DE19643612A1

DE19643612A1 - Heat-sink element for IC module

Info

Publication number: DE19643612A1
Application number: DE1996143612
Authority: DE
Inventors: Ernst Engst; Norbert Dipl Ing Hersch; Thomas Dipl Ing Schmidt
Original assignee: Oce Printing Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Canon Production Printing Germany GmbH and Co KG
Priority date: 1996-10-22
Filing date: 1996-10-22
Publication date: 1998-04-30

Abstract

The heat sink element (1) has a rectangular flat plate with a cross-sectional area perpendicular to its thickness which is greater than that of the IC module (10) and provided with integral fixing elements (2) for holding it in thermal contact with the IC module. The fixing elements are positioned around the outside of the contact surface between the heat sink element and the IC module and secured to the printed circuit board (8) in which the IC module is mounted.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper für einen IC-Baustein mit einem flachen Gehäuse, aus dessen Unterseite eine Viel zahl von Kontaktstiften senkrecht hervorstehen, und insbeson dere einen Kühlkörper für einen IC-Baustein mit verhältnis mäßig hoher Verlustleistung, etwa einen Prozessor.The invention relates to a heat sink for an IC chip with a flat case, from the bottom of which a lot number of contact pins protrude vertically, and in particular another a heat sink for an IC chip with ratio moderately high power loss, such as a processor.

Prozessoren neuerer Bauart haben eine Verlustleistung in der Größenordnung 10 Watt, so daß sie besonderer Kühlung bedür fen. Dazu verwendet man konventionell einen flachen Kühl körper, dessen Breite und Länge ungefähr der Breite und der Länge des Prozessors entsprechen. Der Kühlkörper hat eine glatte Unterseite, mit der er auf den Prozessor aufgesetzt wird, wobei zwischen der Unterseite des Kühlkörpers und dem Prozessor Wärmeleitpaste oder eine Wärmeleitfolie angebracht werden kann, um den Wärmeübergang vom Prozessor auf den Kühlkörper zu verbessern. Der Kühlkörper wird beispielsweise durch Klemmvorrichtungen oder eine selbstklebende Wärmeleit folie am Prozessor festgehalten. Die Oberseite des Kühlkör pers hat ein geeignetes Oberflächenprofil, etwa Kühlrippen, die im Luftstrom eines darüber angebrachten Lüfters liegen.Processors of newer design have a power loss in the The order of 10 watts, so that they require special cooling fen. Conventionally, flat cooling is used for this body, the width and length of which approximate the width and the Correspond to the length of the processor. The heat sink has one smooth underside with which it is placed on the processor being, between the bottom of the heat sink and the Processor thermal paste or a thermal foil attached can be used to control the heat transfer from the processor to the Improve heat sink. The heat sink, for example by clamping devices or a self-adhesive thermal conductor film held on the processor. The top of the heat sink pers has a suitable surface profile, such as cooling fins, which are in the airflow of a fan attached above.

Ein solcher Aufbau hat eine verhältnismäßig große Höhe. Bei genormten Aufbausystemen für elektrische Anlagen, mit ein schiebbaren und wieder herausziehbaren Baugruppen, die eine relativ geringe Normbreite von beispielsweise 20,32 mm oder einem Vielfachen davon haben, nimmt ein konventioneller Auf bau aus Prozessor, Kühlkörper und Lüfter häufig zu viel Platz in Anspruch, um in einer Baugruppe mit der kleinstmöglichen Breite untergebracht zu werden. Verwendet man eine Baugruppe mit der doppelten Normbreite, verliert man jedoch einen Einschubplatz, und in der Baugruppe mit dem Prozessor wird viel Platz verschenkt.Such a structure has a relatively large height. At standardized construction systems for electrical systems, with a sliding and extractable assemblies, the one relatively small standard width of, for example, 20.32 mm or have a multiple of them, a conventional intake build out of processor, heat sink and fan often too much space claim to be in an assembly with the smallest possible Width to be accommodated. If you use an assembly with twice the standard width, you lose one Slot, and in the assembly with the processor wasted a lot of space.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kühlkörper für einen IC-Baustein zu schaffen, der eine möglichst geringe Gesamt-Bau höhe erlaubt, sowie ein dafür geeignetes Montageverfahren zu schaffen.The object of the invention is to provide a heat sink for one IC module to create the lowest possible overall construction height allowed, as well as a suitable assembly process to accomplish.

Diese Aufgabe wird bei einem Kühlkörper mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß der Kühlkörper die Form einer im wesentlichen flachen Platte hat, deren Querschnitts fläche senkrecht zu ihrer Dicke wesentlich größer als die Querschnittsfläche des IC-Bausteins senkrecht zu seiner Dicke ist, und dadurch, daß der Kühlkörper um eine Kontaktfläche für einen Wärmeübergang vom IC-Baustein herum einstückig an geformte Teile hat, deren Höhe senkrecht zur Dicke des Kühl körpers der Bauhöhe des IC-Bausteins auf einer Leiterplatte entspricht.This task is performed on a heat sink with the characteristics of Claim 1 solved in that the heat sink the shape a substantially flat plate, the cross section of which area perpendicular to its thickness is much larger than that Cross-sectional area of the IC chip perpendicular to its thickness and in that the heat sink around a contact surface for heat transfer from the IC component in one piece has molded parts whose height is perpendicular to the thickness of the cooling body of the height of the IC chip on a circuit board corresponds.

Der Kühlkörper wird so montiert, daß die einstückig daran angeformten Teile die Leiterplatte in der Umgebung des IC-Bau steins berühren und daran befestigt sind, vorzugsweise mittels Schrauben. Die am Kühlkörper angeformten Teile haben mehrere Funktionen:The heat sink is mounted so that it is integral with it molded parts the circuit board in the vicinity of the IC construction touch stone and are attached to it, preferably by means of screws. Have the molded parts on the heat sink several functions:

Erstens ermöglichen sie eine einfache und mechanisch stabile Befestigung des Kühlkörpers an der Leiterplatte. Anders als bei konventioneller Befestigung eines großflächigen Kühlkör pers an einem Prozessor besteht daher keine Gefahr, daß sich der Kühlkörper durch sein Eigengewicht, durch Vibrationen und/oder durch Krafteinwirkung beim Transport vom Prozessor ablöst oder der Prozessor aus seinem Sockel gezogen wird, und es kann ein relativ großflächiger und damit schwerer Kühl körper verwendet werden.First, they allow a simple and mechanically stable Attaching the heat sink to the circuit board. Different to with conventional mounting of a large heat sink pers on a processor there is therefore no risk that the heat sink through its own weight, through vibrations and / or by force during transport from the processor detaches or the processor is pulled out of its socket, and it can be a relatively large and therefore heavy cooling body can be used.

Zweitens sorgen die am Kühlkörper angeformten Teile für eine genau definierte Lage der Kontaktfläche am Kühlkörper in bezug auf die Oberseite des IC-Bausteins, so daß der Wärme übergangswiderstand minimiert werden kann, ohne übermäßigen mechanischen Druck auf den IC-Baustein auszuüben. Diese Lage ist besonders genau definiert, wenn die angeformten Teile möglichst nahe am Kühlkörper angeordnet sind. Eventuell vor handene Fertigungstoleranzen in der Höhe des Sockels und des IC-Bausteins können durch Verwendung von Wärmeleitpaste oder einer nachgiebigen Wärmeleitfolie bzw. durch das weiter unten beschriebene Montageverfahren ausgeglichen werden.Second, the molded parts on the heat sink provide one precisely defined position of the contact surface on the heat sink in referring to the top of the IC chip, so that the heat Contact resistance can be minimized without excessive to exert mechanical pressure on the IC chip. This location is particularly well defined when the molded parts are arranged as close as possible to the heat sink. Possibly before existing manufacturing tolerances in the height of the base and IC chips can be made using thermal paste or a resilient heat-conducting film or by the below described assembly procedures are compensated.

Drittens führen die am Kühlkörper angeformten Teile einen Teil der Verlustwärme des IC-Bausteins in die Leiterplatte ab, wodurch die Kühloberfläche effektiv vergrößert wird und mechanische Spannungen aufgrund von Wärmeausdehnung vermieden werden. Der Wärmeübergang auf die Leiterplatte kann durch geeignete Formgebung der angeformten Teile verbessert werden. Der Wärmeübergang auf die Leiterplatte ist besonders gut, wenn die Berührungsfläche des Kühlkörpers mit der Leiterplat te verkupfert ist, beziehungsweise noch besser, wenn zusätz lich Durchkontaktierungen zu weiteren inneren oder äußeren Kupferlagen der Leiterplatte bestehen.Third, the molded parts on the heat sink lead one Part of the heat loss of the IC chip in the circuit board which effectively increases the cooling surface and mechanical stresses due to thermal expansion avoided will. The heat transfer to the circuit board can be caused by suitable shaping of the molded parts can be improved. The heat transfer to the circuit board is particularly good, when the contact surface of the heat sink with the circuit board is copper-plated, or even better if additional Vias to additional inner or outer There are copper layers on the circuit board.

Viertens nehmen die am Kühlkörper angeformten Teile nur wenig Fläche auf der Leiterplatte in Anspruch, und der verbleibende Raum unterhalb des Kühlkörpers kann für weitere Komponenten einer Baugruppe genutzt werden. Falls der IC-Baustein ein Prozessor ist, haben alle übrigen Komponenten häufig eine geringere Bauhöhe als der Prozessor einschließlich Sockel, so daß die gesamte Querschnittsfläche der Leiterplatte bzw. Baugruppe für den Kühlkörper genutzt werden kann.Fourth, the molded parts on the heat sink take little Area on the circuit board in use, and the remaining Space below the heat sink can be used for additional components an assembly can be used. If the IC module is a Processor, all other components often have one lower height than the processor including socket, so that the entire cross-sectional area of the circuit board or Assembly for the heat sink can be used.

Fünftens benötigt man wegen der großen Querschnittsfläche des Kühlkörpers und der zusätzlichen Wärmeableitung über die Leiterplatte keinen eigenen Lüfter für den IC-Baustein, sondern die Wärmeableitung kann durch eine ohnehin vorhandene Zwangsbelüftung erfolgen. Da ein separater Lüfter nicht not wendig ist, ergibt sich eine sehr geringe Gesamt-Bauhöhe. Ein Leistungs-IC-Baustein mit einem erfindungsgemäßen Kühlkörper kann daher auch in verhältnismäßig flachen bzw. schmalen Baugruppen oder Einschüben eingesetzt werden, wie sie in standardisierten Aufbausystemen verwendet werden.Fifth, because of the large cross-sectional area of the Heat sink and the additional heat dissipation via the PCB does not have its own fan for the IC module, but the heat dissipation can be done by an existing one Forced ventilation. Since a separate fan is not necessary agile, the overall height is very low. A Power IC module with a heat sink according to the invention can therefore also in relatively flat or narrow Assemblies or inserts are used, as in standardized construction systems can be used.

In einer Ausführungsform sind die einstückig angeformten Teile des Kühlkörpers ein rechteckiger Rahmen aus vier mit einander verbundenen Stegen, der den IC-Baustein im montier ten Zustand auf allen vier Seiten in geringem Abstand umgibt.In one embodiment, they are molded in one piece Parts of the heat sink using a rectangular frame of four interconnected webs that assemble the IC chip th surrounding on all four sides at a short distance.

In einer weiteren Ausführungsform sind die einstückig ange formten Teile des Kühlkörpers zwei gerade parallele Stege, die sich über die gesamte Breite des Kühlkörpers erstrecken können und deren Abstand voneinander etwas größer als die Länge oder Breite des IC-Bausteins ist, wobei der IC-Baustein bei montiertem Kühlkörper zwischen den Stegen liegt.In a further embodiment, the are in one piece parts of the heat sink formed two straight parallel webs, which extend across the entire width of the heat sink can and their distance from each other slightly larger than that The length or width of the IC chip is the IC chip with the heat sink installed between the bars.

Der erfindungsgemäße Kühlkörper ermöglicht sehr hohe Packungsdichten von elektrischen und elektronischen Komponen ten. Seine Verwendung in Aufbausystemen mit definierten bzw. eingeschränkten Abmessungen wie z. B. bei international genormten Aufbausystemen für elektrische Anlagen ermöglicht daher eine hohe Anzahl von Baugruppen und eine hohe elektri sche Leistung pro Volumeneinheit.The heat sink according to the invention enables very high Packing densities of electrical and electronic components Its use in construction systems with defined or restricted dimensions such. B. at international standardized construction systems for electrical systems therefore a large number of modules and a high electrical cal performance per unit volume.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Montageverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9. Dieses Verfahren umfaßt die Schritte, daß vor der Montage des Kühlkörpers der IC-Baustein so auf einem zugehörigen Sockel auf einer Leiterplatte auf gesetzt wird, daß jeder Kontaktstift teilweise in ein zuge höriges Kontaktloch im Sockel eindringt, daß der Kühlkörper auf den IC-Baustein aufgesetzt und am Umfang des IC-Bausteins durch mehrere Schraubelemente mit der Leiterplatte verbunden wird und daß die Schraubelemente gleichzeitig oder schritt weise reihum angezogen werden, wobei die Kontaktstifte tiefer in die Kontaktlöcher im Sockel eindringen.The invention further relates to an assembly method with the Features of claim 9. This method includes Steps that before assembling the heat sink the IC chip so on an associated base on a circuit board is set that each contact pin partially in a audible contact hole in the base penetrates that the heat sink placed on the IC chip and on the circumference of the IC chip connected to the circuit board by several screw elements and that the screw elements at the same time or step be tightened in turn, with the contact pins lower penetrate into the contact holes in the base.

Danach werden der IC-Baustein und der Kühlkörper dauerhaft mit einer Kraft zusammengedrückt, die aus den elastischen Eigenschaften der einzelnen Kontaktstifte/Kontaktloch-Paare resultiert, so daß auf einfache Weise ein guter Wärmeübergang zwischen dem IC-Baustein und dem Kühlkörper sichergestellt ist, der durch Vibrationen, das Eigengewicht des Kühlkörpers oder andere mechanische Beanspruchungen nicht beeinträchtigt wird. Zur weiteren Verbesserung des Wärmeübergangs kann zwi schen den Kühlkörper und den IC-Baustein eine Wärmeleitfolie gelegt werden. Falls die Wärmeleitfolie eine gewisse Eigen elastizität hat, wird auch die Unempfindlichkeit gegenüber Vibrationen oder dergleichen weiter erhöht.After that, the IC chip and the heat sink become permanent squeezed with a force coming from the elastic Properties of the individual contact pins / contact hole pairs results in a simple way that good heat transfer ensured between the IC chip and the heat sink is due to vibrations, the weight of the heat sink or other mechanical loads becomes. To further improve the heat transfer between between the heat sink and the IC module be placed. If the heat-conducting film has a certain property has elasticity, will also be insensitive to Vibrations or the like further increased.

Bei einer derartigen Montage eines Kühlkörpers gemäß der Erfindung wird die maximale Eindringtiefe der Kontaktstifte in die Kontaktlöcher durch die einstückig am Kühlkörper ange formten Teile festgelegt, welche Abstandselemente zwischen dem Kühlkörper und der Leiterplatte bilden. Nach dem Fest ziehen der Schrauben ist der Kühlkörper sicher an der Leiter platte befestigt.With such an assembly of a heat sink according to the Invention is the maximum depth of penetration of the contact pins in the contact holes through the one piece on the heat sink molded parts set which spacers between form the heat sink and the circuit board. After the festival pulling the screws, the heat sink is securely attached to the ladder plate attached.

Für einen Ausbau des IC-Bausteins kann der Kühlkörper durch Lösen der Schrauben leicht wieder demontiert werden. Wird lediglich der Kühlkörper demontiert, muß allerdings vor einer erneuten Montage der IC-Baustein aus seinem Sockel gezogen werden, um bei Wiedermontage die Bauteiletoleranzen aus zu gleichen.The heat sink can be used to remove the IC module Loosen the screws again easily. Becomes only the heat sink disassembled, but must be in front of one Reinstall the IC chip from its socket to remove the component tolerances when reassembling same.

Die Erfindung eignet sich für alle Arten von Leistungs-IC-Bau steinen (integrierten Schaltungen) mit einer ebenen Ober seite zur Wärmeableitung mittels Kühlkörper und insbesondere für Prozessoren mit höherer Verlustleistung.The invention is suitable for all types of power IC construction stones (integrated circuits) with a flat top side for heat dissipation by means of heat sinks and in particular for processors with higher power dissipation.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren erläutert. Darin zeigen:Exemplary embodiments of the invention are described below of the figures explained. In it show:

Fig. 1A eine Rückansicht eines flachen Kühlkörpers mit einem angeformten Rahmen aus vier mit einander verbundenen Stegen, Fig. 1A is a rear view of a flat heat sink with a molded frame made of four interconnected with webs,

Fig. 1B eine Rückansicht eines flachen Kühlkörpers mit zwei angeformten parallelen Stegen, Fig. 1B is a rear view of a flat heat sink with two integrally formed parallel ridges,

Fig. 1C eine Schnittansicht des Kühlkörpers von Fig. 1A bzw. 1B, Fig. 1C is a sectional view of the heatsink of Fig. 1A and 1B, respectively,

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Aufbausystems mit mehreren Baugruppen, in denen jeweils ein Prozessor und der Kühlkörper von Fig. 1A oder Fig. 1B eingebaut sind, Fig. 2 is a sectional view of a construction system with several modules, each containing a processor and the heat sink of Fig. 1A or Fig. 1B are installed,

Fig. 3A eine Schnittansicht der Leiterplatte mit Prozessor und dem Kühlkörper von Fig. 1A einer einzelnen Baugruppe von Fig. 2, Fig. 3A is a sectional view of the printed circuit board with a processor and the heat sink of Fig. 1A of a single module of Fig. 2,

Fig. 3B eine Draufsicht auf die Anordnung von Fig. 3A, wobei Teile des Kühlkörpers und des Prozessors weggelassen sind, und Fig. 3B is a plan view of the arrangement of Fig. 3A, in which parts of the heatsink and of the processor are omitted, and

Fig. 4A, 4B Ausschnittsvergrößerungen von Fig. 3A zur Erläuterung des Montageverfahrens. FIG. 4A, 4B, enlarged details of Fig. 3A for explaining the assembly process.

Der in Fig. 1A gezeigte Kühlkörper 1 ist eine rechteckige flache Metallplatte, an deren Rückseite ein rechteckiger Rahmen aus vier miteinander verbundenen Stegen 2 angeformt ist. In der Schnittansicht von Fig. 1C ist zu erkennen, daß jeder Steg 2 einen ungefähr quadratischen Querschnitt hat, daß die Rückseite des Kühlkörpers 1 mit Ausnahme der Stege 2 eben ist und daß die Vorderseite des Kühlkörpers 1 profiliert ist, so daß viele kleine Kühlrippen 3 gebildet werden. Der Kühlkörper 1 wird zusammen mit den Stegen 2 und den Kühlrip pen 3 als Gußteil hergestellt, beispielsweise aus Aluminium. Durch jeden Steg 2 ist ein Gewindeloch 4 gebohrt, das sich senkrecht zur Ebene des Kühlkörpers 1 erstreckt. Die Fläche des Kühlkörpers 1 zwischen den Stegen 2 bildet eine Kon taktfläche für den Wärmekontakt mit einem zu kühlenden IC-Bau stein, etwa einem Prozessor.The heat sink 1 shown in FIG. 1A is a rectangular flat metal plate, on the rear side of which a rectangular frame is formed from four webs 2 connected to one another. In the sectional view of Fig. 1C it can be seen that each web 2 has an approximately square cross-section, that the back of the heat sink 1 is flat with the exception of the webs 2 and that the front of the heat sink 1 is profiled, so that many small cooling fins 3rd be formed. The heat sink 1 is produced together with the webs 2 and the Kühlrip pen 3 as a casting, for example made of aluminum. A threaded hole 4 is drilled through each web 2 and extends perpendicular to the plane of the heat sink 1 . The surface of the heat sink 1 between the webs 2 forms a con tact surface for thermal contact with an IC component to be cooled, such as a processor.

Der in Fig. 1B gezeigte Kühlkörper 1' ist dem Kühlkörper von Fig. 1A ähnlich, unterscheidet sich aber darin, daß anstelle des rechteckigen Rahmens aus vier Stegen 2 zwei voneinander getrennte Stege 2' am Kühlkörper 1' angeformt sind, die im Abstand parallel zueinander verlaufen. Die Stege 2' haben den gleichen Abstand voneinander wie zwei einander gegenüber liegende Stege 2 in Fig. 1A. Anders als in Fig. 1A erstrecken sich die Stege 2' in Fig. 1B über die gesamte Breite des Kühlkörpers 1'. In jeden Steg 2' sind zwei Gewindelöcher 4' gebohrt.The heat sink 1 'shown in Fig. 1B is similar to the heat sink of Fig. 1A, but differs in that instead of the rectangular frame of four webs 2, two separate webs 2 ' are formed on the heat sink 1 ', which are parallel to each other at a distance run. The webs 2 'are at the same distance from one another as two webs 2 lying opposite one another in FIG. 1A. In contrast to FIG. 1A, the webs 2 'in FIG. 1B extend over the entire width of the heat sink 1 '. Two threaded holes 4 'are drilled in each web 2 '.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch ein Standard-Aufbausystem für elektrische Baugruppen. Das Aufbausystem umfaßt ein rechteckiges Gestell als Baugruppenträger, von dem in der Zeichnung lediglich Frontplatten 5 und eine Rückwand 6 sichtbar sind. In den Baugruppenträger sind mehrere flache Baugruppen 7 nebeneinander eingeschoben. Jede Baugruppe 7 enthält eine Leiterplatte 8, die von vorne bzw. wie in Fig. 2 gesehen von unten in nicht dargestellte Führungen im Bau gruppenträger einschiebbar ist und darin festgehalten wird, Rückwandstecker 9 zur Verbindung mit einer Stromversorgung und einem Systembus in der Rückwand (in der Zeichnung nicht gezeigt) sowie eine Anzahl von elektronischen Bauelementen, von denen in der Zeichnung lediglich ein Prozessor 10 gezeigt ist. Fig. 2 shows a section through a standard assembly system for electrical assemblies. The construction system comprises a rectangular frame as a rack, of which only front panels 5 and a rear wall 6 are visible in the drawing. Several flat assemblies 7 are pushed next to one another in the subrack. Each assembly 7 contains a circuit board 8 , which can be inserted from the front or as seen in Fig. 2 from below into guides not shown in the construction group carrier and is held therein, backplane connector 9 for connection to a power supply and a system bus in the rear wall (in of the drawing) and a number of electronic components, of which only one processor 10 is shown in the drawing.

Jeder Prozessor 10 sitzt auf einem Stecksockel 11, der auf der Leiterplatte 8 festgelötet ist. Über jedem Prozessor 10 ist ein Kühlkörper 1 wie in Fig. 1A angebracht. Alternativ können z. B. die Kühlkörper 1' von Fig. 1B verwendet werden. Der Kühlkörper 1 berührt die Oberseite des zu kühlenden Pro zessors 10 mit der ebenen Kontaktfläche zwischen den Stegen 2, wobei der Rahmen aus den Stegen 2 den Prozessor 1 in geringem Abstand umgibt. Die Stege 2 sind mittels Schrauben 12, die in die Gewindelöcher 4 geschraubt sind, an der Leiterplatte 8 festgeschraubt. Der Kühlkörper 1 ragt in der Ebene der Leiterplatte 8 um mehr als die Breite des Prozes sors 10 über die Stege 2 hinaus, wobei er fast bis an die Frontplatte 5 und die Rückwand 6 des Baugruppenträgers bzw. an nicht dargestellte Ober- und Unterseiten des Baugrup penträgers heranreicht. Auf der Außenseite des Rahmens, den die Stege 2 bilden, besteht zwischen der Leiterplatte 8 und dem Kühlkörper 1 ein freier Raum 13, der für weitere, in der Zeichnung nicht gezeigte elektronische Bauelemente genutzt werden kann.Each processor 10 sits on a plug-in base 11 which is soldered onto the printed circuit board 8 . A heat sink 1 is attached above each processor 10 , as in FIG. 1A. Alternatively, e.g. B. the heat sink 1 'of Fig. 1B can be used. The heat sink 1 touches the top of the processor 10 to be cooled with the flat contact surface between the webs 2 , the frame of the webs 2 surrounding the processor 1 at a short distance. The webs 2 are screwed to the printed circuit board 8 by means of screws 12 which are screwed into the threaded holes 4 . The heat sink 1 protrudes in the plane of the circuit board 8 by more than the width of the process 10 sor over the webs 2 , whereby he almost up to the front plate 5 and the rear wall 6 of the rack or on top and bottom sides of the assembly, not shown reaches the carrier. On the outside of the frame, which the webs 2 form, there is a free space 13 between the printed circuit board 8 and the heat sink 1 , which can be used for further electronic components, not shown in the drawing.

Die maximale Anzahl der Baugruppen 7 hängt bei vorgegebener Breite des Baugruppenträgers von der Bauhöhe der Baugruppen 7 und dem Platzbedarf für sonstige Komponenten wie z. B. Strom versorgungen usw. ab. Beispielsweise ergibt sich bei einem Bedarf von einundzwanzig Steckplätzen in einem standar disierten 19''-Baugruppenträger ein maximaler Abstand der Einbauplätze von 20,32 mm. Dieser Abstand teilt sich auf in den Platzbedarf 14 für Durchkontaktierungen, die Dicke der Leiterplatte 8, den freien Raum 13 für die Bauteilebestückung und einen freien Raum 15, der zwischen je zwei Baugruppen 7 vorzusehen ist. Für die Kühlung des Prozessors 10 stehen daher weniger als zehn Millimeter Bauhöhe oberhalb des Prozessors 10 zur Verfügung.The maximum number of modules 7 depends on the given width of the rack from the height of the modules 7 and the space required for other components such. B. Power supplies, etc. from. For example, if twenty-one slots are required in a standardized 19 '' rack, there is a maximum spacing of the mounting spaces of 20.32 mm. This distance is divided into the space requirement 14 for plated-through holes, the thickness of the printed circuit board 8 , the free space 13 for component mounting and a free space 15 which is to be provided between two assemblies 7 . For the cooling of the processor 10 there are therefore less than ten millimeters of height above the processor 10 .

Diese geringe Bauhöhe genügt jedoch, da man wegen der großen Fläche des Kühlkörpers 1 ohne eigene Lüfter für die Prozesso ren 10 auskommt. Zur Kühlung genügt der Luftstrom der Zwangs belüftung des Aufbausystems, die häufig durch einen oder mehrere Lüftereinschübe erzeugt wird. Der Luftdurchsatz ist durch den geringen Abstand der Baugruppen 7 zueinander und durch die hohe Aufbauhöhe der Komponenten auf den Leiter platten 8 zwar eingeschränkt, durch die große Fläche des Kühlkörpers 1, die in der Zeichnung ungefähr zehn mal so groß ist wie die Fläche der Oberseite des Prozessors 10, kann aber dennoch eine ausreichende Kühlwirkung gewährleistet werden. This small height is sufficient, however, because one does not need a fan for the processors 10 because of the large area of the heat sink 1 . For cooling, the air flow is sufficient for the forced ventilation of the body system, which is often generated by one or more fan trays. The air throughput is limited by the small spacing of the assemblies 7 from one another and by the high construction height of the components on the circuit boards 8 , by the large area of the heat sink 1 , which in the drawing is approximately ten times as large as the area of the top of the Processor 10 , but a sufficient cooling effect can still be guaranteed.

Allerdings ist darauf zu achten, daß die Kühlrippen 3 des Kühlkörpers 1 parallel zum Luftstrom liegen.However, it must be ensured that the cooling fins 3 of the heat sink 1 are parallel to the air flow.

Fig. 3A zeigt die Leiterplatte einer einzelnen Baugruppe 7 von Fig. 2 mit aufgesetztem Prozessor 10 und Kühlkörper 1 in der gleichen Ansicht wie in Fig. 2, und Fig. 3B zeigt diese Anordnung in Draufsicht. In Fig. 3B sind Teile des Kühl körpers 1 und des Prozessors 10 weggelassen, so daß der Rah men aus den Stegen 2, der Stecksockel 11 mit einer Vielzahl von Kontaktlöchern 16 darin, die Oberseite des Prozessors 10 sowie eine Wärmeleitfolie 17 erkennbar sind, die zwischen die Oberseite des Prozessors 10 und die Unterseite des Kühl körpers 1 gelegt ist. Pfeile in Fig. 3B zeigen außerdem die Strömungsrichtung der Kühlluft parallel zu den Kühlrippen 3 an. FIG. 3A shows the circuit board of an individual assembly 7 from FIG. 2 with the processor 10 and heat sink 1 attached, in the same view as in FIG. 2, and FIG. 3B shows this arrangement in a top view. In Fig. 3B, parts of the cooling body 1 and the processor 10 are omitted, so that the frame men from the webs 2 , the socket 11 with a plurality of contact holes 16 therein, the top of the processor 10 and a heat-conducting film 17 can be seen is placed between the top of the processor 10 and the bottom of the heat sink 1 . Arrows in FIG. 3B also show the direction of flow of the cooling air parallel to the cooling fins 3 .

Fig. 4A und 4B zeigen den mit einem Kreis markierten Aus schnitt der Anordnung von Fig. 3A vergrößert. Fig. 4A und 4B zeigen ferner detaillierter den Prozessor 10 mit seinen Kontaktstiften 18, den Stecksockel 11 mit Lötstiften 19, die durch die Leiterplatte 8 hindurchgehen und mit entsprechenden Kontaktflecken auf der Leiterplatte 8 verlötet sind, und die Wärmeleitfolie 17 zwischen der Oberseite des Prozessors 10 und der Unterseite des Kühlkörpers 1. 4A and 4B show. Marked with a circle cut from the arrangement of Fig. 3A enlarged. FIGS. 4A and 4B show further detail the processor 10 with its contact pins 18, the socket 11 with solder pins 19, which pass through the printed circuit board 8 and are soldered to corresponding contact pads on the circuit board 8, and the heat conducting foil 17 between the top of the processor 10 and the underside of the heat sink 1 .

Außerdem ist in Fig. 4A und 4B zu erkennen, daß die Leiter platte 8 im Bereich des Steges 2 auf beiden Seiten jeweils mit einer zusammenhängenden Kupferschicht 20, 21 bedeckt ist. Die Kupferschichten 20, 21 bilden jeweils auf die gleiche Weise wie die Stege 2 einen rechteckigen Rahmen um den Pro zessor 10 herum, wobei dieser Rahmen eine etwas größere Fläche als die Stege 2 einnimmt. Der überstehende Rand der oberen Kupferschicht 20 ist übrigens auch in Fig. 3B zu erkennen. Wie in Fig. 4A und 4B gezeigt, sind die beiden Kup ferschichten 20, 21 mittels einer Vielzahl von Durchkontak tierungen 22 durch die Leiterplatte 8 miteinander verbunden. Falls die Leiterplatte 8 zusätzliche leitende Innenlagen 23 enthält, können diese ebenfalls mit den Durchkontaktierungen 22 verbunden sein.In addition, in Fig. 4A and 4B can be seen that the circuit board 8 in the area of the web 2 is covered on both sides with a continuous copper layer 20 , 21 . The copper layers 20 , 21 each form in the same way as the webs 2 a rectangular frame around the processor 10 , which frame occupies a somewhat larger area than the webs 2 . The protruding edge of the upper copper layer 20 can also be seen in FIG. 3B. As shown in FIGS. 4A and 4B, the two copper layers 20 , 21 are interconnected by a plurality of vias 22 through the circuit board 8 . If the printed circuit board 8 contains additional conductive inner layers 23 , these can also be connected to the plated-through holes 22 .

Die Stege 2 weisen eine Höhe auf, die der maximalen Höhe des Prozessors 10, des Stecksockels 11 und der Wärmeleitfolie 16 entspricht. Um Fertigungstoleranzen in der Höhe des Prozes sors 10 und des Stecksockels 11 auszugleichen, wird der Kühl körper 1 wie folgt montiert.The webs 2 have a height which corresponds to the maximum height of the processor 10 , the plug-in base 11 and the heat-conducting film 16 . To compensate for manufacturing tolerances in the amount of the pro cess 10 and the socket 11 , the cooling body 1 is mounted as follows.

Zunächst wird der Prozessor 10 in den Stecksockel 11 gesteckt und leicht eingedrückt, wobei jeder Kontaktstift 17 ein klei nes Stück weit in das entsprechende (in Fig. 4A bzw. 4B nicht sichtbare) Kontaktloch 16 im Stecksockel 11 eindringt. Auf den Prozessor 10 wird als elastisches Zwischenglied die Wär meleitfolie 17 aufgebracht. Anschließend wird der Kühlkörper 1 über den Prozessor 10 gestülpt, und die Schrauben 12 werden in den Kühlkörper 1 geschraubt und leicht angezogen, so daß die Anordnung den in Fig. 4A gezeigten Zustand einnimmt.First, the processor 10 is inserted into the socket 11 and pressed in slightly, each contact pin 17 penetrating a small distance into the corresponding (not visible in FIGS. 4A and 4B) contact hole 16 in the socket 11 . On the processor 10 , the heat-conducting film 17 is applied as an elastic intermediate member. The heat sink 1 is then placed over the processor 10 and the screws 12 are screwed into the heat sink 1 and tightened slightly so that the arrangement assumes the state shown in FIG. 4A.

In der Folge werden die Schrauben 12 in mehreren Schritten reihum festgezogen, wobei der Prozessor 10 gleichmäßig in den Stecksockel 11 eingepreßt wird. Der Montagevorgang ist abge schlossen, wenn die Stege 2 eng an der Leiterplatte 8 anlie gen, wobei der Kühlkörper 1 im gewünschten Abstand fest mit der Leiterplatte 8 verschraubt ist. Es ist nicht erforderlich und in der Regel auch nicht wünschenswert, daß der Prozessor 10 in diesem Zustand bis zum Anschlag in den Stecksockel 11 eingedrungen ist, wie sich aus dem folgenden ergibt.As a result, the screws 12 are tightened in a series of steps, the processor 10 being pressed evenly into the socket 11 . The assembly process is completed when the webs 2 are close to the circuit board 8 , the heat sink 1 being screwed to the circuit board 8 at the desired distance. It is not necessary and, as a rule, also undesirable for the processor 10 to have penetrated into the socket 11 in this state as far as possible, as follows from the following.

Im montierten Zustand stehen die Kontaktstifte 18 und die Kontaktlöcher 16 aufgrund ihrer Eigenelastizität ständig unter der mechanischen Spannung, mit der der Prozessor 10 in den Stecksockel 11 gepreßt wurde, und halten den Prozessor 10 dauerhaft gegen den Kühlkörper 1 gedrückt, so daß ein guter Wärmeübergang vom Prozessor 10 auf den Kühlkörper 1 gewähr leistet ist. In the assembled state, the contact pins 18 and the contact holes 16 are constantly under the mechanical tension with which the processor 10 was pressed into the socket 11 due to their inherent elasticity, and keep the processor 10 pressed permanently against the heat sink 1 , so that good heat transfer from Processor 10 on the heat sink 1 is guaranteed.

Außerdem wird ein Teil der Wärme aus dem Kühlkörper 1 über die Stege 2 und die thermisch damit verbundenen Kupferschich ten 20, 21 und 23 in die Leiterplatte 8 geleitet und von dort an die Umgebung abgegeben. Somit wirkt die Leiterplatte 8 selbst als zusätzlicher Kühlkörper und verbessert die Gesamt-Wärme ableitung. Durch die Erwärmung der Leiterplatte 8 zusam men mit dem Kühlkörper 1 werden außerdem mechanische Spannun gen verringert, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnung in der Baugruppe entstehen können.In addition, part of the heat from the heat sink 1 via the webs 2 and the thermally connected copper layers th 20 , 21 and 23 is passed into the circuit board 8 and released from there to the environment. Thus, the circuit board 8 itself acts as an additional heat sink and improves the overall heat dissipation. The heating of the circuit board 8 together with the heat sink 1 also reduces mechanical stresses which can arise due to different thermal expansion in the assembly.

Claims

1. Heatsink for an IC chip with a flat Ge housing, from the bottom of a plurality of pins protrude vertically, characterized in that the heat sink ( 1 ) has the shape of a substantially flat plate, the cross-sectional area perpendicular to its thickness substantially Larger than the cross-sectional area of the IC module ( 10 ) is perpendicular to its thickness, and in that the heat sink around a contact surface for thermal contact with the IC module around integrally molded parts ( 2 ; 2 '), the height perpendicular to the thickness of the heat sink corresponds to the height of the IC module on a printed circuit board ( 8 ).

2. Heat sink according to claim 1, characterized in that the heat sink ( 1 ) contains fastening means ( 4 ; 4 ') which are arranged in the region of the integrally molded parts ( 2 ; 2 ') of the heat sink for attachment to a circuit board ( 8 ) on which the IC component ( 10 ) is located.

3. Heat sink according to claim 2, characterized in that the fastening means holes or threaded holes ( 4 ; 4 ') in the integrally molded parts ( 2 ; 2 ') of the cooling body ( 1 ).

4. Heat sink according to one of the preceding claims, characterized in that the integrally molded parts ( 2 ; 2 ') of the heat sink ( 1 ) are shaped so that they conduct heat from the heat sink to a circuit board ( 8 ) on which the IC Module ( 10 ) is located.

5. Heat sink according to one of the preceding claims, characterized in that the integrally molded parts of the heat sink ( 1 ) are elongate webs ( 2 ; 2 ').

6. Heat sink according to claim 5, characterized in that four interconnected webs ( 2 ) are provided which form a rectangular frame, the internal dimensions of which are somewhat larger than the length or width of the IC module ( 10 ).

7. Heat sink according to claim 5, characterized in that two straight parallel webs ( 2 ') are provided, the distance from each other is slightly larger than the length or width of the IC module ( 10 ).

8. Heat sink according to one of the preceding claims, characterized in that the IC module is a processor ( 10 ).

9. A method for mounting a heat sink on an IC building stone with a flat housing, from the underside of which a plurality of contact pins protrude vertically, characterized in that a heat sink ( 1 ) is used which has the shape of an essentially flat surface Has a plate whose cross-sectional area perpendicular to its thickness is substantially larger than the cross-sectional area of the IC module ( 10 ) perpendicular to its thickness, and thereby
that the IC component is placed on an associated base ( 11 ) on a printed circuit board ( 8 ) before the heat sink is installed, such that each contact pin ( 18 ) partially penetrates an associated contact hole ( 16 ) in the base,
that the heat sink is placed on the IC module and connected to the circuit board by several screw elements ( 4 ; 4 ') on the circumference of the IC module and
that the screw elements are tightened at the same time or step by step, the contact pins penetrating deeper into the contact holes in the base.

10. The method according to claim 8, characterized in that a heat-conducting film ( 17 ) is placed between the heat sink ( 1 ) and the IC module ( 10 ).

11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that the maximum depth of penetration of the contact pins ( 18 ) in the contact holes ( 16 ) by spacers ( 2 ; 2 ') between the heat sink ( 1 ) and the circuit board ( 8 ) is determined .

12. The method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the spacer elements are integrally formed on the heat sink ( 1 ) webs ( 2 ; 2 ').

13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the IC module is a processor ( 10 ).