DE102007042998A1 - Elektronische Schaltungsanordnung mit einer von der verbauten Lage funktional unabhängigen Wärmesenke, sowie Wärmesenke dafür - Google Patents

Elektronische Schaltungsanordnung mit einer von der verbauten Lage funktional unabhängigen Wärmesenke, sowie Wärmesenke dafür Download PDF

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Abstract

Die Erfindug betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung (1), aufweisend einen mit elektronischen Bauteilen (3), u. a. Leistungsbauteilen, bestückten Schaltungsträger (2) und zumindest eine Wärmesenke (4) zur Ableitung der von den Bauteilen (3) erzeugten Verlustwärme von der Schaltungsanordnung (1), wobei die Wärmesenke (4) einen dreidimensionalen Wärmeableitkörper (14) aufweist, der nach außen gasdicht und flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist, mit Kühlmittel befüllt ist und innen eine Struktur aus offenen kapillaren Öffnungen aufweist, sowie eine Wärmesenke (4) für eine derartige Schaltungsanordnung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung aufweisend einen mit Bauteilen, u. a. Leistungsbauteilen, bestückten Schaltungsträger und eine Wärmesenke zur Ableitung der von den Bauteilen erzeugten Verlustwärme sowie eine Wärmesenke für derartige Schaltungsanordnungen.
  • Bedingt durch den stetig ansteigenden Einsatz von elektromotorischen Lösungen nimmt die Leistung einzelner Baugruppen immer mehr zu. Hinzu kommt noch dass im Elektronikbereich, insbesondere im Automotivebereich, immer kleiner werdende Applikationen entwickelt werden, weshalb die Packungsdichte der einzelnen Baugruppen immer mehr ansteigt. Dies führt zwangsläufig zum Entstehen hoher Verlustleistungen in Form von Verlustwärme, die eine erhöhte Temperaturbelastung der einzelnen Bauteile zur Folge hat. Aus diesem Grund ist es notwendig, Wärmesenken vorzusehen, mittels denen die Verlustwärme von den Baugruppen bzw. den einzelnen Bauteilen effektiv abgeführt wird.
  • Es ist beispielsweise bekannt, elektronische Schaltungsanordnungen mit Peltier-Elementen (nicht dargestellt) oder Wärmerohrsystemen (5) als Wärmesenken zu kombinieren. Eine derartige elektronische Schaltungsanordnung 100 weist einen in einem Schaltungsgehäuse 101 angeordneten plattenförmigen Schaltungsträger 102 mit einer horizontalen Plattenoberseite 103 und einer dazu parallelen Plattenunterseite 104 auf. Auf der Plattenoberseite 103 sind elektronische Bauteile 105 befestigt und elektrisch und thermisch leitend angebunden.
  • Durch den Schaltungsträger 102 werden die elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen Bauteilen 105 hergestellt. Bei den elektronischen Bauteilen 105 handelt es sich beispielsweise um gehäuste oder ungehäuste, bedrahtete (nicht dargestellt) oder oberflächenmontierte (5) Bauteile 105, insbesondere IC's (Integrierte Schaltkreise) oder Transistoren oder Leistungshalbleiter oder elektrolytische Kondensatoren.
  • Nach einer ersten bekannten Ausführungsform (5) ist an der Plattenunterseite 104 eine Wärmeableitplatte 106 vorgesehen und an dieser direkt befestigt. Die Wärmeableitplatte 106 ist in einer Richtung senkrecht zur Plattenunterseite 104 fluchtend zu dem Bauteil 105 angeordnet und ist mit einer horizontalen Wärmeleitplattenunterseite 108 innenseitig an einer ebenfalls horizontalen Gehäusebodenplatte 109 des Schaltungsgehäuses 108 befestigt. Die horizontale Erstreckung der Wärmeableitplatte 106 entspricht zudem zweckmäßigerweise der horizontalen Erstreckung des Bauteils 105. Des Weiteren weist die Wärmeableitplatte 106 einen innen liegenden, horizontalen Kanal 110 auf, der einendig geschlossen ist und andernendig an einer Wärmeleitplattenseite 107 in ein Wärmeableitrohr 111 mündet. Das Wärmeableitrohr 111 weist einen s-förmigen Verlauf mit einem senkrechten Rückfluss- und Dampfaufsteigbereich 112 und einem sich daran anschließenden, horizontal verlaufenden Kondensierungsbereich 113 auf, der außenseitig zweckmäßigerweise mit wärmeableitenden Kühlrippen 115 versehen ist und am Rohrende geschlossen ist. Der Kondensierungbereich 113 ist zudem außerhalb des Schaltungsgehäuses 101 angeordnet und das Wärmeableitrohr 106 dazu durch eine in einer Gehäuseseitenwandung 114 des Schaltungsgehäuses 101 vorgesehene Öffnung 116 nach außen aus dem Schaltungsgehäuse 101 raus geführt. Das Wärmeableitrohr 111 und der Kanal 110 sind mit Kühlmittel befüllt.
  • Die Ableitung der vom Bauteil 105 im Betrieb erzeugten Verlustwärme erfolgt nun über den Schaltungsträger 102 auf die Wärmeableitplatte 106. Dadurch wird das sich im Kanal 110 befindliche flüssige Kühlmittel erwärmt und verdampft. Der entstandene Kühlmitteldampf steigt aufgrund des Dampfdruckes durch den Rückfluss- und Dampfaufsteigbereich 112 nach oben in den Kondensierungsbereich 113 auf. In dem von der Umgebung gekühlten Kondensierungsbereich 113 erfolgt die Kondensation des Kühlmittel und das dadurch abgekühlte, verflüssigte Kühlmittel fließt aufgrund der Schwerkraft durch den senkrechten Rückfluss- und Dampfaufsteigbereich 112 wieder nach unten in den Kanal 110 zurück. Dieser Kühlkreislauf läuft kontinuierlich ab.
  • Nach einer weiteren bekannten Ausführungsform (nicht dargestellt) ist die Wärmeableitplatte 106 direkt auf einer Bauteilgehäuseoberseite 116 des gehäusten Bauteils 105 befestigt, so dass die Ableitung der Verlustwärme direkt vom Bauteil 105 auf die Wärmeableitplatte 106 erfolgt.
  • Derartige elektronische Schaltungsanordnungen haben sich bewährt. Allerdings ist beispielsweise die sicherheitsrelevante dichte Durchführung des Wärmeleitrohres durch das Gehäuse der Schaltungsanordnung problematisch und der gesamte Aufbau relativ aufwendig und die Schaltungsanordnungen somit kostenintensiv in der Herstellung. Zudem ist die Leistung und Funktion des Wärmerohrsystems nicht unabhängig von der Lage der Schaltungsanordnung im Betrieb. Bei Einbau einer derartigen Schaltungsanordnung in einem Fahrzeug weist die gesamte Schaltungsanordnung und insbesondere der Kondensierungsbereich beispielsweise bei Bergauf- und abfahrt eine zur horizontalen geneigte Einbaulage auf, so dass das im Kondensierungsbereich kondensierte Kühlmittel gegen die Schwerkraft nach oben in den Kühlmittel Rückfluss- und Dampfaufsteigbereich zurück fließen muss und sich deshalb im Kondensierungsbereich sammelt, und erst zurück fließt, wenn der Kondensierungsbereich überfüllt ist. Dies verschlechtert die Kühlleistung erheblich und kann damit zur Überhitzung und Schädigung der Bauteile führen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer elektronischen Schaltungsanordnung aufweisend einen mit Bauteilen, u. a. Leistungsbauteilen, bestückten Schaltungsträger und zumindest eine Wärmesenke zur Ableitung der von den Bauteilen erzeugten Verlustleistung, die einfach und kostengünstig herstellbar ist, und die eine effektive Ableitung der Verlustleistung lageunabhängig gewährleistet.
  • Weitere Aufgabe ist die Bereitstellung einer Wärmesenke zur Ableitung der im Betrieb von derartigen Schaltungsanordnungen erzeugten Verlustleistung, die einfach und kostengünstig herstellbar ist und lageunabhängig einsetzbar ist.
  • Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 17 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
  • 1: Schematisch einen Schnitt durch einen Teil einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung senkrecht zur Erstreckung eines Schaltungsträgers der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung
  • 2: Schematisch einen Schnitt durch einen Teil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung senkrecht zur Erstreckung eines Schaltungsträgers der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung
  • 3: Schematisch einen Schnitt durch einen Teil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung senkrecht zur Erstreckung eines Schaltungsträgers der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung
  • 4: Eine geschnittene schematische Ansicht einer Wärmesenke der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit Verlustwärme erzeugendem Bauteil
  • 5: Schematisch einen Schnitt durch einen Teil einer Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik senkrecht zur Erstreckung eines Schaltungsträgers der Schaltungsanordnung
  • Die erfindungsgemäße elektronische Schaltungsanordnung 1 weist einen Schaltungsträger 2, an dem Schaltungsträger 2 befestigte elektronische Bauteile 3, u. a. Leistungsbauteile, und eine Wärmesenke 4 auf, die zur Ableitung der von den Bauteilen 3 erzeugten Verlustwärme von der Schaltungsanordnung 1 dient (13). Zudem weist die Schaltungsanordnung 1 zweckmäßigerweise ein Schaltungsgehäuse 5 auf, innerhalb dem der Schaltungsträger 2 und die Wärmesenke 4 angeordnet sind.
  • Der Schaltungsträger 2 ist vorzugsweise plattenförmig ausgebildet und weist eine, vorzugsweise ebene und horizontale, Trägerplattenoberseite 6 und eine dazu parallele Trägerplattenunterseite 7 auf. Der Schaltungsträger 2 besteht je nach Anwendungszweck vorzugsweise aus mit Epoxidharz getränkten Glasfasermatten (FR4 oder FR5) oder aus Teflon oder Keramik oder DCB (Direct Bonded Copper) oder einer flexiblen Leiterplatte, z. B. einer mit einem Isolator, insbesondere einer Acrylfolie, isolierten Kupferfolie. Zudem weist der Schaltungsträger 2 auf der Trägerplattenoberseite 6 und/oder der Trägerlattenunterseite 7 Leiterbahnen z. B. in Form von Metallisierungen oder mittels Dickschichttechnik aufgebrachte Leiterbahnen auf (nicht dargestellt), die die Bauteile 3 elektrisch miteinander verbinden. Zudem sind auf der Plattenoberseite 6 und/oder der Plattenunterseite 7 Kontaktierungsstellen, insbesondere Lötpads und/oder Bondpads und/oder Klebepads und/oder Presspads und/oder Sinterpads und/oder Schweißpads vorgesehen (nicht dargestellt), die zur elektrisch leitenden und mechanischen Anbindung der Bauteile 3 an den Schaltungsträger 2 dienen. Der Aufbau eines derartigen Schaltungsträgers 2 ist im Übrigen an sich bekannt.
  • Bei den Bauteilen 3 handelt es sich vorzugsweise um IC's (Integrierte Schaltkreise) und/oder Transistoren und/oder elektrolytische Kondensatoren und/oder Leistungshalbleiter. Die Bauteile 3 sind zudem in an sich bekannter Weise als bedrahtete Bauteile (nicht dargestellt) und/oder als oberflächenmontierte Bauteile (SMD = Surface Mounted Devices) (13) ausgeführt. Des Weiteren sind die Bauteile 3 ungehäust (nicht dargestellt) oder gehäust mit einem die Bauteile 3 umgebendenden Bauteilgehäuse 9 vorzugsweise aus Kunststoff ausgeführt. Die dargestellten SMD-Bauteile 3 sind mittels aus dem Bauteilgehäuse 9 herausragenden Anschlussbeinen 8 in an sich bekannter Weise mit dem Schaltungsträger 2 löttechnisch verbunden. Das Bauteilgehäuse 9 weist zudem eine zur Trägerplattenoberseite 6 parallele Bauteilgehäuseunterseite 10 auf, die auf der Trägerplattenoberseite 6 flächig aufliegt, wobei wenn notwendig, zum Ausgleichen von Unebenheiten und zur besseren Wärmeleitung vorzugsweise zwischen Trägerplattenoberseite 6 und Bauteilgehäuseunterseite 10 an sich bekannte Wärmeleit paste oder ein Wärmeleitpad (Folie) verwendet werden kann (nicht dargestellt). Dadurch steht das Bauteil 3 über das Bauteilgehäuse 9 thermisch leitend mit dem Schaltungsträger 2 in Verbindung. Außerdem weist das Bauteilgehäuse 9 zweckmäßigerweise eine zum Bauteilgehäuseboden 10 parallele Bauteilgehäuseoberseite 11 auf.
  • Die erfindungsgemäße Wärmesenke 4 weist einen dreidimensionalen Wärmeableitkörper 14 auf, der vorzugsweise im Wesentlichen quaderförmig und zweckmäßigerweise plattenförmig ausgebildet ist. Der Wärmeableitkörper 14 (4) weist eine gas- und fluiddichte Hülle bzw. Ummantelung 12 und einen von der Ummantelung 12 gas- und fluiddicht umschlossenen, offene kapillare Poren, insbesondere Mikroporen, aufweisenden Kern 13 auf. Dabei besteht die Ummantelung 12 vorzugsweise aus Metall, insbesondere Aluminium und/oder Kupfer und/oder Siliziumkarbid, oder aus Kunststoff, insbesondere PA (Polyamid) und/oder PBT (Polybutylenterephtalat). Der Kern 13 besteht vorzugsweise aus Metallschaum und/oder aus festem Polyurethan-Schaumstoff. Zudem weist der Kern 13 zweckmäßigerweise eine Porengröße > 45 ppi (pores per inch), insbesondere von 60–90 ppi, auf. Insbesondere weist der Kern 13 eine dreidimensional vernetzte Stege auf, die mit dem inneren Aufbau eines Knochens vergleichbar sind, auf und die einzelnen Poren weisen eine der Kugelform angenäherte Form auf. Der Kern 13 kann aber auch Kanäle oder Öffnungen mit einer anderen, unregelmäßigen Raumform aufweisen. Er muss lediglich kapillare Öffnungen aufweisen, also Öffnungen, die aufgrund ihrer Form und Größe Kapillarkräfte aufweisen.
  • Des Weiteren ist der Wärmeableitkörper 14 mit einem Kühlmittel befüllt, dass in den Poren des Kerns 13 aufgenommen ist und in diesen aufgrund von Kapillarkräften gehalten wird. Die Form und Größe der Poren muss also so beschaffen sein, dass das Kühlmittel beim Befüllen aufgrund der Kapillarkräfte in die Poren hineingezogen wird und danach in den Poren gehalten wird und der Kern somit eine Schwammwirkung hat.
  • Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung (1) ist der plattenförmige Wärmeableitkörper 14 mit einer sich zweckmäßigerweise horizontal erstreckenden, ebenen, Ableitkörperoberseite 15 an der Trägerplattenunterseite 7 angeordnet und an dieser mittels Kleben und/oder Schrauben und/oder Schweißen und/oder Schnappen bzw. Verrasten befestigt. Dadurch, dass die Ableitkörperoberseite 15 mit der Trägerplattenunterseite 7 flächig in Berührung ist, steht der Schaltungsträger 2 mit dem Wärmeableitkörper 14, also der Wärmesenke 4 thermisch leitend in Verbindung. Die Ableitkörperoberseite 15 bildet also eine Wärmeaufnahmefläche 21 des Wärmeableitkörpers 14. Zudem stellt der Wärmeableitkörper 14 nach der ersten Ausführungsform eine Gehäusebodenwandung 16 des Schaltungsgehäuses 5 dar, so dass eine der Ableitkörperoberseite 15 gegenüberliegende Ableitkörperunterseite 17 außenseitig in Bezug zum Schaltungsgehäuse 5 angeordnet ist und mit der Umgebung thermisch in Verbindung steht. Die Ableitkörperunterseite 17 wird also durch die Umgebung gekühlt und bildet eine Wärmeabgabefläche 20 des Wärmeableitkörpers 14. Von der Ableitkörperunterseite 17 ist also Wärme an die Umgebung abgebbar und somit von dem Wärmeableitkörper 14 abgeführt werden. Vorzugsweise weist der Wärmeableitkörper 14 dazu an der Ableitkörperunterseite 17 angeordnete Kühlrippen 18 und/oder Kühldome (z. B. rund oder rechteckig oder vieleckig) auf, die die Wärmeabfuhrleistung erhöhen.
  • Die Ableitung der vom Bauteil 3 im Betrieb erzeugten Verlustwärme erfolgt nun vom Bauteilgehäuse 9 über den Bauteilgehäuseboden 10 und die Trägerplattenoberseite 6 auf den Schaltungsträger 2 und von diesem über die Trägerplattenunterseite 7 auf die Ableitkörperoberseite 15. Dadurch wird das sich in den zur Ableitkörperoberseite 15 benachbarten Poren gehaltene Kühlmittel aufgeheizt und bei Erreichen des Siedepunktes verdampft. Aufgrund des Dampfdruckes wird das dampfförmige Kühlmittel von der Ableitkörperoberseite 15 weg durch die Poren durch in Richtung zur gekühlten Ableitkörperunterseite 17 transportiert, wo es wieder kondensiert und durch die Kondensation Wärme abgibt an die Umgebung. Das gekühlte, kondensierte, wieder verflüssigte Kühlmittel wird durch das kontinuierlich von der Ableitkörperoberseite 15 ankommende dampfförmige Kühlmittel zunächst durch die Poren durch zur Seite verdrängt und anschließend wieder zurück zur Ableitkörperoberseite 15 gedrängt, wo es wiederum verdampft. Dadurch, dass das Kühlmittel kontinuierlich den beschriebenen Kreislauf durchläuft, wird eine effektive Wärmeableitung von der Schaltungsanordnung und Abgabe der Wärme an die Umgebung gewährleistet.
  • Um die Funktion der erfindungsgemäßen Wärmesenke 4 zu gewährleisten, muss ein ausreichender Füllstand des Kühlmittels vorhanden sein, damit das Kühlmittel zum Durchströmen des Wärmeableitkörpers 14 im Kreislauf gezwungen wird, aber dennoch genug Raum zum Verdampfen des Kühlmittels vorhanden ist. Insbesondere ist der Wärmeableitkörper 14 zu 10 bis 90%, bevorzugt zu 70 bis 80% mit Kühlmittel befüllt.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform (2) der Erfindung bildet der Wärmeableitkörper 14 nicht die gesamte sondern nur einen Teil der Gehäusebodenwandung 16 des Schaltungsgehäuses 5. Der Wärmeableitkörper 14 ist dann in vertikaler Richtung gesehen fluchtend zum Bauteil 3 angeordnet und hat in horizontaler Richtung zweckmäßigerweise im Wesentlichen die gleiche Erstreckung wie das Bauteil 3. Zudem ist der Wärmeableitkörper 14 von der Gehäusebodenwandung 16 seitlich umschlossen, so dass in diesem Fall die seitliche Ummantelung 12 des Wärmeableitkörpers 14 von der angrenzenden Gehäusebodenwandung 16 gebildet wird, die den Wärmeableitkörper 14 seitlich gasdicht und fluiddicht umschließt. Zudem kann auch die Ummantelung 12 im Bereich der Ableitkörperoberseite 15 entfallen und der Wärmeableitkörper 14 mit der Trägerplattenunterseite 7 gas- und fluiddicht verbunden sein. Lediglich an der Ableitkörperunterseite 17 muss dann eine Abdeckplatte oder dergleichen vorgesehen sein. Die Verbindung von der Wärmesenke 4 mit der Gehäusebodenwandung 16 bzw. dem Schaltungsträger 2 erfolgt dann z. B. mittels Kleben oder unter Verwendung von geeigneten Dichtmaterialien, z. B. Metalldichtungen oder Elastomerdichtungen.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung (3) ist der Wärmeableitkörper 14 mit der Ableitkörperunterseite 17 auf der Bauteilgehäuseoberseite 11 angeordnet und an dieser mittels Kleben und/oder Löten und/oder Schweißen befestigt. Die Ableitkörperunterseite 17 ist mit der Trägerplattenunterseite 7 flächig in Berührung und bildet die Wärmeaufnahmefläche 21. Das Bauteilgehäuse 9 steht so mit dem Wärmeableitkörper 14, also mit der Wärmesenke 4, direkt thermisch leitend in Verbindung. Zudem stellt der Wärmeableitkörper 14 nach dieser Ausführungsform eine Gehäusedeckenwandung 19 des Schaltungsgehäuses 5 dar, so dass die der Ableitkörperunterseite 17 gegenüberliegende Ableitkörperoberseite 15 außenseitig in Bezug zum Schaltungsgehäuse 5 angeordnet ist und mit der Umgebung an diese Wärme abgebend thermisch in Verbindung steht und die Wärmeableitfläche 20 bildet. Die Ableitkörperoberseite 15 wird also durch die Umgebung gekühlt. Bei dieser Ausführungsform wird die vom Bauteil 3 erzeugte Verlustwärme über die Bauteilgehäuseoberseite 11 an die Ableitkörperunterseite 17 geleitet und mittels der Wärmesenke 4 auf oben beschriebene Weise gekühlt.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bildet der Wärmeableitkörper 14 in analoger Weise wie bei der Gehäusebodenwandung 16 nicht die gesamte, sondern nur einen Teil der Gehäusedeckenwandung 18 des Schaltungsgehäuses 5. Der Wärmeableitkörper 14 ist dann in vertikaler Richtung gesehen fluchtend zum Bauteil 3 angeordnet und hat in horizontaler Richtung zweckmäßigerweise im Wesentlichen die gleiche Erstreckung wie das Bauteil 3. Zudem ist der Wärmeableitkörper 14 von der Gehäusedeckenwandung 18 seitlich umschlossen, so dass die seitliche Ummantelung 12 des Wärmeableitkörpers 14 von der angrenzenden Gehäusedeckenwandung 18 gebildet wird, die den Wärmeableitkörper 14 seitlich gasdicht und fluiddicht umschließt.
  • Selbstverständlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung mehrere Wärmesenken 4, z. B. für jedes Bauteil 3 eine Wärmesenke 4 vorzusehen und diese in die Gehäusebodenwandung 18 und/oder in die Gehäusedeckenwandung 16 zu integrieren. Zudem können sowohl die Gehäusebodenwandung 18 als auch die Gehäusedeckenwandung 16 oder das gesamte Gehäuse 5 als Wärmeableitkörper 14 ausgeführt sein. Dabei kommt es lediglich darauf an, dass der Wärmeableitkörper 14 mit seiner Wärmeaufnahmefläche 20 mit dem Bauteilgehäuse 9 bzw. dem Schaltungsträger 2 thermisch leitend, insbesondere flächig, in Verbindung steht und mit der Wärmeableitfläche 21 mit der Umgebung thermisch leitend in Verbindung steht und an diese Wärme abgeben kann. Des Weiteren ist es auch möglich, auch auf der Trägerplattenunterseite 7 Bauteile 3 vorzusehen.
  • Außerdem kann der dreidimensionale Wärmeableitkörper 14 jede geeignete dreidimensionale Raumform aufweisen. Es muss nur der Kreislauf des Kühlmittels von der Wärmeaufnahmefläche 21 zur Wärmeableitfläche 20 und wieder zurück unter Abgabe von Wärme an die Umgebung und zweckmäßigerweise unter Wechsel des Aggregatzustandes von flüssig zu dampfförmig und wieder zu flüssig gewährleistet sein.
  • Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist insbesondere von Vorteil, dass die Entwärmung mittels der Wärmesenke lageunabhängig ist. Denn aufgrund der offenporigen Struktur des Kerns und der damit verbundenen Kapillarkräfte der kapillaren Öffnungen und des richtigen Füllstandes wird sicher gestellt, dass, auch wenn die Wärmeaufnahmefläche die Ableitkörperoberseite darstellt oder irgendeine von 0° verschiedene Neigung zur Horizontalen hat, ausreichend Kühlmittel in die zur Wärmeaufnahmefläche benachbarten kapillaren Öffnungen eingesaugt wird und in diesen gehalten wird. Dies ist insbesondere für den Einsatz von Schaltungsanordnungen im Automotivebereich extrem wichtig. Zudem erfolgt eine gleichmäßige Verteilung der Wärme in dem plattenförmigen Wärmeableitkörper, was punktuelle Erwärmungen vermeidet.
  • Zudem ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sehr einfach aufgebaut und somit einfach und kostengünstig herstellbar. Denn die erfindungsgemäße Wärmesenke ist ein in sich abgeschlossenes System, das keine externen Anschlüsse oder Energiezufuhr benötigt, die aus dem Schaltungsgehäuse heraus geführt werden müssten. Es findet ein in sich geschlossener Kühlmittelkreislauf innerhalb der Wärmesenke statt. Die Integration der Wärmesenke in das Schaltungsgehäuse ist zudem besonders einfach und zudem Platz sparend.
  • Außerdem steht aufgrund der Porenstruktur eine sehr große Fläche für den Wärmeaustausch zur Verfügung. Des Weiteren kann wie bereits oben erläutert die Ummantelung wegfallen, wenn der Wärmeableitkörper durch andere geeignete Mittel gas- und fluiddicht nach außen abgeschlossen ist.
  • Zudem liegt es im Rahmen der Erfindung anstelle des bei Raumtemperatur flüssigen Kühlmittels auch bei Raumtemperatur wachsartige oder gelartige Kühlmittel zu verwenden, die unter hohen Temperaturen verdampfen.

Claims (17)

  1. Elektronische Schaltungsanordnung (1) aufweisend einen mit elektronischen Bauteilen (3), u. a. Leistungsbauteilen, bestückten Schaltungsträger (2) und zumindest eine Wärmesenke (4) zur Ableitung der von den Bauteilen (3) erzeugten Verlustwärme von der Schaltungsanordnung (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (4) einen dreidimensionalen Wärmeableitkörper (14) aufweist, der nach außen gasdicht und flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist, mit Kühlmittel befüllt ist und innen eine Struktur aus kapillaren Öffnungen aufweist.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kapillaren Öffnungen Poren und/oder Kanäle sind.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeableitkörper (14) eine, insbesondere ebene, Wärmeaufnahmefläche (20) und eine, insbesondere ebene, Wärmeableitfläche (21) aufweist.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaufnahmefläche (20) und die Wärmeableitfläche (21) sich gegenüberliegend und vorzugsweise zueinander parallel angeordnet sind.
  5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeableitfläche (21) thermisch leitend mit der Umgebung in Verbindung steht.
  6. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaufnahmefläche (20), mit dem Schaltungsträger (2) und/oder dem Bauteil (3), insbesondere einem Bauteilgehäuse (9) des Bauteils (3), thermisch leitend in Verbindung steht.
  7. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteilgehäuse (9) des Bauteils (3) thermisch leitend mit dem Schaltungsträger (2) in Verbindung steht.
  8. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeableitkörper (14) plattenförmig und vorzugsweise quaderförmig ausgebildet ist.
  9. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (1) ein Schaltungsgehäuse (5) aufweist, in dem der bestückte Schaltungsträger (2) und die Wärmesenke (4) aufgenommen sind.
  10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltungsgehäuse (5) eine Gehäusebodenwandung (16) und eine Gehäusedeckenwandung (19) aufweist.
  11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeableitkörper (14) als Gehäusebodenwandung (16) und/oder als Gehäusedeckenwandung (19) ausgebildet ist oder einen Teil derselben bildet.
  12. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeableitkörper (14) eine gas- und fluiddichte Ummantelung (12) und einen von der Ummantelung (12) gas- und fluiddicht umschlossenen, die kapillaren Öffnungen aufweisenden, Kern (13) aufweist.
  13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (13) aus Metallschaum und/oder aus festem Polyurethan-Schaumstoff besteht.
  14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12 und/oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (13) eine Porengröße > 45 ppi (pores per inch), insbesondere von 60–90 ppi aufweist.
  15. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeableitkörper (14) derart gestaltet und angeordnet ist, dass das Kühlmittel innerhalb des Wärmeableitkörpers (14) unter Abgabe von Wärme an die Umgebung von der Wärmeaufnahmefläche (20) zur Wärmeableitfläche (21) und wieder zurück im Kreislauf förderbar ist.
  16. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel ein bei Raumtemperatur flüssiges oder wachsartiges oder gelartiges Kühlmittel ist.
  17. Wärmesenke (4) für elektronische Schaltungsanordnungen (1), insbesondere für elektronische Schaltungsanordnungen (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, zur Ableitung der im Betrieb von der Schaltungsanordnung (1) erzeugten Verlustwärme, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (4) die Merkmale von einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, 8 und/oder 12 bis 16 aufweist.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009005067A1 (de) * 2009-01-19 2010-07-22 Trw Automotive Gmbh Hybrid-Platte
DE102010013734A1 (de) * 2010-03-31 2011-10-06 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Kühlung und Verfahren zu deren Herstellung
EP2858206A4 (de) * 2012-06-04 2015-08-19 Toyota Motor Co Ltd Stromaufnahmevorrichtung und stromabgabevorrichtung
DE102020112925A1 (de) 2020-05-13 2021-11-18 Ads-tec Energy GmbH Entfeuchter-Einrichtung und eine diese aufweisende Ladestation

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8766430B2 (en) 2012-06-14 2014-07-01 Infineon Technologies Ag Semiconductor modules and methods of formation thereof
US9041460B2 (en) 2013-08-12 2015-05-26 Infineon Technologies Ag Packaged power transistors and power packages

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19950402A1 (de) * 1998-10-21 2000-05-25 Furukawa Electric Co Ltd Plattenförmiges Wärmeableitrohr, Verfahren zur Herstellung desselben sowie Kühlvorrichtung mit einem plattenförmigen Wärmeableitrohr
DE10114998A1 (de) * 2000-06-08 2002-02-21 Merck Patent Gmbh Einsatz von PCM in Kühlern für elektronische Batterie
DE20314715U1 (de) * 2003-09-23 2004-02-19 Glacialtech, Inc., Junghe Vorrichtung zum Leiten von Wärme mit einer Flüssigkeit
DE10261402A1 (de) * 2002-12-30 2004-07-15 Schulz-Harder, Jürgen, Dr.-Ing. Wärmesenke in Form einer Heat-Pipe sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen Wärmesenke
DE10324190A1 (de) * 2003-05-28 2005-01-05 M.Pore Gmbh Wärmetauscher
US20050078456A1 (en) * 2003-10-10 2005-04-14 Mandel Larry M. Flip chip heat sink package and method
US20060196640A1 (en) * 2004-12-01 2006-09-07 Convergence Technologies Limited Vapor chamber with boiling-enhanced multi-wick structure
US20070062676A1 (en) * 2005-09-20 2007-03-22 Grand Power Sources Inc. Heat sink module

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4047198A (en) * 1976-04-19 1977-09-06 Hughes Aircraft Company Transistor cooling by heat pipes having a wick of dielectric powder
US4833567A (en) * 1986-05-30 1989-05-23 Digital Equipment Corporation Integral heat pipe module
US6082443A (en) * 1997-02-13 2000-07-04 The Furukawa Electric Co., Ltd. Cooling device with heat pipe
KR100529112B1 (ko) * 2003-09-26 2005-11-15 삼성에스디아이 주식회사 다공성 열전달 시트를 갖는 디스플레이 장치

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19950402A1 (de) * 1998-10-21 2000-05-25 Furukawa Electric Co Ltd Plattenförmiges Wärmeableitrohr, Verfahren zur Herstellung desselben sowie Kühlvorrichtung mit einem plattenförmigen Wärmeableitrohr
DE10114998A1 (de) * 2000-06-08 2002-02-21 Merck Patent Gmbh Einsatz von PCM in Kühlern für elektronische Batterie
DE10261402A1 (de) * 2002-12-30 2004-07-15 Schulz-Harder, Jürgen, Dr.-Ing. Wärmesenke in Form einer Heat-Pipe sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen Wärmesenke
DE10324190A1 (de) * 2003-05-28 2005-01-05 M.Pore Gmbh Wärmetauscher
DE20314715U1 (de) * 2003-09-23 2004-02-19 Glacialtech, Inc., Junghe Vorrichtung zum Leiten von Wärme mit einer Flüssigkeit
US20050078456A1 (en) * 2003-10-10 2005-04-14 Mandel Larry M. Flip chip heat sink package and method
US20060196640A1 (en) * 2004-12-01 2006-09-07 Convergence Technologies Limited Vapor chamber with boiling-enhanced multi-wick structure
US20070062676A1 (en) * 2005-09-20 2007-03-22 Grand Power Sources Inc. Heat sink module

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009005067A1 (de) * 2009-01-19 2010-07-22 Trw Automotive Gmbh Hybrid-Platte
DE102010013734A1 (de) * 2010-03-31 2011-10-06 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Kühlung und Verfahren zu deren Herstellung
EP2858206A4 (de) * 2012-06-04 2015-08-19 Toyota Motor Co Ltd Stromaufnahmevorrichtung und stromabgabevorrichtung
DE102020112925A1 (de) 2020-05-13 2021-11-18 Ads-tec Energy GmbH Entfeuchter-Einrichtung und eine diese aufweisende Ladestation
US11691527B2 (en) 2020-05-13 2023-07-04 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Dehumidifier means and a charging station comprising the same

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