DE202013012008U1 - Cooling system for electronic components - Google Patents
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Abstract
Kühlsystem (1) für elektronische Baueinheiten (5), die mindestens eine zu kühlenden elektronischen Baukomponente (7, 7a) aufweisen, mit mindestens einem Kühlkörper (3) zur Flüssigkeitskühlung der elektronischen Baukomponente (7, 7a), wobei der Kühlkörper (3) mindestens einen in den Kühlkörper (3) integrierten Kühlkanal (9) zur Durchleitung eines Kühlmittelfluids aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (3) an die Form der elektronischen Baukomponente (7, 7a) angepasst ist und der Kühlkörper (3) im auf die elektronische Baukomponente (7, 7a) aufgesetzten Zustand diese zumindest teilweise umschließt, und dass der Kühlkanal (9) einen an die Wärmeentwicklung der elektronischen Baukomponente (7, 7a) angepassten Verlauf aufweist, wobei der Kühlkörper (3) in einem Additivverfahren hergestellt ist.Cooling system (1) for electronic components (5), which have at least one electronic component (7, 7a) to be cooled, with at least one heat sink (3) for liquid cooling of the electronic component (7, 7a), the heat sink (3) at least Has a cooling channel (9) integrated in the cooling body (3) for the passage of a coolant fluid, characterized in that the cooling body (3) is adapted to the shape of the electronic component (7, 7a) and the cooling body (3) is adapted to the electronic one When the component (7, 7a) is in place, it at least partially surrounds it, and that the cooling duct (9) has a profile that is adapted to the heat development of the electronic component (7, 7a), the heat sink (3) being produced in an additive process.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem für elektronische Baueinheiten, die mindestens eine zu kühlende elektronische Baukomponente aufweisen.The present invention relates to a cooling system for electronic components having at least one electronic component to be cooled.
Elektronische Baueinheiten, die zu kühlende elektronische Baukomponenten aufweisen, wie beispielsweise Platinen mit Prozessoren von Computern, müssen für einen geregelten Betrieb und insbesondere zur Vermeidung der Gefahr einer ungewollten Überhitzung gekühlt werden.Electronic assemblies having electronic components to be cooled, such as computer-processor boards, must be cooled for proper operation and, in particular, to avoid the risk of unwanted overheating.
Neben luftgekühlten Systemen existieren auch Flüssigkeitskühlungen. Diese flüssigkeitsbasierten Entwärmungssysteme haben grundsätzlich den Vorteil, dass die Wärmeableitung mit verglichen mit den luftgekühlten Systemen geringerem Energieaufwand möglich ist, da beispielsweise elektrisch betriebene Lüfter nicht notwendig sind. Durch die flüssigkeitsbasierten Entwärmungssysteme ist eine vorteilhafte Wärmeverteilung innerhalb des Entwärmungssystems möglich, wobei nur geringe Temperaturdifferenzen zwischen den Wärmequellen und dem Entwärmungssystem bestehen, so dass die Gefahr von ungewollten Überhitzungen einzelner Bauteile stark verringert wird. Insgesamt kann das Temperaturniveau des gesamten Systems deutlich angehoben werden. Ein hohes Temperaturniveau führt wiederum dazu, dass die Effizienz für die Entwärmung gesteigert werden kann, wobei gleichzeitig die mittels des Entwärmungssystems abtransportierte Wärmeenergie anschließend genutzt werden kann. Beispielsweise bei Großrechneranlagen entsteht eine große Menge an Abwärme, die, sofern sie auf einem entsprechenden Energieniveau ist, beispielsweise zu Heizzwecken in Gebäuden verwendet werden kann.In addition to air-cooled systems, liquid cooling also exists. These liquid-based cooling systems basically have the advantage that the heat dissipation is possible compared to the air-cooled systems lower energy consumption, for example, electrically powered fans are not necessary. Due to the liquid-based cooling systems, an advantageous heat distribution within the cooling system is possible, with only slight temperature differences between the heat sources and the cooling system, so that the risk of unwanted overheating of individual components is greatly reduced. Overall, the temperature level of the entire system can be significantly increased. In turn, a high temperature level can increase the efficiency of heat dissipation while allowing the heat energy removed by the heat dissipation system to be subsequently utilized. For example, in mainframe systems creates a large amount of waste heat, which, if it is at an appropriate energy level, for example, can be used for heating purposes in buildings.
Darüber hinaus kann in flüssigkeitsbasierten Entwärmungssystemen ein Kühlmittel eingesetzt werden, das eine hohe Wärmekapazität besitzt, so dass Systeme mit hoher Leistungsdichte eingesetzt werden können, was zu einer Platz- und Materialersparnis führt.In addition, in liquid-based cooling systems, a coolant can be used which has a high heat capacity, so that systems with high power density can be used, which leads to a space and material savings.
Bei den bekannten Flüssigkeitssystemen werden Metallkühlflächen mit integrierten Flüssigkeitskanälen verwendet, insbesondere aus Kupfer oder Aluminium.In the known fluid systems metal cooling surfaces are used with integrated fluid channels, in particular of copper or aluminum.
Das Einbringen von Kühlkanälen in die Metallkühlflächen ist jedoch mit einem hohen fertigungstechnischen Aufwand verbunden. Ferner ist der Einsatz von Kupfer als Basismaterial aufgrund der hohen Materialkosten von Kupfer ungünstig, so dass die vorbekannten Kühlsysteme insgesamt zu hohen Fertigungskosten führen.However, the introduction of cooling channels in the metal cooling surfaces is associated with a high manufacturing complexity. Furthermore, the use of copper as a base material is unfavorable due to the high cost of materials of copper, so that the previously known cooling systems result in total high production costs.
Bekannten Kühlflächen sind ferner geometrisch und fertigungstechnisch Grenzen gesetzt, so dass die Kühlelemente in der Regel größer ausgeführt werden müssen, als technisch eigentlich notwendig. Auch der bei den vorbekannten Kühlsystemen mögliche Verlauf der Kühlkanäle ist technisch begrenzt, so dass der Druckabfall und die Strömungswiderstände der Kühlkanäle relativ hoch sind, was durch eine entsprechende Pumpleistung ausgeglichen werden muss, wobei die maximal erreichbare Abwärmetemperatur, die ohne unzulässige Temperaturen in den zu kühlenden Baukomponenten erreichbar ist, relativ gering ist.Known cooling surfaces are also geometrically and manufacturing limits, so that the cooling elements must be made larger than usually actually necessary. Also possible in the known cooling systems course of the cooling channels is technically limited, so that the pressure drop and the flow resistance of the cooling channels are relatively high, which must be compensated by a corresponding pump power, the maximum achievable waste heat, without excessive temperatures in the to be cooled Building components is achievable, is relatively low.
Die Verwendung von Metall führt darüber hinaus zu einer signifikanten Erhöhung des Gewichts des gesamten Systems, so dass beispielsweise bei Hochleistungsrechnern mit hoher Leistungsdichte die zulässige Bodenlast überschritten werden kann, was zu einer Einschränkung der Konstruktion derartiger Rechneranlagen führt. Bei bekannten Kühlkonzepten wird die Flüssigkeitskühlung zumeist nur bei den Komponenten mit hoher Leistungsaufnahme verwendet. Bauteile mit mittlerer oder niedriger Leistungsaufnahme werden weiterhin konventionell, d. h. beispielsweise über eine luftbasierte Kühlung, entwärmt.The use of metal also leads to a significant increase in the weight of the entire system, so that, for example, in high-performance computers with high power density, the permissible floor load can be exceeded, resulting in a restriction of the design of such computer systems. In known cooling concepts, the liquid cooling is usually used only in the components with high power consumption. Medium or low power components continue to be conventional, i. H. for example, via an air-based cooling, cooled.
Die Verwendung von Metallen als Kühlkörper bringt ferner die Notwendigkeit einer Isolation gegenüber elektronischen Baugruppen mit sich, um die Funktionstüchtigkeit des Systems nicht zu beeinträchtigen. Diese Maßnahmen führen zu zusätzlichen Kosten für Testprozeduren und insbesondere bei der Fertigung.The use of metals as heat sinks also entails the need for isolation from electronic assemblies, so as not to interfere with the system's performance. These measures lead to additional costs for test procedures and in particular during production.
Auch chemische Prozesse, wie beispielsweise Korrosionsprozesse, können zu einer Veränderung des Kühlkörpers führen, was die Leistung des Kühlkörpers in der Nutzungszeit beeinflussen kann. Auch können giftige chemische Verbindungen zwischen dem Kühlmedium und den Oberflächen des Kühlkörpers entstehen.Even chemical processes, such as corrosion processes, can lead to a change in the heat sink, which can affect the performance of the heat sink in the useful life. Also, toxic chemical compounds may form between the cooling medium and the surfaces of the heat sink.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kühlsystem für elektronische Baueinheiten, die mindestens eine zu kühlende elektronische Baukomponente aufweisen, zu schaffen, bei dem eine Vielzahl der zuvor aufgezeigten Probleme vermieden werden und bei dem eine Nutzung der Abwärme in vorteilhafter Weise möglich ist.It is therefore an object of the present invention to provide a cooling system for electronic components having at least one electronic component to be cooled, in which a plurality of the problems outlined above are avoided and in which a use of the waste heat is advantageously possible.
Das erfindungsgemäße Kühlsystem ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1.The cooling system according to the invention is defined by the features of claim 1.
Beim erfindungsgemäßen Kühlsystem für elektronische Baueinheiten, die mindestens eine zu kühlende elektronische Baukomponente aufweisen, mit mindestens einem Kühlkörper zur Flüssigkeitskühlung der elektronischen Baukomponente, wobei der Kühlkörper mindestens einen in den Kühlkörper integrierten Kühlkanal zur Durchleitung eines Kühlmittelfluids aufweist, ist vorgesehen, dass der Kühlkörper an die Form der elektronischen Baukomponente angepasst ist und der Kühlkörper im auf die elektronische Baukomponente aufgesetzten Zustand diese zumindest teilweise umschließt, und dass der Kühlkanal vorzugsweise einen an die Wärmeentwicklung der elektronischen Baukomponente angepassten Verlauf aufweist, wobei der Kühlkörper in einem Additivverfahren hergestellt ist. Der Kühlkörper besitzt somit eine an die Form der elektronischen Baukomponente angepasste Negativkontur, so dass der Kühlkörper auf die elektronische Baukomponente aufgesetzt werden kann. Dadurch ist eine Kühlung der elektronischen Baukomponente mittels des durch den Kühlkanal geleiteten Kühlmittelfluids in vorteilhafter Weise möglich.In the cooling system according to the invention for electronic components having at least one electronic component to be cooled, with at least one heat sink for liquid cooling of the electronic component, wherein the heat sink at least one in the heat sink has integrated cooling channel for the passage of a coolant fluid, it is provided that the heat sink is adapted to the shape of the electronic component and the heat sink at least partially encloses the heat sink in the patch on the electronic component, and that the cooling channel preferably adapted to the heat of the electronic component Has history, wherein the heat sink is made in an additive process. The heat sink thus has a negative contour adapted to the shape of the electronic component, so that the heat sink can be placed on the electronic component. As a result, cooling of the electronic component is advantageously possible by means of the coolant fluid conducted through the cooling channel.
Dadurch, dass der Kühlkanal einen an die Wärmeentwicklung der elektronischen Baukomponente angepassten Verlauf aufweist, kann der Verlauf des Kühlkanals und somit der Kühlkörper thermodynamisch optimiert sein, so dass der Kühlkanal Kühlmittelfluid mit niedrigerer Temperatur an Stellen der elektronischen Baukomponente leitet, die die höchste Temperatur entwickeln. Dadurch kann das gesamte Temperaturniveau des Kühlsystems erhöht werden, wobei gleichzeitig eine unzulässige Überhitzung der elektronischen Baukomponente vermieden wird. Die von dem Kühlsystem abgeführte Wärmeenergie kann somit in vorteilhafter Weise genutzt werden.Characterized in that the cooling channel has a matched to the heat of the electronic component course, the course of the cooling channel and thus the heat sink can be thermodynamically optimized, so that the cooling channel conducts coolant fluid with lower temperature at points of the electronic component that develop the highest temperature. As a result, the entire temperature level of the cooling system can be increased, at the same time an unacceptable overheating of the electronic component is avoided. The dissipated by the cooling system heat energy can thus be used advantageously.
Durch die Herstellung des Kühlkörpers in einem Additivverfahren, das auch als 3D-Druckverfahren oder Materialablagerungsverfahren bekannt ist, sind der Formgebung des Kühlkörpers nahezu keine Grenzen gesetzt. Darüber hinaus können die Kühlkanäle in besonders vorteilhafter Weise mit einem nahezu beliebigen Verlauf geschaffen werden. Die aufgrund der geometrischen und fertigungstechnischen Grenzen bei der Schaffung der Kühlkörper im Stand der Technik bestehenden Unzulänglichkeiten sind somit überwunden.By manufacturing the heat sink in an additive process, which is also known as a 3D printing process or material deposition process, the shaping of the heat sink is virtually unlimited. In addition, the cooling channels can be created in a particularly advantageous manner with a virtually arbitrary course. The existing due to the geometric and manufacturing limits in the creation of the heat sink in the prior art deficiencies are thus overcome.
Aufgrund des technischen Fortschrittes bei Additivverfahren sind mittels dieses Verfahrens hergestellte Objekte kostengünstig herstellbar, so dass die Fertigungskosten des erfindungsgemäßen Kühlkörpers und somit des erfindungsgemäßen Kühlsystems gering gehalten werden können.Due to the technical progress in additive processes, objects produced by means of this method can be produced cost-effectively, so that the production costs of the heat sink according to the invention and thus of the cooling system according to the invention can be kept low.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Kühlkörper aus einem wärmeleitfähigen Kunststoff besteht. Die Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffs kann beispielsweise durch die Wärmeleitfähigkeit erhöhende Additive erreicht werden. Der wärmeleitfähige Kunststoff ist vorzugsweise elektrisch isolierend, so dass eine Berührung des Kunststoffs mit der elektronischen Baukomponente problemlos möglich ist.It is preferably provided that the heat sink consists of a thermally conductive plastic. The thermal conductivity of the plastic can be achieved, for example, by the heat conductivity-increasing additives. The thermally conductive plastic is preferably electrically insulating, so that a contact of the plastic with the electronic component is easily possible.
Die Verwendung eines derartigen Kühlkörpers hat den Vorteil, dass ein Kühlsystem von einem geringen Gewicht geschaffen werden kann, wobei gleichzeitig die Notwendigkeit einer elektrischen Isolation sowie die Gefahr von chemischen Reaktionen des Kühlkörpers mit der Umwelt und/oder mit dem Kühlmittelfluid gering gehalten wird. Der Einsatz von Kunststoff führt somit zu einem weitgehend neutralen Reaktionsverhalten zwischen Kühlmittelfluid und Kühlkörper, was sich positiv auf die Standzeit beider Komponenten auswirkt. Als Kunststoff kann beispielsweise modifiziertes Polyamid, beispielsweise modifiziertes PA 6.12, verwendet werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Kunststoff eine mittlere Wärmeleitfähigkeit von mindestens 2 W/mK, vorzugsweise mindestens 5 W/mK oder mindestens 10 W/mK, besitzt.The use of such a heat sink has the advantage that a cooling system of a light weight can be created, while at the same time the need for electrical insulation and the risk of chemical reactions of the heat sink with the environment and / or with the coolant fluid is kept low. The use of plastic thus leads to a largely neutral reaction behavior between the coolant fluid and the heat sink, which has a positive effect on the service life of both components. For example, modified polyamide, for example modified PA 6.12, can be used as the plastic. It is preferably provided that the plastic has an average thermal conductivity of at least 2 W / mK, preferably at least 5 W / mK or at least 10 W / mK.
Als die Wärmeleitfähigkeit erhöhende Additive können beispielsweise Bornitride verwendet werden.As the thermal conductivity-increasing additives, for example, boron nitrides can be used.
Ein Kühlkörper, der aus einem derartigen Material hergestellt ist, kann somit in vorteilhafter Weise einen Wärmeübergang von der zu kühlenden elektronischen Baukomponente auf das Kühlmittelfluid ermöglichen.A heat sink made of such a material can thus advantageously allow a heat transfer from the electronic component to be cooled to the coolant fluid.
Die Verwendung von Kunststoff hat darüber hinaus den Vorteil, dass die Bandbreite von einsetzbaren Kühlmittelfluids wesentlich größer ist, als bei den bekannten Kühlkörpern, da der Kunststoff positive chemische Eigenschaften im Hinblick auf mögliche Kühlmittelfluids besitzt.The use of plastic also has the advantage that the range of usable coolant fluid is much greater than in the known heat sinks, since the plastic has positive chemical properties with regard to possible coolant fluids.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlsystems ist vorgesehen, dass der Kühlkanal in Flussrichtung des Kühlmittelfluids von Bereichen der elektronischen Baukomponente mit der größten Wärmeentwicklung zum Erreichen der elektronischen Baukomponente mit der kleinsten Wärmeentwicklung verläuft. Bei dem erfindungsgemäßen Kühlsystem ist somit ein Kühlkanalverlauf möglich, der thermodynamisch optimal ist, da das Kühlmittelfluid in einem Bereich nahe des Eintritts in den Kühlkanal die niedrigste Temperatur aufweist und somit Kühlmittelfluid mit niedriger Temperatur zunächst in die Bereiche der elektronischen Baukomponente mit der größten Wärmeentwicklung geführt wird. Dadurch kann das Temperaturniveau des Gesamtsystems erhöht werden, wodurch die Abwärme, die von dem Kühlsystem abgeführt wird, auf einem Energieniveau ist, das für eine Nachnutzung, beispielsweise zu Heizzwecken in Gebäuden, in vorteilhafter Weise nutzbar ist.In a particularly preferred embodiment of the cooling system according to the invention, it is provided that the cooling channel extends in the direction of flow of the coolant fluid from areas of the electronic component with the greatest heat development to reach the electronic component with the smallest heat generation. In the cooling system according to the invention thus a cooling passage is possible, which is thermodynamically optimal, since the coolant fluid in a region near the inlet into the cooling channel has the lowest temperature and thus coolant fluid at low temperature is first performed in the areas of the electronic component with the largest heat development , Thereby, the temperature level of the entire system can be increased, whereby the waste heat, which is discharged from the cooling system, at an energy level, which is useful for a reuse, for example, for heating purposes in buildings, advantageously.
Das erfindungsgemäße Kühlsystem kann auch vorsehen, dass der Kühlkörper an die Form mehrerer elektronischer Baukomponenten angepasst ist und im auf die mehreren elektronischen Baukomponenten aufgesetzten Zustand diese zumindest teilweise umschließt. Der Kühlkörper weist somit die Negativkontur der mehreren elektronischen Baukomponenten auf, so dass der Kühlkörper in vorteilhafter Weise auf die mehreren elektronischen Baukomponenten aufgesetzt werden kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Kühlkörper mehrere Kühlkanäle aufweist, wobei der Verlauf der Kühlkanäle an die Wärmeentwicklung der mehreren elektronischen Baukomponenten angepasst ist. Beispielsweise können die Kühlkanäle einen Verlauf aufweisen, bei dem in Flussrichtung des Kühlmittelfluids von elektronischen Baukomponenten mit der größten Wärmeentwicklung zu elektronischen Baukomponenten mit der kleinsten Wärmeentwicklung vorgesehen ist. Ein derartiger Verlauf ist thermodynamisch besonders vorteilhaft. Ferner können mit einem derartigen Kühlkörper auch elektronische Baukomponenten mit mittlerer oder niedrigerer Leistungsaufnahme, die gemäß dem Stand der Technik bisher luftbasiert gekühlt worden sind, gekühlt werden. Derartige Baukomponenten können beispielsweise Spannungswandler, Steuerungsbauteile, Schnittstellensteuerungen oder Festplatten sein.The cooling system according to the invention can also provide that the heat sink is adapted to the shape of a plurality of electronic components and in the on the multiple electronic Building components patch condition encloses this at least partially. The heat sink thus has the negative contour of the plurality of electronic components, so that the heat sink can be placed in an advantageous manner to the plurality of electronic components. It can be provided that the cooling body has a plurality of cooling channels, wherein the course of the cooling channels is adapted to the heat development of the plurality of electronic components. For example, the cooling channels may have a course, is provided in the flow direction of the coolant fluid of electronic components with the greatest heat generation to electronic components with the smallest heat generation. Such a course is thermodynamically particularly advantageous. Furthermore, with such a heat sink and electronic components with medium or lower power consumption, which have been previously air-cooled according to the prior art, cooled. Such structural components may be, for example, voltage transformers, control components, interface controllers or hard disks.
Ferner kann vorgesehen sein, dass ein Kühlkörper an die Form einer Baueinheit angepasst ist. Beispielsweise kann eine Baueinheit eine Hauptplatine eines Rechnersystems sein. Der Kühlkörper kann beispielsweise über Fixierungsschrauben an der Baueinheit befestigt sein, so dass er mit der Baueinheit eine verwindungssteife Einheit bildet. Über die Fixierungsschrauben kann beispielsweise ein für ein Anliegen des Kühlkörpers an den zu kühlenden Baukomponenten notwendiger Anpressdruck erzeugt werden.Furthermore, it can be provided that a heat sink is adapted to the shape of a structural unit. For example, an assembly may be a motherboard of a computer system. The heat sink can be fastened to the unit, for example via fixing screws, so that it forms a torsion-resistant unit with the unit. About the fixing screws, for example, a necessary for a concern of the heat sink to be cooled to the building components contact pressure can be generated.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Kühlkanal auf der der elektronischen Baukomponente zugewandten Seite durch eine Wandung begrenzt ist, deren Dicke maximal 1 mm, vorzugsweise maximal 0,5 mm beträgt. Eine derartige Wanddicke ist mit dem für die Herstellung des Kühlkörpers eingesetzten Additivverfahren problemlos verwirklichbar.In one embodiment of the invention it is provided that the at least one cooling channel is limited on the side facing the electronic component by a wall whose thickness is at most 1 mm, preferably at most 0.5 mm. Such a wall thickness can be easily realized with the additive process used for the production of the heat sink.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene dünne Wandungsdicke zwischen Kühlkanal und der zu kühlenden elektronischen Baukomponente wird erreicht, dass ein Wärmeübertrag von elektronischen Baukomponenten auf ein durch den Kühlkanal geleitetes Kühlmittelfluid auch bei lediglich moderat wärmeleitendem Material des Kühlkörpers in vorteilhafter Weise möglich ist. Bei dem Stand der Technik wurde bisher grundsätzlich davon ausgegangen, dass für einen Kühlkörper ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit notwendig ist. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion eines Kühlkörpers wird nunmehr auch ein Einsatz von Materialien mit lediglich einer moderaten Wärmeleitfähigkeit beispielsweise zwischen 2 W/mK und 5 W/mK möglich.By inventively provided thin wall thickness between the cooling channel and the electronic component to be cooled is achieved that a heat transfer from electronic components to a guided through the cooling channel coolant fluid is also possible with only moderately thermally conductive material of the heat sink in an advantageous manner. In the prior art, it has been assumed in principle that a material with high thermal conductivity is necessary for a heat sink. The construction according to the invention of a heat sink now also makes it possible to use materials with only a moderate thermal conductivity, for example between 2 W / mK and 5 W / mK.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kühlkörper zumindest einen Teil eines Gehäuses der elektronischen Baueinheit bildet. Auch ist es möglich, dass über ein Kühlsystem mehrere elektronische Baueinheiten gekühlt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Kühlkörper einen Teil eines Gehäuses von mehreren elektronischen Baueinheiten bildet. Der erfindungsgemäße Kühlkörper kann somit in die Gehäusestruktur eines oder mehrerer Baueinheiten integriert werden, wodurch Teile der Gehäusestruktur eingespart werden können, da diese durch den eine Doppelfunktion ausübenden Kühlkörper ersetzt werden.In a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the heat sink forms at least part of a housing of the electronic component. It is also possible that a plurality of electronic components are cooled by a cooling system. It can be provided that the heat sink forms part of a housing of several electronic units. The heat sink according to the invention can thus be integrated into the housing structure of one or more units, whereby parts of the housing structure can be saved, since they are replaced by the heat sink performing a dual function.
In einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlsystems ist vorgesehen, dass in dem Kühlkörper eine Platte eingesetzt ist, die aus einem Material mit einer gegenüber dem Material des Kühlkörpers höheren Wärmeleitfähigkeit besteht, wobei die Platte im auf die elektronische Baukomponente aufgesetzten Zustand an dieser anliegt. Mittels der Platte kann, insbesondere bei elektronischen Baukomponenten mit einer hohen Leistungsdichte, die Wärmeübertragung auf den Kühlkörper verbessert werden. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Platte eine größere Abmessung als eine dem Kühlkörper zugewandte Fläche der elektronischen Baukomponente, an der die Platte anliegt, aufweist. Dadurch wird erreicht, dass über eine größere Fläche die Wärme von der zu kühlenden elektronischen Baukomponente auf den Kühlkörper übertragen werden kann.In one embodiment of the cooling system according to the invention it is provided that in the heat sink, a plate is used, which consists of a material with a relation to the material of the heat sink higher thermal conductivity, wherein the plate rests in the attached to the electronic component component state at this. By means of the plate, in particular in electronic components with a high power density, the heat transfer to the heat sink can be improved. It can be provided in particular that the plate has a larger dimension than a heat sink facing surface of the electronic component to which the plate is applied. This ensures that over a larger area, the heat from the electronic component to be cooled can be transferred to the heat sink.
Beispielsweise können im gesamten Bereich der von der elektronischen Baukomponente abgewandten Seite der Platte Kühlkanäle angeordnet sein. Insbesondere bei Bauteilen mit extremer Leistungsdichte, wie beispielsweise CPUs, kann somit erreicht werden, dass auch bei dem Einsatz von einem Material mit begrenzter Wärmeleitfähigkeit eine ausreichende Wärmeübertragung in den Kühlkörper erfolgt. Die Platte kann eine Metallplatte sein, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium.For example, cooling channels can be arranged in the entire region of the side of the plate remote from the electronic component. In particular, in components with extreme power density, such as CPUs, can thus be achieved that even with the use of a material with limited thermal conductivity sufficient heat transfer takes place in the heat sink. The plate may be a metal plate, such as copper or aluminum.
Das erfindungsgemäße Kühlsystem für elektronische Baueinheiten kann durch ein Verfahren mit folgenden Schritten hergestellt werden:
- – Bestimmen der Wärmeentwicklung einer zu kühlenden elektronischen Baukomponente im Betrieb;
- – Bestimmen der Form der zu kühlenden elektronischen Baukomponente;
- – Herstellen eines Kühlkörpers mit mindestens einem Kühlkanal im Additivverfahren, wobei der Kühlkörper an die Form der elektronischen Baukomponente angepasst ist und der Kühlkörper im auf die elektronische Baukomponente aufgesetzten Zustand diese zumindest teilweise umschließt, und wobei der Kühlkanal einen an die Wärmeentwicklung der elektronischen Baukomponente angepassten Verlauf aufweist.
- - Determining the evolution of heat to be cooled electronic component during operation;
- - Determining the shape of the electronic component to be cooled;
- - Producing a heat sink with at least one cooling channel in the additive process, wherein the heat sink is adapted to the shape of the electronic component and the cooling body in the attached state to the electronic component, this at least partially surrounds, and wherein the cooling channel has a matched to the heat of the electronic component component history.
Die zu kühlende Baukomponente wird somit im Hinblick auf die Wärmeentwicklung und ihre Form vermessen und ein daran angepasster Kühlkörper wird im Additivverfahren, beispielsweise mittels eines 3D-Druckers, hergestellt. Der Kühlkörper weist dabei eine Negativkontur der Form der zu kühlenden elektronischen Baukomponente auf, so dass der Kühlkörper auf die elektronische Baukomponente aufgesetzt werden kann. Der Verlauf des Kühlkanals ist an die Wärmeentwicklung der elektronischen Baukomponente angepasst, so dass ein thermodynamisch optimierter Kühlkörper erstellt werden kann. Durch die Verwendung des Additivverfahrens zur Herstellung des Kühlkörpers sind der Form des Kühlkörpers und dem Verlauf der Kühlkanäle nahezu keine Grenzen gesetzt, so dass beispielsweise geringe Distanzen zwischen der zu kühlenden elektronischen Baukomponente und dem Kühlkanal geschaffen werden können. Beispielsweise können Wandungen zwischen dem Kühlkanal und der elektronischen Baukomponente von 1 mm und weniger geschaffen werden, wodurch ein vorteilhafter Wärmeübertrag zwischen der elektronischen Baukomponente und dem Kühlkanal geschaffen werden kann.The structural component to be cooled is thus measured with regard to the development of heat and its shape and a heat sink adapted thereto is produced in the additive process, for example by means of a 3D printer. The heat sink has a negative contour of the shape of the electronic component to be cooled, so that the heat sink can be placed on the electronic component. The course of the cooling channel is adapted to the heat development of the electronic component, so that a thermodynamically optimized heat sink can be created. By using the additive method for producing the heat sink, the shape of the heat sink and the course of the cooling channels are virtually unlimited, so that, for example, small distances can be created between the electronic component to be cooled and the cooling channel. For example, walls between the cooling channel and the electronic component of 1 mm and less can be created, whereby an advantageous heat transfer between the electronic component and the cooling channel can be created.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Wärmeentwicklung der zu kühlenden elektronischen Baukomponente mittels eines 2D-Thermografie-Scans bestimmt wird. Auf diese Weise kann in vorteilhafter Weise die Wärmeentwicklung im Betrieb bestimmt werden, wobei die mittels des Thermografie-Scans ermittelten Daten in vorteilhafter Weise genutzt werden können, um den Verlauf des Kühlkanals an die Wärmeentwicklung anzupassen.It is preferably provided that the heat development of the electronic component to be cooled is determined by means of a 2D thermography scan. In this way, the heat development during operation can be determined in an advantageous manner, wherein the data determined by the thermography scan can be used in an advantageous manner to adapt the course of the cooling channel to the heat development.
In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Form der zu kühlenden elektronischen Baukomponente mittels eines optischen 3D-Scans bestimmt wird. Aus dem optischen 3D-Scan kann in vorteilhafter Weise ein 3D-Profil der elektronischen Baukomponente geschaffen werden, das zur Erstellung der Negativkontur in dem Kühlkörper in vorteilhafter Weise verwendet werden kann.In one embodiment of the method, it is provided that the shape of the electronic component to be cooled is determined by means of a 3D optical scan. From the optical 3D scan, a 3D profile of the electronic component can be created in an advantageous manner, which can be used to create the negative contour in the heat sink in an advantageous manner.
In einer Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass beim Herstellen des Kühlkörpers eine Platte, die aus einem Material in einer gegenüber dem Material des Kühlkörpers höheren Wärmeleitfähigkeit besteht, in den Kühlkörper integriert wird. Die Platte kann beispielsweise an der Außenfläche des Kühlkörpers im Bereich einer der zu kühlenden elektronischen Baukomponente zugewandten Fläche des Kühlkörpers angeordnet sein. Die im Rahmen der Erfindung verwendete Platte kann beispielsweise aus Metall bestehen, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium. Bei einer derartigen Platte wird erreicht, dass in dem Kühlkörper die von einer elektronischen Baukomponente auf den Kühlkörper übertragene Wärme auf eine größere Fläche übertragen werden kann, so dass die Wärmenergie besser von dem Kühlkörper aufgenommen und abgeführt werden kann.In a variant of the method, it is provided that in the manufacture of the heat sink, a plate, which consists of a material in a relation to the material of the heat sink higher thermal conductivity, is integrated into the heat sink. The plate can be arranged, for example, on the outer surface of the heat sink in the region of a surface of the heat sink facing the electronic component to be cooled. The plate used in the invention may for example consist of metal, for example copper or aluminum. In such a plate is achieved that in the heat sink, the heat transferred from an electronic component to the heat sink can be transferred to a larger area, so that the heat energy can be better absorbed and dissipated by the heat sink.
Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass der Kühlkanal in Flussrichtung eines Kühlmittelfluids von Bereichen der elektronischen Baukomponente mit der größten Wärmeentwicklung zu Bereichen der elektronischen Baukomponente mit der kleinsten Wärmeentwicklung verläuft. Ein derartiger Verlauf ist thermodynamisch optimal, so dass mittels eines derartig hergestellten Kühlkörpers die Wärme der elektronischen Baukomponente in vorteilhafter Weise abgeführt werden kann, wobei gleichzeitig das in dem Kühlkörper verwendete Kühlmittelfluid auf einem Temperaturniveau ist, das in vorteilhafter Weise genutzt werden kann.In the method, it may be provided that the cooling channel runs in the direction of flow of a coolant fluid from areas of the electronic component with the greatest heat generation to areas of the electronic component with the smallest heat generation. Such a course is thermodynamically optimal, so that by means of a heat sink produced in this way, the heat of the electronic component can be dissipated in an advantageous manner, at the same time the coolant fluid used in the heat sink is at a temperature level that can be used in an advantageous manner.
Bei dem Verfahren können selbstverständlich auch Kühlkörper hergestellt werden, die an mehrere elektronische Baukomponenten angepasst sind. Dabei wird die Wärmeentwicklung aller zu kühlenden elektronischen Baukomponenten im Betrieb bestimmt. Auch wird die Form aller zu kühlenden elektronischen Baukomponenten ermittelt. Beim Herstellen des Kühlkörpers wird eine Negativkontur aller elektronischen Baukomponenten erstellt, so dass der Kühlkörper im auf die elektronischen Baukomponenten aufgesetzten Zustand diese zumindest teilweise umschließt. Diese Kühlkörper können einen oder mehrere Kühlkanäle aufweisen, deren Verlauf an die Wärmeentwicklung aller elektronischen Baukomponenten angepasst ist.In the method, of course, heat sinks can be produced, which are adapted to several electronic components. The heat development of all electronic components to be cooled during operation is determined. Also, the shape of all electronic components to be cooled is determined. When manufacturing the heat sink, a negative contour of all electronic components is created, so that the heat sink at least partially encloses the patch on the electronic components. These heat sinks may have one or more cooling channels whose course is adapted to the heat development of all electronic components.
Durch die Herstellung eines Kühlkörpers für mehrere elektronische Baukomponenten kann die Wärmeentwicklung der zu kühlenden elektronischen Baukomponenten mittels eines 2D-Thermografie-Scans bestimmt werden. Auch können die Formen der zu kühlenden elektronischen Baukomponenten mittels eines optischen 3D-Scans bestimmt werden.By producing a heat sink for several electronic components, the heat development of the electronic components to be cooled can be determined by means of a 2D thermography scan. The shapes of the electronic components to be cooled can also be determined by means of a 3D optical scan.
Die Erfindung sieht auch einen Kühlkörper für die Kühlung mehrerer elektronischer Baueinheiten vor, wobei die Form dieses Kühlkörpers sowohl an die Form der zu kühlenden elektronischen Baukomponenten als auch an die Form der elektronischen Baueinheiten angepasst ist, so dass der Kühlkörper in vorteilhafter Weise an den elektronischen Baueinheiten befestigt werden kann und die zu kühlenden elektronischen Baukomponenten zumindest teilweise umschließt.The invention also provides a heat sink for cooling a plurality of electronic components, wherein the shape of this heat sink is adapted both to the shape of the electronic components to be cooled and to the shape of the electronic components, so that the heat sink in an advantageous manner to the electronic components can be attached and encloses the electronic components to be cooled at least partially.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren näher erläutert.In the following the invention will be explained in more detail with reference to the following figures.
Es zeigen: Show it:
In
Die elektronischen Baueinheiten
Eine elektronische Baueinheit
Der Kühlkörper
Zur Erstellung der Negativkontur kann die Form der elektronischen Baueinheit
Der Kühlkörper
Die Kühlkörper
Bei dem in
Wie am besten in Verbindung mit
Wie in
Der Kühlkörper
Da der Kühlkörper
Der Kühlkörper
Die elektronische Baueinheit
Die elektronische Baueinheit
Der Kühlkörper
Claims (11)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE202013012008.8U DE202013012008U1 (en) | 2013-09-03 | 2013-09-03 | Cooling system for electronic components |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE202013012008.8U DE202013012008U1 (en) | 2013-09-03 | 2013-09-03 | Cooling system for electronic components |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE202013012008U1 true DE202013012008U1 (en) | 2014-12-16 |
Family
ID=52131671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE202013012008.8U Expired - Lifetime DE202013012008U1 (en) | 2013-09-03 | 2013-09-03 | Cooling system for electronic components |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE202013012008U1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102015206197A1 (en) * | 2015-04-08 | 2016-10-13 | Robert Bosch Gmbh | Tempering device and method for its production and arrangement with a tempering device |
| DE102016214959A1 (en) * | 2016-08-11 | 2018-02-15 | Siemens Healthcare Gmbh | Temperature control unit for an electronic component and method for its production |
| DE102017201015A1 (en) | 2017-01-23 | 2018-07-26 | Mahle International Gmbh | battery means |
| DE102017211619A1 (en) | 2017-02-08 | 2018-08-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for electrical contacting and power module |
-
2013
- 2013-09-03 DE DE202013012008.8U patent/DE202013012008U1/en not_active Expired - Lifetime
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| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20150122 |
|
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| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
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