DE102004033401A1

DE102004033401A1 - Mikroelektronikeinheit mit rohrförmigem Gehäuse

Info

Publication number: DE102004033401A1
Application number: DE102004033401A
Authority: DE
Inventors: Andrew Z. Plymouth Glovatsky; Vladimir Farmington Hills Stoica
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2003-07-03
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2024-07-03
Also published as: GB2403604B; GB2403604A; DE102004033401B4; US6778389B1; GB0414613D0

Abstract

Eine Mikroelektronikbaugruppe umfasst ein rohrförmiges Gehäuse und eine Mikroelektronikbaugruppe, die an einer im Gehäuse aufgenommenen Abstützung befestigt ist. Die Abstützung kann eine käfigartige Konstruktion sein, die axiale Rippen umfasst, an denen die Mikroelektronikbaugruppe befestigt ist. Alternativ kann die Abstützung eine stabile Fläche für die Befestigung eines flexiblen Substrats umfassen. Die Mikroelektronikbaugruppe ist mit einer Hauptfläche zur Innenwand des Gehäuses zeigend und im Abstand zu dieser angeordnet. Die Mikroelektronikbaugruppe ist deshalb zum Gehäuse benachbart angeordnet, um ein optimales Volumen für die Unterbringung anderer Komponenten bereitzustellen. Außerdem erleichtert der Raum zwischen der Mikroelektronikbaugruppe und dem rohrförmigen Gehäuse die Kühlgasströmung während des Betriebs zwecks verbesserter Wärmeableitung.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine in einem rohrförmigen Gehäuse enthaltene Mikroelektronikeinheit. Die Erfindung bezieht sich speziell auf eine solche Mikroelektronikeinheit, bei der eine Mikroelektronikbaugruppe Elektronikkomponenten enthält, die auf einem Substrat montiert sind, das auf einer Abstützung befestigt und innerhalb des rohrförmigen Gehäuses im Abstand zu diesem angeordnet ist.

Hintergrund der Erfindung

Eine Mikroelektronikbaugruppe umfasst Elektronikkomponenten, die auf einer gedruckten Leiterplatte montiert sind, die eine steife Platte oder eine flexible Membran sein kann. Die Baugruppe ist normalerweise durch ein Gehäuse geschützt, dessen Größe und Gestalt durch die Art des Erzeugnisses bestimmt wird. In einigen Fällen ist die Unterbringung der Mikroelektronikbaugruppe in einem rohrförmigen Gehäuse erwünscht. Zum Beispiel kann in militärischen Raketen das Gehäuse eine zylindrische Form haben. Die Mikroelektronikbaugruppe kann derart angeordnet sein, dass die gedruckte Leiterplatte senkrecht zur Mittelachse des Gehäuses angeordnet ist. Innerhalb des verbleibenden Volumens können zusätzliche Komponenten angeordnet sein, die Batterien, gyroskopische Komponenten, Motoren oder Kampfmittel enthalten können. Diese senkrechte Anordnung blockiert jedoch die Kühlgasströmung durch das Gehäuse und bietet deshalb keine angemessene Ableitung der von den mikroelektronischen Komponenten während des Betriebs erzeugten Wärme. Die gedruckten Leiterplatten können alternativ parallel zur Mittelachse angeordnet sein, so dass die Kühlgasströmung durch das Gehäuse erleichtert wird. Dann unterteilen die gedruckten Leiterplatten jedoch das Gehäuse in einer Weise, die kein geeignetes Volumen zur zweckmäßigen Aufnahme anderer Komponenten bietet.

Es besteht deshalb ein Bedarf an einer verbesserten Anordnung einer Mikroelektronikbaugruppe innerhalb eines rohrförmigen Gehäuses, das eine effektive Ausnutzung des Stauraums durch Maximierung des für andere Komponenten verfügbaren Raums und außerdem eine verbesserte Wärmeableitung durch Erleichterung der die Mikroelektronikbaugruppen umgebenden Kühlgasströmung bietet.

Zusammenfassung der Erfindung

Entsprechend der Erfindung wird eine Mikroelektronikeinheit bereitgestellt, die ein rohrförmiges Gehäuse umfasst, das mit einer eine Kammer bildenden Umfangswand ausgestattet ist. Eine Mikroelektronikbaugruppe ist an einer Abstützung befestigt, die in der Kammer aufgenommen ist. Die Mikroelektronikbaugruppe enthält ein Substrat, das eine Hauptfläche hat und auf der Abstützung weiterführt, so dass die Hauptfläche zur Umfangswand zeigt und im Abstand zu dieser angeordnet ist. Durch die dicht an den Wänden angeordnete Mikroelektronikbaugruppe wird die Unterbringung anderer Komponenten innerhalb des Innenraums der Abstützung ermöglicht. Außerdem bietet die Mikroelektronikeinheit zwischen der Mikroelektronikbaugruppe und dem rohrförmigen Gehäuse Zwischenraum zur Erleichterung der Kühlgasströmung. Deshalb bietet die Mikroelektronikeinheit eine effektive Ausnutzung des Stauraums und eine verbesserte Wärmeableitung.

Zusammenfassung der Figuren
Die Erfindung wird außerdem durch Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen bildlich dargestellt, in denen sind:
1 eine perspektivische Ansicht einer Mikroelektronikeinheit entsprechend einer ersten Vorzugsausgestaltung der Erfindung;
2 eine perspektivische Ansicht einer Mikroelektronikbaugruppe, die eine Komponente der Mikroelektronikeinheit in 1 ist;
3 eine perspektivische Ansicht einer Mikroelektronikbaugruppe und einer Abstützung für die Mikroelektronikeinheit in 1;
4 eine Seitenansicht der Mikroelektronikeinheit in 1;
5 eine Mikroelektronikeinheit entsprechend einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung;
6 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Mikroelektronikbaugruppe und der Abstützung für die Mikroelektronikeinheit in 5;
7 eine perspektivische Ansicht einer Mikroelektronikeinheit entsprechend einer dritten Ausgestaltung der Erfindung; und
8 eine perspektivische Explosionsdarstellung von Mikroelektronikbaugruppen und Abstützungen für die Mikroelektronikeinheit in 7.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Bezug nehmend auf die 1 bis 4 umfasst eine Mikroelektronikeinheit 10 entsprechend einer Vorzugsausgestaltung der Erfindung ein um eine Achse 14 angeordnetes zylindrisches rohrförmiges Gehäuse 12. Als bevorzugtes Beispiel kann das Gehäuse 12 eine Hülle einer Rakete sein. Das Gehäuse 12 enthält eine Innenwand 16, die eine Kammer 18 für die Unterbringung mikroelektronischer Schaltungselemente bildet.
Die Einheit 10 umfasst außerdem eine Mikroelektronikbaugruppe 20, die in 2 in einer für die Herstellung und vor dem Einbau in die Einheit 10 ausgelegten ebenen Konfiguration dargestellt ist. In dieser Ausgestaltung umfasst die Baugruppe 20 eine Vielzahl von Substraten 22, die vorzugsweise steife FR4-Platten sind. Die Substrate 22 umfassen erste Hauptflächen 24, auf denen Elektronikkomponenten 26 montiert und durch (nicht dargestellte) metallische Leiterzüge verbunden sind. Die Substrate 22 enthalten außerdem eine zweite zur Fläche 24 entgegengesetzte Hauptfläche, an der ebenfalls Elektronikkomponenten und Leiterzüge befestigt sein können. Es sei darauf hingewiesen, dass sich die Kanten 30 der Substrate 22 im Abstand zueinander befinden, wobei die Schaltungsleiterzüge auf benachbarten Leiterplatten durch flexible Verbindungen 28 miteinander verbunden sind.
Die Baugruppe 20 ist auf einer Abstützung 32 montiert, die zur axialen Aufnahme im Gehäuse 12 dimensioniert und gestaltet ist. Die Abstützung 32 ist vorzugsweise ein integraler selbständiger Käfig, der aus Metall oder Plastwerkstoff geformt ist und axiale Rippen 34 umfasst, die durch Endrahmen 36 verbunden sind, so dass sich eine polygonale Prismenstruktur bildet. Benachbarte Rippen 34 sind durch Segmente der Endrahmen 36 im Abstand zueinander zwecks Bildung eines Felds angeordnet, das zur Aufnahme eines Substrats 22 der Baugruppe 20 dimensioniert und gestaltet ist. Die Baugruppe 20 ist mit den Kanten 30 jedes Substrats 22, die an benachbarten Rippen 34 befestigt sind, auf der Abstützung 32 montiert, und flexible Verbindungen 28 überbrücken die Rippen 34 zwischen benachbarten Substraten, so dass die darauf befindlichen elektrischen Schaltungen miteinander verbunden sind.
Die Abstützung 32 enthält außerdem Abstandhalter 38, die radial auswärts ragen und in die Innenwand 16 des Gehäuses 12 eingreifen. In der dargestellten Ausgestaltung ragen die Abstandhalter 38 aus den Endrahmen 36 heraus. Alternativ können die Abstandhalter aus den Rippen 34 herausragen. Die Abstandhalter 38 halten die Substrate 22 auf Abstand zum Gehäuse 12 zwecks Bereitstellung von Freiraum für Elektronikkomponenten 26. Außerdem bildet der Raum zwischen dem Gehäuse und der Mikroelektronikbaugruppe 20 einen peripheren Durchlass, durch den Luft oder ein anderes Kühlgas gefördert werden kann. Während des Betriebs wird Wärme durch die Elektronikkomponenten 26 erzeugt und durch das durch den peripheren Raum die Mikroelektronikbaugruppe 20 umströmende Kühlgas abgeführt.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Abstützung 32 die Mikroelektronikbaugruppe 20 benachbart zum Gehäuse 12 anordnet. Als ein Ergebnis bilden die Untergruppe der Abstützung 32 und die Mikroelektronikbaugruppe 20 eine innere Kammer 40 für die Aufnahme anderer Komponenten. In der dargestellten Ausgestaltung ist in die Kammer 40 eine Batterie 42 eingeführt und durch flexible Verbindungen 44 mit der Mikroelektronikbaugruppe 20 zwecks Energieversorgung der darauf befindlichen elektrischen Schaltungen verbunden. Alternativ kann die Kammer 40 in angemessener Weise eine gyroskopische Komponente, ein globales Positionsbestimmungssystem, Kampfmittel oder andere Komponenten des Erzeugnisses enthalten.
Deshalb stellt die Erfindung eine Einheit 10 bereit, die eine auf einer Abstützung 32 montierte und in einem Gehäuse 12 aufgenommene Mikroelektronikbaugruppe 20 umfasst. Die Baugruppe 20 ist benachbart zum Gehäuse 12 anordnet, so dass eine innere Kammer 40 für die Aufnahme anderer Komponenten bereitgestellt wird. Die Hauptflächen 24 der Elektronikkomponenten 26 enthaltenden Mikroelektronikbaugruppe 20 zeigen zum Gehäuse 12 hin und befinden sich im Abstand zu diesem, um eine Kühlgasströmung aufzunehmen. Deshalb bietet die Einheit 10 eine effektive Ausnutzung des Stauraums und verbessert die Wärmeableitung durch Kühlgas während des Betriebs.
In der in den 1 bis 4 dargestellten Ausgestaltung ist die Mikroelektronikbaugruppe 20 aus mehreren steifen gedruckten Leiterplatten geformt. Alternativ kann die Mikroelektronikbaugruppe 20 aus flexiblen Substraten geformt sein, die durch die Abstützung in einer ebenen Konfiguration gehalten werden, um die Biegung zu minimieren, die sonst die elektrischen Schaltungen während des Betriebs schädigen könnte. In einer anderen Alternative kann die Baugruppe 20 aus einem einzigen flexiblen Substrat geformt sein, das um die Abstützung 32 einschließlich der darüberliegenden Rippen 34 herum gewickelt ist. Außerdem enthält die Abstützung 32 der in den 1 bis 4 dargestellten Ausgestaltungen Abstandhalter 38, um die Baugruppe 20 im Abstand zur Innenwand 16 des Gehäuses 12 zu halten. Alternativ können die Abstandhalter auf der Innenwand 16 oder durch gesonderte Elemente bereitgestellt werden.
In den 5 und 6 ist eine alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Mikroelektronikeinheit 60 dargestellt. Die Einheit 60 enthält ein Gehäuse 62, das um eine Achse 64 herum zylindrisch ist und eine Innenwand 66 umfasst, die eine Kammer bildet. In dieser Ausgestaltung enthält die Einheit 60 eine Mikroelektronikbaugruppe 70, die aus ei nem flexiblen Substrat 72 geformt ist, auf dessen Hauptfläche 74 Elektronikkomponenten 76 und (nicht dargestellte) Schaltungsleiterzüge befestigt sind. Die Schaltungen auf benachbarten Substraten 72 sind durch flexible Verbindungen 78 miteinander verbunden. Außerdem ist in dieser Ausgestaltung die Mikroelektronikbaugruppe 70 auf einer Abstützung 80 befestigt, die ein aus einem Metall oder Plastwerkstoff geformter Zylinder ist und innerhalb des Gehäuses 62 koaxial angeordnet ist. Die Abstützung 80 umfasst eine Baugruppenstützfläche 81 und axiale Abstandhalter 82, die aus der Fläche 81 herausragen und in die Innenwand 66 des Gehäuses 62 eingreifen, so dass die Mikroelektronikbaugruppe 70 zwecks Bereitstellung von Freiraum für die Elektronikkomponenten 76 und Bildung peripherer Durchlässe für die Förderung von Kühlgas während des Betriebs im Abstand zum Gehäuse 62 gehalten wird. Ein Kennzeichen dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Abstützung 80 eine innere Kammer 84 für die Aufnahme anderer Komponenten bildet und außerdem eine feste schützende Wand bereitstellt, die die Mikroelektronikbaugruppe von den Komponenten innerhalb der inneren Kammer abtrennt. Damit bietet die Einheit 60 eine effektive Ausnutzung des Stauraums und eine Wärmeableitung durch die Kühlgasströmung durch die peripheren Durchlässe um die Mikroelektronikbaugruppe 70 herum.
In den 7 und 8 sind Untereinheiten 102, 104 und 106 dargestellt, die in einem um eine Achse 110 zylindrischen Gehäuse 108 konzentrisch aufgenommen sind. Jede Untereinheit 102, 104 und 106 umfasst eine auf einer Abstützung 118, 120 bzw. 122 montierte Mikroelektronikbaugruppe 112, 114 bzw. 116, die im Wesentlichen den Anordnungen der Mikroelektronikbaugruppe und der Abstützung der Einheit 60 in den 5 und 6 ähnlich sind, jedoch in der Größe zueinander abgestuft sind. Die Untereinheit 102 ist in dem Gehäuse 108 so aufgenommen, dass die Abstandhalter der Abstützung 118 in das Gehäuse eingreifen, um die Konstruktion darin zu positionieren. Die Untereinheit 102 bildet eine innere Kammer 124, in der die Untereinheit 104 aufgenommen ist, wobei die Abstandhalter der Abstützung 120 in die innere Kammer 124 eingreifen. Analog bildet die Untereinheit 104 eine innere Kammer 126, in der die Untereinheit 106 aufgenommen ist, wobei die Abstandhalter der Abstützung 122 in die Konstruktion 104 eingreifen. Die Untereinheit 106 enthält eine innere Kammer 128, in der in geeigneter Weise andere Komponenten untergebracht werden können. Damit bildet in diesem Fall die Untereinheit 102 ein Gehäuse für die Aufnahme der Untereinheit 104 und die Untereinheit 104 wiederum ein Gehäuse für die Aufnahme der Untereinheit 106. In jedem Fall enthält die Untereinheit eine Mikroelektronikbaugruppe, die im Abstand zu ihrem Gehäuse zwecks Bildung von Durchlässen für die Förderung von Kühlgas während des Betriebs auf einer Abstützung montiert ist. Außerdem bildet die Untereinheit Kammern für die Aufnahme zusätzlicher Komponenten, die im Falle der Untereinheit 102 die zusätzlichen Untereinheiten 104 und 106 enthalten.
Deshalb stellt die Erfindung eine Mikroelektronikeinheit bereit, bei der Mikroelektronikbaugruppen auf einer Abstützung montiert sind, die ein Käfig oder eine stabile Konstruktion sein kann und innerhalb eines rohrförmigen Gehäuses steckt. Die Mikroelektronikbaugruppen umfassen Substrate mit Hauptflächen, die zwecks Bildung von Durchlässen über der Mikroelektronikeinheit für die Kühlgasströmung während des Betriebs zum Gehäuse zeigen und im Abstand zu diesem angeordnet sind. Dennoch sind die Baugruppen zum Gehäuse benachbart angeordnet, um ein optimales Volumen für die Aufnahme zusätzlicher Komponenten bereitzustellen.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf bestimmte Ausgestaltungen beschrieben worden ist, ist nicht beabsichtigt, sie darauf einzuschränken, sondern vielmehr lediglich auf den Bereich, der sich durch die nachfolgenden Patentansprüche ergibt.

Claims

Mikroelektronikeinheit, umfassend: – ein rohrförmiges Gehäuse, das eine Innenwand umfasst, die eine Kammer bildet; – eine in der Kammer aufgenommene Abstützung; – eine Mikroelektronikbaugruppe, die auf der Abstützung befestigt ist und ein Substrat enthält, das eine Hauptfläche umfasst, wobei die Mikroelektronikbaugruppe auf dem Substrat angeordnet ist, dessen Hauptfläche zur Innenwand zeigt und sich durch einen Gasdurchlass im Abstand zu dieser befindet.
Mikroelektronikeinheit nach Anspruch 1, wobei die Abstützung einen Abstandhalter umfasst, der in die Innenwand eingreift.
Mikroelektronikeinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abstützung ein Zylinder oder ein polygonales Prisma ist und eine für die Aufnahme einer Komponente geeignete innere Kammer bildet.
Mikroelektronikeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das rohrförmige Gehäuse eine Längsachse umfasst und wobei die Abstützung eine Vielzahl von koaxialen Rippen umfasst, an denen das Substrat befestigt ist.
Mikroelektronikeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Abstützung eine im Abstand zur Innenwand befindliche Stützfläche umfasst und wobei das Substrat an der Stützfläche befestigt ist.
Mikroelektronikeinheit, umfassend: – ein rohrförmiges Gehäuse, das eine zylindrische Innenwand umfasst, die eine Kammer bildet und symmetrisch um eine Achse herum angeordnet ist; – eine in der Kammer aufgenommene und eine Vielzahl von axialen Rippen umfassende Abstützung; – eine Mikroelektronikbaugruppe, die mindestens ein Substrat mit einer Hauptfläche umfasst, wobei die Mikroelektronikbaugruppe an den Rippen befestigt ist, so dass die Hauptfläche parallel zur Achse liegt und zur zylindrischen Innenwand zeigt, die sich im Abstand zur Hauptfläche befindet.
Mikroelektronikeinheit nach Anspruch 6, wobei die Mikroelektronikbaugruppe an der Hauptfläche befestigte Elektronikkomponenten umfasst.
Mikroelektronikeinheit nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Mikroelektronikbaugruppe eine Vielzahl von Substraten und an den Substraten befestigte Elektronikkomponenten umfasst, wobei jedes Substrat axiale Kanten hat, die an den Rippen befestigt sind, wobei die Mikroelektronikbaugruppe außerdem flexible Verbindungen umfasst, die über die Rippen ragen und Elektronikkomponenten auf benachbarten Substraten verbinden.
Mikroelektronikeinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Abstützung Endrahmen umfasst, die an den Rippen befestigt sind und Abstandhalter umfassen, die aus den Endrahmen radial auswärts ragen und in die zylindrische Innenwand eingreifen, um einen Raum zwischen der Mikroelektronikbaugruppe und der zylindrischen Innenwand bereitzustellen.
Mikroelektronikeinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Abstützung und die Mikroelektronikbaugruppe eine für die Aufnahme anderer Komponenten geeignete mittlere Kammer aufweist.
Mikroelektronikeinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei sich die Mikroelektronikbaugruppe im Abstand zur Zylinderwand befindet, so dass sich dazwischen ein peripherer Gasdurchlass für die Förderung von Kühlgas bildet.
Mikroelektronikeinheit, umfassend: – ein rohrförmiges Gehäuse, das eine zylindrische Innenwand umfasst, die eine Kammer bildet und symmetrisch um eine Achse herum angeordnet ist; – eine in der Kammer aufgenommene und eine im Abstand zur zylindrischen Innenwand befindliche Stützfläche umfassende Abstützung; – eine Mikroelektronikbaugruppe, die aus einem flexiblen Substrat mit einer Hauptfläche und einer Vielzahl von an der Fläche befestigten Mikroelektronikkomponenten gebildet ist, wobei die Mikroelektronikbaugruppe an der Stützfläche befestigt ist, so dass die Hauptfläche zur zylindrischen Innenwand zeigt und sich im Abstand zu dieser befindet.
Mikroelektronikeinheit nach Anspruch 12, wobei die Abstützung eine Vielzahl von Abstandhalter umfasst, die aus der Stützfläche radial auswärts ragen und in die zylindrische Innenwand eingreifen, um einen Raum zwischen der Mikroelektronikbaugruppe und der zylindrischen Innenwand bereitzustellen.
Mikroelektronikeinheit nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Abstützung eine mittlere Kammer bildet.
Mikroelektronikeinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei sich die Mikroelektronikbaugruppe im Abstand zur Zylinderwand befindet, so dass sich ein peripherer Gasdurchlass für die Förderung von Kühlgas bildet.