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Dokumentenidentifikation DE102006029457B4 17.01.2008
Titel Anordnung zur Befestigung einer Kühlvorrichtung in einem Computersystem
Anmelder Fujitsu Siemens Computers GmbH, 80807 München, DE
Erfinder Müller-Augste, Frank, 86199 Augsburg, DE;
Weishaupt, Werner, 86497 Horgau, DE;
Scherer, August, 86424 Dinkelscherben, DE;
Kain, Roland, 86179 Augsburg, DE;
Daake, Peter, 86836 Untermeitingen, DE
Vertreter Epping Hermann Fischer, Patentanwaltsgesellschaft mbH, 80339 München
DE-Anmeldedatum 27.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006029457
Offenlegungstag 25.01.2007
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 17.01.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.01.2008
IPC-Hauptklasse G06F 1/20(2006.01)A, F, I, 20060627, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H05K 7/20(2006.01)A, L, I, 20060627, B, H, DE   H01L 23/40(2006.01)A, L, I, 20060627, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Befestigung einer Kühlvorrichtung in einem Computersystem, aufweisend eine Grundplatte mit ersten Befestigungselementen zur Aufnahme einer Systemplatine, eine über der Grundplatte angeordnete und mittels der ersten Befestigungselementen befestigte Systemplatine mit einem Sockel zur Aufnahme eines Prozessors, einen in dem Sockel angeordneten Prozessor mit einer Kontaktfläche zur Ableitung von in dem Prozessor erzeugter Wärme, einer auf dem Prozessor in dem Bereich der Kontaktfläche angeordnete Kühlvorrichtung zur Kühlung des Prozessors und eine direkt unter der Systemplatine im Bereich des Sockels angeordnete Unterstützungsplatte zur Minderung einer Durchbiegung der Systemplatine im Bereich des Sockels.

Durch die zunehmende Leistungsfähigkeit von Prozessoren von Computersystemen und der damit verbundenen höheren Verlustwärme werden auch zur Kühlung der Prozessoren eingesetzte Kühlvorrichtungen immer aufwendiger. Während früher relativ leichte, direkt auf dem Prozessor angeordnete passive Kühlvorrichtungen verwendet wurden, kommen heute aufwendigere, aktive Kühlvorrichtungen zum Einsatz, insbesondere großflächige Kühlkörper mit daran montierten Ventilatoren, so genannte Heatpipes oder Wärmerohre zur Ableitung der durch den Prozessor erzeugten Wärme an einen entfernt angeordneten Kühlkörper oder Flüssigkeitskühlköpfe zur Ableitung der erzeugten Wärme in einem Kühlmittelkreislauf. Dabei benötigen die aufwendigeren Kühlvorrichtungen auch aufwendigere Befestigungsmöglichkeiten, da auch ihr Gewicht zunimmt.

Zugleich weisen moderne Prozessoren immer mehr Anschlussflächen zur Kontaktierung von Leiterbahnen einer Systemplatine auf. Nicht nur die Daten- und Adressbusbreite und die damit verbundenen benötigten Anschlussflächen nehmen von Prozessorgeneration zu Prozessorgeneration zu, sondern auch die zur Übertragung der benötigten elektrischen Energie verwendeten Anschlussflächen. Um die benötigte Anzahl von Anschlussflächenkosten günstig zur Verfügung zu stellen, verwenden Prozessor- und Sockelhersteller zunehmend sogenannte "Land Grid Array" (LGA) oder Anschlussflächenmatrix-Sockel. Anders als herkömmliche Prozessoren und Prozessorsockel werden diese nicht mehr in Durchstecktechnik auf eine Systemplatine aufgelötet, sondern in der sogenannten "Surface Mount Device" (SMD) Technik, bei der der Sockel lediglich an eine Oberfläche der Systemplatine angelötet wird.

Um eine Beschädigung der Lötstellen zu verhindern, müssen unzulässige Spannungen, wie sie etwa durch Durchbiegen der Systemplatine während der Montage verursacht werden können, vermieden werden. Hierzu sieht die AMD-Spezifikation "Thermal Design Guide for AMD Socket F (1207) and AMD Socket G (1207) Processors" zu den Prozessorsockeln F und G, auch bekannt als Sockel 1207, eine unter der Systemplatine im Bereich des Sockels angeordnete Unterstützungsplatte vor. Gemäß der Spezifikation wird eine zur Kühlung des Prozessors verwendete Kühlvorrichtung ebenfalls an der Unterstützungsplatte befestigt, um eine sichere und höhenangepasste Befestigung der Kühlvorrichtung in Bezug auf den Prozessor zu ermöglichen. Gemäß Spezifikation darf die Kühlvorrichtung dabei das Gewicht von 450 Gramm nicht überschreiten, um eine zu große Belastung der Systemplatine zu verhindern.

Dies hat jedoch den Nachteil, dass aufwendige Kühlvorrichtungen, wie etwa Heatpipes oder Wasserkühlsysteme, nicht an dem Prozessor befestigt werden können. Eine solche, verhältnismäßig aufwendige Kühlvorrichtung wird jedoch besonders bei sehr leistungsfähigen Computersystemen, oder bei Computersystemen deren Kühlvorrichtung besonders leise betrieben werden soll, benötigt.

Aus der US 6,384,331 B1 ist eine verstärkte Unterstützungsplatte für eine Kühlvorrichtung bekannt, die zwischen einer Systemplatine und einer Grundplatte eines Computergehäuses eingeklemmt angeordnet ist.

Aus der DE 103 55 597 A1 ist ein Kühlsystem zur Kühlung einer in einem Computersystem angeordneten Komponente bekannt, wobei auf dem Kühlkörper ein weiterer Kühlkörper angeordnet ist.

Aus der WO 2004/097935 A2 ist eine Anordnung zum Halten einer verhältnismäßig schweren Kühlvorrichtung bekannt. Die Anordnung umfasst eine Unterstützungsplatte mit Abstandshaltern, die durch eine Systemplatine hindurch treten, um den Kühlvorrichtung zu sichern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten Anordnungen zur Befestigung einer Kühlvorrichtung in einem Computersystem derart weiter zu entwickeln, dass auch aufwendigere Kühlvorrichtungen einsetzbar sind. Dabei soll auch bei der Verwendung von besonders schweren Kühlvorrichtungen eine Durchbiegung der Systemplatine sicher verhindert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung zur Befestigung einer Kühlvorrichtung in einem Computersystem der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung über zweite Befestigungselemente mit der Grundplatte verbunden ist und eine Durchbiegung der Unterstützungsplatte durch zwischen der Grundplatte und der Unterstützungsplatte angeordnete Stützelemente begrenzt wird.

Durch die Befestigung der Kühlvorrichtung an der Grundplatte können an der Kühlvorrichtung auftretende Kräfte an die Grundplatte abgeführt werden, sodass an der Systemplatine keine unzulässigen Kräfte, die eine gefährliche Durchbiegung der Systemplatine verursachen könnten, auftreten. Des Weiteren wird die Durchbiegung der Systemplatine zusätzlich durch zwischen der Grundplatte und der Unterstützungsplatte angeordnete Stützelemente begrenzt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Grundplatte und der Unterstützungsplatte eine Adapterplatte angeordnet, wobei die zweiten Befestigungselemente und die Stützelemente auf der Adapterplatte angeordnet sind und durch die Adapterplatte mit der Grundplatte verbunden sind.

Durch Verwendung einer Adapterplatte kann eine in ein Computersystem eingebaute Grundplatte mit einer Vielzahl unterschiedlicher Systemplatinen und darauf befindlicher Sockel und Prozessoren verwendet werden. Beim Austausch einer der zu verwendenden Komponenten muss lediglich eine neue Adapterplatte verwendet werden, die insbesondere die Lage der Befestigungselemente an die zu verwendenden Komponenten anpasst. Eine Änderung der Grundplatte, die oftmals fest in ein Gehäuse des Computersystems integriert ist, ist nicht nötig.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die zweiten Befestigungselemente und die Stützelemente als Drehteile gefertigt, sodass ein vorbestimmter Höhenunterschied zwischen den Befestigungselementen und den Stützelementen innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs liegt.

Drehteile können im Unterschied zu etwa Blech-Biegeteilen besonders präzise mit sehr geringen Fertigungstoleranzen hergestellt werden. Dadurch, dass sowohl die Befestigungselemente als auch die Stützelemente, die die Systemplatine in dem Bereich des Sockels unterstützen, als Drehteil hergestellt werden, kann eine Verspannung oder Durchbiegung der Systemplatine in dem Bereich des Sockels vermieden werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die zweiten Befestigungselemente und die Stützelemente als einteiliges Drehteil ausgeführt, wobei durch Verjüngung der Drehteile gebildete Auflageflächen als Stützelemente wirken.

Durch Verwendung eines einteiligen Drehteiles kann die Fertigungstoleranz zwischen Befestigungselement und Stützelement noch weiter verringert werden. Darüber hinaus werden weniger Teile zur Befestigung der Kühlvorrichtung benötigt, was die Montage vereinfacht.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend an zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine Anordnung zur Befestigung einer Kühlvorrichtung nach dem Stand der Technik,

2 eine Anordnung zur Befestigung einer Kühlvorrichtung gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung und

3 eine Anordnung zur Befestigung einer Kühlvorrichtung gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.

1 zeigt eine Anordnung zur Befestigung einer Kühlvorrichtung in einem Computersystem nach dem Stand der Technik. Auf einer Grundplatte 1 ist eine Adapterplatte 2 angeordnet. Die Adapterplatte 2 kann beispielsweise mittels in der Grundplatte 1 vorgesehene Befestigungsöffnungen an der Grundplatte 1 fest geschraubt oder in sie eingesteckt werden. Die Adapterplatte 2 dient dazu, eine einheitliche Grundplatte 1 mit einer Vielzahl unterschiedlicher Ausstattungsvarianten eines Computersystems zu verwenden.

An der Adapterplatte 2 sind zwei erste Befestigungselemente 3 angeordnet, über die eine Systemplatine 4 an der Adapterplatte 2 festgelegt ist. Die Anzahl der ersten Befestigungselemente 3 kann dabei für verschiedene Systemplatinen 4 unterschiedlich sein; die gezeigte Anzahl von zwei ersten Befestigungselementen 3 ist nur beispielhaft. Bei den ersten Befestigungselementen 3 handelt es sich beispielsweise um Abstandshalter oder Gewindebolzen, über welche die Systemplatine 4 mittels in der 1 nicht dargestellten Schrauben an der Adapterplatte 2 festgelegt ist. Auf der Systemplatine 4 ist ein Sockel 5 zur Aufnahme eines Prozessors, im Ausführungsbeispiel ein so genannter Sockel F mit 1207 Anschlussflächen in einer Anschlussflächenmatrix angeordnet. Der Sockel 5 ist in der sogenannten SMD-Technik von oben auf die Systemplatine 4 aufgelötet.

In dem Sockel 5 ist des Weiteren ein Prozessor 6, beispielsweise ein sogenannter AMD Opteron Prozessor, angeordnet. Der Prozessor 6 wird über eine in der 1 ebenfalls nicht dargestellte Haltevorrichtung in dem Sockel 5 festgehalten, sodass an der Unterseite des Prozessors 6 angeordnete Anschlussflächen mit zugeordneten Anschlusselementen des Sockel 5 zusammenwirken und eine sichere Signalübertragung zwischen dem Prozessor 6 und der Systemplatine 4 herstellen.

Um eine Durchbiegung der Systemplatine 4 im Bereich des Sockels 5 zu mindern, ist unterhalb der Systemplatine 4 im Bereich des Sockels 5 eine Unterstützungsplatte 7 angeordnet.

Auf der Unterstützungsplatte 7 sind Gewindebolzen 8 angeordnet, über die eine Kühlvorrichtung 9 an der Unterstützungsplatte 7 festgelegt wird. Die Kühlvorrichtung 9 wird beispielsweise durch Schrauben 10 mit daran angeordneten Federelementen 11 an der Unterstützungsplatte 7 festgelegt, wobei die Federelemente 11 einen gleichmäßigen Anpressdruck im Bereich einer Kontaktfläche des Prozessors 6 bewirken.

In der 1 ist des Weiteren ein zusätzliches Befestigungselement 12 dargestellt, durch das die Systemplatine 4 direkt an der Grundplatte 1 festgelegt ist. Das zusätzliche Befestigungselement 12 befindet sich außerhalb des Bereichs des Prozessors 6 und entspricht im Ausführungsbeispiel einem Befestigungselement gemäß dem ATX-Standard.

Problematisch an der in 1 dargestellten Anordnung ist, dass bei der Montage besonders schwerer Kühlvorrichtungen 9 eine Durchbiegung der Systemplatine 4 nicht sicher verhindert werden kann. Denn insbesondere beim Zusammenbau und beim Transport von Computersystemen wirken auf besonders großflächige oder besonders schwere Kühlvorrichtungen wie etwa sogenannte Heatpipes oder Flüssigkeitskühler, große Kräfte ein die dann über die Schrauben 10, die Gewindebolzen 8 und die Unterstützungsplatte 7 an die Systemplatine 4 weitergeleitet werden. Die gestrichelt dargestellte Durchbiegekurve 13 stellt eine mögliche Verformung der Systemplatine 4 dar, bei der Lötpunkte des Sockels 5 beschädigt werden können.

2 zeigt eine Anordnung zur Befestigung einer Kühlvorrichtung in einem Computersystem gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung. Auf einer Grundplatte 1 ist eine Adapterplatte 2 angeordnet, die erste Befestigungselemente 3 aufweist, welche zur Befestigung einer Systemplatine 4 dienen.

Die Systemplatine 4 weist einen Sockel 5 auf, in dem ein Prozessor 6 angeordnet ist.

Zusätzlich sind auf der Adapterplatte 2 zweite Befestigungselemente angeordnet, an denen eine Kühlvorrichtung 9 befestigt ist. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den zweiten Befestigungselementen um gedrehte Gewindebuchsen 14, in die eine Schraube 10 zur Befestigung der Kühlvorrichtung 9 eingeschraubt ist. Über Federelemente 11 wird die Kühlvorrichtung 9 gleichmäßig an eine zu kühlende Kontaktfläche des Prozessors 6 angedrückt.

Des Weiteren sind auf der Adapterplatte 2 Abstandshalter 15 angeordnet, bei denen es sich ebenfalls um Drehteile handelt. Die Abstandshalter 15 wirken als Stützelemente und begrenzen eine Durchbiegung der Systemplatine 4 und einer im Bereich des Sockels 5 darunter angeordneten Unterstützungsplatte 7 nach unten hin. Somit ist eine mögliche Durchbiegung der Systemplatine 4 durch die Durchbiegekurve 13 nach unten hin begrenzt und sehr viel geringer als in der Anordnung gemäß 1.

Die Kühlvorrichtung 9 gibt auf sie wirkende Kräfte nicht an die Systemplatine weiter. Denn die Befestigung der Kühlvorrichtung 9 mittels der Federelemente 11, der Schrauben 10, der Gewindebuchsen 14 und der Adapterplatte 2 gibt auf die Kühlvorrichtung 9 wirkende Kräfte direkt an die Grundplatte 1 des Computersystems weiter. Die Systemplatine 4 ist nicht direkt mit den Gewindebuchsen 14 verbunden. Stattdessen sind in der Systemplatine 4 Öffnungen 16 vorgesehen, durch die die Gewindebuchsen 14 spannungsfrei durchtreten.

3 zeigt eine Anordnung zur Befestigung einer Kühlvorrichtung in einem Computersystem gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Die Anordnung umfasst wiederum eine Grundplatte 1, eine Adapterplatte 2 mit daran befestigten ersten Befestigungselementen 3, sowie eine durch die Befestigungselemente 3 auf der Adapterplatte 2 festgelegte Systemplatine 4. Auf der Systemplatine 4 ist ein Sockel 5 mit einem darin aufgenommenen Prozessor 6 angeordnet. Unterhalb der Systemplatine 4 befindet sich im Bereich des Sockels 5 eine Unterstützungsplatte 7, die eine Durchbiegung der Systemplatine 4 im Bereich des Sockels 5 mindert.

Des Weiteren sind auf der Adapterplatte 2 Stufenbolzen 17 angeordnet, durch die in dieser Ausgestaltung die zweiten Befestigungselemente realisiert sind. In der gezeigten zweiten Ausgestaltung fungieren die Stufenbolzen 17 als die einzigen Befestigungsstellen für eine Kühlvorrichtung 9 und gleichzeitig als Stützelemente für die Unterstützungsplatte 7. Dazu weisen die Stufenbolzen 17, die als Drehteil gefertigt sind, einen unteren Bereich mit einem größeren Durchmesser auf, dessen oberes Ende eine Auflagefläche 18 bildet, die als Stützelement für die Unterstützungsplatte 7 wirkt. Des weiteren weisen die Stufenbolzen 17 einen verjüngten oberen Bereich mit einem darin eingebrachten Gewinde auf, die als Befestigungsstelle für die Kühlvorrichtung 9 dient. Dazu ist die Kühlvorrichtung 9 mittels Schrauben 10 und Federelementen 11 mit den Stufenbolzen 17 verschraubt. Der obere verjüngte Teil der Stufenbolzen 17 tritt dabei spannungsfrei durch Öffnungen 16 der Systemplatine 4 hindurch.

Ein zusätzlicher Vorteil der Anordnung gemäß der zweiten Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Anordnung gemäß dem Stand der Technik, die in 1 dargestellt ist, weitgehend ungeändert übernommen werden kann. Insbesondere die Unterstützungsplatte 7 und die Adapterplatte 2 haben die selben Ausmaße wie in der in 1 dargestellte Anordnung. Lediglich die Gewindebolzen 8 müssen von der Unterstützungsplatte 7 entfernt werden und der Durchmesser der Öffnung 16 gegebenenfalls durch Aufbohren an den Durchmesser des oberen Teils des Stufenbolzens 17 angepasst werden.

Zudem können die Stufenbolzen 17 zugleich die Funktion der zweiten Befestigungselemente zur Festlegung der Kühlvorrichtung 9 an der Grundplatte 1 des Computersystems als auch die Funktion der Stützelemente zur Begrenzung der Durchbiegung der Unterstützungsplatte 7 übernehmen. Somit werden nur wenige, beispielsweise zwei oder vier Stufenbolzen 17 als zusätzliches Befestigungsteil zur Festlegung besonders leistungsfähiger Kühlvorrichtungen 9 an einer standardkonformen Systemplatine 4 benötigt.

1
Grundplatte
2
Adapterplatte
3
erstes Befestigungselement
4
Systemplatine
5
Sockel
6
Prozessor
7
Unterstützungsplatte
8
Gewindebolzen
9
Kühlvorrichtung
10
Schraube
11
Federelement
12
zusätzliches Befestigungselement
13
Durchbiegekurve
14
Gewindebuchsen
15
Abstandshalter
16
Öffnung
17
Stufenbolzen
18
Auflagefläche


Anspruch[de]
Anordnung zur Befestigung einer Kühlvorrichtung (9) in einem Computersystem, aufweisend

– eine Grundplatte (1) mit ersten Befestigungselementen (3) zur Aufnahme einer Systemplatine (4),

– eine über der Grundplatte (1) angeordnete und mittels der ersten Befestigungselemente (3) befestigte Systemplatine (4) mit einem Sockel (5) zur Aufnahme eines Prozessors (6),

– einen in dem Sockel (5) angeordneten Prozessor (6) mit einer Kontaktfläche zur Ableitung von in dem Prozessor (6) erzeugter Wärme,

– eine auf dem Prozessor (6) in dem Bereich der Kontaktfläche angeordnete Kühlvorrichtung (9) zur Kühlung des Prozessors (6) und

– eine direkt unter der Systemplatine (4) im Bereich des Sockels (5) angeordnete Unterstützungsplatte (7) zur Minderung einer Durchbiegung der Systemplatine (4) im Bereich des Sockels (5),

dadurch gekennzeichnet, dass

– die Kühlvorrichtung (9) über zweite Befestigungselemente (14, 17) mit der Grundplatte (1) verbunden ist und

– eine Durchbiegung der Unterstützungsplatte (7) durch zwischen der Grundplatte (1) und der Unterstützungsplatte (7) angeordnete Stützelemente (15, 18) begrenzt wird.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Grundplatte (1) und der Unterstützungsplatte (7) eine Adapterplatte (2) angeordnet ist, wobei die zweiten Befestigungselemente (14, 17) und die Stützelemente (15, 18) auf der Adapterplatte (2) angeordnet sind und durch die Adapterplatte (2) mit der Grundplatte (1) verbunden sind. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Befestigungselemente (14, 17) und die Stützelemente (15, 18) als Drehteile gefertigt sind, sodass ein vorbestimmter Höhenunterschied zwischen den zweiten Befestigungselementen (14, 17) und den Stützelementen (15, 18) innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs liegt. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Befestigungselemente (17) und die Stützelemente (18) als einteilige Drehteile (17) ausgeführt sind, wobei durch Verjüngungen des Drehteils (17) gebildete Auflageflächen (18) als Stützelemente wirken. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (6) eine Anschlussflächenmatrix zur Kontaktierung von Anschlusselementen des Sockels (5) aufweist. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (9) über Federelemente (11) an der Grundplatte (1) festgelegt ist, über die ein Anpressdruck des Kühlvorrichtung (9) an die Kontaktfläche des Prozessors (6) festlegbar ist.






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