DE29801205U1

DE29801205U1 - Kühlvorrichtung für Computerchips

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Publication number: DE29801205U1
Application number: DE29801205U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-01-07
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 1998-03-26
Anticipated expiration: 2008-01-27
Also published as: FR2773940A3; DE19802854C1; US5960863A

Description

Kühlvorrichtung für Computerchips

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Kühlvorrichtungen und insbesondere auf einen Kühlkörper, der mittels mehrerer übereinanderliegender Schirmplatten konstruiert ist, die auf einer CPU (Zentraleinheit) oder einem IC (integrierten Schaltkreis) für Kühlzwecke montiert sind.

Wie allgemein bekannt ist, erzeugen CPU- oder IC-Zellen Wärme, wenn sie in Betrieb sind, wodurch die Temperatur ansteigt. Wenn die Temperatur eine Grenze überschreitet, wird die Betriebsfähigkeit beeinträchtigt. Um eine in Betrieb befindliche CPU oder einen IC auf Normaltemperatur zu halten, ist es erforderlich, einen Kühlkörper anzubringen. Die Kühlverfahren für CPU- oder IC-Zellen zur Kühlung während des Betriebs werden in zwei Klassen eingeteilt, wovon eine die Zwangskühlung und die andere die natürliche Konvektionskühlung ist. Herkömmliche Kühlkörper entsprechen den folgenden Typen:

1. Kühlblock und Kleber zum Erhöhen der Fläche des Strahlungskopfes und zum Begünstigen der Luftströmung, wobei der Kühlblock mit mehreren Rippen oder vertikalen Nadeln aus einem gut wärmeleitenden Material gefertigt ist und mit einem Kleber auf der Oberfläche der CPU oder des IC aufgesetzt ist, um die von der CPU oder dem IC erzeugte Wärme an die Luft abzugeben;

2. Kühlgebläse, das auf der Oberfläche der CPU angebracht wird oder mit dem obenerwähnten Kühlblock zu-

sammenwirkt, um einen Zwangskühlkörper zu bilden und die Luftströmung zu erzwingen;

3. Kühlrohre, die die Vorteile einer gut wärmeleitenden Metallröhre nutzt, die auf die Oberfläche der CPU aufgesetzt ist und die Wärmeleistung abführt.

Nach einer Untersuchung der Kühlverfahren und der Kühlvorrichtungen wurde bezüglich der höchsten Kühleffizienz festgestellt, daß ein Kühlgebläse eine Stromversorgung benötigt, im Betrieb Vibrationen und Geräusche erzeugt und die Strombelastung erhöht, insbesondere wenn mehrere Zellen gleichzeitig arbeiten, wobei die Probleme verstärkt werden. Bezüglich des Kühlkörpers und des Klebers oder der Kühlrohre und der natürlichen Konvektionskühlung ist der Kühleffekt begrenzt, insbesondere, wenn keine Kooperation mit anderen Kühlvorrichtungen vorliegt, so daß die Kühlwirkung nicht groß genug ist. Andererseits ist der Kühlblock aus minderwertigem Aluminium (Al) hergestellt, das aus Abfallmetallen gewonnen wird, wobei die Oberflächen desselben mittels einer Antikorrosionsverarbeitung mit einer Chromatbehandlung behandelt werden sollten, die ein bestimmtes giftiges Element enthält, das nicht abgegeben wird, so daß sie für Menschen in der Umgebung gefährlich sind, wenn sie erwärmt werden. Andererseits soll die gegossene Aluminiumstange mittels einer Hochdruckwasser-Schneidvorrichtung in Platten geschnitten werden und als Anode zur Bearbeitung in ein Bad getaucht werden, um die Oxidationsbeständigkeit und die Kühlwirkung zu erhöhen. Um eine bessere Kühlwirkung zu erhalten, nimmt bei zunehmender Oberfläche der Schnittfläche (die der Luft ausgesetzt ist) die Schnittzeit zu, wobei der gesamte Block schwerer wird und so die Produktionskosten deutlich erhöht werden. Außerdem kann bei den obenerwähnten beiden Typen der Antikorrosionsbehandlung für den Aluminiumkühlblock eine Umweltbelastung entstehen.

Es ist daher . die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des obenerwähnten Standes der Technik zu beseitigen und eine kombinierte Kühlvorrichtung mit Führungskanälen zu schaffen, die leicht ist, Material· einspart, einfach herzustellen ist und die Kosten senkt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kühlvorrichtung, die die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale besitzt. Der abhängige Anspruch ist auf eine bevorzugte Ausführungsform gerichtet.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, die die Struktur der Schirmplatte gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine Schnittansicht, die die Schirmplatte zeigt, die aus einer Reihe von Schirmplatten gebildet wird;

Fig. 3 eine Explosionsansicht der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine Explosionsansicht der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine Ansicht, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 6 eine weitere Ansicht, die eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 7 eine weitere Ansicht, die eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 8 eine Seitenansicht, die einen Betrieb in Kooperation mit einem Kühlgebläse gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, schafft die vorliegende Erfindung eine Schirmplatte 1, die aus vielen Kühlvorrichtungen besteht, wobei die Kühlvorrichtung von zwei welligen Maschendrähten 11 mit einem flachen rechtwinkligen Querschnitt (wie in Fig. 2 gezeigt) gebildet wird, wobei diese mit den Wellenbergen 111 und Wellentälern 112 überlappend verbunden sind (wie in Fig. 2 gezeigt) . Wenn mehrere dieser Kühlvorrichtungen auf diese Weise seriell miteinander verbunden sind, wird eine Schirmplatte 1 mit geeigneter Größe aufgebaut, die viele geneigte Rautenmaschen 12 besitzt (wie in Fig. 3 gezeigt) . Bei der Herstellung wird ein Metallblech gestanzt und zu vielen geneigten Rautenmaschen 12 gestreckt, die durch viele gewellte Maschendrähte 11 gebildet werden, die seriell nebeneinanderliegend miteinander verbunden sind. Hierbei ist der gewellte Maschendraht 11 in einem Winkel geneigt, wobei mit den Wellenbergen 111 des benachbarten gewellten Maschendrahtes 11 jeweils die Wellentäler 112 schräg verbunden sind, um die Schirmplatte 1 zu bilden, die dann willkürlich in eine beliebige Größe geschnitten werden kann.

Bei der Herstellung eines Kühlkörpers, der auf einem IC oder einer CPU 2 für Kühlzwecke angebracht wird, werden mehrere Schirmplatten 1 übereinandergelegt, wie in Fig. 4 gezeigt, und auf einer Grundplatte 3, die aus einem gut wärmeleitenden Material gefertigt ist, befestigt, indem sie auf vier senkrechten Pfosten 31 an vier Ecken der

Grundplatte 3 durch Einsetzen in vier entsprechende Bohrungen 13 an den Ecken aufgesetzt und mittels Schrauben 32 und Beilagscheiben 33 befestigt werden, woraufhin die Grundplatte 3 mittels wärmeleitendem Kleber auf die Oberfläche der Zelle 2 aufgesetzt wird, wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist. Zum Befestigen der Schirmplatten 1 auf der Grundplatte 3 kann ein anderes Verfahren verwendet werden, bei dem zum Beispiel elastische Klammern verwendet werden oder eine Schirmabdeckung (in der Zeichnung nicht gezeigt) angebracht wird. Wie in Fig. 5 gezeigt, absorbiert die Grundplatte 3 mittels der Kontaktfläche die vom Baustein 2 erzeugte Wärme, wobei mittels eines gut wärmeleitenden Abstandhalters die Wärme von der Grundplatte 3 an die Schirmplatten 1 nahe der Unterseite (als leitender Abschnitt C markiert) weitergeleitet wird, wobei in diesem Abschnitt die Kontaktfläche zwischen den benachbarten Schirmplatten 1 durch Verändern der Maschenweite und des Maschendurchmessers gesteuert werden kann, um 80-85 % zu erhalten. Oberhalb des Abschnitts C bestehen die Schirmplatten 1 aus einem Strahlungsabschnitt (in den Zeichnungen mit Abschnitt B bezeichnet) , in dem die Flächenleitfläche 20 % ausmacht und die Punktleitfläche 80 % ausmacht, um genügend Zwischenräume für eine Luftströmung zu schaffen und die Wärme abzustrahlen. Wenn die Schirmplatte 1 aus Kupfer (Cu) hergestellt ist, können die überlappenden Schirmplatten 1 in einen Tank mit geschmolzenem Lötzinn getaucht werden, so daß die Kontaktpunkte miteinander verlötet werden, um die Schirmplatten 1 zu einer Baueinheit zu verbinden und die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen. Wenn ferner verschiedene Schirmplatten 1 übereinandergelegt werden, kann auf die Verbindungspunkte jeder Schirmplatte 1 ein Punktschweißverfahren angewendet werden. Zum Steuern des Anteils der leitenden Fläche kann das Einstellen der Orientierung der geneigten Rautenmaschen 12 beim Übereinanderlegen der Schirmplatten 1 wie folgt bewerkstelligt werden:

wenn die Orientierungen der geneigten Rautenmaschen 12 aller Schirmplatten 1 in der gleichen Richtung angeordnet sind, wie in Fig. 5 gezeigt, berührt der gewellte Maschendraht 11 der oberen Schirmplatte 1 die darunterliegende Schirmplatte 1 mit dem gewellten Maschendraht 11 über eine Seite, um eine schräge Überlappungsanordnung zu bilden, so daß die geneigten Rautenmaschen 12 der Schirmplatte 1 viele Zeilen von schrägen Lochkanälen bilden, die aus den geneigten Rautenmaschen 12 bestehen, um einen Großteil der Wärme mittels der hindurchströmenden Luft abzuführen, wobei die Restwärme von den seitlichen und oberen Abschnitten abgestrahlt wird. Andererseits tragen die Zwischenräume zwischen den Schichten der Schirmplatte 1 zu einem großen Teil dazu bei, die Luft zur Kühlung hindurchzuleiten, so daß die zwischen den Schichten verbleibende Wärme reduziert wird. Aufgrund der gleichmäßigen Richtung der geneigten Rautenmaschen 12 sind die benachbarten Schirmplatten 1 entgegengesetzt übereinandergelegt, so daß die geneigten Rautenmaschen 12 derselben jeweils in entgegengesetzte Richtungen weisen, wie in Fig. 6 gezeigt, um die Wärme von beiden Seiten abzustrahlen.

Wie in Fig. 7 gezeigt, kann die Anordnung der Schirmplatten 1 beliebig gewählt werden (die Rautenmaschen können in einer beliebigen Richtung angeordnet sein, z. B. dem Uhrzeigersinn folgend, wobei das erste Element in Richtung drei Uhr weist, das zweite Element in Richtung sechs Uhr weist, das dritte Element in Richtung neun Uhr weist und das vierte Element in Richtung zwölf Uhr weist, so daß zwischen benachbarten Elementen ein Winkel von 90° eingeschlossen wird), wenn sie jeweils aufeinandergesetzt werden, um einen komplizierten gestapelten Maschenschirm mit größeren Querschnittszwischenräumen zwischen den überlappenden Schichten zu schaffen und die zwischen

diesen verbleibende Wärme zu eliminieren. Gemäß der gewünschten Größe der Kühlwirkung kann die Anordnung der Überlappung der Schirmplatten ohne die Einschränkungen der obenerwähnten Verfahren frei gewählt werden.

Um die Kühlwirkung zu verbessern, wird wie in Fig. 8 gezeigt ein Gehäuse 14 in der Mitte der überlappenden Schirmplatten 1 aufgebaut, um darin ein Kühlgebläse 4 einzusetzen und eine Luftströmung zu erzwingen und die Wärme abzustrahlen.

Neben der Anwendung zum Kühlen eines IC und einer CPU kann die vorliegende Erfindung für andere Zwecke zum Kühlen anderer wärmeerzeugender Einheiten verwendet werden.

Claims

I · Schutzansprüche

1. Kühlvorrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß

die Kühlvorrichtung aus einem gut wärmeleitenden Metall gefertigt ist, und

wenigstens zwei parallele gewellte Maschendrähte

(11) umfaßt, die mit ihren Wellenbergen und Wellentälern entsprechend in geneigter Weise verbunden sind, um eine Schirmplatte (1) mit geneigten Rautenmaschen (12) zu bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Querschnitt der gewellten Maschendrähte (11) ein flaches Rechteck darstellt.