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Title:
HEAT SINK FOR AN ELECTRONIC COMPONENT, AND CORRESPONDING COOLING ARRANGEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/198236
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a heat sink for at least one microchip, comprising a thermally conductive heat sink which has a channel structure for a cooling fluid, which channel structure has a supply and a return, characterised in that the heat sink comprises a cooling plate on each of two opposing outer faces, which cooling plate is thermally and mechanically coupled to the channel structure. The invention also relates to a corresponding cooling arrangement.

Inventors:
CACHO ALONSO JUAN CARLOS (DE)
MEYER ANDREAS (DE)
KNETSCH JÖRG (DE)
Application Number:
PCT/DE2023/100110
Publication Date:
October 19, 2023
Filing Date:
February 10, 2023
Export Citation:
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Assignee:
RITTAL GMBH & CO KG (DE)
International Classes:
H05K7/20
Foreign References:
US5131859A1992-07-21
US10485143B22019-11-19
US20090114373A12009-05-07
JP4027353B22007-12-26
EP2386194B12014-04-30
US20100084120A12010-04-08
DE212012000233U12014-08-18
Attorney, Agent or Firm:
BOEHMERT & BOEHMERT ANWALTSPARTNERSCHAFT MBB (DE)
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Claims:
Ansprüche: Kühlkörper (1) für mindestens einen Mikrochip (100), vorzugsweise eine GPU oder CPU mit einem wärmeleitenden Kühlkörper (2), der eine Kanalstruktur (3) für ein Kühlfluid mit einem Vorlauf (4) und einem Rücklauf (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (2) an zwei gegenüberliegenden Außenseiten jeweils eine Kühlplatte (6) aufweist, die mit der Kanalstruktur (3) thermisch und mechanisch gekoppelt ist. Kühlkörper (1) nach Anspruch 1, bei dem die Kanalstruktur (3) mäanderförmig und parallel zu der mindestens einen Kühlplatte (6) oder zu beiden Kühlplatten

(6) durch den Kühlkörper (2) geführt ist. Kühlkörper (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Kanalstruktur (3) aus mehreren Kanalabschnitten (7) besteht, die über fluidische Übergange (10) miteinander verbunden sind, wobei mindestens einer der Kanalabschnitte (7) zumindest abschnittsweise aus mehreren entlang des Kanalabschnitts (7) fluidisch voneinander getrennten Teilkanälen (8) besteht. Kühlkörper (1) nach Anspruch 3, bei dem die voneinander getrennten Teilkanäle (8) mit der mindestens einen Kühlplatte (6) oder mit beiden Kühlplatten (6) thermisch gekoppelt sind, wobei die Teilkanäle (8) vorzugsweise über Trennwände (9) voneinander fluidisch abgetrennt sind, die mit der mindestens einen Kühlplatte oder mit beiden Kühlplatten (6) thermisch und mechanisch gekoppelt und besonders bevorzugt einteilig mit der mindestens einen Kühlplatte oder mit beiden Kühlplatten (6) ausgebildet sind. Kühlkörper (1) nach Anspruch 3 oder 4, bei dem sich die Teilkanäle (8) zumindest anteilig und vorzugsweise sämtlich über einen vollständigen Abstand zwischen den beiden Kühlplatten (6) erstrecken, wenn der Kühlkörper (2) an den gegenüberliegenden Außenseiten jeweils eine Kühlplatte (6) aufweist. Kühlkörper (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem der Kanalabschnitt

(7) mit den mehreren entlang des Kanalabschnitts (7) fluidisch voneinander getrennten Teilkanälen (8) mit sämtlichen Teilkanälen (8) unmittelbar in den fluidischen Übergang (10) mündet. - Kühlkörper (i) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem die Kanalstruktur (3) mehrere Kanalabschnitte (7) aufweist, die zumindest abschnittsweise aus mehreren entlang des jeweiligen Kanalabschnitts (7) fluidisch voneinander getrennten Teilkanälen (8) bestehen, wobei die Kanalabschnitte (7) eine unterschiedliche Anzahl Teilkanäle (8) aufweisen. . Kühlkörper (1) nach Anspruch 7, bei dem in Strömungsrichtung von dem Vorlauf (4) zu dem Rücklauf (5) ein einem ersten der Kanalabschnitte (7) nachfolgender zweiter Kanalabschnitt (7) eine größere Anzahl Teilkanäle (8) als der erste Kanalabschnitt (7) aufweist. . Kühlkörper (1) nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Kanalabschnitte (7) in Strömungsrichtung von dem Vorlauf (4) zu dem Rücklauf (5) eine von Kanalabschnitt (7) zu Kanalabschnitt (7) stetig anwachsende Anzahl Teilkanäle (8) aufweisen. 0. Kühlkörper (1) nach Anspruch 2 bis 8, bei dem die Teilkanäle (8) sämtlicher Kanalabschnitt (7) parallel zueinander verlaufen, wobei die Teilkanäle (8) vorzugsweise einen konstanten und besonders bevorzugt einen für sämtliche Teilkanäle (8) im Wesentlichen gleichen oder identischen Kanalquerschnitt aufweisen. 1. Kühlkörper (1) nach Anspruch 2 bis 9, bei dem ein in den Rücklauf (5) mündender Kanalabschnitt (7) eine Kanalbreite aufweist, die mindestens dem Doppelten, vorzugsweise mindesten dem Dreifachen und besonders bevorzugt mindestens dem Vierfachen der Breite des in den Vorlauf (4) mündenden Kanalabschnitts (7) entspricht. 2. Kühlkörper (1) nach Anspruch 2 bis 9, bei dem der Rücklauf (5) einen mindestens doppelt so großen, vorzugsweise mindesten dreimal so großen und besonders bevorzugt mindestens viermal so großen Querschnitt wie der Vorlauf (4) aufweist. - Kühlanordnung mit mindestens einem Kühlkörper (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Kühlkörper (2) an seinen beiden gegenüberliegenden Außenseiten jeweils eine Kühlplatte (6) aufweist, und mit mindestens zwei Mikrochips (100), die mit ihrer Wärme abgebenden Seite einander zugewandt mit den gegenüberliegenden Außenseiten der Kühlplatte (6) in thermischem Kontakt stehen. . Kühlanordnung nach Anspruch 13, bei der die elektronischen Komponenten (100) und die gegenüberliegenden Außenseiten der Kühlplatten (6) komplementäre Befestigungsmittel (11, 101) aufweisen, vorzugsweise Durchgangsbohrungen (101) und Gewindeaufnahmen (11). . Kühlanordnung nach Anspruch 12 oder 13, bei der die elektronische Komponenten (100) als Steckkarten ausgebildet sind, wobei die Steckkarten entlang einer Außenkante einen Steckverbinder (102) für die vertikale Montage und elektrotechnische Verbindung der elektronische Komponenten (100) mit jeweils einem separaten Steckplatz (201) einer Vielzahl Steckplätze (201) auf einer Hauptplatine (200) aufweisen, wobei der Abstand der Außenseiten des Kühlkörpers (2) so bemessen ist, dass die beiden elektronische Komponenten (100) zwischen ihren Steckverbindern (102) einen Abstand aufweisen, der einem Rasterabstand der Vielzahl Steckplätze (201) entspricht.

Description:
Kühlkörper für eine elektronische Komponente und eine entsprechende Kühlanordnung

Die Erfindung geht aus von einem Kühlkörper, häufig auch „Cold Plate“ genannt, für mindestens eine elektronische Komponente, mit einem wärmeleitenden Kühlkörper, der eine Kanalstruktur für ein Kühlfluid mit einem Vorlauf und einem Rücklauf aufweist. Ein derartiger Kühlkörper ist in der US 10,485,143 B2 beschrieben. Ein Kühlkörper mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 wird in der US 2009/0114373 Ai offenbart. Ähnliche Anordnungen beschreiben auch die JP 4027353 B2 und die EP 2386 194 Bi.Weitere Kühlelemente sind ebenfalls in der US 2010/0084120 Ai und der DE 212012 000 233 Ai offenbart.

Mit der Rechenleistung vieler elektronischer Komponenten, etwa IT-Komponenten wie Mikrochips (CPUs, GPUs, etc.), Wechselumrichter und dergleichen, steigt auch deren Verlustleistung und damit die Wärmeentwicklung. Die fortschreitende Weiterentwicklung etwa im Bereich der Mikrochip-Technologie ermöglicht Leistungen von teilweise mehr als 400 Watt pro Chip. Aufgrund der gestiegenen Leistungsdichte sind die bekannten luftgekühlten Kühlkörper und Kühlkörper nicht mehr dazu geeignet, die entstehende Verlustleistung in ausreichendem Maß unter Berücksichtigung der beschränkten Platzverhältnisse beispielsweise in Servergehäusen zu dissipieren. Neue Kühltechnologien, wie das „Direkt Chip Cooling“, ermöglichen es zwar, die Mikrochips effektiv zu kühlen. Andererseits sind diese Technologien jedoch wesentlich komplexer und vergleichsweise weniger robust gegenüber Ausfällen als die bekannten Kühlkörper. Auch die aus dem Stand der Technik bekannten Heatpipes, auf Grundlage von Kupferrohren und Aluminiumlamellen weisen eine nur begrenzte Kühlkapazität auf. Grundsätzlich besteht ein Bestreben danach, die Leistungsfähigkeit der elektronischen Komponenten zu maximieren und gleichzeitig ein Produkt mit möglichst geringen Kosten anzubieten. Eine Möglichkeit, die Infrastruktur und ihre Kosten zu verringern, besteht darin, den verfügbaren Platz auf dem Server besser auszunutzen und die Rechenleistung des Servers zu erhöhen, ohne dadurch das verfügbare Volumen zu vergrößern. Dies ermöglicht es auch, bei gegebenem Platzbedarf bestehende Rechenzentren mit höherer Rechenleistung aufzurüsten. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Kühlkörper der eingangs beschriebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass er eine hohe Kühlleistung bei geringem Platzbedarf bereitstellt.

Diese Aufgabe wird durch einen Kühlkörper mit den Merkmalen des Anspruchs i gelöst. Der nebengeordnete Anspruch 13 betrifft eine entsprechende Kühlanordnung.

Demgemäß ist bei einem Kühlkörper vorgesehen, dass der Kühlkörper an beiden der gegenüberliegenden Außenseiten jeweils eine Kühlplatte aufweist, die mit der Kanalstruktur thermisch gekoppelt ist. Der Erfindung liegt somit die Idee zugrunde, abweichend von den aus der Stand der Technik bekannten Kühlkörpern den Kühlkörper plattenförmig, mithin flächig, auszubilden, um bei geringer Abmessung senkrecht zu den gegenüberliegenden Außenseiten eine möglichst große Fläche für die konduktive Wärmeübertragung von einer kühlbedürftigen, elektronischen Komponente auf den Kühlkörper bereitzustellen.

Dadurch ist nicht nur eine der beiden gegenüberliegenden Außenseiten des Kühlkörpers für die Kühlung einer kühlbedürftigen elektronische Komponente zu verwenden, sondern beide Seiten für die Kühlung vorzugsweise mindestens einer elektronische Komponente. In Bezug auf die beiden die Kühlplatten aufweisenden Außenseiten kann der Kühlkörper, insbesondere dessen wärmeleitender Kühlkörper symmetrisch ausgebildet sein, sodass Kühlkörper in zwei um 180° zueinander verdrehten Positionen eine identische Kühlplatte für die thermische Ankopplung einer kühlbedürftigen Elektronische Komponente aufweist.

Wenn die Kanalstruktur des Kühlkörpers mit beiden der an den gegenüberliegenden Außenseiten angeordneten Kühlplatten thermisch gekoppelt ist, wird die von dem Kühlkörper bereitgestellte Kühlleistung gleichermaßen von beiden Kühlplatten bereitgestellt. Der Kühlkörper kann somit auch hinsichtlich der Kanalstruktur in Bezug auf die beiden Kühlplatten symmetrisch ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Kühlkörper vollsymmetrisch in Bezug auf eine Mittelebene des Kühlkörpers, welche sich parallel zu den beiden Kühlplatten erstreckt, sein. Der Vorlauf und der Rücklauf können an einer senkrecht zu den Kühlplatten ausgerichteten Stirnseite des Kühlkörpers angeordnet sein, sodass sie in Bezug auf die Montage von kühlbedürftigen elektronischen Komponenten an den gegenüberliegenden Kühlplatten keine Störstruktur darstellen. Wenn in der vorliegenden Anmeldung ein Kühlfluid beschrieben wird, kann dieses ein einphasiges, aber auch ein mehrphasiges, insbesondere ein zweiphasiges Kühlfluid mit einer Flüssigkeitsphase und einer Dampfphase sein, beispielsweise ein Kühlfluid, das eine Dampfphase aufweist.

Um eine besonders gute thermische Leitfähigkeit des Kühlkörpers und damit eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Kühlleistung über das Volumen des Kühlkörpers bzw. über die Fläche der mindestens einen Kühlplatte bereitzustellen, kann der Kühlkörper, insbesondere zumindest die mindestens eine Kühlplatte und die Kanalstruktur, in einem additiven Fertigungsverfahren, beispielsweise mittels Auftragsschweißens, einteilig ausgebildet sein.

Die Kanalstruktur kann mäanderförmig und parallel zu der mindestens einen oder beiden Kühlplatten durch den Kühlkörper geführt sein. Um eine möglichst hohe Kanalstrukturlänge zu erreichen, kann die Kanalstruktur mindestens zwei Kanalabschnitte aufweisen, die im Wesentlichen parallel zueinander und vorzugsweise so dicht wie möglich gepackt den Kühlkörper durchsetzen, wobei an gegenüberliegenden Stirnseiten des Kühlkörpers mindestens ein fluidischer Übergang zwischen den mindestens zwei Kanalabschnitten vorgesehen sein kann, innerhalb welches aufeinanderfolgende der mindestens zwei parallelen Kanalabschnitte über eine i8o°-Umlenkung miteinander verbunden sind, um die mäanderförmige Kanalstruktur zu bilden.

Vorzugsweise besteht die Kanalstruktur aus mehreren Kanalabschnitten, die über fluidische Übergänge miteinander verbunden sind, wobei mindestens einer der Kanalabschnitte zumindest abschnittsweise aus mehreren entlang des Kanalabschnitts fluidisch voneinander getrennten Teilkanälen besteht. Die Teilkanäle können sich insbesondere parallel zueinander erstrecken. Die Teilkanäle können über Trennwände fluidisch voneinander separiert sein. Die Trennwände können an gegenüberliegenden Längsseiten jeweils mit der mindestens einen oder mit beiden zweier gegenüberliegender Kühlplatten thermisch gekoppelt sein, vorzugsweise einteilig mit der Kühlplatte oder den Kühlplatten ausgebildet sein, um eine optimale Wärmeübertragung zwischen der mindestens einen Kühlplatte und dem die Teilkanäle durchströmenden Fluid zu erreichen. Folglich bestehen die Trennwände vorzugsweise selbst aus einem wärmeleitenden Material. Wenn ein thermischer Übergang zwischen den Trennwänden und mindestens einer Kühlplatte bereitgestellt ist, können die Trennwände zu dem Wärmeabtausch an das die Teilkanäle durchströmende Fluid beitragen.

Die voneinander getrennten Teilkanäle können jeweils mit beiden Kühlplatten thermisch gekoppelt sein. Mithin können die Teilkanäle unmittelbar bis an die gegenüberliegenden Kühlplatten heranreichen, sodass ein die Teilkanäle durchströmendes Fluid in thermischem Kontakt mit den Kühlplatten steht.

Die Teilkanäle können sich zumindest anteilig, vorzugsweise zumindest sämtlich, über einen vollständigen Abstand zwischen den beiden Kühlplatten erstrecken.

Der Kanalabschnitt mit den mehreren entlang des Kanalabschnitts fluidisch voneinander getrennten Teilkanälen kann mit sämtlichen Teilkanälen unmittelbar in den fluidischen Übergang müden. Es ist somit insbesondere nicht erforderlich, dass die Teilkanäle, bevor sie in den fluidischen Übergang münden, miteinander vereinigt werden. Die Vereinigung der durch die Teilkanäle voneinander separierten Fluidströme kann erst im fluidischen Übergang erfolgen. In den fluidischen Übergang können somit in Strömungsrichtung sämtliche der Teilkanäle des den Übergang speisenden Kanalabschnitts als auch sämtliche Teilkanäle des aus dem fluidischen Übergang gespeisten Kanalabschnitts münden. Der Übergang kann als eine Ausnehmung nahe einer Stirnseite des Kühlkörpers ausgebildet sein, in welche sämtliche der zuvor genannten Teilkanäle des speisenden und des gespeisten Kanalabschnitts münden.

Die Kanalstruktur kann mehrere Kanalabschnitte aufweisen, die zumindest abschnittsweise aus mehreren entlang des jeweiligen Kanalabschnitts fluidisch voneinander getrennten Teilkanälen bestehen. Vorzugsweise weisen die Kanalabschnitte eine unterschiedliche Anzahl Teilkanäle auf. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass in Strömungsrichtung von dem Vorlauf zu dem Rücklauf ein einem ersten der Kanalabschnitte nachfolgender zweiter Kanalabschnitt eine größere Anzahl Teilkanäle als der erste Kanalabschnitt aufweist. Die Zunahme der Anzahl der Kanäle in jedem Kanalabschnitt ist dazu eingerichtet, den Volumenanstieg des Kühlmediums aufgrund der Verdampfung der Flüssigkeit zu kompensieren. Je mehr Flüssigkeit in den gasförmigen Zustand übergeht, desto mehr Volumen nimmt sie ein, um den Druckverlust in den Kanälen im Wesentlichen konstant zu halten. Bei Verwendung eines flüssigen Mediums wie Wasser kann darauf verzichtet werden, die Anzahl der Kanäle in jedem Kanalabschnitts zu erhöhen. Insbesondere kann die Summe der Kanalquerschnitte der Teilkanäle des ersten Kanalabschnitts kleiner als die Summe der Kanalquerschnitte der Teilkanäle des zweiten Kanalabschnitts sein. Hierbei kann angestrebt werden, die Kühlfluidgeschwindigkeit und damit den Druckverlust konstant zu halten. Bei einem im Wesentlichen aus einer flüssigen Phase bestehenden Kühlfluid verringert sich die Strömungsgeschwindigkeit im zweiten Kanalabschnitt in Bezug auf den ersten Kanalabschnitt, sodass aufgrund der größeren Verweildauer des Kühlfluids in dem zweiten Kanalabschnitt in Verbindung mit der aufgrund der angewachsenen Anzahl der Teilkanäle vergrößerten Kanalwandoberfläche auch bei gegenüber dem ersten Kanalabschnitt gestiegener Kühlfluidtemperatur immer noch eine ausreichende bzw. konstante Kühlleistung bereitgestellt wird. Die ansteigende Anzahl der Teilkanäle und der damit vergrößerte Strömungsquerschnitt des Kanalabschnitts gegenüber einem in Strömungsrichtung vorangegangenen Kanalabschnitt kann auch zur Kompensation eines Volumenanstiegs des verwendeten Kältemittels dienen, insbesondere dann, wenn es sich um ein 2-Phasen-Kältemittel handelt, welches beim Durchlaufen des Kühlkörpers und zunehmender Wärmeübertragung an das Kältemittel mit steigendem Anteil von der flüssigen Phase in die gasförmige Phase übergeht und dementsprechend ein größeres Volumen einnimmt.

Die Kanalabschnitte können in Strömungsrichtung von dem Vorlauf zu dem Rücklauf eine von Kanalabschnitt zu Kanalabschnitt stetig anwachsende Anzahl Teilkanäle aufweisen.

Die Teilkanäle sämtlicher Kanalabschnitte können parallel zueinander verlaufen, wobei die Teilkanäle vorzugsweise einen konstanten und besonders bevorzugt einen für sämtliche Teilkanäle im Wesentlichen gleichen oder identischen Kanalquerschnitt aufweisen.

Der in den Rücklauf mündende, mithin ein in Strömungsrichtung endstelliger, Kanalabschnitt kann eine Kanalbreite aufweisen, die mindestens dem Doppelten, vorzugsweise mindestens dem Dreifachen und besonders bevorzugt mindestens dem Vierfachen der Breite des in den Vorlauf mündenden Kanalabschnitts entspricht.

Der Rücklauf kann einen mindestens doppelt so großen, vorzugsweise mindesten dreimal so großen und besonders bevorzugt mindestens viermal so großen Querschnitt wie der Vorlauf aufweisen. Dadurch wird auch bei niedrigen Fluiddrücken bzw. niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten eine optimale Abführung des erwärmten Fluids aus dem Kühlkörper gewährleistet.

Gemäß einem anderen Aspekt wird eine Kühlanordnung mit mindestens einem Kühlkörper der zuvor beschriebenen Art und mindestens zwei elektronischen Komponenten beschrieben. Der Kühlkörper weist an seinen beiden gegenüberliegenden Außenseiten jeweils eine Kühlplatte auf. Dabei ist vorgesehen, dass die elektronischen Komponenten mit ihrer Wärme abgebenden Seite einander zugewandt mit den gegenüberliegenden Außenseiten der Kühlplatte in thermischem Kontakt stehen.

Die elektronischen Komponenten und die gegenüberliegenden Außenseiten der Kühlplatten können komplementäre Befestigungsmittel aufweisen, vorzugsweise Durchgangsbohrungen und Gewindeaufnahmen.

Es kann vorgesehen sein, dass der Kühlkörper mit den daran an den gegenüberliegenden Kühlplatten montierten elektronischen Komponenten eine vormontierte Baugruppe darstellen, etwa eine vormontierte Baugruppe einer größeren IT-Einheit, beispielsweise eines Servergehäuses, in welchem sie montiert wird, beispielsweise indem die beiden elektronischen Komponenten über Steckverbinder in Steckplätze einer Hauptplatine eingesetzt werden. Der Kühlkörper bildet dabei eine tragende Struktur für die elektronischen Komponenten. Der Kühlkörper eignet sich damit insbesondere für die Nachrüstung bestehender IT-Infrastrukturen, da durch Einsetzen der bereits an dem Kühlkörper vormontierten elektronischen Komponenten in einem einzigen Montageschritt die elektronischen Komponenten nachgerüstet und die Flüssigkeitskühlung bereitgestellt werden.

Die elektronischen Komponenten können als Steckkarten ausgebildet sein, wobei die Steckkarten entlang einer Außenkante einen Steckverbinder für die vertikale Montage und elektrotechnische Verbindung der elektronischen Komponenten mit jeweils einem separaten Steckplatz einer Vielzahl Steckplätze auf einer Hauptplatine aufweisen können. Dabei kann der Abstand der Außenseiten des Kühlkörpers gerade so bemessen sein, dass die beiden elektronischen Komponenten zwischen ihren Steckverbindern einen Abstand zueinander aufweisen, der einem Rasterabstand der Vielzahl Steckplätze entspricht. Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nahestehenden Figuren erläutert. Dabei zeigt:

Figur i in perspektivischer Darstellung eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers;

Figur 2 eine Schnittansicht des Kühlkörpers gemäß Figur 1;

Figur 3 eine Detailansicht des Kühlkörpers gemäß Figur 2;

Figur 4 den Kühlkörper gemäß Figur 2 in perspektivischer Darstellung;

Figur 5 eine Detailansicht des Kühlkörpers gemäß Figur 4;

Figur 6 in perspektivischer Darstellung eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers;

Figur 7 eine Schnittansicht des Kühlkörpers gemäß Figur 6;

Figur 8 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Kühlanordnung;

Figur 9 eine Detailansicht der Kühlanordnung gemäß Figur 8; und

Figur 10 eine Seitenansicht der Kühlanordnung gemäß Figur 8;

Figur 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers 1. Der Kühlkörper 1 besteht im Wesentlichen aus einem wärmeleitenden Kühlkörper 2, der im Innern eine Kanalstruktur für ein Kühlfluid aufweist, die über einen Vorlauf 4 und einen Rücklauf 5 an einer Stirnseite des Kühlkörpers 2 fluidisch zugänglich sind. Abweichend von den aus der Stand der Technik gekannten Kühlkörpern weist der Kühlkörper 2 an beiden seiner gegenüberliegenden Außenseiten jeweils eine Kühlplatte 6 auf, die über die Kanalstruktur im Innern des Kühlkörpers 2 thermisch gekoppelt ist und damit jeweils mit Kühlleistung versorgt werden. Beide Kühlplatten 6 können somit für die Montage einer kühlbedürftigen IT-Komponente, beispielsweise mit einer CPU oder einer GPU, in thermischen Kontakt gebracht werden, beispielsweise indem die genannte Elektronische Komponente mit einer wärmeabgebenden Seite unmittelbar auf der Kühlplatte 6 montiert wird.

Die Figuren 2 bis 5 zeigen insbesondere die Kanalstruktur 3, die im Innern des Kühlkörpers 2 ausgebildet und mit den beiden gegenüberliegenden Kühlplatten 6 des Kühlkörpers 2 thermisch und mechanisch gekoppelt ist.

Die Kanalstruktur 3 besteht aus sich parallel zueinander erstreckenden Kanalabschnitten 7, welche sich mäanderförmig und parallel zu den Kühlplatten 6 durch den Kühlkörper 2 erstrecken. Die Kanalabschnitte 7 sind jeweils in eine Vielzahl Teilkanäle 8 unterteilt. Die Teilkanäle 8 desselben Kanalabschnitts 7 sind über die Teilkanäle separierende Trennwände 9 fluidisch voneinander isoliert, sodass entlang des Verlaufs der Teilkanäle 8 kein Flüssigkeitsaustausch zwischen den Teilkanälen erfolgt. Sämtliche Teilkanäle 8 desselben Kanalabschnitts 7 münden bei einer Stirnseite des Kühlkörpers 2 in einen fluidischen Übergang 10, wo dann die Vereinigung der Teilvolumenströme der Teilkanäle 8 erfolgt. Des Weiteren werden die vereinten Teilvolumenströme in dem Übergang 10 in Fluidströmungsrichtung um 180° umgelenkt und in einen nachfolgenden Kanalabschnitt 7 überführt, wobei der Volumenstrom wiederum auf eine Vielzahl Teilkanäle 8 aufgeteilt wird.

Wie zu erkennen ist, weist die Kanalstruktur 3 vier Kanalabschnitte 7 auf, die jeweils in eine andere Anzahl Teilkanäle 8 unterteilt sind. In Fluidströmungsrichtung vom Vorlauf 4 zum Rücklauf 5 weist jeder nachfolgende Kanalabschnitt 7 in Bezug auf den in Strömungsrichtung vorangegangenen Kanalabschnitt 7 eine höhere Anzahl Teilkanäle 8 auf, wobei sämtliche Teilkanäle 8 des Kühlkörpers 2 denselben Öffnungsquerschnitt aufweisen. Die Erweiterung der Anzahl der Teilkanäle hat somit eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit beim Übergang in jeden in Strömungsrichtung nachfolgenden Kanalabschnitt 7 zur Folge. Des Weiteren wird die Anzahl der Trennwände 9 und die Fläche der Kühlplatten 6, mit welcher der Kanalabschnitt bzw. das den Kanalabschnitt durchsetzende Fluid in thermischem Kontakt steht, erhöht, wodurch auch bei steigender Kühlfluidtemperatur eine im Wesentlichen gleichbleibende Kühlleistung in Bezug auf die Kühlplatten 6 bereitgestellt werden kann. Die Figur 3 veranschaulicht weiterhin, dass die Trennwände 9 einteilig mit der Kühlplatte 6 ausgebildet sind, beispielweise mithilfe eines additiven Fertigungsverfahrens. Des Weiteren weisen die Trennwände 9 an ihren dem Teilkanal 8 zugewandten Innenseiten eine Oberflächenstruktur 12 auf, wodurch der Wirkungsquerschnitt zwischen dem Kühlfluid und der Trennwand erhöht und ggf. Verwirbelungen erzeugt werden können, um den Wärmeabtausch zwischen dem Kühlfluid und den Trennwänden 9 zu verbessern. Da die Trennwände 9 unmittelbar in die Kühlplatten 6 übergehen bzw. sogar einteilig mit den Kühlplatten 6 ausgebildet sein können, wird eine optimale Wärmeübertragung von der Kühlplatte 6 über die Trennwände 9 und die Oberflächenstruktur 12 auf das die Teilkanäle 8 durchströmende Kühlfluid erreicht.

Die Figuren 4 und 5 veranschaulichen, dass die fluidischen Übergänge 10 als Ausnehmungen ausgebildet sein können, die besonders vorteilhaft für den Aufbau mithilfe eines additiven Fertigungsverfahrens gestaltet sind, wobei sämtliche Teilkanäle 8 der beiden über den Übergang 10 fluidisch miteinander verbundenen Kanalabschnitte 7 in den Übergang 10 münden.

Die Figuren 6 und 7 zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlkörpers 1, der abweichend von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen an nur einer seiner beiden gegenüberliegenden Seiten eine Kühlplatte 6 und an der der Kühlplatte 6 gegenüberliegenden Seite einen Vorlauf 4 sowie einen Rücklauf 5 aufweist. Der Querschnitt gemäß Figur 7 veranschaulicht weiterhin die bevorzugte einteilige Ausführung des Kühlkörpers 1, wodurch einerseits die optimale Wärmeübertragung zwischen dem Kühlkörpers 1 und dem den Kühlkörper 1 durchströmenden Kühlfluid und andererseits eine optimale Wärmeverteilung innerhalb des Kühlkörpers 1 erreicht wird und damit die gesamte Wärmekapazität des Kühlkörpers 1 für die Wärmeübertragung von einer kühlbedürftigen elektrischen Komponente auf den Kühlkörper 1 zur Verfügung steht. Der Kühlkörpers 1 gemäß den Figuren 6 und 7 wird bevorzugt in einem additiven Verfahren hergestellt, wodurch die genannte Einteiligkeit gewährleistet wird.

Die Figuren 8 bis 10 beschreiben eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung, bei der an gegenüberliegenden Außenseiten, welche die Kühlplatten 6 bilden (vgl. Figur 1) jeweils eine elektronische Komponente 100, hier eine GPU, montiert ist, beispielsweise verschraubt ist, sodass die Elektronische Komponente 100 in wärmeübertragendem Kontakt zu jeweils einer der beiden gegenüberliegenden Kühlplatten 6 steht. Die IT-Komponenten 100 sind als Steckkarten ausgebildet, welche für die Installation in einem Servergehäuse 300 in entsprechende Steckplätze 201 auf einer Hauptplatine 200 montiert werden können, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Abweichend vom Stand der Technik ermöglicht es der erfindungsgemäße Kühlkörper 1, dass zwei IT-Komponenten 100 mit dem zwischen ihnen positionierten Kühlkörper 1 eine vormontierbare Baugruppe bilden, die in einem einzigen Montageschritt, nämlich durch Einführen der Steckverbinder 102 der beiden IT- Komponenten 100 in jeweils einen der Steckplätze 201 in dem Gehäuse 300 bzw. auf der Hauptplatine 200 montiert werden können, ohne dass weitere Montageschritte erforderlich wären, um die Kühlung der IT-Komponenten bereitzustellen. Gegebenenfalls ist es lediglich noch erforderlich, die Vorlaufleitung 301 und die Rücklaufleitung 302 an den Vorlauf bzw. den Rücklauf des Kühlkörpers 1 anzuschließen.

Besonders vorteilhaft weist somit der Kühlkörper 1 eine Abmessung senkrecht zu den beiden Kühlplatten 6 auf, die bei auf den Kühlplatten 6 montierten IT-Komponenten 100 einen Abstand zu den beiden Steckverbindern 102 der IT-Komponenten 100 festlegt, welcher dem Abstand der beiden Steckplätze 201 bzw. einem Rasterabstand der Vielzahl Steckplätze 201 entspricht.

Der Kühlkörper 1 und die IT-Komponenten 100 können komplementäre Befestigungsmittel aufweisen, über welche die IT-Komponenten zur Ausbildung einer einteiligen Baueinheit kraftschlüssig mit dem Kühlkörper 1 verbunden werden können. Beispielsweise können die IT-Komponenten 100 Durchgangsbohrungen 101 und der Kühlkörper 1 Gewindebohrungen 11 aufweisen, mithilfe welcher die IT-Komponenten 100 an dem Kühlkörper 1 verschraubt werden können.

Die Figur 10 veranschaulicht, dass mithilfe des erfindungsgemäßen Kühlkörpers 1 eine maximale Packungsdichte der IT-Komponenten 100 im Servergehäuse 300 erreicht werden kann. Insbesondere kann der Kühlkörper 1 eine Abmessung senkrecht zu den Kühlplatten 6 aufweisen, die gerade so bemessen ist, dass der Kühlkörper 1 bei einem gegebenen Rastermaß der Steckplätze 201 nach dem Industriestandard und in diesen Steckplätzen 201 mit ihren wärmeabgebenden Seiten einander zugewandt montierten IT-Komponenten 100 gerade den verbleibenden Zwischenraum zwischen den wärmeabgebenden Seiten der einander zugewandten IT-Komponenten 100 ausfüllt, sodass neben einer optimalen Platzausnutzung auch eine optimale Wärmeübertragung zwischen den Komponenten 100 und dem Kühlkörper 1 gewährleistet ist.

Bezugszeichenliste:

Kühlkörper

Kühlkörper

Kanalstruktur

Vorlauf

Rücklauf

Kühlplatte

Kanalabschnitt

Teilkanal

Trennwand

Übergang

Gewindeaufnahme

Oberflächenstruktur elektronische Komponente

Durchgangsbohrung

Steckverbinder

Hauptplatine

Steckplatz

Servergehäuse

Vorlaufleitung

Rücklaufleitung