DE102013005114A1

DE102013005114A1 - Vorrichtung zum Kühlen eines elektronischen Bauteils auf einer Leiterplatte

Info

Publication number: DE102013005114A1
Application number: DE102013005114.2A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Arctic HK Ltd
Current assignee: Arctic HK Ltd
Priority date: 2013-03-18
Filing date: 2013-03-18
Publication date: 2014-09-18

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Kühlen mindestens eines elektronischen Bauteils (3), welches auf einer Leiterplatte (2) angeordnet ist beschrieben. Dabei kann es sich insbesondere um einen Grafikkartenkühler handeln. Die Vorrichtung umfasst mindestens einen Kühlkörper (1), der mit der Leiterplatte (2) thermisch verbindbar ist. Sie umfasst zudem mindestens eine Befestigungsklammer (4) zum Andrücken des mindestens einen Kühlkörpers (1) an die Leiterplatte (2).

Description

Gegenstand der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen mindestens eines elektronischen Bauteils, welches auf einer Leiterplatte angeordnet ist, insbesondere eine Vorrichtung zum Kühlen einer Grafikkarte. Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektronische Komponente, beispielsweise eine Grafikkarte.
Hintergrund der Erfindung
Zahlreiche elektronische Bauteile, die auf Leiterplatten angeordnet sind, müssen während ihres Betriebes gekühlt werden. Dies gilt insbesondere für Computerbauteile wie beispielsweise Grafikkarten. Eine Vorrichtung zum Kühlen von auf einer Leiterplatte angeordneten elektronischen Bauteilen, insbesondere einer Grafikkarte wird beispielsweise in dem Dokument DE 10 2009 056 290 A1 beschrieben.
Allgemein haben Leiterplatten eine Oberseite und eine Unterseite. Die Oberseite wird auch als Vorderseite oder Bestückungsseite oder B-Seite bezeichnet. Auf ihr sind typischerweise die wesentlichen elektronischen Bauteile angeordnet. Die Unterseite wird auch als Rückseite oder Lötseite oder Leiterseite oder L-Seite bezeichnet. An ihr befinden sich in der Regel die Leiterbahnen, insbesondere Kupferleiterbahnen. Bei einer Grafikkarte wird die Seite, auf der der Grafikprozessor (graphics processing unit – GPU) aufgebracht ist, als Vorderseite oder Oberseite bezeichnet. Die gegenüberliegende Seite wird als Rückseite oder Unterseite bezeichnet.
Auf einer Hochleistungs-Grafikkarte müssen folgende Komponenten gekühlt werden: der Grafikprozessor (GPU), die RAM Chips, die integrierten Schaltungen (ICs) und Transistoren zur Regelung der Spannung, im Weiteren auch Voltage Regulators oder kurz VR genannt.
Die RAM Chips sind in der Regel auf der Vorderseite um die GPU herum angeordnet. Kommen mehr als 8 oder 12 Chips zum Einsatz, können diese zusätzlich auch auf der Rückseite angeordnet sein. Die Mehrheit dieser integrierten Schaltungen (ICs) und Transistoren zur Regelung der Spannung (VR) sind in der Regel auf der Vorderseite angebracht. Jedoch können einige dieser Komponenten auch auf der Rückseite angebracht werden.
Die Kühlung der GPU, wo der grösste Teil der Abwärme anfällt, rund 70% bis 85%, gelingt durch den eigentlichen Grafikkartenkühler. Die restlichen 15% bis 30% der Abwärme einer Grafikkarte entstehen mehrheitlich in den RAM Chips und den ICs und Transistoren zur Regelung der Spannung. Um diese Komponenten zu kühlen werden entweder einzelne kleine Kühlkörper aufgeklebt oder geschraubt oder aber es wird eine grosse Kühlplatte in den Hauptkühler integriert und exakt passend für die Grafikkarte gefertigt.
Für Nachrüstkühler ist es wichtig, zu möglichst vielen verschiedenen Grafikkarten kompatibel zu sein. Dies ist eine schwierige Aufgabe, da Grafikkarten mit derselben GPU von Hersteller zu Hersteller unterschiedliche Layouts verwenden. Typischerweise werden die Kühler mit einer Vielzahl von sehr kleinen Kühlkörpern geliefert, die entweder mit einem Wärmeleitkleber oder mit einem doppelseitigen Klebeband aufgeklebt werden. Bei letzterem ist die Wärmeleitung sehr eingeschränkt, was die Zuverlässigkeit unter Umständen einschränken kann. Beim Kleber ist die Handhabung oft kompliziert und entweder die Klebekraft nicht gut oder aber die Rückstände beim Entfernen des Kühlers sind nicht entfernbar.
Beschreibung der Erfindung
Es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorteilhafte Vorrichtung zum Kühlen mindestens eines elektronischen Bauteils, welches auf einer Leiterplatte angeordnet ist, zur Verfügung zu stellen. Eine zweite Aufgabe besteht darin, eine vorteilhafte elektronische Komponente zur Verfügung zu stellen.
Die erste Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Kühlen nach Anspruch 1 gelöst. Die zweite Aufgabe wird durch eine elektronische Komponente nach Anspruch 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kühlen mindestens eines elektronischen Bauteils, welches auf einer Leiterplatte angeordnet ist, umfasst mindestens einen Kühlkörper. Der mindestens eine Kühlkörper ist mit der Leiterplatte thermisch verbindbar. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst mindestens eine Befestigungsklammer zum Andrücken des mindestens einen Kühlkörpers an die Leiterplatte. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorzugsweise zum Kühlen einer Grafikkarte ausgestaltet bzw. geeignet sein.
Die Verwendung von mindestens einer Befestigungsklammer, vorzugsweise mehreren Befestigungsklammern, hat den Vorteil, dass ein Andrücken des Kühlkörpers an die Leiterplatte ermöglicht wird und dadurch ein zuverlässiger und intensiver thermischer Kontakt zwischen dem Kühlkörper und der Leiterplatte realisiert werden kann. Dies stellt insbesondere eine Verbesserung gegenüber einer Klebverbindung und/oder Schraubverbindung dar. Das Andrücken des Kühlkörpers an die Leiterplatte kann insbesondere durch Federkraft realisiert werden. Die Befestigungsklammern können also so ausgestaltet sein, dass sie den Kühlkörper mittels Federkraft an die Leiterplatte andrücken.
Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung mit Befestigungsklammern ein einfaches Montieren und Demontieren der Kühlvorrichtung an der Leiterplatte. Darüber hinaus kann die Kühlvorrichtung für unterschiedliche Leiterplatten flexibel eingesetzt werden und insbesondere bei einem Austausch der Leiterplatte weiter verwendet werden.
Der Kühlkörper der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann insbesondere eine Höhe von mindestens 6 mm, beispielsweise eine Höhe von mindestens 9 mm, haben. Grundsätzlich weist der Kühlkörper eine Länge, eine Breite und eine Höhe auf. Dabei sind die Länge und die Breite so definiert, dass sie parallel zu der entsprechenden Länge und Breite einer Leiterplatte, an der der Kühlkörper angeordnet werden kann, verlaufen. Die Höhe des Kühlkörpers wird dabei senkrecht zu der Fläche gemessen, die durch die Länge und die Breite des Kühlkörpers definiert wird. Der Kühlkörper kann zum Beispiel Rippenkühler (Finnen) umfassen.
Vorzugsweise ist der Kühlkörper mit einer Leiterplatte bzw. der bereits erwähnten Leiterplatte an einer Seite der Leiterplatte thermisch verbindbar, die der Seite gegenüberliegt, an der das zu kühlende elektronische Bauteil angeordnet ist. Ist beispielsweise das zu kühlende elektronische Bauteil an der Oberseite der Leiterplatte angeordnet, kann der Kühlkörper vorteilhafterweise an der Unterseite der Leiterplatte mit dieser thermisch verbindbar oder verbunden sein. Ist dagegen das zu kühlende elektronische Bauteil an der Unterseite der Leiterplatte angeordnet, kann der Kühlkörper mit der Leiterplatte beispielsweise an der Oberseite thermisch verbindbar oder verbunden sein. Eine Kombination der geschilderten Varianten ist ebenfalls möglich, beispielsweise im Falle einer doppellagigen Leiterplatte.
Auf der Rückseite einer Grafikkarte dürfen beispielsweise gemäß PCIe Standard die Komponenten nicht höher als 2,6 mm sein. ICs, Transistoren und RAM sind auf die Leiterplatte (PCB) aufgelötet und damit bezüglich Wärmeabgabe mit der Leiterplatte perfekt verbunden. Die Leiterplatte selber beinhaltet Kupferschichten, welche gut zur Wärmeverteilung geeignet sind. Damit können diese mechanisch schwierig zu kühlenden Komponenten über die Rückseite gekühlt werden. Dazu können zwischen einem Aluminium Kühlkörper und der Leiterplatte Wärmeleitpads angeordnet werden, welche die Abwärme relativ effizient über 3–4 mm „transportieren” können. Im Gegensatz zu den möglicherweise sehr kleinen Kühlkörpern auf der Vorderseite kann auf der Rückseite ein viel grösserer Kühlkörper angeordnet werden, selbst mit der Möglichkeit einer integrierten Belüftung.
Der Kühlkörper kann grundsätzlich Aluminium umfassen oder aus Aluminium bestehen.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ein aktives Ventilationsmodul, also beispielsweise einen Ventilator umfassen. Auf diese Weise kann eine zusätzliche bzw. intensivierte Kühlung erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann darüber hinaus eine Haltevorrichtung zum Stützen der Leiterplatte umfassen. Dabei kann die Haltevorrichtung unmittelbar und/oder ausschließlich mit dem Kühlkörper und/oder der mindestens einen Befestigungsklammer verbunden sein. Dadurch dass die Haltevorrichtung nicht mehr direkt bzw. unmittelbar mit der jeweiligen Leiterplatte verbunden ist, wird eine vielseitig einsetzbare und insbesondere von der Ausgestaltung der jeweiligen Leiterplatte unabhängige Haltevorrichtung in Kombination mit der Kühlvorrichtung realisiert. Da die Leiterplatte insbesondere aufgrund des Gewichts der daran angebrachten Kühlvorrichtung abgestützt werden muss, wird durch ein unmittelbares und leiterplattenunabhängiges Abstützen der Kühlvorrichtung die jeweilige Leiterplatte entlastet. Die Halte- oder Stützvorrichtung kann dabei so ausgestaltet sein, dass diese die Kühlvorrichtung und/oder die Leiterplatten an einem Gehäuse, beispielsweise an einem Computergehäuse abstützt. Über die Halte- oder Stützvorrichtung kann die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung Zug und Druck aufnehmen und behält trotzdem ihre Multikompatibilität.
Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung kann mindestens eine Einrichtung zum Befestigen derselben an verschiedenen Leiterplatten mit unterschiedlichen Abständen und/oder Dimensionierungen und/oder Positionen der Befestigungslöcher für einen Kühler umfassen. Dadurch wird eine flexible Verwendung der Kühlvorrichtung für unterschiedliche Leiterplatten, insbesondere für Leiterplatten unterschiedlicher Hersteller, ermöglicht.
Darüber hinaus kann der Kühlkörper eine Wärmeabführplatte umfassen. Die Wärmeabführplatte kann mindestens ein Langloch bzw. einen Schlitz zur Befestigung der Kühlvorrichtung an einer Leiterplatte bzw. der bereits genannten Leiterplatte umfassen. Das Langloch ermöglicht eine korrekte Ausrichtung des Kühlkörpers bzw. der Kühlvorrichtung auf der jeweiligen Leiterplatte. Darüber hinaus wird eine flexible Anwendung der Kühlvorrichtung auf verschiedenen Leiterplatten ermöglicht.
Die Wärmeabführplatte kann beispielsweise eine Längsrichtung (x-Richtung) und eine Querrichtung (y-Richtung) aufweisen. Mindestens ein Langloch bzw. ein Schlitz kann parallel zu der Querrichtung verlaufen. Zusätzlich oder alternativ dazu können eine Anzahl Langlöcher in Längsrichtung und/oder in Querrichtung zueinander versetzt angeordnet sein. Auf diese Weise kann der Kühlkörper in x- und in y-Richtung verschoben und damit an der jeweiligen Leiterplatte, beispielsweise Grafikkarte ausgerichtet werden. Dies kann darüber hinaus auch dadurch realisiert werden, dass der Kühlkörper eine Längsrichtung (x-Richtung) und eine Querrichtung (y-Richtung) aufweist und zudem eine Öffnung umfasst, die eine Verschiebung des Kühlkörpers gegenüber der jeweiligen Leiterplatte in Längsrichtung und/oder Querrichtung erlaubt. Zusätzlich kann der Kühlkörper eine Platte, beispielsweise eine Stahlplatte, umfassen, über die der Kühlkörper an der jeweiligen Leiterplatte befestigbar ist, also befestigt werden kann.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung so ausgestaltet, dass die mindestens eine Befestigungsklammer an einer Längsseite und/oder einer Querseite des Kühlkörpers befestigt werden kann, also befestigbar ist. Vorteilhafter Weise kann die mindestens eine Befestigungsklammer so ausgestaltet sein, dass sie eine an der Vorrichtung zum Kühlen zu befestigende Leiterplatte in deren Längsrichtung und/oder Querrichtung überspannt bzw. überspannen kann. In diesem Fall umschließen also die verwendete Befestigungsklammer und die Kühlvorrichtung die verwendete Leiterplatte in deren Umfangsrichtung, beispielsweise entlang des Umfanges quer oder längs zur Leiterplatte. Insbesondere kann eine Befestigungsklammer die Vorderseite einer Leiterplatte, beispielsweise einer Grafikkarte, überspannen.
Zusätzlich kann die Kühlvorrichtung einen oder mehrere Abstandshalter umfassen. Der Abstandhalter kann an der Befestigungsklammer angeordnet sein. Insbesondere kann der Abstandshalter zwischen der Leiterplatte und der Befestigungsklammer angeordnet sein und damit den Kühlkörper auf die Leiterplatte drücken. Grundsätzlich kann also die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens einen, vorzugsweise eine Anzahl, Abstandshalter umfassen.
Die erfindungsgemäße elektronische Komponente umfasst eine Leiterplatte mit mindestens einem darauf angeordneten elektronischen Bauteil und eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kühlen. Dabei wird der mindestens eine Kühlkörper mit Hilfe der mindestens einen Befestigungsklammer an die Leiterplatte gedrückt. Die erfindungsgemäße elektronische Komponente hat grundsätzlich dieselben Merkmale, Eigenschaften und Vorteile, wie die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Kühlvorrichtung.
Die Leiterplatte kann eine Oberseite und eine Unterseite umfassen. Der mindestens eine Kühlkörper kann insbesondere an der Unterseite der Leiterplatte angeordnet sein. Grundsätzlich kann der Kühlkörper ausschließlich mit Hilfe der mindestens einen Befestigungsklammer, vorzugsweise mit Hilfe von mehreren Befestigungsklammern, an der Leiterplatte befestigt sein. Zusätzlich kann der Kühlkörper mit Hilfe von weiteren lösbaren Verbindungen an der Leiterplatte fixiert sein. Bei der Leiterplatte kann es sich beispielsweise um eine Grafikkarte handeln. Die Grafikkarte kann einen Grafikprozessor umfassen, der an der Oberseite der Leiterplatte angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung hat unter anderem den Vorteil, dass die beschriebene Kühlvorrichtung bei einer Anzahl verschiedener Leiterplatten flexibel und kompatibel einsetzbar ist, leicht ausgetauscht und nachgerüstet werden kann und den thermischen Kontakt zwischen dem Kühlkörper und der Leiterplatte verbessert.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. Die beschriebenen Ausführungsvarianten schränken dabei den Umfang der Erfindung nicht ein, sondern lediglich der Illustration einzelner Ausführungsmöglichkeiten.
Alle bereits und im Folgenden beschriebenen Merkmale sind sowohl einzeln als auch in einer beliebigen Kombination miteinander vorteilhaft und als solche Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kühlen und eine Leiterplatte in perspektivischer Explosionsansicht.
2 zeigt schematisch die Vorderseite 12 der in der 1 gezeigten Leiterplatte 2 mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.
3 zeigt schematisch die in den 1 und 2 gezeigte Anordnung in einem Schnitt entlang der in der 2 gezeigten Ebene III-III.
4 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung mit einer Leiterplatte und einer Stützvorrichtung in perspektivischer Explosionsansicht.
5 zeigt schematisch eine Sicht auf die Querseite der in der 4 gezeigten Ausführungsvariante im montierten Zustand.
6 zeigt schematisch eine entsprechende Ansicht der Längsseite der in der 4 gezeigten Ausführungsvariante im montierten Zustand.
7 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung und eine Leiterplatte in perspektivischer Explosionsansicht.
8 zeigt schematisch eine Ansicht auf die Querseite der in der 7 gezeigten Vorrichtung.
9 zeigt schematisch eine Ansicht auf die Längsseite der in der 7 gezeigten Vorrichtung.
10 zeigt schematisch eine Draufsicht auf den Kühlkörper.
11 zeigt schematisch eine perspektivische Explosionsansicht einer weiteren Ausführungsvariante.
12 zeigt schematisch eine Ansicht der Querseite der in der 11 gezeigten Ausführungsvariante.
13 zeigt schematisch eine Ansicht der Längsseite der in der 11 gezeigten Ausführungsvariante.
14 zeigt schematisch eine perspektivische Explosionsansicht einer weiteren Ausführungsvariante.
15 zeigt schematisch eine Ansicht der Längsseite der in der 14 gezeigten Ausführungsvariante.
16 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung und eine entsprechende Leiterplatte in perspektivischer Explosionsansicht.
17 zeigt schematisch eine Ansicht der Querseite der in der 16 gezeigten Ausführungsvariante.
18 zeigt schematisch eine Ansicht der Längsseite der in der 16 gezeigten Ausführungsvariante.
19 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung mit einem Ventilator und einer Abdeckung und eine entsprechende Leiterplatte in perspektivischer Explosionsansicht.
Einander entsprechende Bauteile werden in allen Ausführungsvarianten mit denselben Bezugsziffern versehen und nicht mehrfach beschrieben um Wiederholungen zu vermeiden.
Eine erste Ausführungsvariante wird im Folgenden anhand der 1 bis 3 beschrieben. Die 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kühlen und eine Leiterplatte in perspektivischer Explosionsansicht. Die in der 1 gezeigte Leiterplatte 2, bei der es sich vorzugsweise um eine Grafikkarte handelt, umfasst eine Unterseite 11 und eine Oberseite 12. Die 1 zeigt die Leiterplatte 2 also von unten. Bei der Unterseite 11 handelt es sich um die Rückseite oder Leiterseite (L-Seite) der Leiterplatte. Bei der Oberseite 12 handelt es sich um die Vorderseite oder Bestückungsseite (B-Seite) der Leiterplatte 2. An der Vorderseite 12 sind mehrere elektronische Bauteile 3 angeordnet. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Grafikprozessor, sowie weitere Bauelemente handeln.
Die Leiterplatte 2 umfasst zudem eine Längskante 13 und eine Querkante 14. Dabei verläuft die Längskante 13 parallel zur Längsrichtung oder x-Richtung, die durch einen Pfeil gekennzeichnet ist. Die Querkante 14 verläuft parallel zur Querrichtung bzw. y-Richtung, die ebenfalls durch einen Pfeil gekennzeichnet ist.
Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung zum Kühlen der elektronischen Bauteile 3, die auf der Leiterplatte 2 angeordnet sind, umfasst mindestens einen Kühlkörper 1. Der Kühlkörper 1 ist mit der Leiterplatte 2 thermisch verbindbar. In der 1 sind zu diesem Zweck zwischen der Unterseite 11 der Leiterplatte 2 und dem Kühlkörper 1 eine Anzahl Wärmeleitplatten oder Wärmeleitpads 9 angeordnet. Die Anzahl, Anordnung und Größe der Wärmeleitplatten 9 kann je nach verwendeter Leiterplatte 2 individuell ausgestaltet sein.
Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung umfasst darüber hinaus mindestens eine Befestigungsklammer 4 zum Andrücken des Kühlkörpers 1 an die Leiterplatte 2. In dem in der 1 dargestellten Beispiel kann die Leiterplatte 2 mit Hilfe von zwei Befestigungsklammern 4 an den Kühlkörper 1, oder umgekehrt der Kühlkörper 1 an die Leiterplatte 2 angedrückt oder angepresst werden. In der 1 sind darüber hinaus Abstandshalter 7 zwischen den Befestigungsklammern 4 und der Oberseite 12 der Leiterplatte 2 angeordnet. Mit Hilfe der Abstandshalter 7 kann eine Anpassung der Befestigungsklammern 4 und/oder des Anpressdruckes und/oder der konkreten Auflageposition der Befestigungsklammern 4 an der Oberseite 12 an die jeweils verwendete Leiterplatte 2 vorgenommen werden. Dies ermöglicht eine Verwendung ein und derselben Kühlvorrichtung für verschiedene Leiterplatten 2. Die Kühlvorrichtung weist daher eine hohe Flexibilität und Kompatibilität bezüglich verschiedener Leiterplatten 2 auf. Sie lässt sich somit leicht montieren und demontieren und für verschiedene Leiterplatten 2 umrüsten.
Die Befestigungsklammern 4 umfassen jeweils zwei Vorsprünge 18. Die Vorsprünge 18 sind so ausgestaltet, dass sie in entsprechende Schlitze oder Kerben oder Vertiefungen 19 an dem Kühlkörper 1 eingreifen oder einrasten. In der 1 umfasst der Kühlkörper 1 Längsseiten 23, in denen sich in Längsrichtung jeweils mindestens ein Schlitz 19 befindet, in welchen die jeweiligen Vorsprünge 18 der Befestigungsklammern 4 einrasten können. Zur flexiblen Anpassung an verschiedenen Leiterplattenhöhen können beispielsweise an jeder Längsseite auch mehrere parallel zueinander verlaufende Schlitze 19 angeordnet sein.
Ire der 1 erstreckt sich jede Befestigungsklammer 4 im montierten Zustand über die komplette Vorderseite 12 der Leiterplatte 2 in Querrichtung (y-Richtung) und umschließt somit gemeinsam mit dem Kühlkörper 1 die Leiterplatte 2. Mit anderen Worten erstreckt sich die Befestigungsklammer 4 wie ein Band über die Vorderseite 12 der Leiterplatte 2 in Querrichtung.
Prinzipiell ist es auch möglich, dass an der Querseite 24 des Kühlkörpers 1 Schlitze, Kerben oder Vertiefungen angeordnet sind, die beispielsweise wie in der 1 an der Längsseite 23 gezeigt, angeordnet sind. In einem solchen Fall kann mindestens eine Befestigungsklammer 4 die Vorderseite 12 der Leiterplatte 2 in Längsrichtung umschließen und auf diese Weise den Kühlkörper 1 an die Leiterplatte 2 andrücken.
Der Kühlkörper 1 umfasst eine Länge 15, eine Breite 16 und eine Höhe 17. Er umfasst zudem eine Wärmeabführplatte 20 und eine Anzahl Rippenkühler oder Finnen 10. Die Höhe 17 des Kühlkörpers einschließlich der Rippenkühler oder Finnen 10 kann beispielsweise mindestens 6 mm, insbesondere mindestens 9 mm betragen. Die Länge 15 und die Breite 16 des Kühlkörpers 1 können auf verschiedene Leiterplattentypen abgestimmt sein.
Die Wärmeabfuhrplatte 20 umfasst darüber hinaus eine Anzahl Langlöcher oder Schlitze 6. In der 1 verlaufen die Langlöcher 6 parallel zur Querrichtung. Sie sind zudem nebeneinander angeordnet. In dem in der 1 gezeigten Beispiel sind in Längsrichtung jeweils vier Langlöcher und in Querrichtung jeweils 3 Langlöcher, also insgesamt 12 Langlöcher angeordnet. Durch die Langlöcher 6 kann der Kühlkörper 1 mit Hilfe von Schrauben 8 an der Leiterplatte 2 befestigt werden, wobei der Kühlkörper 1 in Bezug auf die Leiterplatte 2 in Querrichtung (y-Richtung) verschoben und damit an die jeweilige Leiterplatte individuell angepasst werden kann.
Grundsätzlich kann die Länge der Langlöcher 6 und können die Abstände der Langlöcher 6 zueinander so festgelegt werden, dass eine höchstmöglichen Kompatibilität zu verschiedenen Leiterplatten, insbesondere Grafikkarten mit unterschiedlichen Lochrastermaß (z. B. 43 × 43 mm, 53 × 53 mm, 58 × 58 mm und andere) gewährleistet wird. Wie bereits erwähnt, wird darüber hinaus auch ermöglicht, dass der Kühlkörper 1 in der y-Achse verschoben werden und damit an der Längskante 13 der Leiterplatte 2, insbesondere Grafikkarte, ausgerichtet werden kann. Dies ist nötig, um die Befestigungsklammern 4 anbringen zu können. Die Position der Leiterplatte 2 ist weder in x-Richtung noch in y-Richtung fixiert und kann in beide Richtungen variieren. Die Verschiebung in x-Richtung ist für die Befestigung jedoch in der Regel unwesentlich, während diejenige in der y-Richtung essentiell ist.
Die 2 zeigt schematisch die Vorderseite 12 der in der 1 gezeigten Leiterplatte 2 mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung. Dabei ist in der 2 insbesondere gezeigt, wie sich die Befestigungsklammern 4 über die Vorderseite 12 der Leiterplatte 2 in Querrichtung (y-Richtung) erstrecken.
Die 3 zeigt schematisch die in den 1 und 2 gezeigte Anordnung in einem Schnitt entlang der in der 2 gezeigten Ebene III-III. In der 3 ist insbesondere sichtbar, wie die Vorsprünge 18 der Befestigungsklammern 4 in die entsprechenden Schlitze 19 entlang der Längsseite 23 des Kühlkörpers 1 eingreifen und damit den Kühlkörper 1 an die Leiterplatte 2 andrücken.
Eine weitere Ausführungsvariante wird im Folgenden anhand der 4 bis 6 beschrieben. Die 4 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung mit einer Leiterplatte 2 und einer Stützvorrichtung 5 in perspektivischer Explosionsansicht.
Im Unterschied zu der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsvariante umfasst der in den 4 bis 6 gezeigte Kühlkörper 1 anstelle der Schlitze 19 an der Längsseite 23 des Kühlkörpers 1 analoge Schlitze 19, die jedoch an der Oberseite bzw. der der Leiterplatte 2 abgewandten Oberfläche 27 angeordnet sind. Weiterhin sind die Befestigungsklammern 4 vorliegend so ausgestaltet, dass sie die Leiterplatte 2 nicht vollständig umschließen, sondern jeweils nur an der Vorderseite 12 in der Nähe der jeweiligen Kanten 13, 14 an der Leiterplatte 2 anliegen.
In der 4 wird der Kühlkörper 1 mit Hilfe von vier Befestigungsklammern 4 an die Leiterplatte 2 angedrückt. Dabei sind die Befestigungsklammern 4 jeweils an den Längskanten 13 der Leiterplatte 2 angeordnet. Weiterhin wird im Unterschied zu der ersten Ausführungsvariante das Andrücken des Kühlkörpers 1 an die Leiterplatte 2 dadurch realisiert, dass Schrauben 28 in die Schlitze oder Kerben oder Vertiefungen 19 an der Oberseite 27 des Kühlkörpers 1 eingreifen. In dieser Ausführungsvariante kann insbesondere der Anpressdruck des Kühlkörpers 1 an die Leiterplatte 2 mit Hilfe der Schrauben 28 reguliert werden.
In der vorliegenden Ausführungsvariante umfasst die Kühlvorrichtung zudem eine Stützvorrichtung 5. Die Stützvorrichtung 5 umfasst eine Schiene 25 und einen Stützwinkel 22. Die Schiene 21 umfasst darüber hinaus ein oder mehrere Langlöcher 25. Mit Hilfe von Schrauben 26 kann die Stützvorrichtung 5 über die Schiene 25 an dem Kühlkörper 1 befestigt werden. Hierzu sind in dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel an den Rippenkühlern 10 des Kühlkörpers 1 entsprechende Löcher 30 vorgesehen, die insbesondere mit einem entsprechenden Innengewinde ausgestaltet sein können.
Die 5 zeigt schematisch eine Sicht auf die Querseite 24 der in der 4 gezeigten Ausführungsvariante im montierten Zustand. Die 6 zeigt schematisch eine entsprechende Ansicht der Längsseite 23. Die Stützvorrichtung 5 dient insbesondere dazu, die Kühlvorrichtung und gleichzeitig die Leiterplatte 2 gegen schwerkraftbedingten Zug oder Druck abzustützen. Hierzu kann die Stützvorrichtung 5 beispielsweise über entsprechende Bohrlöcher 29 an dem Stützwinkel 22 mit einem Gehäuse, beispielsweise mit einem Computergehäuse, verschraubt oder auf andere Weise verbunden werden.
Eine weitere Ausführungsvariante wird im Folgenden anhand der 7 bis 9 näher beschrieben. Dabei zeigt die 7 schematisch die entsprechende Kühlvorrichtung und die Leiterplatte in perspektivischer Explosionsansicht. Die 8 zeigt schematisch eine Ansicht auf die Querseite und die 9 zeigt schematisch eine entsprechende Ansicht auf die Längsseite im montierten Zustand.
Im Unterschied zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel umfasst die in den 7 bis 9 gezeigte Stützvorrichtung 5 entlang ihrer Stützschiene 21 mehrere nebeneinander angeordnete Langlöcher 25. Weiterhin ist in folgenden Ausführungsbeispielen die Stützvorrichtung 5 unmittelbar an den Befestigungsklammern 4 befestigt, beispielsweise mit Hilfe von Schrauben 26.
Darüber hinaus umfasst der Kühlkörper 1 bzw. die Wärmeabführplatte 20 eine Anzahl von Öffnungen 31. In der vorliegenden Ausführungsvariante umfasst die Wärmeabführplatte 20 vier nahezu rechteckige, beispielsweise quadratische Öffnungen 31. Mit Hilfe dieser Öffnungen 31 kann unter Zuhilfenahme einer Platte 32, beispielsweise einer Stahlplatte, der Kühlkörper 1 an der Leiterplatte 2 fixiert werden, beispielsweise mit Hilfe von Schrauben 33 angeschraubt werden. Durch die Ausgestaltung der Öffnungen 31 ist es möglich, den Kühlkörper 1 in x-Richtung und in y-Richtung zu verschieben und damit an der Leiterplatte 2 auszurichten. Darüber hinaus kann die Platte 32 mehrere Löcher 34 zum Anschrauben der Platte 32 und des Kühlkörper 1 an der Leiterplatte 2 umfassen. Durch die Ausgestaltung der Platte 32 mit einer Anzahl von Bohrlöchern 34 wird die Kompatibilität und Flexibilität der Kühlvorrichtung im Hinblick auf eine Anwendung für verschiedene Leiterplatten 2 verbessert.
Eine weitere Ausführungsvariante ist in den 10 bis 13 gezeigt. Die 10 zeigt schematisch eine Draufsicht auf den Kühlkörper 1. Die 11 zeigt schematisch eine perspektivische Explosionsansicht. Die 12 zeigt schematisch eine Ansicht der Querseite der in der 11 gezeigten Ausführungsvariante. Die 13 zeigt eine entsprechende Ansicht der Längsseite.
Neben einem auf der Vorderseite 12 der Leiterplatte 2 angeordneten Kühler, beispielsweise einem Grafikkartenkühler, kann ein auf der Rückseite 11 angeordneter Kühler, wie beispielsweise der bereits beschriebene Kühlkörper zu weiterem Gewicht führen. Dies lässt unter Umständen die Leiterplatte 2, beispielsweise die Grafikkarte, vor allem in der Ecke der Blende und dem PCIe Sockel gegenüberliegend in Richtung der Schwerkraft verschieben. Die Biegung führt in der Leiterplatte 2 selber wie im Sockel auf dem Mainboard zu Spannungen, welche die Funktion längerfristig beeinträchtigen können.
Die Stützvorrichtung 5 wirkt in den beschriebenen Ausführungsvarianten dem entgegen und erlaubt es die Vorrichtung an einem Gehäuse abzustützen. Dabei wird es vermieden, die Stützvorrichtung unmittelbar an der Leiterplatte 2 zu befestigen. Die Stützvorrichtung trägt den Druck zum Gehäuse ab, während die Leiterplatte 2 gegebenenfalls unter Zug gesetzt wird. Dies kann unerwünscht sein und wird durch die in der 11 gezeigte Ausführungsvariante vermieden. In der in der 11 gezeigten Ausführungsvariante werden die Kräfte in Form von Momenten von der Befestigung an die Rückseite beispielsweise des PC-Gehäuses abgetragen. Zu diesem Zweck sind in der in 11 gezeigten Ausführungsvariante die Stützschiene 21 und eine den Stützwinkel 22 bildende Befestigungsschiene im rechten Winkel zueinander angeordnet. Die Stützvorrichtung wird an der Befestigungsschiene 23 mit einem entsprechenden Gehäuse verbunden, beispielsweise verschraubt.
Eine weitere Ausführungsvariante ist in den 14 und 15 gezeigt, wobei die 14 eine perspektivische Explosionsansicht der entsprechenden Kühlvorrichtung mit einer Leiterplatte 2 zeigt und die 15 eine Ansicht auf die Längsseite die derselben abbildet. Die vorliegende Ausführungsvariante unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsvariante (siehe 11 bis 13) darin, dass die Stützschiene 21 anstelle von einzelnen Bohrungen zum Anschrauben derselben an die Befestigungsklammern 4 ein Langloch 25 umfasst, welches dieselben Vorteile hat, wie das im Zusammenhang mit den 4 bis 6 bereits beschriebene entsprechende Langloch 25. Darüber hinaus ist die senkrecht zur Stützschiene 21 angeordnete zweite Stützschiene 22 bzw. der Stützwinkel 22 in Querrichtung (y-Richtung) zu der Stützschiene 21 versetzt angeordnet.
Eine weitere Ausführungsvariante wird im Folgenden anhand der 16 bis 18 beschrieben. Dabei zeigt die 16 eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung und eine entsprechende Leiterplatte 2 in perspektivischer Explosionsansicht. Die 17 zeigt eine Ansicht der Querseite und die 18 eine Ansicht der Längsseite. in den 16 bis 18 umfasst die Stützvorrichtung 5 eine vertikale Stütze 35, welche die Kräfte beispielsweise zum Boden des PC-Gehäuses abträgt und entweder an einer Befestigungsklammer 4 oder an den Kühlkörper 1 angebracht sein kann. Vorzugsweise kann die Stützvorrichtung 5 in dieser Ausführungsvariante ausschließlich aus der genannten vertikalen Stütze 35 bestehen. Es wird auf diese Weise eine konstruktiv einfache Ausführungsvariante zur Verfügung gestellt.
Grundsätzlich können die Befestigungsklammern 4, wie in den 4 bis 18 gezeigt, seitlich angebracht werden und dort den Kühlkörper 1 auf die Leiterplatte 2 drücken. Alternativ dazu kann, wie in den 1 bis 3 gezeigt, eine Klammer 4 die Vorderseite der Leiterplatte 2 überspannen und sich auf dieser irgendwo oder auch an mehreren Orten über einen oder mehrere Abstandshalter 7 auf dieser abstützen und dann mit dem Kühlkörper auf die Leiterplatte 2 drücken. Grundsätzlich ist auch eine Kombination dieser Varianten in jeder der bereits beschriebenen Ausführungsvarianten möglich.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich ein aktives Ventilationsmodul umfassen. Dies ist beispielhaft in der 19 gezeigt. Die 19 zeigt schematisch eine Erweiterung der in den 7 bis 9 gezeigten Ausführungsvariante in perspektivischer Explosionsansicht.
In der 19 ist oberhalb oder an der Platte 32 ein Ventilator 40 angeordnet. Die Kühlvorrichtung 1 und der Ventilator, gegebenenfalls auch die Leiterplatte 2 und/oder die Stützvorrichtung 5 können mit einer Abdeckung 41 abgedeckt und somit gegen äußere Einwirkungen geschützt werden.
Das in der 19 gezeigte Ventilationsmodul 40 und/oder die Abdeckung 41 können auch im Rahmen der zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten Anwendung finden. Die zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten können also ebenfalls einen Ventilator 40 und/oder eine Abdeckung 41 umfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009056290 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung zum Kühlen mindestens eines elektronischen Bauteils (3), welches auf einer Leiterplatte (2) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung mindestens einen Kühlkörper (1) umfasst, der mit der Leiterplatte (2) thermisch verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Befestigungsklammer (4) zum Andrücken des mindestens einen Kühlkörpers (1) an die Leiterplatte (2) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (1) eine Höhe (17) von mindestens 6 mm hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (1) mit der Leiterplatte (2) an einer Seite (11) der Leiterplatte (2) thermisch verbindbar ist, die der Seite (12) gegenüberliegt, an der das zu kühlende elektronische Bauteil (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein aktives Ventilationsmodul (40) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Haltevorrichtung (5) zum Stützen der Leiterplatte (2) umfasst, wobei die Haltevorrichtung (5) unmittelbar und/oder ausschließlich mit dem Kühlkörper (1) und/oder der mindestens einen Befestigungsklammer (4) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zum Befestigen (6, 8, 31, 32, 33, 34) derselben an verschiedenen Leiterplatten (2) mit unterschiedlichen Abständen und/oder Dimensionierungen und/oder Positionen der Befestigungslöcher für einen Kühler umfasst
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (1) eine Wärmeabführplatte (20) umfasst, die mindestens ein Langloch (6) zur Befestigung der Vorrichtung an der Leiterplatte (21) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabführplatte (20) eine Längsrichtung (x-Richtung) und eine Querrichtung (y-Richtung) aufweist und mindestens ein Langloch (6) parallel zur Querrichtung verläuft und/oder eine Anzahl Langlöcher (6) in Längsrichtung und/oder in Querrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (1) eine Längsrichtung (x-Richtung) und eine Querrichtung (y-Richtung) aufweist und eine Öffnung (31) umfasst, die eine Verschiebung des Kühlkörpers (1) gegenüber der Leiterplatte (2) in Längsrichtung und/oder Querrichtung erlaubt, und/oder eine Platte (32), über die der Kühlkörper (32) an der Leiterplatte befestigbar ist, umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass die mindestens eine Befestigungsklammer (4) an einer Längsseite (23) und/oder einer Querseite (24) des Kühlkörpers (1) befestigbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Befestigungsklammer (4) so ausgestaltet ist, dass sie in Längsrichtung und/oder Querrichtung eine an der Vorrichtung zum Kühlen zu befestigende Leiterplatte (2) in deren Längsrichtung und/oder Querrichtung überspannt.
Elektronische Komponente, welche eine Leiterplatte (2) mit mindestens einem darauf angeordneten elektronischen Bauteil (3) und eine Vorrichtung zum Kühlen nach einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst, wobei der mindestens eine Kühlkörper (1) mithilfe der mindestens einen Befestigungsklammer (4) an die Leiterplatte (2) gedrückt wird.
Elektronische Komponente nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2) eine Oberseite (12) und eine Unterseite (11) umfasst und der mindestens eine Kühlkörper (1) an der Unterseite (11) der Leiterplatte (2) angeordnet ist.
Elektronische Komponente nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Leiterplatte (2) um eine Grafikkarte handelt.