DE10238975A1 - Cooling of an electronic processor module uses a finned heat sink held in contact with a heat distributing plate. - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen eines wärmeempfindlichen Bauelements, insbesondere eines Prozessor-Chips, mit einem eine Wärmeaufnahmefläche zur Einleitung der von dem Bauelement erzeugten Verlustwärme aufweisenden, vorzugsweise als Kühlkörper ausgebildeten Wärmeabführkörper. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Kühlvorrichtung.The invention relates to a device for cooling of a heat sensitive Component, in particular a processor chip, with a heat absorption surface Introduction of the heat loss generated by the component, preferably trained as a heat sink Wärmeabführkörper. The The invention further relates to a method for producing such Cooler.
Kühlkörper für moderne Prozessoren, insbesondere Hochleistungs-CPU's von Personalcomputern, müssen die erzeugte Verlustwärme effektiv abführen, um einen Betrieb bei immer höheren Taktfrequenzen zu ermöglichen. Dabei sind die baulichen Abmessungen der Kühlkörper häufig so angepasst, dass mit möglichst großen Lüftern der Volumenstrom erhöht und der Lärmpegel gering gehalten werden kann. Problematisch ist hierbei die begrenzte Wärmeabgabefläche der Prozessoren.Heatsink for modern Processors, especially high-performance CPUs of personal computers, have to the heat loss generated effectively dissipate to operate at ever higher To enable clock frequencies. The structural dimensions of the heat sink are often adjusted so that with preferably huge fans the volume flow increases and the noise level can be kept low. The problem here is the limited one Heat emission surface of the Processors.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik aufgetretenen Nachteile zu vermeiden und eine verbesserten Kühlvorrichtung zu schaffen, womit eine hohe Wärmeabfuhr insbesondere bei geringem Baugewicht erreicht wird. Wei ter soll ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer solchen Kühlvorrichtung angegeben werden.The invention is based on this based on the task, the disadvantages encountered in the prior art to avoid and create an improved cooling device, with a high heat dissipation is achieved in particular with a low weight. Further should a preferred method for producing such a cooling device specified become.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 bzw. 14 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.To solve this task, the 14 proposed combination of features proposed. Advantageous refinements and developments of the invention result themselves from the dependent Claims.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die anfallende Verlustwärme über das Bauelement hinaus möglichst rasch auch in die Außenbereiche eines größeren Wärmeabführkörpers zu verteilen. Dementsprechend wird erfindungsgemäß eine Wärmeverteilplatte vorgeschlagen, welche eine in Wärmeleitkontakt mit dem Bauelement bringbare freie Kontaktfläche und eine an der Wärmeaufnahmefläche des Wärmeabführkörpers fest angeformte Verbundschicht aufweist, wobei die Wärmeverteilplatte eine höhere Wärmeleitfähigkeit als der Wärmeabführkörper besitzt. Durch das Anformen der Verbundschicht ist es unter Vermeidung zusätzlicher Fügemittel möglich, einen wärmeleitenden Materialübergang mit geringem Wärmeübergangswiderstand zu schaffen. Aufgrund der plattenförmigen Ausgestaltung kann die Wärme rasch auch in periphere Bereich verteilt werden, ohne jedoch ein hohes Gesamtgewicht in Kauf nehmen zu müssen. Durch die somit mögliche Gewichtsoptimierung lässt sich auch eine geringere Empfindlichkeit gegen Tansportbeanspruchungen erreichen und insbesondere die Belastung des Bauelement bei Stößen reduzieren.The invention is based on the idea out, the accumulated heat loss over the Component as far as possible quickly into the outdoor areas a larger heat dissipation body to distribute. Accordingly, a heat distribution plate is proposed according to the invention, which one in thermal contact with the component bringable free contact surface and one on the heat absorption surface of the Heat dissipation body firmly integrally molded composite layer, the heat distribution plate having a higher thermal conductivity than the heat dissipation body has. By forming the composite layer, it is avoiding additional ones joining means possible, a heat conductive Material transition with low heat transfer resistance to accomplish. Due to the plate-shaped design, the Warmth quickly can also be distributed in the peripheral area, but without a high one To have to accept the total weight. Because of the possible weight optimization let yourself also a lower sensitivity to transport stress achieve and in particular reduce the load on the component in the event of impacts.
Vorteilhafterweise ist die breitseitig an der Wärmeverteilplatte angeordnete Verbundschicht vorzugsweise in metallischer Verbindung frei von Zwischenschichten unmittelbar mit dem Wärmeabführkörper verbunden. Dies lässt sich günstigerweise dadurch erreichen, dass zumindest die Verbundschicht der Wärmeverteilplatte durch Schichtdeposition von Werkstoffpartikeln auf der Wärmeaufnahmefläche gebildet ist. Eine bevorzugte Ausführung sieht vor, dass zumindest die Verbundschicht der Wärmeverteilplatte durch Kaltgasspritzen von ungeschmolzenen Werkstoffpartikeln auf die Wärmeaufnahmefläche aufgespritzt ist. Durch die vorgenannten Maßnahmen kann eine hochbelastbare Flächenverbindung bzw. ein Materialübergang mit hoher Festigkeit bei geringem Wärmewiderstand erreicht werden, wobei den Wärmeübergang beeinträchtigende oxidierte Grenzschichten vermieden werden. Auf diese Weise ist es auch bei einer punktförmigen Überhitzung des Bauelements möglich, die Wärme schnell genug abzuleiten, um die Funktionsfähigkeit zu erhalten.This is advantageously broadside on the heat distribution plate arranged composite layer, preferably in metallic connection directly connected to the heat dissipation body without intermediate layers. This can be done favorably thereby achieve that at least the composite layer of the heat distribution plate formed by layer deposition of material particles on the heat absorption surface is. A preferred version provides that at least the composite layer of the heat distribution plate by cold gas spraying of unmelted material particles sprayed on the heat absorption surface is. Through the aforementioned measures can be a heavy-duty surface connection or a material transfer can be achieved with high strength and low thermal resistance, being the heat transfer impairing oxidized boundary layers can be avoided. That way it is even in the case of punctiform overheating of the component possible the heat derive quickly enough to maintain functionality.
Die Wärmeaufnahmefläche kann eine ebene, wellige oder gekrümmte, insbesondere konkav gewölbte Flächenkontur besitzen. Weiter ist es vorgesehen, dass die Wärmeaufnahmefläche des Wärmeabführkörpers um ein Mehrfaches größer ist als die in Wärmeleitkontakt mit der Wärmeverteilplatte stehende Wärmeabgabefläche des Bauelements.The heat absorption surface can a flat, wavy or curved, especially concave surface contour have. It is also provided that the heat absorption surface of the Heat dissipation body around is several times larger than the one in thermal contact standing with the heat distribution plate Heat emission surface of the Component.
Weitere Verbesserungen werden dadurch erreicht, dass die Wärmeverteilplatte aus einem hochwärmeleitfähigen Werkstoff, vorzugsweise aus Kupfer und/oder Silber besteht, und dass der Wärmeabführkörper aus einem Leichtbauwerkstoff, vorzugsweise aus einem Leichtmetall wie Aluminium oder Aluminiumlegierung besteht.Further improvements are achieved that the heat distribution plate made of a highly thermally conductive material, preferably consists of copper and / or silver, and that the heat dissipation body a lightweight material, preferably made of a light metal such as Aluminum or aluminum alloy is made.
Um einen hinreichenden Wärmefluss bei geringem Gewicht zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die Wärmeverteilplatte eine Dicke von 0,1 mm bis 5 mm aufweist.Adequate heat flow to allow light weight it is advantageous if the heat distribution plate has a thickness of 0.1 mm to 5 mm.
Fertigungstechnisch ist es günstig, wenn die Wärmeverteilplatte mehrlagig ausgebildet ist, wobei die Verbundschicht über eine Zwischenschicht, vorzugsweise eine Lötschicht stoffschlüssig mit einer die Kontaktfläche aufweisenden vorgefertigten Kontaktplatte verbunden ist. Eine vorteilhafte Alternative sieht vor, dass die Verbundschicht als Teil der homogen aufgebauten Wärmeverteilplatte ausgebildet ist. In diesem Fall kann die Kontaktfläche durch spanende Nachbearbeitung der Wärmeverteilplatte plan ausgebildet werden.In terms of manufacturing technology, it is favorable if the heat distribution plate is formed in multiple layers, the composite layer over a Intermediate layer, preferably a solder layer with a material bond one the contact area having prefabricated contact plate is connected. An advantageous one The alternative provides that the composite layer be part of the homogeneous assembled heat distribution plate is trained. In this case, the contact area can pass through Machining post-processing of the heat distribution plate be trained plan.
Vorteilhafterweise ist die Kontaktfläche der Wärmeverteilplatte in einem Zentralbereich unter Einschluss eines beispielsweise durch Wärmeleitpaste gebildeten Wärmeübertragungsmediums flächig an eine Wärmeabgabefläche des Bauelements anpressbar.The contact surface of the heat distribution plate is advantageous in a central area including one by, for example Thermal Compounds formed heat transfer medium flat to a heat emission surface of the Component can be pressed.
In verfahrensmäßiger Hinsicht wird zur Losung der eingangs genannten Aufgabe vorgeschlagen, dass ein Wärmeabführkörper, insbesondere ein Kühlkörper mit einer über eine freie Kontaktfläche in Anlage mit dem Bauelement bringbaren Wärmeverteilplatte starr verbunden wird, wobei zumindest eine Verbundschicht der Wärmeverteilplatte an einer Wärmeaufnahmefläche des Wärmeabführkörpers angeformt wird. Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass zum Anformen der Wärmeverteilplatte oder zumindest der Verbundschicht ungeschmolzene Werkstoffpartikel in einem Gasstrom beschleunigt und auf die Wärmeaufnahmefläche unter Bildung einer fest zusammenhängenden Schichtstruktur aufgespritzt werden.In procedural terms, it is proposed to solve the problem mentioned at the outset that a heat dissipation body, in particular a heat sink, is rigidly connected to a heat distribution plate which can be brought into contact with the component via a free contact surface, at least one composite layer of the heat distribution plate being attached to a heat absorption surface of the heat dissipation body is formed. An advantageous embodiment provides that in order to form the heat distribution plate or at least the composite layer, unmelted material particles are accelerated in a gas stream and sprayed onto the heat absorption surface to form a firmly connected layer structure.
Um auch bei größerer Plattenstärke in herstellungstechnisch einfacher Weise einen vorteilhaften Wärmeübergang zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass eine die Kontaktfläche aufweisende vorgefertigte Kontaktplatte als Teil der Wärmeverteilplatte mit der zuvor an der Wärmeaufnahmefläche angeformten Verbundschicht stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verlötet wird. Damit ist es auch möglich, ohne weitere Nachbearbeitung eine ebene Kontaktfläche bereitzustellen.In order to manufacture even with larger plate thickness to achieve an advantageous heat transfer in a simple manner proposed that a prefabricated one having the contact surface Contact plate as part of the heat distribution plate the one previously formed on the heat absorption surface Composite layer cohesively connected, preferably soldered becomes. It is also possible to provide a flat contact surface without further finishing.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigenThe invention is described below an embodiment shown in the drawing in a schematic manner explained in more detail. It demonstrate
Die in der Zeichnung dargestellte
Kühlvorrichtung
Wie in
Die Wärmeverteilplatte
Die Verbundschicht
An ihrer der Verbundschicht gegenüberliegenden
freien Breitseite weist die Wärmeverteilplatte
Die Wärmeabgabefläche
Die in
Bei der in
Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur in Verbindung mit Prozessor-Kühlkörpern, sondern überall da einsetzbar ist, wo die Wärme eines wärmeempfindlichen Bauelements mit kleinen Abmessungen auf einen Körper mit wesentlich größeren Abmessungen übertragen wird, um die Wärme leichter abführen zu können.It goes without saying that the device according to the invention is not only in connection with processes sor heat sinks, but can be used wherever the heat of a heat-sensitive component with small dimensions is transferred to a body with significantly larger dimensions in order to be able to dissipate the heat more easily.
Claims (16)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2002138975 DE10238975A1 (en) | 2002-08-20 | 2002-08-20 | Cooling of an electronic processor module uses a finned heat sink held in contact with a heat distributing plate. |
DE20221237U DE20221237U1 (en) | 2002-08-20 | 2002-08-20 | Cooling of an electronic processor module uses a finned heat sink held in contact with a heat distributing plate. |
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DE2002138975 DE10238975A1 (en) | 2002-08-20 | 2002-08-20 | Cooling of an electronic processor module uses a finned heat sink held in contact with a heat distributing plate. |
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DE2002138975 Ceased DE10238975A1 (en) | 2002-08-20 | 2002-08-20 | Cooling of an electronic processor module uses a finned heat sink held in contact with a heat distributing plate. |
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-
2002
- 2002-08-20 DE DE2002138975 patent/DE10238975A1/en not_active Ceased
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