Kühler Kopf für den Rechner: Innovative Kühllösungen für COM-Module

Wie in allen anderen technischen Bereichen bewegt sich auch der Markt der Embedded Computer-Module (COMs) hin zu immer stromsparenderen und damit umweltfreundlicheren Lösungen. Wenn es jedoch um hohe Rechenleistung oder hohe Umgebungstemperaturen geht, wird...

Wie in allen anderen technischen Bereichen bewegt sich auch der Markt der Embedded Computer-Module (COMs) hin zu immer stromsparenderen und damit umweltfreundlicheren Lösungen. Wenn es jedoch um hohe Rechenleistung oder hohe Umgebungstemperaturen geht, wird der Systemdesigner wohl auch in Zukunft auf mehr oder weniger aufwendige Kühllösungen angewiesen sein, um die Verlustleistung von Prozessor und Chipset abzuführen.

 

Die bisherigen Heat-Spreader-Konzepte der ETX- oder COM-Express-Standards erleichtern zwar in vielen Fällen die Realisierung einer Kühllösung durch die genormte Kontaktierungsfläche zur Wärmeübergabe, sind jedoch in der Praxis nicht leicht zu realisieren. Unterschiedliche Bauhöhen der verwendeten Chipgehäuse und Toleranzen beim Löten oder sonstigen Fertigungsprozessen erfordern einigen Aufwand um eine zuverlässige Wärmekontaktierung zu erzielen.

Da in vielen Fällen, und nicht zuletzt aus Kostengründen, Prozessorplattformen eingesetzt werden, die eine aktive Kühlung erfordern, kommt zum Heat-Spreader noch ein Kühlkörper mit Lüfter hinzu. Damit wird der Aufbau der kompletten Kühllösung doch einigermaßen komplex und jede Produktvariante benötigt aus den genannten Gründen eine Anpassung der Kontaktierungsstapel, die in der Regel aus verschiedenen Aluminium- oder Kupferplättchen und Wärmeleitpads bestehen. Dabei müssen die Wärmeleitpads möglichst dünn ausgeführt werden, um den Wärmewiderstand niedrig zu halten. Dies wiederum verhindert, die Höhenunterschiede damit wirksam auszugleichen. In der Folge müssen also unterschiedliche und äußerst präzise gefertigte Metallplättchen eingesetzt werden, was die Kosten erhöht. Zudem ist bei der Montage äußerst sorgfältig vorzugehen um einen sicheren Wärmeübergang zu gewährleisten.

Genau für diese Fälle von aktiver Kühlung wurden nun für die verschiedenen Module der MSC Vertriebs GmbH Lösungen entwickelt, welche die unterschiedlichen Höhenmaße ausgleichen und immer für eine optimale Kontaktierung der Wärmequellen auf der Leiterplatte sorgen. In der zum Patent angemeldeten Lösung wird dabei wird eine stabile Platte, ähnlich einem herkömmlichen Heat-Spreader, fest mit dem COM-Express-Modul und dem Baseboard verschraubt. Auf dieser Platte sind federnd die eigentlichen Kühlkörper gelagert, welche durch Ausschnitte in der Platte auf die temperaturkritischen Bauelemente gedrückt werden. Die Kühlkörper werden aus speziellen Strangpressprofilen hergestellt und erfordern lediglich noch eine dünne Schicht Wärmeleitpaste oder besser sogenannte »Phase-Change-Folie« zum Ausgleich der Oberflächenrauhigkeit zwischen Kühlköper und Chip. Bei diesem Phase-Change-Material handelt es sich um eine dünne weiche Wärmeleitfolie, die sich bei Erwärmung verflüssigt und auch kleinste Zwischenräume zuverlässig ausfüllt.