DE10065857B4 - Heat transfer arrangement for a plastic housing of electronic assemblies - Google Patents

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Abstract

Wärmeübertragungsanordnung für ein Kunststoffgehäuse mit darin angeordneten elektronischen Baugruppen, insbesondere ein Kunststoffgehäuse, das unmittelbar als Schaltungsträger fungiert, wobei mindestens eine Gehäusewand (1) des Kunststoffgehäuses mindestens einen Bereich (4, 5) erhöhter thermischer Leitfähigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (4, 5) erhöhter thermischer Leitfähigkeit aus einer wärmeleitenden Kunststoffkomponente besteht und das Gehäuse mittels eines Mehrkomponentenspritzgießverfahrens hergestellt ist, wobei die wärmeleitende Kunststoffkomponente eine Komponente des Mehrkomponentenspritzgießverfahrens darstellt.Heat transfer assembly for a Plastic housing with therein arranged electronic assemblies, in particular a Plastic housing, the directly as a circuit carrier acts, wherein at least one housing wall (1) of the plastic housing at least an area (4, 5) increased thermal conductivity characterized in that the region (4, 5) of increased thermal conductivity from a thermally conductive Plastic component is made and the housing by means of a multi-component injection molding is made, wherein the heat-conducting Plastic component is a component of the multi-component injection molding process represents.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungsanordnung für ein Kunststoffgehäuse mit darin angeordneten elektronischen Baugruppen, insbesondere ein Kunststoffgehäuse, das unmittelbar als Schaltträger fungiert, wobei mindestens eine Gehäusewand des Kunststoffgehäuses mindestens einen Bereich erhöhter thermischer Leitfähigkeit aufweist.The The invention relates to a heat transfer arrangement for a Plastic housing with therein arranged electronic assemblies, in particular a Plastic housing, directly as a switch carrier acts, wherein at least one housing wall of the plastic housing at least an area of increased thermal conductivity having.

Die Wärmeableitung von elektronischen Schaltungen erfolgt üblicherweise durch Herausleiten der Wärme über den Substratwerkstoff auf die Gehäuseaußenseite oder durch Anbringen von separaten metallischen Kühlkörpern. Diese geben ihre Wärme an die Umgebung innerhalb des Gehäuses ab. Bei hohen Verlustleistungen der elektronischen Schaltungen müssen deshalb die Gehäuse eine entsprechende Luftzirkulation ermöglichen. Gegebenenfalls werden zusätzlich Lüfter oder zumindest Luftauslässe zur Erzielung einer Konvektion eingebaut.The heat dissipation Electronic circuits usually take place by routing the heat over the Substrate material on the outside of the housing or by attaching separate metallic heat sinks. These give their heat to the environment within the housing. At high power losses the electronic circuits need therefore the housing allow a corresponding air circulation. If necessary additionally Fan or at least air outlets installed to achieve convection.

Mit zunehmender Miniaturisierung elektronischer Baugruppen, die zu einer Steigerung der Verlustwärmedichte führt, stößt die Wärmeableitung auf mehr und mehr Schwierigkeiten.With increasing miniaturization of electronic assemblies, resulting in a Increase the loss heat density leads, bumps the heat dissipation on more and more difficulties.

So hat der Trend zur Miniaturisierung und zur technologisch einfachen Herstellung von Elektronik-Bauteilen in jüngster Zeit z. B. zu Systemen geführt, bei denen Leiterbahnen direkt in die innenseitige Oberfläche von Kunststoffgehäusen integriert und von dort mit Mikroprozessoren, Sensoren, Schaltern etc. verbunden sind. Auf eine separate Leiterplatte kann dann verzichtet werden. Die Wärmeableitung von leistungselektronischen Bauelementen erfolgt in herkömmlicher Weise durch Kühlkörper, die nach dem Spritzgießen des Gehäuses und erfolgter Verschaltung durch Durchbrüche im Gehäuse auf die leistungselektronischen Bauelemente aufgesetzt werden. Gegebenenfalls wird zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen Bauelement und Kühlkörper noch eine Wärmeleitpaste eingebracht. Dieser Aufbau erfordert mehrere technologische Arbeitsgänge mit erheblichem Arbeitsaufwand.So has the trend towards miniaturization and technologically simple Manufacture of electronic components recently z. B. to systems guided, in which tracks directly into the inside surface of Plastic housings integrated and from there with microprocessors, sensors, switches etc. are connected. On a separate circuit board can be omitted become. The heat dissipation of power electronic components takes place in conventional Way through heat sink, the after injection molding of the housing and successful interconnection through openings in the housing on the power electronic Components are placed. If necessary, it will improve the heat transfer between component and heatsink yet introduced a thermal paste. This setup requires several technological operations considerable workload.

Aus der DE 39 16 899 A1 ist ein Gehäuse für Bauelemente bekannt, welches aus einem eine Grundplatte für elektronische Bauelemente bildenden Boden und einer dazu passenden Abdeckung besteht. Der Boden selbst ist aus Kunststoff, wobei ein metallisches Wärmeleitelement in den Boden eingegossen ist, welches die Wärmeableitung aus an das so gebildete Wärmeabführelement angrenzenden Bauelementen verbessert.From the DE 39 16 899 A1 a housing for components is known, which consists of a base plate for electronic components forming soil and a matching cover. The floor itself is made of plastic, wherein a metallic heat conducting element is cast into the ground, which improves the heat dissipation from adjacent to the heat dissipation element so formed adjacent components.

Gemäß der 42 24 682 A1 ist es bekannt, Bauteile in einem Spritzgießwerkzeug herzustellen, welches zur Durchführung des Mehrkomponentenspritzens unterschiedliche Einsätze aufweist. Die durch die Formelemente des Spritzgießwerkzeuges gebildeten Kavitäten lassen sich mit den unterschiedlichen Einsätzen in ihrer Geometrie verändern, so dass immer nur die Kavität der gerade zu spritzenden Kunststoffkomponente entsteht.According to the 42 24 682 A1 It is known to produce components in an injection mold, which has different uses for carrying out the multicomponent injection. The cavities formed by the mold elements of the injection mold can be changed in their geometry with the different inserts, so that only the cavity of the plastic component to be sprayed is formed.

Weiterhin ist es aus der DE 30 32 744 A1 bekannt, dass elektrisch isolierende Unterlagen, die aus organischen Polymerisaten bestehen, eine geringe thermische Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die durch ein ebenfalls elektrisch isolierendes, anorganisches Füllmaterial von guter Wärmeleitfähigkeit verbessert werden kann (z. B. Aluminiumoxid).Furthermore, it is from the DE 30 32 744 A1 It is known that electrically insulating underlays, which consist of organic polymers, have a low thermal thermal conductivity, which can be improved by a likewise electrically insulating, inorganic filler of good thermal conductivity (eg, aluminum oxide).

Weiterhin ist es aus der US 3,654,521 bekannt, eine elastische Aufhängung für wärmeabgebende Bauelemente mit einem elastischen Material aufzufüllen, welches Partikel eines gut wärmeleitfähigen Stoffes, beispielsweise in Form von Fasern, aufweist, um die Wärmeableitung aus dem wärmeerzeugenden Bauelement zu verbessern.Furthermore, it is from the US 3,654,521 It is known to fill up an elastic suspension for heat-emitting components with an elastic material which has particles of a good thermal conductivity substance, for example in the form of fibers, in order to improve the heat dissipation from the heat-generating component.

Auch ist es aus der DE 195 49 099 A1 bekannt, eine Leiterplatte aus einem gut wärmeleitfähigen Material herzustellen, so dass die darauf befestigten, wärmeerzeugenden Bauelemente Wärme abgeben können, wodurch eine Temperaturstabilisierung erreicht wird.Also it is from the DE 195 49 099 A1 It is known to produce a printed circuit board from a good thermally conductive material, so that the heat-generating components mounted thereon can release heat, whereby a temperature stabilization is achieved.

Aus der GB 2 038 102 A ist es schließlich bekannt, statt einer Wärmeableitung zur Temperierung von Bauelementen Heiz- bzw. Kühlelemente zu verwenden.From the GB 2 038 102 A Finally, it is known to use heating or cooling elements instead of a heat dissipation for the temperature control of components.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für Kunststoffgehäuse elektronischer Baugruppen anzugeben, mit der die Wärmeableitung aus dem Gehäuseinneren optimiert und gleichzeitig der technologische Aufwand für die Herstellung der Gehäuse plus der wärmeableitenden Bauteile und Maßnahmen minimiert wird.Of the Invention is based on the object, a solution for plastic housing electronic assemblies specify with which the heat dissipation out the inside of the housing optimized and at the same time the technological effort for the production the housing plus the heat dissipating Components and measures is minimized.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention Task solved by the features of claim 1. Advantageous embodiments are the subject the dependent claims.

Der Bereich erhöhter thermischer Leitfähigkeit im Gehäuse besteht erfindungsgemäß aus einer wärmeleitenden Kunststoffkomponente und wird mit dem Gehäuse mittels eines Mehrkomponentenspritzgießverfahrens hergestellt.Of the Area elevated thermal conductivity in the case consists according to the invention of a thermally conductive Plastic component and is connected to the housing by means of a multi-component injection molding produced.

Damit erfolgt z. B. eine Wärmeableitung aus dem Gehäuseinneren nach außen oder eine Wärmespreizung innerhalb des Gehäuses dadurch, dass eine Gehäusewand mindestens einen Bereich erhöhter thermischer Leitfähigkeit aufweist, indem dieser als eine Komponente aus einem wärmeleitenden Kunststoff beim Mehrkomponentenspritzgießen oder durch Umgießen eines Inserts aus einem wärmeleitenden Kunststoff oder aus Metall hergestellt ist.This is done z. B. heat dissipation from the housing interior to the outside or heat Spread within the housing in that a housing wall has at least one region of increased thermal conductivity by this is made as a component made of a thermally conductive plastic in multi-component injection molding or by molding an insert of a thermally conductive plastic or metal.

Kunststoffe sind aufgrund der fehlenden freibeweglichen Elektronen schlechte Wärmeleiter. Ihre Wärmeleitfähigkeit liegt um ein mehrfaches niedriger als die von Metallen.plastics are bad due to the lack of floating electrons Heat conductor. Your thermal conductivity is several times lower than that of metals.

Zur Steigerung der thermischen Leitfähigkeit können Kunststoffe mit Metall- oder Keramikpulvern compoundiert werden. In den Fällen, wo bei Verwendung von Metallpulver die erhöhte elektrische Leitfähigkeit des Kunststoffes unerwünscht ist, ist der Einsatz von keramischen Füllstoffen wie Silikatoxid, Aluminiumoxid oder Berylliumoxid angezeigt. Gezielt eingebrachte Anisotropien der Wärmeleitfähigkeit mit einer Vorzugsrichtung, z. B. durch faserförmige Füllstoffe, können gezielt genutzt werden, um die Wärme gerichtet durch das Bauteil abzuleiten.to Increasing the thermal conductivity can plastics be compounded with metal or ceramic powders. In cases where When using metal powder, the increased electrical conductivity of the plastic undesirable is the use of ceramic fillers such as silicate oxide, Alumina or beryllium oxide indicated. Targeted introduced Anisotropies of thermal conductivity with a preferred direction, z. B. by fibrous fillers, can be used selectively, directed to the heat to dissipate through the component.

Thermisch leitfähige Bereiche eines Kunststoffgehäuses können nicht nur zur Ableitung entstehender Wärme von Leistungsbauelementen dienen. Sie können auch dort zur Wärmeübertragung genutzt werden, wo gezielt Wärme durch ein Widerstandsheizelement erzeugt wird, um z. B. eine elektronische Baugruppe auf einer optimalen oder für deren Funktion nötigen Mindesttemperatur zu halten oder um aus Gründen des Bedienkomforts ein "warmes" Bedienelement zur Verfügung zu haben. So können beispielsweise bei sehr niedrigen Außentemperaturen (weniger als –10° C) Bedienarmaturen in Automobilen wie Schalter oder ein Fingerprintsensor bei Fahrtbeginn so kalt sein, daß ein Finger durch Anhaften der Haut zum "Klebenbleiben" neigt. Durch Heizen eines in ein elektronisches Bauteil integrierten Bedienelements mittels Widerstandsheizung und der Wärmeleitung und -verteilung von dort über einen thermisch leitfähigen Bereich im Gehäuse, z. B. dem Bereich unter einem Schalter, gelingt es, derartiges Anhaften zu verhindern.thermal conductive Areas of a plastic housing can not just to dissipate heat generated by power devices serve. You can also there for heat transfer be used where targeted heat is generated by a resistance heating element, for. B. an electronic module on an optimal or for their function necessary Minimum temperature to keep or for reasons of ease of use, a "warm" control for disposal to have. So can For example, at very low outside temperatures (less than -10 ° C) control valves in automobiles such as switches or a fingerprint sensor at the start of the journey be so cold that one Finger by sticking of the skin to "sticking" tends. By heating one in one electronic Component integrated control element by means of resistance heating and the heat conduction and distribution from there via a thermally conductive Area in the housing, z. As the area under a switch, manages such adhesion to prevent.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass auf das separate Anbringen von Kühlkörpern nunmehr verzichtet werden kann. Die Wärme wird dicht am Entstehungsort aufgenommen. Außerdem werden neue gestalterische Lösungen ermöglicht.The Invention has the advantage that the separate attachment of heat sinks now can be waived. The heat is taken close to the place of origin. In addition, new design solutions allows.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeipiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt ein Gehäuseteil eines elektronischen Bauteils mit einer Schaltung, die in die innere Oberfläche des Gehäuses integriert ist.The Invention will be explained in more detail below with reference to a Ausführungsbeipiels. The associated Drawing shows a housing part an electronic component with a circuit inside surface of the housing is integrated.

Derartige Bauteile sind unter dem Begriff 3D-MID bekannt geworden. 3D-MID sind multifunktionale, produktspezifische Bau teile mit integrierten elektrischen und gegebenenfalls weiteren mechanischen oder optischen Funktionen.such Components have become known as 3D-MID. 3D-MID are multifunctional, product-specific components with integrated electrical components and optionally further mechanical or optical functions.

Ein Gehäuseteil 1 aus Kunststoff trägt in seiner inneren Oberfläche Leiterbahnen 2, die mit einem Chip 3 beispielsweise zur Verarbeitung von Sensordaten verbunden sind. Das Gehäuseteil 1 wird im Mehrkomponentenspritzgießverfahren spritzgegossen, wobei ein Kühlkörper 4 aus wärmeleitendem Kunststoff mit angegossen wird. Auf den Kühlkörper 4 wird nach dem Spritzgießen der Chip 3 aufgesetzt. Der wärmeleitende Kühlkörper 4 ist ein Compound aus Kunststoff und Keramikpulver.A housing part 1 made of plastic carries in its inner surface tracks 2 that with a chip 3 For example, connected to the processing of sensor data. The housing part 1 is injection molded in the multi-component injection molding process, wherein a heat sink 4 made of thermally conductive plastic is cast with. On the heat sink 4 will after injection molding the chip 3 placed. The heat-conducting heat sink 4 is a compound of plastic and ceramic powder.

Neben dem Kühlkörper 4 wird ein zweiter thermisch gut leitender Bereich, nämlich ein Heizbereich 5 mit angegossen, über dem später ein Fingerprintsensor 6 angeordnet ist. In den Spritzguß integriert ist ein Widerstandsheizelement 7, mit dem der Heizbereich 5 bei niedriger Außentemperatur beheizt werden kann, so daß bei der Bedienung ein Finger nicht auf dem Fingerprintsensor 6 aufgrund der Kältewirkung anhaftet.Next to the heat sink 4 becomes a second thermally good conducting area, namely a heating area 5 molded with, over the later a fingerprint sensor 6 is arranged. Integrated into the injection molding is a resistance heating element 7 with which the heating area 5 can be heated at low outdoor temperature, so that when operating a finger is not on the fingerprint sensor 6 due to the cold effect adheres.

Claims (6)

Wärmeübertragungsanordnung für ein Kunststoffgehäuse mit darin angeordneten elektronischen Baugruppen, insbesondere ein Kunststoffgehäuse, das unmittelbar als Schaltungsträger fungiert, wobei mindestens eine Gehäusewand (1) des Kunststoffgehäuses mindestens einen Bereich (4, 5) erhöhter thermischer Leitfähigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (4, 5) erhöhter thermischer Leitfähigkeit aus einer wärmeleitenden Kunststoffkomponente besteht und das Gehäuse mittels eines Mehrkomponentenspritzgießverfahrens hergestellt ist, wobei die wärmeleitende Kunststoffkomponente eine Komponente des Mehrkomponentenspritzgießverfahrens darstellt.Heat transfer arrangement for a plastic housing with electronic assemblies arranged therein, in particular a plastic housing, which acts directly as a circuit carrier, wherein at least one housing wall ( 1 ) of the plastic housing at least one area ( 4 . 5 ) of increased thermal conductivity, characterized in that the region ( 4 . 5 ) is increased thermal conductivity of a thermally conductive plastic component and the housing is made by means of a multi-component injection molding, wherein the thermally conductive plastic component is a component of the multi-component injection molding. Wärmeübertragungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wärmeleitenden Kunststoffkomponente Metallpulver beigemischt ist.Heat transfer assembly according to claim 1, characterized in that the heat-conducting Plastic component metal powder is mixed. Wärmeübertragungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wärmeleitenden Kunststoffkomponente Keramikpulver beigemischt ist.Heat transfer assembly according to claim 1, characterized in that the heat-conducting Plastic component ceramic powder is mixed. Wärmeübertragungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wärmeleitenden Kunststoffkomponente Fasermaterial beigemischt ist.Heat transfer assembly according to claim 1, characterized in that the heat-conducting Plastic component fiber material is mixed. Wärmeübertragungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitende Kunststoffkomponente in Verbindung mit einem Bedienelement (6) steht und durch ein Widerstandsheizelement (7) beheizbar ist.Heat transfer arrangement after a of the preceding claims, characterized in that the heat-conducting plastic component in conjunction with a control element ( 6 ) and by a resistance heating element ( 7 ) is heated. Wärmeübertragungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, das die wärmeleitende Kunststoffkomponente in Verbindung mit einer elektronischen Baugruppe steht und durch ein Widerstandsheizelement (7) beheizbar ist.Heat transfer arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heat-conductive plastic component is in connection with an electronic assembly and by a resistance heating element ( 7 ) is heated.
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