elemente über eine thermisch leitende, elektronisch isolierende Schicht mit einem Basisbauteil thermisch verbunden sind, wobei die Kühlvorrichtung einen Kühlblock mit einer Oberfläche vorweist, die an dem Basisbauteil angebracht wird. Weiter besitzt die Kühlvorrichtung wenigstens eine Wärmeröhre bzw. Heatpipe mit einem darin eingeschlossenen Kühlmittel, wobei an einem ersten Endbereich der Wärmeröhre Strahlungsflächen vorgesehen sind, die im Wesentlichen rechtwinklig zu deren Achse sind. Der zweite Endbereich der Wärmeröhre ist im Inneren des Kühlblocks so angeordnet, dass er sich längs der Oberfläche des Kühlblocks in vertikaler Richtung erstreckt. Der erste Endbereich der Wärmeröhre ragt aus dem Kühlblock schräg unter einem Winkel, der nicht größer als 90° bezüglich der vertikalen Richtung ist, heraus. Des Weiteren werden noch Kombinationen der Kühlvorrichtung mit zusätzlichen Lüftern offenbart. Die in der EP 0 577 099 vorgeschlagene Kühlvorrich tung ist fertigungstechnisch äußerst aufwendig und in der Herstellung daher sehr teuer. Darüber hinaus wird das wenigstens eine Wärmerohr, wie im Stand der Technik üblich, dazu eingesetzt, um die aus der in den elektronischen Elementen erzeugten Verlustleitung resultierende Wärme, die in den Kühlblock eingeleitet wird, von dem Kühlblock weg zu den Strahlungsflächen zu leiten. Die in der EP 0 577 099 vorgeschlagenen Strahlungsflächen sind im Wesentlichen rechtwinklig zu der Achse des Wärmerohres angeordnete Flächen. Die Ausgestaltung des Wärmeabgabebereiches mit den Strahlungsflächen bedingt jedoch eine Vorzugsrichtung für die Konvektion, der die Wärme abtransportierenden Umgebungsluft, was aber gerade hinsichtlich der weiter vorgeschlagenen Kombination mit zusätzlichen Lüftern zuträglich ist.A special form of the passive cooler is the heat pipe. B. is used in some notebooks. These are tubes that are filled with heat-conducting liquid. The EP 0 577 099 proposes a cooling device for an electronic element unit, in which a plurality of electronic elements are thermally connected to a base component via a thermally conductive, electronically insulating layer, the cooling device having a cooling block with a surface which is attached to the base component. Furthermore, the cooling device has at least one heat pipe or heat pipe with a coolant enclosed therein, radiation surfaces being provided at a first end region of the heat pipe, said radiation surfaces being essentially perpendicular to the axis thereof. The second end portion of the heat pipe is arranged inside the cooling block so that it extends along the surface of the cooling block in the vertical direction. The first end portion of the heat pipe protrudes obliquely from the cooling block at an angle that is not greater than 90 ° with respect to the vertical direction. Combinations of the cooling device with additional fans are also disclosed. The in the EP 0 577 099 proposed Kühlvorrich device is extremely expensive to manufacture and therefore very expensive to manufacture. In addition, the at least one heat pipe, as is customary in the prior art, is used to to conduct the heat resulting from the conduction generated in the electronic elements, which is introduced into the cooling block, away from the cooling block to the radiation surfaces. The in the EP 0 577 099 The proposed radiation surfaces are essentially arranged at right angles to the axis of the heat pipe. The design of the heat emission area with the radiation surfaces, however, requires a preferred direction for convection, the ambient air that dissipates the heat, which is particularly beneficial with regard to the further proposed combination with additional fans.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine effiziente Kühlvorrichtung für elektronische Bauelemente mit hohen Verlustleistungsdichten, insbesondere für Hochleistungs-Mikroprozessoren, vorzuschlagen, die ohne zusätzliche elektrische Lüfter auskommt. Als eine weitere Aufgabe soll die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung möglichst einfach aufgebaut sein, um ein kostengünstiges Herstellen zu gewährleisten. Als zusätzliche Aufgabe soll die Kühlvorrichtung hinsichtlich ihrer Wärmeabgabeeigenschaften so ausgebildet sein, dass sie nach allen Richtungen eine gleich gute Konvektion zulässt.Object of the present invention is an efficient cooling device for electronic Components with high power loss densities, especially for high-performance microprocessors, propose that without additional electric fan gets along. The cooling device according to the invention should be as possible as a further object be simply constructed to ensure cost-effective production. As an additional The task is the cooling device in terms of their heat dissipation properties be designed so that they are the same in all directions allows good convection.

Die Aufgabe und die weiteren Aufgaben der Erfindung werden gelöst durch eine Kühlvorrichtung gemäß dem Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The task and the other tasks the invention are solved by a cooling device according to the claim 1. Further advantageous refinements are specified in the subclaims.

Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung für elektronische Bauelemente mit hohen Verlustleistungsdichten, insbesondere für Hochleistungs-Mikroprozessoren, weist ein Kontaktelement mit einer Kontaktfläche zur Wärmeaufnahme, welche mit einer Oberfläche des zu kühlenden elektronischen Bauelements in wärmeleitenden Kontakt bringbar ist, vor. Weiter besitzt die Kühlvorrichtung als zentrales Element ein nach Außen hermetisch abgedichtetes, im Wesentlichen gerades und mit einem Kühlmedium bzw. einer Kühlflüssigkeit befülltes Wärmerohr. Das Wärmerohr besitzt an einem Ende einen Verdampfungsbereich und von diesem Ende abgewandt in Richtung des an deren Endes einen Kondensationsbereich. Das Wärmerohr ist an seinem Ende mit dem Verdampfungsbereich hinsichtlich des Kühlmediums mediumsdicht, vorzugsweise stoffschlüssig mit dem Kontaktelement verbunden. Eine Längsachse des Wärmerohrs bildet mit der Kontaktfläche des Kontaktelements einen vorbestimmten spitzen Winkel.The cooling device according to the invention for electronic Components with high power loss densities, especially for high-performance microprocessors, has a contact element with a contact surface for heat absorption, which with a surface of the to be cooled electronic component in thermally conductive Contact can be brought before. Furthermore, the cooling device has a central one Element one to the outside hermetically sealed, essentially straight and with one Cooling medium or a coolant -filled Heat pipe. The heat pipe has an evaporation area at one end and from this end turned away in the direction of a condensation area at the end. The heat pipe is at its end with the evaporation area in terms of Coolant medium-tight, preferably cohesive connected to the contact element. A longitudinal axis of the heat pipe forms with the contact surface of the contact element a predetermined acute angle.

Normalerweise ist ein Wärmerohr bzw. eine Heatpipe ein beidseitig geschlossenes Rohr mit einer kapillaren Innenwandstruktur, welche aufgrund von Adhäsionskräften einen Rückfluss der eingesetzten Kühlflüssigkeit für den Wärmetransport zum Bereich der Wärmeaufnahme und Verdampfung sicherstellen soll. Dies erfordert aufwendige Oberflächenbehandlungen der Innenflächen des Wärmerohres bzw. den Einsatz geeigneter Strukturen, die einen Dochteffekt zum Rücktransport der Kühlflüssigkeit bereitstellen. Durch den Aufbau mit dem vorbestimmten spitzen Winkel kann bei der Erfindung vorteilhaft auf solche teuren und aufwendigen Maßnahmen verzichtet werden. In jeder denkbaren Einbaulage kann das Wärmerohr der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung so ausgerichtet werden, dass die Kühlflüssigkeit stets unter Einwirkung der Schwerkraft im Wärmerohr zum Verdampfungsbereich zurückfließt. Der vorbestimmte spitze Winkel zwischen der Längsachse des Wärmerohrs und der Kontaktfläche liegt dazu vorzugsweise in einem Bereich von 20° bis 70°.Usually is a heat pipe or a heat pipe a tube closed on both sides with a capillary Inner wall structure, which has a backflow due to adhesive forces the coolant used for the heat transport to the area of heat absorption and to ensure evaporation. This requires complex surface treatments of the inner surfaces of the heat pipe or the use of suitable structures that create a wicking effect repatriation the coolant provide. By building with the predetermined acute angle can be advantageous to such expensive and expensive in the invention activities to be dispensed with. The heat pipe can be installed in any conceivable position the cooling device according to the invention be aligned so that the coolant is always exposed the gravity in the heat pipe flows back to the evaporation area. The predetermined acute angle between the longitudinal axis of the heat pipe and the contact area is preferably in a range from 20 ° to 70 °.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Kühlvorrichtung schließt sich der Kondensationsbereich des Wärmerohrs im Wesentlichen unmittelbar an den Verdampfungsbereich an und erstreckt sich bis zu dem zweiten Ende des Wärmerohres.In a preferred embodiment the cooling device includes the condensation area of the heat pipe is essentially immediate the evaporation area and extends to the second End of the heat pipe.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Kühlvorrichtung können mehrere Vorteile sowohl für das Herstellen der Kühlvorrichtung als auch für die Kühlvorrichtung selber realisiert werden. So ist die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung im Vergleich zu solchen mit bzw. ohne zusätzlichen Lüfter bei gleicher Kühlleistung deutlich leichter, da der „Torso" der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung als zentrale Baueinheit im Wesentlichen nur aus einem dünnwandigen Wärmerohr besteht. Der Einsatz eines Kühlmittels im Inneren der der Kühlvorrichtung ermöglicht einen optimalen Wärmetransport vom Ort der Verlustleitung über den Verdampfungsbereich hin zur Oberfläche der Kühlvorrichtung im Kondensationsbereich. Durch simple Nutzung der Schwerkraft für eine ebenso einfache Rückführung der Kühlflüssigkeit zum Verdampfungsbereich wurde das Prinzip des Wärmerohrs auch hinsichtlich des Herstellens der Kühlvorrichtung optimiert; für das Wärmerohr wird lediglich ein Rohr aus einem geeigneten gut wärmeleitenden Material benötigt. Es sind keine aufwendigen Oberflächenbearbeitungsmaßnahmen notwendig, um eine Kapillarwirkung zum Rücktransport der Kühlflüssigkeit zur Ausbildung eines Wärmekreislaufes notwendig zu erreichen. Damit ist ein kostenoptimales Herstellen möglich.Due to the configuration of a cooler can several advantages for both making the cooler for as well the cooling device be realized yourself. Such is the cooling device according to the invention compared to those with or without additional fans with the same cooling capacity significantly lighter, since the "torso" of the cooling device according to the invention as a central unit essentially only from a thin-walled heat pipe consists. The use of a coolant inside of the cooler allows optimal heat transfer from the location of the loss line the evaporation area to the surface of the cooling device in the condensation area. By simple use of gravity for an equally simple return of the coolant the principle of the heat pipe also became an evaporation area of manufacturing the cooler optimized; For the heat pipe is only a tube made of a suitable, highly heat-conducting Material needed. There are no complex surface treatment measures necessary to have a capillary action to return the coolant necessary to form a heat cycle to reach. This enables cost-effective production.

In der bevorzugten Ausführungsform der Kühlvorrichtung ist die Außenfläche des Wärmerohrs in dem Kondensationsbereich zusätzlich mit Oberflächenvergrößerungselementen zur Vergrößerung der effektiven Kontaktoberfläche des Wärmerohres mit Umgebungsluft versehen. Die Oberflächenvergrößerungselemente sind dabei besonders vorteilhaft derart angeordnet, dass eine Konvektion der Umgebungsluft sowohl in Richtung der Längsachse des Wärmerohrs als auch quer zu der Längsachse des Wärmerohrs möglich ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden die Oberflächenvergrößerungselemente dazu aus einer Vielzahl von Kühlstäbchen, welche jeweils eine Kühlstäbchenlängsachse besitzen, gebildet. Die Kühlstäbchenlängsachsen sind jeweils im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Wärmerohres ausgerichtet. Das Wärmerohr gleicht im Kondensationsbereich bildlich dem Aussehen einer Flaschenbürste, wobei in diesem Vergleich die Borsten der Bürste den Kühlstäbchen entsprechen.In the preferred embodiment of the cooling device, the outer surface of the heat pipe in the condensation area is additionally provided with surface enlarging elements for increasing the effective contact surface of the heat pipe with ambient air. The surface enlargement elements are particularly advantageously arranged such that convection of the ambient air is possible both in the direction of the longitudinal axis of the heat pipe and transversely to the longitudinal axis of the heat pipe. In the preferred embodiment, the surface enlargement elements are formed from a plurality of cooling sticks, each of which has a cooling stick longitudinal axis. The cooling rod longitudinal axes are each essentially perpendicular to the upper surface of the heat pipe aligned. In the condensation area, the heat pipe visually resembles the appearance of a bottle brush, with the bristles of the brush corresponding to the cooling sticks in this comparison.

Dabei sind die Kühlstäbchen im Wesentlichen über der Oberfläche des Wärmerohrs im Kondensationsbereich gleich verteilt.The cooling sticks are essentially above the surface of the heat pipe evenly distributed in the condensation area.

In einer ersten Ausführungsform der Kühlvorrichtung sind die Kühlstäbchen aus einem Stachelband, das wenigstens eine Kühlstäbchenreihe besitzt, gebildet. Das Stachelband ist spiralförmig bzw. helixförmig im Kondensationsbe reich um das Wärmerohr gewickelt und mit dem Wärmerohr stoffschlüssig, z. B. durch Verlöten mit einem Lot, verbunden.In a first embodiment the cooling device the cooling sticks are out a barbed tape that has at least one row of cooling sticks. The barbed tape is spiral or helically in the condensation area around the heat pipe wrapped and with the heat pipe cohesively, z. B. by soldering connected with a solder.

Das erfindungsgemäße Stachelband besteht aus einer im Wesentlichen in Laufrichtung des Stachelbandes kontinuierlich verlaufenden, einen ersten Rand und einen zweiten Rand vorweisende Stachelbandkontaktfläche. Die Kühlstäbchen sind jeweils an dem ersten und dem zweiten Rand der Stachelbandkontaktfläche im Wesentlichen gleichmäßig beabstandet und mit der Kühlstäbchenlängsachse jeweils im Wesentlichen senkrecht zur Stachelbandkontaktfläche angeordnet. Der Querschnitt des Stachelbandes quer zur Laufrichtung weist im Wesentlichen die Form eines Buchstaben „U" auf, wobei die Seiten des Buchstaben „U" von den Kühlstäbchen gebildet sind und die Bodenfläche des Buchstaben „U" der Stachelbandkontaktfläche entspricht.The barbed tape according to the invention consists of one essentially continuously in the running direction of the barbed tape extending, having a first edge and a second edge Barbed band contact surface. The cooling sticks are essentially at the first and the second edge of the barbed tape contact surface evenly spaced and with the cooling stick longitudinal axis each arranged essentially perpendicular to the barbed tape contact surface. The cross section of the barbed tape transversely to the running direction has in Essentially the shape of a letter "U", the sides of the letter "U" being formed by the cooling sticks are and the floor area of the letter "U" corresponds to the barbed tape contact surface.

Es sei angemerkt, dass die erfindungsgemäße Ausführung der Oberflächenvergrößerungselemente in der Form des Stachelbandes besonders vorteilhaft zum einfachen Herstellen von Kühlkörperoberflächen verwendet werden kann. Es ist auch möglich, das erfindungsgemäße Stachelband für den umgekehrten Fall, nämlich zur Vergrößerung der Wärmeabgabefläche von Heizelementen, zu verwenden. D. h., solche Stachelbänder können auch unabhängig von der vorliegenden Erfindung verwendet werden.It should be noted that the embodiment of the Surface expansion elements in the form of the barbed tape particularly advantageous for simple Manufacture heat sink surfaces used can be. It is also possible, the barbed tape according to the invention for the reverse Case, namely to increase the heat dissipation area of Heating elements. That is, such barbed tapes can also independently be used by the present invention.

In einer zweiten Ausführungsform der Kühlvorrichtung ist die Vielzahl von Kühlstäbchen aus mehreren Stachelscheiben, die wenigstens eine Kühlstäbchenreihe besitzen, gebildet. Die Kühlstäbchen einer Stachelscheibe liegen jeweils im Wesentlichen mit der Kühlstäbchenlängsachse in der Ebene der Stachelscheiben. Die Stachelscheiben sind dann mit einem vorbestimmten Abstand zu einander beabstandet auf das Wärmerohr aufgesteckt und mit dem Wärmerohr stoffschlüssig, z. B. durch Verlöten mit einem Lot, verbunden.In a second embodiment the cooling device is the multitude of cooling sticks made up of several Spiked discs that have at least one row of cooling sticks are formed. The cooling stick one The spiked disc is essentially in line with the longitudinal axis of the cooling stick in the plane of the spiked washers. The spiked discs are then with a predetermined distance apart from each other on the heat pipe attached and with the heat pipe cohesively, z. B. by soldering connected with a solder.

Die Kühlvorrichtung besteht daher im Wesentlichen aus drei Grundelementen, dem Kontaktelement, dem Wärmerohr und den Oberflächenvergrößerungselementen des Wärmerohres gebildet ist, die stoffschlüssig miteinander ver bunden sind. Dies ermöglicht ein besonders einfaches, kostengünstiges und schnelles Herstellen der Kühlvorrichtung.The cooling device therefore exists essentially of three basic elements, the contact element, the heat pipe and the surface enlarging elements of the heat pipe is formed, the cohesive are connected to each other. This enables a particularly simple inexpensive and rapid manufacture of the cooling device.

Hinsichtlich des Wärmerohrs der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ist diese besonders vorteilhaft für das Herstellen an dem Ende mit dem Verdampfungsbereich durch das Kontaktelement verschlossen. Dadurch entfällt beim Herstellen des Wärmerohres besonders vorteilhaft ein Fertigungsschritt, in dem das Wärmerohr auf der Verdampfungsseite extra verschlossen werden muss. Darüber hinaus stellt, wie im Stand der Technik üblich, die Wandung eines Wärmerohres gegenüber dem Kontaktelement, dass mit der Quelle der abzuführenden Verlustleistung in Kontakt steht, einen weitern Wärmewiderstand dar, der bei der Erfindung vorteilhaft vermieden ist.Regarding the heat pipe the cooling device according to the invention this is particularly advantageous for the manufacture at the end closed with the evaporation area by the contact element. This eliminates when manufacturing the heat pipe a manufacturing step in which the heat pipe is particularly advantageous must be closed on the evaporation side. In addition, as is customary in the prior art, the wall of a heat pipe across from the contact element that with the source of the dissipated Power loss is in contact, a further thermal resistance represents, which is advantageously avoided in the invention.

Zusätzlich kann in der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung die im Inneren des Wärmerohrs angeordnete Oberfläche des Kontaktelementes Mittel zur Vergrößerung der mit dem Kühlmedium in Kontakt stehenden Oberfläche, vorzugsweise Rillen bzw. Vertiefungen, aufweisen. Dadurch ist der Wärmetransport durch Verdunstungsarbeit im Verdampfungsbereich des Wärmerohrs bei der Erfindung noch besser.In addition, in the cooling device according to the invention the inside of the heat pipe arranged surface the contact element means for enlarging with the cooling medium contact surface, preferably have grooves or depressions. This is the heat transport by evaporation work in the evaporation area of the heat pipe even better with the invention.

Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung besteht aus einem gut wärmeleitenden Material, vorzugsweise aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung, mit einem geringen spezifischen Gewicht. Die Ausführung der Kühlvorrichtung aus einem Leichtmetall mit guten Wärmeleiteigenschaften, in der Kombination damit, dass der Körper der Kühlvorrichtung im Wesentlichen aus einem filigranen Wärmerohr besteht, ermöglicht das äußerst geringe Gesamtgewicht. Dadurch können die Spezifikationen der Prozessorhersteller bzw. der Computerhauptplatinenhersteller hinsichtlich der maximal zulässigen Gewichtsbelastung bzw. (Dreh-)Momentbelastung des Sockels bzw. der Verbindung des Prozessors mit der Hauptplatine leichter bzw. ohne Probleme eingehalten werden. Das Wärmerohr der Erfindung weist vorzugsweise eine Wandstärke in einem Bereich von 0.2 mm bis 2 mm auf. Es sei angemerkt, dass zur Gewichtsoptimierung der Kühlvorrichtung ein möglichst dünnwandiges Wärmerohr bevorzugt wird, d. h. die Wandstärke hinsichtlich der maximalen Dicke nicht zwingend auf 2 mm eingeschränkt ist. Für den Fachmann ist es selbstverständlich, dass ab einer gewissen Wandstärke die Vorteile der schnellen Wärmeleitung durch das Wärmerohr durch die Wärmeleiteigenschaften der Wandung kompensiert werden können.The cooling device according to the invention consists of a good thermal conductivity Material, preferably made of aluminum or an aluminum alloy, with a low specific weight. The execution of the cooler made of a light metal with good thermal conductivity, in which Combination with that the body the cooling device essentially consists of a filigree heat pipe, which makes it extremely small Total weight. This allows the specifications of the processor manufacturer or the computer motherboard manufacturer with regard to the maximum permissible weight load or (torque) moment load of the base or the connection of the Processor with the motherboard adhered to more easily or without problems become. The heat pipe The invention preferably has a wall thickness in a range of 0.2 mm to 2 mm. It should be noted that for weight optimization the cooling device one as thin as possible heat pipe is preferred, d. H. the wall thickness is not necessarily limited to 2 mm with regard to the maximum thickness. For the Specialist it goes without saying that from a certain wall thickness the advantages of fast heat conduction through the heat pipe due to the thermal conductivity the wall can be compensated.

Als Kühlmedium bzw. Kühlflüssigkeit für das Wärmerohr wird zur schnellen Wärmeaufnahme, Wärmetransport und Wärmeabgabe ein fließfähiges und in einem vorbestimmten Temperaturbereich, vorzugsweise von 60°C bis 80°C, verdampfbares Medium verwendet. Prinzipiell ist jede Arbeitsflüssigkeit, im einfachsten Fall Wasser, geeignet, die ab einer Temperatur, die an dem zu kühlenden elektronischen Bauelement einzuhalten ist unter den Druckverhältnissen in dem evakuierten Wärmerohr verdampft bzw. verdunstet. Vorzugsweise werden Freon oder Freonersatzstoffe, oder Alkohole, vorzugsweise Methanol oder Ethanol, oder ein geeignetes Gemisch von diesen Stoffen verwendet. Da in dem hohlen Wärmerohr ein hoher Unterdruck bzw. Vakuum herrscht, ist der Wärmetransport mittels der Verdampfung und dem Kondensieren der Kühlflüssigkeit besonders effektiv. Dadurch besitzt die Kühlvorrichtung einen extrem hohen Wärmeübergangskoeffizienten, der von herkömmlichen massiven Metallkühlkörpern nicht erreicht werden kann.A fluid medium that can be vaporized in a predetermined temperature range, preferably from 60 ° C. to 80 ° C., is used as the cooling medium or cooling liquid for the heat pipe for rapid heat absorption, heat transport and heat dissipation. In principle, any working liquid, in the simplest case water, is suitable which evaporates under a pressure that is to be maintained at the electronic component to be cooled under the pressure conditions in the evacuated heat pipe or evaporates. Freon or freon substitutes, or alcohols, preferably methanol or ethanol, or a suitable mixture of these substances are preferably used. Since there is a high negative pressure or vacuum in the hollow heat pipe, the heat transport by means of evaporation and the condensation of the cooling liquid is particularly effective. As a result, the cooling device has an extremely high heat transfer coefficient, which cannot be achieved by conventional solid metal heat sinks.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sowie Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass sich die bei der Beschreibung des Ausführungsbeispiels verwendeten Begriffe „oben", „unten", „links" und „rechts" auf die Zeichnungsfiguren mit normal lesbaren Bezugszeichen und Figurenbezeichnungen beziehen. Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass in den Zeichnungsfiguren funktionsgleiche und/oder geometrisch gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Einzelnen ist:Further advantageous configurations as well as examples the cooling device according to the invention are explained below with reference to the drawing figures. In In this context, it should be noted that the Description of the embodiment used terms "top", "bottom", "left" and "right" on the drawing figures with normally readable reference numerals and figure names. It should also be pointed out that in the drawing figures functionally the same and / or geometrically identical components with the same reference symbols are provided. The details are:

1a eine perspektivische Seitenansicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung; 1a a perspective side view of a preferred embodiment of a cooling device according to the invention;

1b eine Längsschnittansicht entlang der Linie A-A' der in 1 gezeigten Kühlvorrichtung; 1b a longitudinal sectional view taken along line AA 'of in 1 shown cooling device;

2a eine Draufsicht auf ein Grundelement, aus dem ein erfindungsgemäßes Stachelband für die Oberflächenvergrößerungselemente der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gebildet wird; 2a a plan view of a base element from which an inventive barbed tape for the surface enlarging elements of the preferred embodiment of the invention is formed;

2b eine Seitenansicht auf ein, aus dem Grundelement der 2a gebildeten Stachelbands quer zur Bandrichtung; und 2 B a side view of, from the basic element of 2a formed barbed tape transverse to the tape direction; and

2c eine perspektivische Darstellung des Stachelbands aus 2b. 2c a perspective view of the barbed tape 2 B ,

1a zeigt das bevorzugte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 100. Die Kühlvorrichtung 100 hat ein Kontaktelement 110 mit einer Kontaktfläche 112, mit der die Kühlvorrichtung 100 auf ein elektronisches Bauelement (nicht gezeigt) montierbar ist. Für einen optimalen Kontakt zur Oberfläche des zu kühlenden elektronischen Bauelements ist die Kontaktfläche plan gerichtet. Zwischen der Kontaktfläche 112 und der Oberfläche des elektronischen Bauelementes kann gegebenenfalls eine Wärmeleitpaste, ein Wärmeleitpad oder dergleichen zur Verbesserung der Wärmeabgabe eingesetzt werden. Zum lösbaren Befestigen der Kühlvorrichtung am elektronischen Bauelement wird ein entsprechend angepasstes Befestigungselement verwendet (nicht gezeigt). 1a shows the preferred embodiment of the cooling device according to the invention 100 , The cooler 100 has a contact element 110 with a contact surface 112 with which the cooling device 100 is mountable on an electronic component (not shown). For optimal contact with the surface of the electronic component to be cooled, the contact surface is directed flat. Between the contact area 112 and the surface of the electronic component, a thermal paste, a thermal pad or the like can optionally be used to improve the heat dissipation. A correspondingly adapted fastening element is used for detachably fastening the cooling device to the electronic component (not shown).

An dem Kontaktelement 110 der Kühlvorrichtung 100 ist stoffschlüssig ein Wärmerohr 120 aus gut wärmeleitendem Material befestigt, welches sich unter einem vorbestimmten spitzen Winkel (90° – α), in der 1a und 1b mit 67°, gegenüber der Ebene der Kontaktfläche 112 nach oben erstreckt und welches mit im Wesentlichen seiner Stirnseite 120a und gegebenenfalls dem sich unmittelbar daran anschließenden kurzen Rohrabschnitt in wärmeleitender Verbindung mit dem Kontaktelement 110 steht. An der Verbindungsstelle des Wärmerohres 120 mit dem Kontaktelement 110 befindet sich ein Verdampfungsbereich 122 des Wärmerohres 120, in dem eine Kühlflüssigkeit innerhalb des Wärmerohrs 120 durch Verdunsten bzw. Verdampfen in Folge der Wärmeaufnahme über das Kontaktelement 110 Wärmeenergie aufnimmt und mit einer Geschwindigkeit höher als in gut wärmeleitenden Metallen im Wärmerohr 120 nach oben transportiert.On the contact element 110 the cooling device 100 is an integral heat pipe 120 made of good heat-conducting material, which is at a predetermined acute angle (90 ° - α) in the 1a and 1b at 67 °, opposite the plane of the contact surface 112 extends upwards and which essentially with its end face 120a and optionally the short pipe section immediately adjoining it in heat-conducting connection with the contact element 110 stands. At the connection point of the heat pipe 120 with the contact element 110 there is an evaporation area 122 of the heat pipe 120 in which a coolant inside the heat pipe 120 by evaporation or evaporation due to the absorption of heat via the contact element 110 Absorbs heat energy and at a speed higher than in good heat-conducting metals in the heat pipe 120 transported upwards.

An dem Verdampfungsbereich 122 des Wärmerohrs 120 schließt sich im Wesentlichen unmittelbar der Kondensationsbereich 126 des Wärmerohres 120 an, der sich bis zum anderen Ende 129 des Wärmerohrs 120 erstreckt. Im Kondensationsbereich 126 sublimiert das gasförmige Kühlmedium im Inneren des Wärmerohres 120 durch Kondensation an der kühleren Innenfläche des Wärmerohres 120 und gibt dabei die gespeicherte Wärmeenergie an die Wandung des Wärmerohrs 120 ab. Im Kondensationsbereich 126 des Wärmerohres 120 sind an der Außenfläche des Wärmerohrs 120 Oberflächenvergrößerungselemente 130, welche die Oberfläche des Wärmerohres 120 gegenüber der Umgebungsluft vergrößern, vorgesehen. Die Oberflächenvergrößerungselemente 130 sind spiralförmig im Kondensationsbereich 126 um das Wärmerohr 120 gewickelt. In der 1a sind die Oberflächenvergrößerungselemente 130 vereinfacht als Flächen dargestellt, die sich in der Form einer Doppelhelix am Wärmerohr 120 beginnend nach dem Verdampfungsbereich 122 nach oben erstrecken. Auf die genaue Ausgestaltung der Oberflächenvergrößerungselemente 130 wird im Zusammenhang mit den 2a bis 2c im Detail eingegangen. Durch die Oberflächenvergrößerungselemente 130 wird über Konvektion und Wärmestrahlung die Wärmeenergie, welche von der Kühlflüssigkeit durch die Sublimation an die Wandung des Wärmerohres abgegeben wird, an die Umgebungsluft übertragen und abgeführt. Somit leistet die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung ohne Einsatz eines zusätzlichen elektrischen Lüfters einen schellen und effektiven Abtransport der Verlustleistung des elektronischen Bauelements.At the evaporation area 122 of the heat pipe 120 the condensation area closes essentially immediately 126 of the heat pipe 120 to who is to the other end 129 of the heat pipe 120 extends. In the condensation area 126 sublimes the gaseous cooling medium inside the heat pipe 120 through condensation on the cooler inner surface of the heat pipe 120 and gives the stored thermal energy to the wall of the heat pipe 120 from. In the condensation area 126 of the heat pipe 120 are on the outer surface of the heat pipe 120 Surface expansion elements 130 which the surface of the heat pipe 120 increase compared to the ambient air, provided. The surface enlargement elements 130 are spiral in the condensation area 126 around the heat pipe 120 wound. In the 1a are the surface enlargement elements 130 simplified represented as surfaces, which are in the form of a double helix on the heat pipe 120 starting after the evaporation area 122 extend upwards. On the exact design of the surface enlargement elements 130 is related to the 2a to 2c received in detail. Through the surface enlargement elements 130 the thermal energy, which is released from the cooling liquid through the sublimation to the wall of the heat pipe, is transferred to the ambient air and dissipated via convection and thermal radiation. The cooling device according to the invention thus performs a quick and effective removal of the power loss of the electronic component without the use of an additional electric fan.

Die 1b zeigt eine Seitenansicht auf einen Längsschnitt durch die Kühlvorrichtung 100 aus der 1a entlang der dort markierten Linie A-A'. Im Vergleich zur 1a erkennt man in 1b noch deutlicher den einfachen, aber dennoch wirksamen Aufbau der Kühlvorrichtung 100. Funktional tritt besonders klar hervor, dass im Wesentlichen lediglich drei Bauelemente bei der Herstellung anfallen: das Kontaktelement 110, das Wärmerohr 120 und die Oberflächenvergrößerungselemente 130. In der 1b sind im Verdampfungsbereich 122 des Wärmerohrs 120 auf der im Inneren des Wärmerohres 120 liegenden Oberfläche 114 des Kontaktelements 110 vorgesehenen Mittel zur Vergrößerung der mit dem Kühlmedium in Kontakt stehenden Oberfläche, nämlich Vertiefungen 118, zu erkennen. Im Verdampfungsbereich 122 des Wärmerohres 120 befindet sich im Inneren des Wärmerohrs 120 ein Kühlmedium 140, das so ausgewählt ist, dass es in etwa geringfügig über der gewünschten normalen Betriebstemperatur des zu kühlenden elektronischen Bauelements zu verdampfen beginnt. Bei der Sublimation vom flüssigen in den gasförmigen Zustand nimmt das Kühlmedium 140 Wärmeenergie auf und steigt im Wärmerohr 120 nach oben. Da die Innenwandoberfläche 128 des Wärmerohrs 120 nach oben hin graduell in der Temperatur abnimmt, wird die gasförmige Kühlflüssigkeit beim Aufstieg im Wärmerohr 120 auf dem Weg nach oben durch den Kontakt mit der kühlen Wand abgekühlt. Dabei kondensiert das Kühlmittel schließlich wieder vollständig an der Innenwandoberfläche 128 aus und gibt die gespeicherte Wärmeenergie an das gut wärmeleitende Material des Wärmerohrs 120 ab. Über die Oberflächenvergrößerungselemente 130 auf der Außenseite des Wärmerohrs 120 wird die Wärmeenergie an die Umgebungsluft abgegeben. Die kondensierte Kühlflüssigkeit 140 läuft unter der Einwirkung der Schwerkraft an der Innenwandoberfläche 128 des Wärmerohrs 120 nach unten zurück in den Verdampfungsbereich 122. Damit ist der simple Kühlkreislauf geschlossen.The 1b shows a side view of a longitudinal section through the cooling device 100 from the 1a along the marked line A-A '. In comparison to 1a can be seen in 1b even clearer the simple, yet effective structure of the cooling device 100 , In terms of function, it is particularly clear that essentially only three components are produced: the contact element 110 , the heat pipe 120 and the Surface expansion elements 130 , In the 1b are in the evaporation area 122 of the heat pipe 120 on the inside of the heat pipe 120 lying surface 114 of the contact element 110 provided means for enlarging the surface in contact with the cooling medium, namely depressions 118 to recognize. In the evaporation area 122 of the heat pipe 120 is located inside the heat pipe 120 a cooling medium 140 , which is selected so that it begins to evaporate slightly above the desired normal operating temperature of the electronic component to be cooled. The cooling medium takes on sublimation from the liquid to the gaseous state 140 Thermal energy rises and rises in the heat pipe 120 up. Because the inner wall surface 128 of the heat pipe 120 The temperature of the gaseous coolant gradually increases as the temperature rises in the heat pipe 120 cooled down on the way up through contact with the cool wall. The coolant finally condenses again completely on the inner wall surface 128 and transfers the stored thermal energy to the heat-conducting material of the heat pipe 120 from. About the surface enlargement elements 130 on the outside of the heat pipe 120 the thermal energy is released into the ambient air. The condensed coolant 140 runs under the influence of gravity on the inner wall surface 128 of the heat pipe 120 down back into the evaporation area 122 , This closes the simple cooling circuit.

Es ist noch zu bemerken, dass das Kontaktelement 110 an seiner zu dem Wärmerohr 120 weisenden Seite einen konzentrisch zum Mittelpunkt des kreisförmigen Kontaktelements 110 angeordneten Ringkragen 110a besitzt, dessen Innendurchmesser zumindest annähernd dem Außendurchmesser des Wärmerohrs 120 entspricht. An einer Seite ist der Ringkragen 110a mit einer Ausklinkung 110b versehen, die in Form und Größe dem Winkel des Wärmerohrs 120 gegenüber der Kontaktfläche 112 angepasst ist. Das Wärmerohr 120 ist in den Ringkragen 110a hinsichtlich des Kühlmediums mediumsdicht, vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere durch ein Lot gut wärmeleitend befestigt.It should also be noted that the contact element 110 at its to the heat pipe 120 facing side a concentric to the center of the circular contact element 110 arranged ring collar 110a has, whose inner diameter is at least approximately the outer diameter of the heat pipe 120 equivalent. The ring collar is on one side 110a with a notch 110b provided the shape and size of the angle of the heat pipe 120 opposite the contact surface 112 is adjusted. The heat pipe 120 is in the ring collar 110a medium-tight with respect to the cooling medium, preferably cohesively, in particular fastened with good heat-conducting properties, in particular by means of a solder.

Hinsichtlich der Ausgestaltung der Oberflächenvergrößerungsmittel 130 kann der 1b entnommen werden, dass die vorstehend beschriebene Doppelhelix aus einem spiralförmig um das Wärmerohr 120 nach oben laufendes Band gebildet ist, dass einen Querschnitt in der Form eines Buchstaben „U" aufweist, wobei das Band mit der Bodenfläche des „U" mit dem Wärmerohr stoffschlüssig und wärmeleitend verbunden ist.With regard to the design of the surface enlarging means 130 can he 1b that the double helix described above consists of a spiral around the heat pipe 120 band running upward is formed, which has a cross section in the shape of a letter "U", the band being connected to the heat pipe in a materially bonded and heat-conducting manner with the bottom surface of the "U".

Die 2a bis 2c zeigen im Detail wie die erfindungsgemäßen Kühlstäbchen der Oberflächenvergrößerungselemente 130 äußerst einfach und wirksam ausgestaltet und gleichermaßen einfach und effizient hergestellt sind. Als Grundelement beim Herstellen der erfindungsgemäßen Oberflächenvergrößerungselemente wird ein Blech 200 aus einem Material, das eine gute Wärmeleitfähigkeit besitz und eine Elastizität aufweist, die ein Formgeben durch Kaltverformen zulässt, verwendet; bevorzugt wird das gleiche Material ausgewählt wie für das Kontaktelement 110 und das Wärmerohr 120, in den 1a, 1b, in der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung wird daher ein Alublech bzw. einem Blech aus einer Aluminiumlegierung benutzt. Selbstverständlich ist es auch möglich andere Metalle oder Metalllegierungen wie beispielsweise Kupfer oder eine Kupferlegierungen einzusetzen.The 2a to 2c show in detail how the cooling rods according to the invention of the surface enlarging elements 130 designed to be extremely simple and effective and equally simple and efficient to manufacture. A sheet metal is used as the basic element in the production of the surface enlargement elements according to the invention 200 made of a material which has good thermal conductivity and has an elasticity which allows shaping by cold working; preferably the same material is selected as for the contact element 110 and the heat pipe 120 , in the 1a . 1b In the preferred embodiment of the cooling device according to the invention, an aluminum sheet or a sheet made of an aluminum alloy is therefore used. Of course, it is also possible to use other metals or metal alloys such as copper or a copper alloy.

Aus dem Blech 200 wird eine Grundstruktur 210 ausgestanzt, aus der ein erfindungsgemäßes Stachelband 250 geformt wird, mit dem äußerst einfach die Oberflächenvergrößerungselemente 130 im Kondensationsbereich 126 des Wärmerohrs 120 gebildet werden können. Die Grundstruktur 210 sieht wie ein Doppelkamm mit zwei Zinkenreihen 212, 214 aus, bei dem jeweils eine der Zinkenreihe 212, 214 von einem oberen Rand 222 und einem unteren Rand 224 eines Mittelsteg 220 ausgehen. Alle Zinken 230 der beiden Zinkenreihen 212, 214 liegen in der durch das Blech 200 festgelegten Ebene. Dabei ist es möglich, dass die Zinken 230 der beiden Zinkenreihen 212, 214 symmetrisch zueinander angeordnet sind, d. h. einem Zinken 230 am oberen Rand 222 liegt ein Zinken 230 des unteren Randes 224 gegenüber. Es ist aber genauso möglich, dass einem Zwischenraum 231 zwischen zwei Zinken 230a, 230 in der oberen Zinkenreihe 214 genau ein Zinken 230c in der unteren Zinkenreihe 212 gegenüberliegt. Schließlich ist auch ein beliebiger Versatz der Zinken 230 in den Zinkenreihen 212, 214 zueinander denkbar. Vorzugsweise besitzen die Zinken 230 eine Stärke 232, die dem Abstand 231 zweier Zinken 230 in einer der Zinkenreihen 212, 214 zueinander entspricht. Selbstverständlich können auch unterschiedliche Abmaße verwendet werden.From the sheet 200 becomes a basic structure 210 punched out of a barbed tape according to the invention 250 is formed with the extremely simple the surface enlargement elements 130 in the condensation area 126 of the heat pipe 120 can be formed. The basic structure 210 looks like a double comb with two rows of tines 212 . 214 one of the tine rows 212 . 214 from an upper edge 222 and a bottom 224 a middle bar 220 out. All tines 230 of the two rows of tines 212 . 214 lie in through the sheet 200 fixed level. It is possible that the prongs 230 of the two rows of tines 212 . 214 are arranged symmetrically to each other, ie a prong 230 at the top 222 there is a prong 230 of the bottom 224 across from. But it is equally possible that there is a gap 231 between two prongs 230a . 230 in the top row of tines 214 exactly one prong 230c in the lower row of tines 212 opposite. Finally, there is also an arbitrary offset of the tines 230 in the rows of tines 212 . 214 to each other conceivable. The tines preferably have 230 a strength 232 that the distance 231 two prongs 230 in one of the rows of tines 212 . 214 corresponds to each other. Of course, different dimensions can also be used.

Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Stachelbandes 250 ist an der Grundstruktur 210 schon erkennbar, dass ein Zinken 230 einem Kühlstäbchen 252 der Oberflächenvergrößerungselemente 130 und der Mittelsteg 220 der Stachelbandkontaktfläche 254, mit der das Stachelband 250 an der Kühlvorrichtung 100 mit dem Wärmerohr 120 verbunden wird, entspricht. Um aus der Grundstruktur 210 das Stachelband 250 zu bilden, werden lediglich, wie aus der 2b ersichtlich, die beiden Zinkenreihen 212, 214 in Bezug auf den Mittelsteg 220 durch Umbiegen um einen Winkel von annähernd 90° senkrecht nach oben ausgerichtet. Damit hat das in der 2c in einer dreidimensionalen Draufsicht dargestellte Stachelband 250 eine Querschnittsform ähnlich einem Buchstaben „U", wobei jeweils eine der Zinkenreihen 212, 214 eine linke und rechte Seiten des „U" ausbilden und die Unterseite des „U" vom Mittelsteg 220 gebildet wird und der Stachelbandkontaktfläche 254 entspricht. Besonders vorteilhaft können mit dem erfindungsgemäßen Stachelband 250 die Oberflächenvergrößerungselemente 130 in Form von Kühlstäbchen 252 im Kondensationsbereich 126 des Wärmerohrs 120 erzeugt werden. Dieser „Aufwickelschritt" ist fertigungstechnisch relativ einfach zu realisieren. Auch an dieser Stelle sei nochmals darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Stachelband zur Erzeugung größerer effektiver Oberflächen zur Verbesserung von Wärmeübergängen beispielsweise auch an Heizelementen und anderen Vorrichtungen, die eine Wärmeübertragung von einer Wärmequelle zu einem Wärmemedium erfordern, verwendet werden kann.With regard to the barbed tape according to the invention 250 is on the basic structure 210 already recognizable that a prong 230 a cooling stick 252 of the surface enlargement elements 130 and the middle bar 220 the barbed tape contact surface 254 with which the barbed tape 250 on the cooler 100 with the heat pipe 120 connected, corresponds. To get out of the basic structure 210 the barbed tape 250 to be formed, just as from the 2 B visible, the two rows of tines 212 . 214 in relation to the central bridge 220 aligned vertically upwards by bending through an angle of approximately 90 °. So that has in the 2c barbed tape shown in a three-dimensional top view 250 a cross-sectional shape similar to a letter "U", with one of the rows of tines 212 . 214 form left and right sides of the "U" and the underside of the "U" from the central web 220 is formed and the barbed contact surface 254 equivalent. Can be particularly advantageous with the barbed tape according to the invention 250 the surface enlargement elements 130 in the form of cooling sticks 252 in the condensation area 126 of the heat pipe 120 be generated. This "winding step" is relatively easy to implement in terms of production technology. It should also be pointed out again here that the barbed tape according to the invention for producing larger effective surfaces for improving heat transfer, for example also on heating elements and other devices which transfer heat from a heat source to a heat medium require can be used.

Mit der vorstehend beschriebenen Erfindung wurde eine innovative Kühlvorrichtung für elektronische Bauelemente mit hohen Verlustleistungsdichten, insbesondere für Hochleistungs-Mikroprozessoren, vorgeschlagen, die ein Kontaktelement mit einer Kontaktfläche zur Wärmeaufnahme, welche mit einer Oberfläche des zu kühlenden elektronischen Bauelements in wärmeleitenden Kontakt bringbar ist, und ein nach Außen hermetisch abgedichtetes, im Wesentlichen gerades und mit einem Kühlmedium befülltes Wärmerohr mit einem Verdampfungsbereich und einen Kondensationsbereich besitzt. Das Wärmerohr ist mit dem Verdampfungsbereich stoffschlüssig mit dem Kontaktelement verbunden, wobei eine Längsachse des Wärmerohrs mit der Kontaktfläche des Kontaktelements einen vorbestimmten spitzen Winkel bildet. In Vorteilhafterweise ermöglicht die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung einen Einbau in beispielsweise Hochleistungsrechnersysteme zur Prozessorkühlung derart, dass das Wärmerohr in Funktionslage so ausgerichtet ist, dass das Kühlmedium unter Einwirkung der Schwerkraft stets in Richtung des Kontaktelements der Kühlvorrichtung fließt. Damit kann ein Wärmerohr ohne aufwendige Kapillarstrukturen oder Dochtsysteme verwendet werden bzw. eine mittels des Wärmerohres gebildete Kreislaufstruktur wird nicht benötigt. Die Kühlvorrichtung der Erfindung ist besonders einfach aufgebaut und kostengünstig in der Herstellung und ermöglicht eine effektive passive Kühlung von Hochleitungsprozessoren ohne Einsatz von zusätzlichen elektrischen Lüftern. Insbesondere die vorgeschlagene konstruktive Lösung hinsichtlich der Oberflächenvergrößerungselemente der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ist besonders einfach und effektiv. Es sei angemerkt, dass diese Oberflächenvergrößerungselemente zur Abgabe von Wärme an die Umgebungsluft auch für andere Anwendungen verwendet werden können.With the one described above Invention was an innovative cooling device for electronic Components with high power loss densities, especially for high-performance microprocessors, proposed a contact element with a contact surface for Heat absorption, which with a surface of the to be cooled electronic component in thermally conductive Contactable, and a hermetically sealed to the outside, essentially straight heat pipe filled with a cooling medium with an evaporation area and a condensation area. The heat pipe is integral with the evaporation area with the contact element connected, with a longitudinal axis of the heat pipe with the contact surface of the Contact element forms a predetermined acute angle. Advantageously allows the cooling device according to the invention installation in, for example, high-performance computer systems for processor cooling, that the heat pipe is oriented in the functional position so that the cooling medium under the influence of Gravity always in the direction of the contact element of the cooling device flows. In order to can be a heat pipe can be used without complex capillary structures or wick systems or one by means of the heat pipe formed circular structure is not required. The cooling device of the invention is particularly simple and inexpensive to manufacture and allows effective passive cooling of high-performance processors without the use of additional electrical fans. In particular the proposed constructive solution with regard to the surface enlargement elements the cooling device according to the invention is particularly simple and effective. It should be noted that this Surface expansion elements to give off heat to the ambient air also for other applications can be used.

Claims

Cooling device for electronic components with high power loss densities, in particular for high-performance microprocessors, comprising: a. a contact element ( 110 ) with a contact surface ( 112 ) for heat absorption, which can be brought into heat-conducting contact with a surface of the electronic component to be cooled; b. a hermetically sealed to the outside, essentially straight and with a cooling medium ( 140 ) filled heat pipe ( 120 ) with an evaporation area ( 122 ) and a condensation area ( 126 ); the heat pipe ( 120 ) with its evaporation area ( 122 ) coolant-tight, preferably cohesively with the contact element ( 110 ) is connected and a longitudinal axis of the heat pipe ( 120 ) with the contact surface ( 112 ) of the contact element ( 110 ) forms a predetermined acute angle (90 ° - α).

Cooling device according to claim 1, wherein the condensation region ( 126 ) of the heat pipe ( 120 ) essentially immediately after the evaporation area ( 122 ) begins and continues to a second end ( 129 ) of the heat pipe ( 120 ) extends.

Cooling device according to claim 1 or 2, wherein the outer surface of the heat pipe ( 120 ) in the condensation area ( 126 ) with surface enlargement elements ( 130 ) to increase the effective contact surface of the heat pipe ( 120 ) is provided with ambient air, which are arranged such that convection of the ambient air both in the direction of the longitudinal axis of the heat pipe ( 120 ) as well as across the longitudinal axis of the heat pipe ( 120 ) is possible.

Cooling device according to claim 3, wherein the surface enlargement elements ( 130 ) from a variety of cooling sticks ( 252 ), which each have a cooling rod longitudinal axis, which are each essentially perpendicular to the surface of the heat pipe ( 120 ) is aligned.

Cooling device according to claim 4, wherein the cooling rods ( 252 ) essentially above the surface of the heat pipe ( 120 ) in the condensation area ( 126 ) are equally distributed.

Cooling device according to claim 4 or 5, wherein the cooling rods ( 252 ) from a barbed tape ( 250 ) with at least one row of cooling sticks ( 212 . 214 ) are formed, which is spiral in the condensation area ( 126 ) around the heat pipe ( 120 ) wrapped and with the heat pipe ( 120 ) is firmly bonded.

Cooling device according to claim 6, wherein the barbed tape ( 250 ) essentially in the direction of the barbed tape ( 250 ) continuous, a first edge ( 222 ) and second margin ( 224 ) barbed tape contact surface ( 254 ) and the cooling sticks ( 252 ) each the first margin ( 222 ) and the second margin ( 224 ) evenly spaced and with the cooling stick longitudinal axis essentially perpendicular to the barbed contact surface ( 254 ) are arranged.

cooler according to claim 4 or 5, wherein the plurality of cooling rods made of spiked discs with at least one row of cooling sticks, each essentially with the cooling rod longitudinal axis in the plane of the spiked discs lie, is formed, which is spaced attached to the heat pipe and with the heat pipe cohesively connected are.

Cooling device according to one of the preceding claims, wherein the heat pipe ( 120 ) at the front end with the evaporation area ( 122 ) through the contact element ( 110 ) is closed.

Cooling device according to claim 9, wherein the inside of the heat pipe ( 120 ) arranged surface ( 114 ) of the contact element ( 110 ) Means for enlarging the cooling medium ( 140 ) in contact surface ( 114 ), preferably grooves or depressions ( 118 ), having.

cooler according to one of the preceding claims, wherein the cooling device from a good thermal conductor Material, preferably made of aluminum or an aluminum alloy, with a low specific weight.

Cooling device according to one of the preceding claims, wherein the cooling medium ( 140 ) for rapid heat absorption, heat transport and heat emission is a flowable medium which can be vaporized in a temperature range from 60 ° C. to 80 ° C., preferably freon or freon substitutes, alcohols, preferably methanol or ethanol, or mixtures of these substances.

Cooling device according to one of the preceding claims, wherein the predetermined acute angle (90 ° - α) between the longitudinal axis of the heat pipe ( 120 ) and the contact area ( 112 ) is preferably in a range from 20 ° to 70 °.

Cooling device according to one of the preceding claims, wherein the heat pipe ( 120 ) preferably has a wall thickness in a range from 0.2 mm to 2 mm.

Cooling device according to one of the preceding claims, wherein the cooling device consists essentially of three basic elements, the contact element ( 110 ), the heat pipe ( 120 ) and the surface enlargement elements ( 130 ) is formed, which are integrally connected.

Electronic component with a cooling device according to one of the claims 1 to 15, the heat pipe the cooling device aligned in the functional position of the electronic component is that the flowable cooling medium is under Influence of gravity in the direction of the contact element of the cooling device flows.