DE102008013857B4 - Actively cooled printed circuit board and LED module with such a printed circuit board - Google Patents

Actively cooled printed circuit board and LED module with such a printed circuit board Download PDF

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Abstract

Aktiv gekühlte Leiterplatte (1), aufweisend eine erste und eine zweite Seite (2a, 2b), eine oder mehrere Durchgangsbohrung(en) (4) und mindestens eine Kühlfluidführung (3) zur Wärmeabfuhr, die sich von der ersten (2a) zur zweiten Seite (2b) der Leiterplatte (1) erstreckt,
wobei die Kühlfluidführung (3) sich als mindestens eine oder mehrere Durchgangsbohrung(en) (4) direkt oder mit Umwegen von der ersten Seite (2a) der Leiterplatte (1) auf die zweite Seite (2b) erstreckt, und wobei die Kühlfluidführung (3) mindestens ein aktives Element (9) aufweist, welches die aktive Förderung eines Kühlfluids in der Kühlfluidführung (3) ermöglicht,
wobei das aktive Element (9) der Kühlfluidführung ein Nanomagnet (9) ist, der durch ein von Mikro-Spulen (5) der Leiterplatte (1) erzeugtes Magnetfeld angesteuert und in Rotation versetzt werden kann, und wobei der Nanomagnet (9) eine rotorähnliche Form aufweist, so dass eine am Nanomagnet (9) angrenzende Flüssigkeit in Bewegung/Zirkulation versetzt werden kann.An actively cooled circuit board (1) comprising first and second sides (2a, 2b), one or more through-holes (4) and at least one cooling fluid guide (3) for heat dissipation extending from the first (2a) to the second Side (2b) of the printed circuit board (1),
wherein the cooling fluid guide (3) extends as at least one or more through holes (4) directly or by detours from the first side (2a) of the printed circuit board (1) to the second side (2b), and wherein the cooling fluid guide (3 ) has at least one active element (9), which enables the active delivery of a cooling fluid in the cooling fluid guide (3),
wherein the active element (9) of the cooling fluid guide is a nanomagnet (9) which can be driven and rotated by a magnetic field generated by micro-coils (5) of the printed circuit board (1), and wherein the nanomagnet (9) is a rotor-like Having a shape, so that on the nanomagnet (9) adjacent liquid can be set in motion / circulation.

Figure DE102008013857B4_0001
Figure DE102008013857B4_0001

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Kühlsystem zur aktiven Kühlung von Leiterplatten. Dabei betrifft die Erfindung speziell ein verbessertes Kühlsystem für Leiterplatten auf denen sich Halbleiterbauteile wie beispielsweise Leuchtdioden befinden.The invention relates to an improved cooling system for active cooling of printed circuit boards. In this case, the invention specifically relates to an improved cooling system for printed circuit boards on which semiconductor components such as light-emitting diodes are located.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Eine Leuchtdiode (im Folgenden als „LED” bezeichnet) ist ein elektronisches Halbleiter-Bauelement. Sie besitzen gegenüber konventionellen Glühlampen den Vorteil, dass ein größerer Anteil der zugeführten Energie zu Licht konvertiert wird. Während herkömmliche Glühlampen in etwa 5% der zugeführten Energie in Licht umsetzen, ist dieser Anteil bei LEDs mit circa 25–35% deutlich höher. Dabei ist zu erwähnen, dass LEDs im Gegensatz zu herkömmlichen Glühlampen kein Infrarotlicht produzieren. Dies bedeutet, dass bei LEDs der Lichtstrahl selbst keine Wärme abgibt, weshalb auch von „kaltem Licht” gesprochen wird. Dennoch produzieren die in den LEDs verbauten Diodenchips Wärme, die sich schädlich auf deren Lebensdauer auswirken kann. Um eine LED lange nutzen zu können, ist es daher wichtig, diese zu kühlen oder die Hitze abzuführen. Da in den meisten Fällen mehrere LEDs auf einer Leiterplatte verbaut sind, ist eine Bereitstellung einer entsprechenden Möglichkeit zur Wärmeabfuhr erforderlich.A light emitting diode (hereinafter referred to as "LED") is an electronic semiconductor device. They have the advantage over conventional incandescent lamps that a larger proportion of the energy supplied is converted to light. While conventional incandescent lamps convert about 5% of the energy supplied into light, this proportion is significantly higher for LEDs at around 25-35%. It should be noted that unlike conventional light bulbs, LEDs do not produce infrared light. This means that with LEDs, the light beam itself does not give off heat, which is why the term "cold light" is used. Nevertheless, the diode chips installed in the LEDs produce heat that can have a detrimental effect on their service life. To use a LED for a long time, it is therefore important to cool or dissipate the heat. Since in most cases several LEDs are installed on a circuit board, a provision of a corresponding possibility for heat dissipation is required.

Für die Kühlung von Leiterplatten sind verschiedene Kühlsysteme bekannt. Eine Möglichkeit die auf vielfältige Art angewandt wird, ist der Einsatz von passiven Kühlelementen. Dazu werden Materialien mit niedrigem Wärmewiderstand wie beispielsweise Aluminium, Kupfer oder Keramikmaterialien (Al2O3, AIN) eingesetzt. Der Nachteil beim Einsatz der passiven Kühlung ist, dass nur eine bestimmte Menge an Wärme von den Kühlelementen aufgenommen werden kann. Speziell beim Einsatz zur Kühlung von elektronischen oder mechanischen Wärmequellen die eine sehr große Wärmeentwicklung aufweisen, stößt die passive Kühlung an ihre physikalischen Grenzen, da sie durch die Leitfähigkeit der eingesetzten Materialien und deren geometrische Abmessungen limitiert ist.For the cooling of printed circuit boards, various cooling systems are known. One option that can be used in a variety of ways is the use of passive cooling elements. These materials with low thermal resistance such as aluminum, copper or ceramic materials (Al 2 O 3 , AIN) are used. The disadvantage of using passive cooling is that only a certain amount of heat can be absorbed by the cooling elements. Especially when used for cooling of electronic or mechanical heat sources which have a very large heat generation, the passive cooling reaches its physical limits, since it is limited by the conductivity of the materials used and their geometric dimensions.

Eine Alternative zur passiven Kühlung stellt die aktive Kühlung dar. Hierbei werden aktive Elemente bereitgestellt, durch die eine Zirkulation eines Kühlmediums ermöglicht wird, was der Wärmeabfuhr dient. Für die Anwendung zur Wärmeabfuhr bei Leiterplatten ist der Einsatz von Ventilatoren gängige Praxis. Diese haben jedoch den Nachteil einer nicht zu vernachlässigenden Geräuschentwicklung. Zudem benötigen die Ventilatoren relativ viel Platz und weisen vielmals eine relativ kurze Lebensdauer auf. Ein weiterer Nachteil von Ventilatoren ist die ineffektive Nutzung des Luftstromes, da eine gezielte Richtung auf den „HOT SPOT”, der zudem im Verlauf der Anwendung noch seine Position verändern kann, nur über mechanische Änderung von Position und Lage des Ventilators möglich ist. Die hierfür benötigten Motoren führen zu einem erhöhten Kosten- und Platzbedarf des Kühlsystems. Deshalb werden derartige mit Ventilatoren versehene Kühlsysteme meist um mehrere Größenordnungen überdimensioniert. Dies führt jedoch zu einer erhöhten Verlustleistung und hohen laufenden Kosten.An alternative to passive cooling is the active cooling. In this case, active elements are provided by which a circulation of a cooling medium is made possible, which serves for heat dissipation. For the application for heat dissipation in printed circuit boards, the use of fans is common practice. However, these have the disadvantage of not negligible noise. In addition, the fans require a relatively large amount of space and often have a relatively short life. A further disadvantage of fans is the ineffective use of the airflow, as a targeted direction on the "HOT SPOT", which also can change its position during the use of its position, only by mechanical change of position and position of the fan is possible. The motors required for this lead to increased cost and space requirements of the cooling system. Therefore, such cooling systems provided with fans are usually oversized by several orders of magnitude. However, this leads to an increased power loss and high running costs.

EP 1 628 515 A1 offenbart eine aktiv gekühlte Leiterplatte mit einer Basis und mindestens einer elektrischen Komponente, aufweisend ein integriertes Kühlsystem mit einem Fluidkanal und mindestens einem Wärmetauscher. EP 1 628 515 A1 discloses an actively cooled circuit board having a base and at least one electrical component, comprising an integrated cooling system having a fluid channel and at least one heat exchanger.

WO2003/041272 A1 offenbart ein integriertes Bauteil, aufweisend ein Substrat und mehrere darauf aufgebrachte Mikrospulen. WO2003 / 041272 A1 discloses an integrated component comprising a substrate and a plurality of micro-coils deposited thereon.

US 7 104 313 B2 offenbart eine Vorrichtung für die Verwendung von Flüssigkeit mit Nanopartikeln für den Einsatz in elektronischen Kühlvorrichtungen. Die Vorrichtung weist eine Pumpe zur Zirkulation des mit Nanoteilchen beladenen Fluids auf. US Pat. No. 7,104,313 B2 discloses an apparatus for using liquid with nanoparticles for use in electronic cooling devices. The apparatus includes a pump for circulating the nanoparticle laden fluid.

WO 2005/109613 A1 offenbart eine Kühlvorrichtung aufweisend eine elektromagnetische Pumpe zur Zirkulation einer leitfähigen Flüssigkeit aufweisend ein Alkalimetall in einem Rohr. WO 2005/109613 A1 discloses a cooling device comprising an electromagnetic pump for circulating a conductive liquid comprising an alkali metal in a pipe.

Es wäre daher von Interesse ein alternatives Kühlsystem zur Verfügung zu stellen, dass einerseits sehr viel Kühlkapazität aufweist und andererseits einen relativ geringen Platzbedarf auf der zu kühlenden Leiterplatte hat.It would therefore be of interest to provide an alternative cooling system which, on the one hand, has a great deal of cooling capacity and, on the other hand, has a relatively small footprint on the printed circuit board to be cooled.

Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Kühlfluidführung nach Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by the inventive cooling fluid guide according to claim 1.

Ziel und Zusammenfassung der ErfindungAim and summary of the invention

In einem ersten Aspekt behandelt die Erfindung eine aktiv gekühlte Leiterplatte, aufweisend eine erste und eine zweite Seite, eine oder mehrere Durchgangsbohrung(en) und mindestens eine Kühlfluidführung zur Wärmeabfuhr, die sich von der ersten zur zweiten Seite der Leiterplatte erstreckt, wobei die Kühlfluidführung sich als mindestens eine oder mehrere Durchgangsbohrung(en) direkt oder mit Umwegen von der ersten Seite der Leiterplatte auf die zweite Seite erstreckt, und wobei die Kühlfluidführung mindestens ein aktives Element aufweist, welches die aktive Förderung eines Kühlfluids in der Kühlfluidführung ermöglicht, wobei das aktive Element der Kühlfluidführung ein Nanomagnet ist, der durch ein von Mikro-Spulen erzeugtes Magnetfeld angesteuert und in Rotation versetzt werden kann, und wobei der Nanomagnet eine rotorähnliche Form aufweist, so dass eine am Nanomagnet angrenzende Flüssigkeit in Bewegung/Zirkulation versetzt werden kann.In a first aspect, the invention features an actively cooled circuit board having first and second sides, one or more throughbores, and at least one cooling fluid routing for heat removal extending from the first to the second side of the circuit board, the cooling fluid routing at least one or more through-holes extending directly or by detours from the first side of the circuit board to the second side, and wherein the cooling fluid guide comprises at least one active element enabling active delivery of a cooling fluid in the cooling fluid guide, the active element the cooling fluid guide is a nanomagnet which can be driven and rotated by a magnetic field generated by micro-coils, and wherein the nanomagnet has a rotor-like shape, so that a liquid adjacent to the nanomagnet can be set in motion / circulation.

Die Anordnung der Kühlfluidführung auf der Leiterplatte ermöglicht eine Wärmeabfuhr von beiden Seiten der Leiterplatte. Die Kühlfluidführung kann dabei in der Leiterplatte integriert sein oder auf der Oberfläche der Leiterplatte anliegen. Das aktive Element in der Kühlfluidführung bewirkt die Zirkulation eines Kühlfluids innerhalb der Kühlfluidführung, wodurch von der Leiterplatte erzeugte Wärme effektiv abgeführt werden kann. Die Lebensdauer einer sich auf der Leiterplatte befindlichen LED kann somit erhöht werden.The arrangement of the cooling fluid guide on the circuit board allows heat removal from both sides of the circuit board. The cooling fluid guide can be integrated in the circuit board or rest on the surface of the circuit board. The active element in the cooling fluid guide causes the circulation of a cooling fluid within the cooling fluid guide, whereby heat generated by the circuit board can be effectively dissipated. The life of a LED located on the circuit board can thus be increased.

Der erfindungsgemäße Kühlkreislauf kann sowohl als geschlossener, als auch als offener Kühlkreislauf realisiert sein. Je nach zur Verfügung stehenden Materialien und geometrischen Vorgaben sind sowohl horizontale, als auch vertikale Kühlfluidführungen möglich. Als Kühlmedien können sowohl Luft (vor allem für offene Kühlsysteme), als auch geeignete Kühlflüssigkeiten und spezielle Gase (vor allem für geschlossene Kühlkreisläufe) verwendet werden.The cooling circuit according to the invention can be realized both as a closed, as well as an open cooling circuit. Depending on the available materials and geometric specifications, both horizontal and vertical cooling fluid ducts are possible. As cooling media, both air (especially for open cooling systems), as well as suitable cooling fluids and special gases (especially for closed cooling circuits) can be used.

Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäßen Kühlfluidführungen einen Schichtaufbau auf, wodurch die Kühlfluidführungen bei der Fertigung der einzelnen Laminate durch beispielsweise Fräsen, Bohren, Pressen und Stanzen eingebracht werden können.Preferably, the cooling fluid ducts according to the invention have a layer structure, whereby the cooling fluid ducts can be introduced during the production of the individual laminates by, for example, milling, drilling, pressing and stamping.

Erfindungsgemäß ist die Kühlfluidführung in der Leiterplatte mit einer Vielzahl von Mikro-Spulen umgeben, die in Schichten konzentrisch aneinander gereiht sind. Die Mikro-Spulen bestehen aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise Kupfer. Die einzelnen Schichten sind vorzugsweise mit Hilfe von Isolationsschichten, welche aus elektrisch isolierendem Material bestehen, voneinander getrennt. Die Anordnung von sehr vielen dünnen Schichten, die durch elektrisch isolierte Materialien getrennt sind, ermöglicht die Bereitstellung eines Systems mit sehr kleinen aber trotzdem sehr akkuraten Mikro-Spulen.According to the invention, the cooling fluid guide in the printed circuit board is surrounded by a plurality of micro-coils, which are lined up in layers concentrically. The micro-coils are made of an electrically conductive material, such as copper. The individual layers are preferably separated from one another by means of insulating layers, which consist of electrically insulating material. The arrangement of very many thin layers separated by electrically isolated materials allows the provision of a system with very small but nevertheless very accurate micro-coils.

Die Dicke der Isolationsschichten richtet sich nach der beabsichtigten Kühlleistung und somit nach den beabsichtigten magnetischen und elektrischen Feldstärken bzw. nach dem Stromfluss. Zudem ist die Dicke der Isolationsschichten an die Anforderungen an das Gesamtsystem bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit, des Überspannungsschutzes und des Schutzes gegenüber Störfeldern angepasst. Vorzugsweise weisen die Isolationsschichten eine Dicke von unter 50 μm bis einigen Millimetern auf.The thickness of the insulation layers depends on the intended cooling capacity and thus on the intended magnetic and electrical field strengths or on the current flow. In addition, the thickness of the insulation layers is adapted to the requirements of the overall system with regard to electromagnetic compatibility, overvoltage protection and protection against interference fields. Preferably, the insulating layers have a thickness of less than 50 microns to a few millimeters.

Die Dicke der einzelnen Mikrospulen hängt dabei von der beabsichtigten Wärmeabfuhr (Kühlleistung), der Wärmekapazität des Kühlmediums, den rheologischen Materialeigenschaften (Viskosität, Kohäsion) des Kühlmediums, sowie von den Haftungseigenschaften (Adhäsion) des umgebenden Materials ab. Die Dicke der Mikrospulen weist vorzugsweise einen Wert von 5 μm bis 250 μm auf. Grundsätzlich sind auch Schichtdicken der Mikrospulen im sub-μm Bereich sind ebenfalls realisierbar.The thickness of the individual micro-coils depends on the intended heat dissipation (cooling capacity), the heat capacity of the cooling medium, the rheological material properties (viscosity, cohesion) of the cooling medium, as well as the adhesion properties (adhesion) of the surrounding material. The thickness of the micro-coils preferably has a value of 5 μm to 250 μm. Basically, layer thicknesses of the micro-coils in the sub-micron range are also feasible.

Die Mikro-Spulen sind vorzugsweise mit einer Stromquelle verbunden. Darüber ist es möglich eine zuvor festgelegte Spannung an den Mikro-Spulen anzulegen, um ein definiertes Magnetfeld an den Mikro-Spulen zu erhalten. Durch Variation der Spulendicke und der angelegten Spannung ist eine Beeinflussung der Stärke des zu erzeugenden Magnetsfelds möglich. Vorzugsweise ist hierfür eine Steuerungseinheit mit der Stromquelle und den Mikro-Spulen verbunden, die eine Einstellung der anliegenden Stromspannung und damit auch eine Einstellung des zu erzeugenden Magnetfelds ermöglicht.The micro-coils are preferably connected to a power source. In addition, it is possible to apply a predetermined voltage to the micro-coils to obtain a defined magnetic field at the micro-coils. By varying the coil thickness and the applied voltage, it is possible to influence the strength of the magnetic field to be generated. Preferably, for this purpose, a control unit is connected to the power source and the micro-coils, which allows adjustment of the applied voltage and thus also an adjustment of the magnetic field to be generated.

Das aktive Element der Kühlfluidführung ist ein Nanomagnet, der durch das von den Mikrospulen erzeugte Magnetfeld angesteuert und in Bewegung versetzt werden kann. Der Nanomagnet, kann somit in einer festgelegten Position innerhalb der Kühlfluidführung mit Hilfe des erzeugten Magnetfelds gehalten werden. Zudem können konstruktive Ausformungen in der Kühlfluidführung vorgesehen sein, welche die Bewegung des Rotors auf einen durch die Ausformung definierten Bereich der Kühlfluidführung beschränken.The active element of the cooling fluid guide is a nanomagnet, which can be triggered and set in motion by the magnetic field generated by the microcoils. The nanomagnet, thus, can be held in a fixed position within the cooling fluid guide by means of the generated magnetic field. In addition, constructive formations may be provided in the cooling fluid guide, which restrict the movement of the rotor to a region of the cooling fluid guide defined by the formation.

Der Nanomagnet kann durch das Magnetfeld in Rotation versetzt werden. Durch die an den Mikro-Spulen angelegte Spannung kann die Bewegungsgeschwindigkeit des Nanomagneten beeinflusst werden. Es ist somit möglich, durch eine Ansteuerung von außerhalb der Kühlfluidführung eine Bewegung des sich in der Kühlfluidführung befindlichen Nanomagneten zu beeinflussen.The nanomagnet can be rotated by the magnetic field. By the voltage applied to the micro-coil voltage, the movement speed of the nanomagnet can be influenced. It is thus possible to influence a movement of the nanomagnets located in the cooling fluid guide by a control of outside the cooling fluid guide.

Der erfindungsgemäße Nanomagnet weist eine rotorähnliche Form auf. Mit Hilfe des anliegenden Magnetfeldes kann nun der Nanomagnet in Rotation versetzt werden. Dies ermöglicht es, ein am Nanomagneten angrenzendes Kühlfluid oder Gas in Bewegung/Zirkulation zu versetzen.The nanomagnet according to the invention has a rotor-like shape. With the help of the applied magnetic field, the nanomagnet can now be rotated. This makes it possible to set in motion / circulation a cooling fluid or gas adjacent to the nanomagnet.

Vorzugsweise weißt die Kühlfluidführung eine Vielzahl von Nanomagneten auf, wobei jeder Nanomagnet von einer Mikro-Spule angesteuert wird. Die durch die Nanomagneten erzeugte Zirkulation des Kühlfluids innerhalb der Kühlfluidführung trägt dazu bei, dass Hitze von einem Hitzeerzeuger wie beispielsweise einer Leiterplatte mittels Konvektion abgeleitet werden kann. Demnach tritt in einem derartigen Kühlsystem Konvektion als auch Konduktion auf, wodurch eine effiziente Wärmeabfuhr/Kühlung ermöglicht wird.Preferably, the cooling fluid guide has a plurality of nanomagnets, each nanomagnet being driven by a micro-coil. The circulation of the cooling fluid within the cooling fluid guide, generated by the nanomagnets, helps dissipate heat from a heat generator, such as a printed circuit board, by convection. Accordingly, occurs in one Such cooling system convection as well as Konduktion, whereby an efficient heat removal / cooling is enabled.

Das Prinzip dieses aktiven Kühlsystems ist das einer Gleichstrom- oder Induktionsmaschine. Der Rotor des Nanomagneten ist vorzugsweise Propellerähnlich geformt damit das Kühlungsgas bzw. die Kühlflüssigkeit in der Kühlfluidführung zum Zirkulieren gebracht werden kann. Dadurch wird die Wärmeabfuhr unterstützt. The principle of this active cooling system is that of a DC or induction machine. The rotor of the nanomagnet is preferably shaped like a propeller so that the cooling gas or the cooling liquid in the cooling fluid guide can be made to circulate. This supports the heat dissipation.

In bekannten Kühlsystemen für Leiterplatten ist die Hitze im Zentrum der Kühlfluidführung immer am höchsten, da dort die Konvektion am geringsten ist. Durch die erfindungsgemäße Leiterplatte mit einem aktiven rotierenden Element, das sich an zentraler Stelle in der Kühlfluidführung befindet, wird eine bessere Konvektion in der Kühlfluidführung angeregt und damit dazu beigetragen, dass im kompletten Leitungsquerschnitt der Kühlfluidführung die gleiche Temperatur herrscht.In known cooling systems for printed circuit boards, the heat in the center of the cooling fluid duct is always the highest, since there the convection is the lowest. As a result of the printed circuit board according to the invention having an active rotating element, which is located at a central location in the cooling fluid guide, better convection in the cooling fluid guide is stimulated and thus contributes to the same temperature prevailing in the complete line cross section of the cooling fluid guide.

Da dass Kühlsystem aus einzelnen Schichten aufgebaut ist, die jeweils aneinander angrenzen, kann eine Vielzahl an Nanomagneten im Leitungssystem angeordnet werden. Dadurch wird eine effiziente Zirkulation des sich im Leitungssystem befindlichen Kühlmittels erreicht.Since the cooling system is made up of individual layers which adjoin one another in each case, a multiplicity of nanomagnets can be arranged in the line system. This achieves an efficient circulation of the coolant present in the line system.

Wenn keine Spannung an den Mikro-Spulen der Kühlfluidführung anliegt, wirkt keine Kraft auf die Nanomagneten. Diese sind somit innerhalb der Kühlfluidführung frei beweglich. Wird Spannung an die Mikro-Spulen angelegt, richten sich die Nanomagneten entsprechend den dadurch erzeugten Magnetfeldern an den Mikro-Spulen innerhalb der Kühlfluidführung aus.When there is no voltage applied to the micro-coils of the cooling fluid guide, no force acts on the nanomagnets. These are thus freely movable within the cooling fluid guide. When voltage is applied to the micro-coils, the nanomagnets align with the micro-coils within the cooling fluid guide in accordance with the magnetic fields generated thereby.

Ein nicht zur Erfindung gehörender Aspekt ist die Verwendung eines magnetischen Fließmittels als aktives Element innerhalb der Kühlfluidführung. Dazu ist eine Vielzahl von magnetischen oder spannungssensitiven Partikel dem Kühlfluid beigemischt. Es soll erwähnt werden, dass die Fließeigenschaften des Fließmittels zuvor entsprechend optimiert werden müssen, um eine Zirkulation des Fließmittels im Leitungssystem zu ermöglichen.A non-invention aspect is the use of a magnetic flux as an active element within the cooling fluid conduit. For this purpose, a large number of magnetic or stress-sensitive particles is admixed with the cooling fluid. It should be mentioned that the flow properties of the flow agent must first be optimized accordingly in order to allow a circulation of the flow agent in the line system.

Die Form, Größe und Oberflächenbeschaffenheit der Partikel muss an die beabsichtigte Kühlleistung, die verwendeten Kühlmedien und die geometrischen Abmessungen der Kühlfluidführung angepasst werden.The shape, size and surface finish of the particles must be adapted to the intended cooling capacity, the cooling media used and the geometric dimensions of the cooling fluid duct.

Durch das von den Mikro-Spulen erzeugte Magnetfeld innerhalb der Kühlfluidführung ist es demnach möglich, eine Kraft auf diese magnetischen oder spannungssensitiven Partikel auszuüben. Dementsprechend können diese Partikel und damit auch das an den Partikeln anliegende Kühlfluid in Bewegung versetzt werden.By the magnetic field generated by the micro-coils within the cooling fluid guide, it is thus possible to exert a force on these magnetic or stress-sensitive particles. Accordingly, these particles and thus also the cooling fluid applied to the particles can be set in motion.

Vorzugweise wird die an den Mikro-Spulen angelegte Spannung in pulsartiger Weise zugeführt, wodurch die Fließgeschwindigkeit der Partikel im Kühlmittel erhöht werden kann. Dementsprechend wird die Fließgeschwindigkeit des gesamten Kühlfluids innerhalb der Kühlfluidführung erhöht. Durch die oben beschriebene Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlsystems kann demnach eine Zirkulation des Kühlfluids innerhalb der Kühlfluidführung ermöglicht werden, ohne dass eine Pumpe zur Förderung von Kühlfluid bereitgestellt werden muss. Zudem kann auf den Einsatz von Ventilatoren zur Kühlung verzichtet werden. Das erfindungsgemäße System ermöglicht daher die effektive Kühlung von Leiterplatten ohne nachteilige Geräuschentwicklungen.Preferably, the voltage applied to the micro-coils voltage is supplied in a pulsed manner, whereby the flow velocity of the particles in the coolant can be increased. Accordingly, the flow rate of the entire cooling fluid within the cooling fluid guide is increased. Accordingly, by virtue of the above-described embodiment of the cooling system according to the invention, a circulation of the cooling fluid within the cooling fluid guide can be made possible without a pump having to be provided for conveying cooling fluid. In addition, the use of fans for cooling can be dispensed with. The system according to the invention therefore enables the effective cooling of printed circuit boards without disadvantageous noise developments.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems ist in den Zeichnungen darstellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.A preferred embodiment of the system according to the invention is illustrated in the drawings and will be explained in more detail in the following description.

1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Leiterplatte mit LEDs und einer Kühlfluidführung nach einer bevorzugten Ausführungsform. 1 shows a perspective view of a printed circuit board according to the invention with LEDs and a cooling fluid guide according to a preferred embodiment.

2a zeigt eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Kühlfluidführung, umgeben von einzelnen, aneinandergereihten Mikro-Spulen. 2a shows a perspective view of a preferred embodiment of the cooling fluid guide, surrounded by individual, juxtaposed micro-coils.

2b zeigt einen entsprechenden Stromkreis, der durch die Mikro-Spulen in 2b gebildet wird. 2 B shows a corresponding circuit passing through the micro-coils in 2 B is formed.

3a zeigt eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Kühlfluidführung umgeben von mehreren Schichten elektrisch isolierenden Materials. 3a shows a perspective view of the cooling fluid guide according to the invention surrounded by a plurality of layers of electrically insulating material.

3b zeigt eine Schnittansicht A-A durch die erfindungsgemäße Kühlfluidführung, die in 3a gekennzeichnet ist. 3b shows a sectional view AA through the cooling fluid guide according to the invention, which in 3a is marked.

3c zeigt eine Schnittansicht B-B durch die erfindungsgemäße Kühlfluidführung, die in 3a gekennzeichnet ist. 3c shows a sectional view BB through the cooling fluid guide according to the invention, which in 3a is marked.

4 zeigt eine der 3c ähnliche Schnittansicht B-B durch eine nicht erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kühlfluidführung. 4 shows one of the 3c similar sectional view BB through a non-inventive embodiment of the cooling fluid guide.

5 zeigt die Schnittansicht B-B (3a) einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kühlfluidführung. 5 shows the sectional view BB ( 3a ) A further preferred embodiment of the cooling fluid guide according to the invention.

6a zeigt eine weitere nicht erfindungsgemäße Ausgestaltung des aktiven Elements der Kühlfluidführung in der Draufsicht. 6a shows a further non-inventive embodiment of the active element of the cooling fluid guide in plan view.

6b zeigt eine seitliche Schnittansicht des aktiven Elements der Kühlfluidführung gemäß 6a. 6b shows a side sectional view of the active element of the cooling fluid guide according to 6a ,

Ausführungsbeispieleembodiments

Das erfindungsgemäße System in 1 weist eine Leiterplatte 1 mit einer ersten Seite 2a und eine zweiten Seite 2b auf. Die erste Seite 2a ist dabei mit Leuchtmitteln 20 oder anderer wärmeentwickelnder Elektronik bestückt. Die Leuchtmittel 20 sind vorzugsweise Leichtdioden (LEDs). Zusätzlich ist eine Steuerungselektronik 21 mit jeder der Wärmequellen 20 verbunden. Die Steuerungselektronik 21 ermöglicht eine Regelung der LEDs 20 und kann ebenfalls eine Wärmequelle darstellen. Die Leiterplatte 1 weist ferner eine Kühlfluidführung 3 auf, die sich vorzugsweise auf beiden Seiten der Leiterplatte erstreckt. Die Kühlfluidführung 3 erstreckt sich mit Hilfe mindestens einer Durchgangsbohrung 4 von der ersten Seite 2a zur zweiten Seite 2b der Leiterplatte 1. Die Anordnung der Kühlfluidführung 3 kann von der in 1 dargestellten Anordnung abweichen.The inventive system in 1 has a circuit board 1 with a first page 2a and a second page 2 B on. The first page 2a is doing with bulbs 20 or other heat-generating electronics. The bulbs 20 are preferably light-emitting diodes (LEDs). In addition, a control electronics 21 with each of the heat sources 20 connected. The control electronics 21 allows control of the LEDs 20 and may also be a source of heat. The circuit board 1 further includes a cooling fluid guide 3 which preferably extends on both sides of the printed circuit board. The cooling fluid guide 3 extends with the help of at least one through hole 4 from the first page 2a to the second page 2 B the circuit board 1 , The arrangement of the cooling fluid guide 3 can from the in 1 deviate arrangement shown.

Die Kühlfluidführung ist in der Nähe der Wärmequellen 20, 21 angeordnet, um eine effektive Wärmeabfuhr zu ermöglichen. Vorzugsweise ist die Kühlfluidführung direkt unter der Wärmequelle 20, 21 angeordnet. Im Inneren der Kühlfluidführung 3 befindet sich vorzugsweise ein Kühlfluid, beispielsweise Wasser, das innerhalb der Kühlfluidführung 3 zirkuliert. Ebenfalls möglich ist die Bereitstellung eines Gases als Kühlmittel, welches innerhalb der Kühlfluidführung 3 geführt werden kann. Auf diese Weise kann die von den Wärmequellen 20, 21 erzeugte Wärme durch die Kühlfluidführung 3 abgeleitet werden. Es treten somit Konduktion als auch Konvektion auf der Leiterplatte 1 auf, wodurch eine erfolgreiche Wärmeabfuhr von den Wärmequellen 20, 21 möglich ist.The cooling fluid guide is near the heat sources 20 . 21 arranged to allow effective heat dissipation. Preferably, the cooling fluid guide is directly under the heat source 20 . 21 arranged. Inside the cooling fluid guide 3 There is preferably a cooling fluid, for example water, within the cooling fluid guide 3 circulated. Also possible is the provision of a gas as a coolant, which is within the cooling fluid guide 3 can be performed. In this way, that of the heat sources 20 . 21 generated heat through the cooling fluid guide 3 be derived. Thus, conduction as well as convection occur on the circuit board 1 on, resulting in successful heat dissipation from the heat sources 20 . 21 is possible.

Der Durchmesser der Kühlfluidführung 3 ist frei wählbar. Der bevorzugte Durchmesser d1 (siehe Zeichnung 2a) der Kühlfluidführung 3 beträgt mindestens 0,2 mm. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser der Kühlfluidführung wenige zehntel Millimeter und ist von der abzuführenden Wärmemenge, dem verwendeten Kühlmedium (Wärmekapazität, Leitfähigkeit und rheologischen Eigenschaften), sowie der Oberflächenbeschaffenheit der Kühlfluidführung (Material, Oberflächenrauhigkeit) abhängig. Es können selbstverständlich mehrere Kühlfluidführungen 3 auf der Leiterplatte 1 angeordnet sein.The diameter of the cooling fluid guide 3 is freely selectable. The preferred diameter d1 (see drawing 2a) of the cooling fluid guide 3 is at least 0.2 mm. Preferably, the diameter of the cooling fluid guide is a few tenths of a millimeter and depends on the amount of heat dissipated, the cooling medium used (heat capacity, conductivity and rheological properties), as well as the surface condition of the cooling fluid guide (material, surface roughness). Of course, several cooling fluid ducts can be used 3 on the circuit board 1 be arranged.

Zusätzlich kann die erfindungsgemäße Leiterplatte 1 einen Thermostat 22 aufweisen, der eine Messung der aktuellen Temperatur in der Umgebung der Wärmequellen 20, 21 ermöglicht. Vorzugsweise ist der Thermostat 22 in der Nähe der Wärmequellen 20, 21 angeordnet und mit einer Steuerungseinheit 40 (siehe 2b) verbunden. Es ist möglich, mehrere Thermostate 22 auf der Leiterplatte 1 anzuordnen. Aufgrund der von den Thermostaten 22 übermittelten Informationen hinsichtlich der gemessenen Temperatur kann die Steuerungseinheit 40 die Parameter der Wärmeabfuhr durch die Kühlfluidführung 3 verändern. Es ist somit beispielsweise möglich, die Wärmeabfuhr und damit eine Kühlung nur dann erfolgen zu lassen, wenn die Temperatur auf der Leiterplatte 1 einen zuvor eingestellten Grenzwert übersteigt.In addition, the circuit board according to the invention 1 a thermostat 22 comprising a measurement of the current temperature in the environment of the heat sources 20 . 21 allows. Preferably, the thermostat 22 near the heat sources 20 . 21 arranged and with a control unit 40 (please refer 2 B ) connected. It is possible to have several thermostats 22 on the circuit board 1 to arrange. Because of the thermostats 22 transmitted information with respect to the measured temperature, the control unit 40 the parameters of heat dissipation through the cooling fluid guide 3 change. It is thus possible, for example, to have the heat dissipation and thus cooling done only when the temperature on the circuit board 1 exceeds a previously set limit.

Die Kühlfluidführung 3 ist dabei vorzugsweise mit einer Kühlfluidversorgung verbunden, die eine Bereitstellung von Kühlfluid ermöglicht. Zusätzlich kann die Kühlfluidführung 3 an einen Wärmetauscher angeschlossen sein, um die von der Leiterplatte 1 abgeführte Wärme an anderer Stelle abzugeben.The cooling fluid guide 3 is preferably connected to a cooling fluid supply, which enables a provision of cooling fluid. In addition, the cooling fluid guide 3 be connected to a heat exchanger to that of the circuit board 1 dissipate heat elsewhere.

2a zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kühlfluidführung 3, die von einer Vielzahl von Mikro-Spulen 5 umgeben ist. Die Mikro-Spulen 5 sind dabei konzentrisch zur Mittelachse A der Kühlfluidführung 3 angeordnet. Die Mikro-Spulen 5 bestehen aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise Kupfer. Vorzugsweise sind die Mikro-Spulen 5 derart ausgerichtet, dass sie in Ebenen liegen, die jeweils rechtwinklig zur Mittelachse A der Kühlfluidführung 3 ausgerichtet sind. 2a shows an inventive embodiment of the cooling fluid guide 3 Made of a variety of micro-coils 5 is surrounded. The micro-coils 5 are concentric to the central axis A of the cooling fluid guide 3 arranged. The micro-coils 5 consist of a conductive material, such as copper. Preferably, the micro-coils 5 aligned so that they lie in planes, each perpendicular to the central axis A of the cooling fluid guide 3 are aligned.

Die Mikro-Spulen 5 sind kreisförmig um die Mittelachse A der Kühlfluidführung 3 angeordnet. Der Durchmesser d2 der Mikro-Spulen 5 wird dabei in Abhängigkeit des Durchmessers d1 der Kühlfluidführung 3 festgelegt. Vorzugsweise beträgt die Differenz der beiden Durchmesser weniger als 0,2 mm.The micro-coils 5 are circular about the center axis A of the cooling fluid guide 3 arranged. The diameter d2 of the micro-coils 5 becomes in dependence of the diameter d1 of the cooling fluid guide 3 established. Preferably, the difference of the two diameters is less than 0.2 mm.

Sie ist von der Stromstärke durch die Spule, dem verwendeten Kühlmedium und der Isolationsfestigkeit des umgebenden Materials (Überschlagsgefahr) abhängig.It depends on the current through the coil, the cooling medium used and the insulation resistance of the surrounding material (risk of rollover).

Jede der Mikro-Spulen 5 ist mit zwei Anschlüssen 7a, 7b versehen. Über diese zwei Anschlüsse 7a, 7b können die einzelnen Mikro-Spulen 5 miteinander verbunden werden. Es kann somit eine Spannung an den Mikro-Spulen angelegt werden, wodurch Strom durch die Mikro-Spulen 5 fließt. Vorzugsweise liegt dieselbe Spannung an allen Mikro-Spulen 5 an.Each of the micro coils 5 is with two connections 7a . 7b Mistake. About these two connections 7a . 7b can the individual micro-coils 5 be connected to each other. Thus, a voltage can be applied to the micro-coils, thereby generating current through the micro-coils 5 flows. Preferably, the same voltage is applied to all micro-coils 5 at.

Die einzelnen Mikro-Spulen 5 sind schichtförmig um die Mittelachse A der Kühlfluidführung 3 angeordnet. Dabei sind die Mikro-Spulen 5 durch jeweils eine Isolationsschicht 6, bestehend aus elektrisch isolierendem Material voneinander getrennt. Die Isolationsschichten 6 weisen dabei eine Dicke t auf, deren Wert vorzugsweise zwischen 0,1 und einigen Millimetern liegt. Die Dicke der Isolationsschicht ist abhängig von den verwendeten Basismaterialien, deren Oberflächenrauhigkeit, welche durch das Verbindungsmedium ausgeglichen werden muss, um eine optimale thermische Anbindung der einzelnen Isolationsschichten zueinander zu gewährleisten, und der Durchschlagsfestigkeit des verwendeten Basismaterials. Außerdem muss auch sichergestellt sein, dass das Isolationsmaterial spezifizierte mechanische Beanspruchungen, beispielsweise Wärmeausdehnung, Biegung, Torsion oder Dehnung ohne Beschädigung mitträgt. Die Isolationsschichten 6 bestehen vorzugsweise aus Kunststoff oder einem anderen elektrisch isolierendem Material. Jede der Isolationsschichten 6 weist eine Durchgangsbohrung mit einem darin geführten, leitfähigen Material 7c, wie beispielsweise ein Kupferdrahtstück, oder eine nachträgliche Beschichtung der Durchgangsbohrung mit einem elektrisch leitfähigem Material, wie beispielsweise Kupfer oder Silber-Palladium, auf. Die jeweils durch die Isolationsschicht 6 getrennten Mikro-Spulen 5 können auf diese Weise miteinander verbunden werden. Dabei wird der jeweilige Anschluss 7b einer Mikro-Spule 5 mit Hilfe des Verbindungsstücks 7c an den Anschluss 7a der nachfolgenden Mikro-Spule 5 angeschlossen. Der daraus resultierende äquivalente Stromkreis 12 ist in 2b dargestellt. Der Pfeil 11 in 2a und 2b zeigt eine mögliche Durchflussrichtung des Stromes an. Durch den Stromfluss 11 entsteht ein Magnetfeld, das die Mikro-Spulen umgibt.The single micro-coils 5 are layered about the center axis A of the cooling fluid guide 3 arranged. Here are the micro-coils 5 by a respective insulation layer 6 , consisting of electrically insulating material separated from each other. The insulation layers 6 have a thickness t, the value is preferably between 0.1 and a few millimeters. The thickness of the insulating layer depends on the base materials used, their surface roughness, which must be compensated by the bonding medium in order to ensure optimal thermal bonding of the individual insulating layers to each other, and the dielectric strength of the base material used. In addition, it must also be ensured that the insulation material carries specified mechanical stresses, for example thermal expansion, bending, torsion or elongation without damage. The insulation layers 6 are preferably made of plastic or other electrically insulating material. Each of the insulation layers 6 has a through hole with a guided therein, conductive material 7c , such as a copper wire piece, or a subsequent coating of the through hole with an electrically conductive material, such as copper or silver-palladium on. Each through the insulation layer 6 separate micro-coils 5 can be connected in this way. This is the respective connection 7b a micro coil 5 with the help of the connector 7c to the connection 7a the subsequent micro-coil 5 connected. The resulting equivalent circuit 12 is in 2 B shown. The arrow 11 in 2a and 2 B indicates a possible flow direction of the flow. By the current flow 11 creates a magnetic field that surrounds the micro-coils.

Das Magnetfeld kann rotierend, konstant oder pulsierend ausgebildet werden.The magnetic field can be designed to be rotating, constant or pulsating.

Wie in 2b dargestellt ist eine Stromquelle 30 an den Stromkreis angeschlossen, um eine Stromversorgung der Mikro-Spulen 5 zu gewährleisten. Vorzugsweise ist die Stromquelle 30 mit einer Steuerungseinheit 40 verbunden, durch die eine Einstellung der Parameter für die Stromversorgung erfolgt. Art und Dauer der Stromversorgung können mit Hilfe der Steuerungseinheit 40 an die entsprechenden Bedürfnisse angepasst werden.As in 2 B shown is a power source 30 connected to the circuit to provide power to the micro-coils 5 to ensure. Preferably, the power source 30 with a control unit 40 connected by setting the parameters for the power supply. Type and duration of the power supply can be with the help of the control unit 40 adapted to the respective needs.

Ferner ist vorzugsweise wenigstens ein Thermostat 22 an die Steuerungseinheit 40 angeschlossen, der eine auf der Leiterplatte 1 gemessene Temperatur an die Steuerungseinheit 40 weitergibt. Auf diese Weise kann eine Steuerung der Stromversorgung 30 der Mikro-Spulen 5 in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur auf der Leiterplatte 1 oder in deren Umgebung erfolgen.Furthermore, preferably at least one thermostat 22 to the control unit 40 connected, one on the circuit board 1 measured temperature to the control unit 40 passes. In this way can control the power supply 30 the micro-coils 5 depending on the measured temperature on the circuit board 1 or in their environment.

3a zeigt den Schichtenaufbau der einzelnen Isolationsschichten 6, die die Kühlfluidführung 3 umgeben. Zwischen den einzelnen Isolationsschichten 6 ist jeweils eine Mikro-Spule 5 angeordnet. 3a shows the layer structure of the individual insulation layers 6 containing the cooling fluid guide 3 surround. Between the individual insulation layers 6 is each a micro coil 5 arranged.

3b zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Mikro-Spule 5, die auf einer darunterliegenden Isolationsschicht 6 angeordnet ist in Draufsicht. Wie in 3b dargestellt, ist innerhalb der Kühlfluidführung 3 ein Nanomagnet 9 angeordnet. Der Nanomagnet 9 wird dabei durch das Magnetfeld der Mikro-Spule 5 in zentraler Position innerhalb der Kühlfluidführung 3 gehalten, wenn Spannung an der Mikro-Spule 5 anliegt. 3b shows an embodiment of the invention of the micro-coil 5 resting on an underlying insulation layer 6 is arranged in plan view. As in 3b is shown within the cooling fluid guide 3 a nanomagnet 9 arranged. The nanomagnet 9 This is due to the magnetic field of the micro-coil 5 in central position within the cooling fluid guide 3 held when tension on the micro-coil 5 is applied.

3c zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des Nanomagneten 9. Demnach hat der Nanomagnet vorzugsweise eine propellerähnliche Form. Wie dargestellt, liegt der Nanomagnet 9 innerhalb eines Leitungsabschnitts E der Kühlfluidführung 3, in dem auch eine Mikro-Spule 5 angeordnet ist und der sich zwischen zwei Isolationsschichten 6 befindet. Das Magnetfeld der Mikro-Spule 5 ermöglicht eine Bewegung des Nanomagneten 9 innerhalb des Leitungsabschnittes E der Mikro-Spule 5. Die durch das Magnetfeld erzwungene Bewegung des Nanomagneten 9 ist vorzugsweise eine Rotationsbewegung um die Mittelachse A der Kühlfluidführung 3. 3c shows an inventive embodiment of the nanomagnet 9 , Accordingly, the nanomagnet preferably has a propeller-like shape. As shown, the nanomagnet is located 9 within a pipe section E of the cooling fluid guide 3 in which also a micro coil 5 is arranged and located between two layers of insulation 6 located. The magnetic field of the micro coil 5 allows movement of the nanomagnet 9 within the pipe section E of the micro-coil 5 , The forced by the magnetic field movement of the nanomagnet 9 is preferably a rotational movement about the central axis A of the cooling fluid guide 3 ,

Es ist daher möglich, an den Nanomagneten 9 angrenzendes Kühlfluid in Bewegung zu versetzen. Der Nanomagnet 9 ist vorzugsweise so gestaltet, dass eine Rotationsbewegung desselbigen das angrenzende Kühlfluid in eine Bewegung senkrecht zur Ebene, in der der Nanomagnet 9 rotiert, versetzt. Die Bewegungsrichtung des angrenzenden Kühlfluids ist mit der Pfeilrichtung 13 in 3c gekennzeichnet.It is therefore possible at the nanomagnets 9 to put adjacent cooling fluid in motion. The nanomagnet 9 is preferably designed such that a rotational movement thereof causes the adjacent cooling fluid to move perpendicular to the plane in which the nanomagnet 9 rotated, offset. The direction of movement of the adjacent cooling fluid is in the direction of the arrow 13 in 3c characterized.

Vorzugsweise ist eine Vielzahl von Nanomagneten 9 im Inneren der Kühlfluidführung 3 vorhanden. Durch die Versorgung der um die Kühlfluidführung 3 angeordneten Mikro-Spulen 5 mit Strom entstehen Magnetfelder an den Mikro-Spulen 5, die die Nanomagneten 9 innerhalb der Kühlfluidführung 3 in den Leitungsabschnitten E der Mikro-Spulen 5 ausrichten.Preferably, a plurality of nanomagnets 9 inside the cooling fluid guide 3 available. By supplying the around the cooling fluid guide 3 arranged micro-coils 5 Electricity creates magnetic fields on the micro-coils 5 that the nanomagnets 9 within the cooling fluid guide 3 in the line sections E of the micro-coils 5 align.

Wie in 5 dargestellt ist, kann eine Lagerung der Nanomagneten 9 innerhalb der Kühlfluidführung 3 vorgesehen sein, um die Nanomagneten 9 in fest definierten Abschnitten D der Kühlfluidführung 3 zu lagern. Vorzugsweise ist hierfür eine konstruktive Ausformung 3a innerhalb der Kühlfluidführung 3 vorgesehen, wobei der Nanomagnet 9 innerhalb der Ausformung 3a frei beweglich ist. Wie in 5 gezeigt, weist bei dieser Ausführungsform der Leitungsabschnitt D, welcher der Ausformung 3a entspricht, einen größeren Durchmesser als die Kühlfluidführung 3 auf. Die Abmaße des Nanomagneten 9 in dieser Ausführungsform sind so gewählt, dass eine freie Beweglichkeit des Nanomagneten 9 innerhalb der Ausformung 3a ermöglicht ist.As in 5 can be shown, a storage of nanomagnets 9 within the cooling fluid guide 3 be provided to the nanomagnets 9 in firmly defined sections D of the cooling fluid guide 3 to store. Preferably, this is a structural design 3a within the cooling fluid guide 3 provided, wherein the nanomagnet 9 within the molding 3a is freely movable. As in 5 shown, in this embodiment, the line section D, which of the molding 3a corresponds to a larger diameter than the cooling fluid guide 3 on. The dimensions of the nanomagnet 9 in this embodiment are chosen so that a free mobility of the nanomagnet 9 within the molding 3a is possible.

Durch das Magnetfeld werden die Nanomagneten 9 in Rotation versetzt, wodurch das sich in der Kühlfluidführung 3 befindliche Kühlfluid in Zirkulation versetzt wird. Durch Änderung der Parameter der Stromversorgung 30 durch die Steuerung 40 (siehe 2b) kann die Bewegung des Nanomagneten 9 beeinflusst werden. So kann beispielsweise durch Variation der angelegten Spannung die Rotationsgeschwindigkeit des Nanomagneten 9 beeinflusst werden. Dementsprechend kann die Fließgeschwindigkeit des Kühlfluids im Inneren der Kühlfluidführung 3 an eine gewünschte Fließgeschwindigkeit angepasst werden. Mit der erfindungsgemäßen aktiven Leiterplatte 1 kann demnach Hitze effektiv von Wärmequellen, wie beispielsweise LEDs oder deren Steuerchips, und deren Umgebung abgeführt werden. Dies gilt auch für alle anderen Wärmequellen, die sich auf der Leiterplatte 1 befinden.The magnetic field turns the nanomagnets 9 rotated, resulting in the cooling fluid guide 3 Cooling fluid is placed in circulation. By changing the parameters of the power supply 30 through the controller 40 (please refer 2 B ) can be the movement of the nanomagnet 9 to be influenced. For example, by varying the applied voltage, the rotational speed of the nanomagnet 9 to be influenced. Accordingly, the flow rate of the cooling fluid inside the cooling fluid guide 3 be adapted to a desired flow rate. With the active circuit board according to the invention 1 Accordingly, heat can be dissipated effectively by heat sources such as LEDs or their control chips, and their environment. This also applies to all other heat sources that are on the circuit board 1 are located.

Eine beispielhafte Ausgestaltung der Kühlfluidführung 3 ist in 4 dargestellt. Die gezeigte Schnittansicht entspricht der Ansicht aus 3c. In dieser bevorzugten Ausgestaltung wird an Stelle eines Nanomagneten 9 eine Vielzahl von magnetischen oder spannungssensitiven Partikel 10 verwendet. Diese sind dem Kühlfluid beigemischt. Hierbei ist zu beachten, dass die Fließeigenschaften des verwendeten Kühlfluids zuvor entsprechend optimiert werden müssen, um eine Zirkulation des Fließmittels im Leitungssystem zu ermöglichen.An exemplary embodiment of the cooling fluid guide 3 is in 4 shown. The sectional view shown corresponds to the view from 3c , In this preferred embodiment, instead of a nanomagnet 9 a variety of magnetic or stress sensitive particles 10 used. These are added to the cooling fluid. It should be noted that the flow properties of the cooling fluid used must be optimized accordingly beforehand to allow circulation of the flow agent in the piping system.

Die zwischen den Isolationsschichten 6 angeordneten Mikro-Spulen 5 erzeugen bei Stromzuführung ein Magnetfeld innerhalb der Leitungsabschnitte E der Kühlfluidführung 3, mit dem es möglich ist, eine Kraft auf die magnetischen oder spannungssensitiven Partikel 10 auszuüben. Dabei werden die Partikel 10 von dem Magnetfeld in dem nächstliegenden Leitungsabschnitt E angezogen.The between the insulation layers 6 arranged micro-coils 5 generate a magnetic field within the line sections E of the cooling fluid guide during power supply 3 with which it is possible to apply a force to the magnetic or stress-sensitive particles 10 exercise. This will be the particles 10 attracted by the magnetic field in the nearest line section E.

Vorzugweise wird die an den Mikro-Spulen 5 angelegte Spannung in pulsartiger Weise durch die Stromquelle 30 zugeführt. Hierdurch wird eine Erhöhung der Fließgeschwindigkeit der Partikel 10 im Kühlfluid erreicht. Aufgrund der Adhäsionskräfte zwischen den Partikeln 10 und dem an die Partikel 10 angrenzenden Kühlfluid, wird durch eine Beschleunigung der Partikel 10 eine Erhöhung der Fließgeschwindigkeit des gesamten Kühlfluids erreicht. Demnach ist es möglich, die Wärme von der Leiterplatte 1 und deren Umgebung effektiv durch die Kühlfluidführung 3 abzuleiten.Preferably, the on the micro-coils 5 applied voltage in a pulsed manner by the power source 30 fed. This will increase the flow velocity of the particles 10 achieved in the cooling fluid. Due to the adhesion forces between the particles 10 and to the particles 10 adjacent cooling fluid, is accelerated by the particles 10 achieved an increase in the flow rate of the entire cooling fluid. Accordingly, it is possible to remove the heat from the circuit board 1 and their environment effectively through the cooling fluid guide 3 derive.

Eine weitere beispielhafte Ausführung für das aktive Element 9 zur Zirkulation des Kühlmediums ist in den 6a und 6b dargestellt. Das Element weist vorzugsweise einen vorderen Teil 18a und einen hinteren Teil 18b auf, welche von einer dazwischen liegenden Lagerung 16 getrennt sind. Das Element 9 wird dabei durch die Lagerung 16 vorzugsweise außermittig in der Kühlfluidführung 3 gelagert. Die Lagerung 16 befindet sich vorzugsweise senkrecht zur gewünschten Fließrichtung des Kühlfluids innerhalb der Kühlfluidführung 3.Another exemplary embodiment for the active element 9 for the circulation of the cooling medium is in the 6a and 6b shown. The element preferably has a front part 18a and a back part 18b on which of an intermediate storage 16 are separated. The element 9 is thereby by the storage 16 preferably off-center in the cooling fluid guide 3 stored. Warehousing 16 is preferably perpendicular to the desired flow direction of the cooling fluid within the cooling fluid guide 3 ,

Der vordere Teil 18a des aktiven Elements weist eine Schaufel auf, welche vorzugsweise durch zwei Streben 17 und einer sich dazwischen befindlichen Membran 14 gebildet wird. Der hintere Teil 18b des aktiven Elements 9 ist vorzugsweise mit einem Gewicht 15 versehen, derart, dass dieser Teil des aktiven Elements 9 immer in die beabsichtigte Sollposition ohne zusätzliche Krafteinwirkung zurückkehrt. Das Gewicht 15 ist vorzugsweise magnetisch ausgeführt, damit es in einem Magnetfeld seine Position ändert.The front part 18a of the active element has a blade, which preferably by two struts 17 and a membrane in between 14 is formed. The back part 18b of the active element 9 is preferably of a weight 15 provided such that this part of the active element 9 always returns to the intended target position without additional force. The weight 15 is preferably made magnetic, so that it changes its position in a magnetic field.

Der vordere Teil 18a des aktiven Elements 9 ist breiter ausgeführt, damit die Bewegung des Kühlfluids während der Bewegung des vorderen Teils 18a eine bevorzugte Richtung erfährt. Der vordere Teil 18a ist zudem nicht metallisch und nicht magnetisierbar ausgeführt.The front part 18a of the active element 9 is wider designed so that the movement of the cooling fluid during movement of the front part 18a learns a preferred direction. The front part 18a is also not metallic and not magnetizable.

Durch das Anlegen eines Strompulses an die Mikrospulen 5 erfährt das Gewicht 15 eine Auslenkung. Dadurch dreht sich das aktive Element 9 um die Lagerung 16. Durch die außermittige Lagerung 16 des aktiven Elements 9 wird der schaufelförmige vordere Teil 18a des aktiven Elements 9 in eine Auf- bzw. Abwärtsbewegung in Richtung der Kühlfluidführung 3 versetzt, wodurch die Zirkulation des Kühlmediums innerhalb der Kühlfluidführung 3 erreicht wird.By applying a current pulse to the micro-coils 5 experiences the weight 15 a deflection. This will spin the active element 9 to the storage 16 , Due to the off-center storage 16 of the active element 9 becomes the paddle-shaped front part 18a of the active element 9 in an upward or downward movement in the direction of the cooling fluid guide 3 offset, whereby the circulation of the cooling medium within the cooling fluid guide 3 is reached.

Durch eine möglichst dünne Membran am vorderen schaufelförmigen Teil 18a des aktiven Elements 9 kann die Kraftwirkung auf das Kühlmedium bei der Drehung um die Lagerung 16 verstärkt werden. Die Membran 14 weist daher vorzugsweise eine Dicke von nur wenigen μm, bspw. zwischen 1 μm und 10 μm auf. Die Bewegung des aktiven Elements 9 kann zudem durch eine Umpolung des Magnetfeldes beschleunigt werden. Des Weiteren kann durch die Wahl des Verhältnisses zwischen der Längen des vorderen und des hinteren Teils 18a, 18b (vgl. 6b) eine gezielte Modifikation der Bewegung des aktiven Elements 9 innerhalb der Kühlfluidführung 3 erfolgen.Through a thin membrane on the front blade-shaped part 18a of the active element 9 can be the force on the cooling medium when rotating around the storage 16 be strengthened. The membrane 14 Therefore, preferably has a thickness of only a few microns, for example. Between 1 .mu.m and 10 .mu.m. The movement of the active element 9 can also be accelerated by a reversal of the magnetic field. Furthermore, by choosing the ratio between the lengths of the front and the rear part 18a . 18b (see. 6b ) a targeted modification of the movement of the active element 9 within the cooling fluid guide 3 respectively.

Das beschriebene Kühlsystem für Leiterplatten kann selbstverständlich auch zur vorteilhaften Wärmeabfuhr in anderen Bereichen verwendet werden. Dies trifft vor allem auf Bereiche zu, in denen es eine unerwünschte Geräuschentwicklung, beispielsweise durch Ventilatoren, zu vermeiden gilt.The described cooling system for printed circuit boards can of course also be used for advantageous heat dissipation in other areas. This is particularly true in areas where it is an unwanted noise, for example by fans to avoid.

Claims (7)

Aktiv gekühlte Leiterplatte (1), aufweisend eine erste und eine zweite Seite (2a, 2b), eine oder mehrere Durchgangsbohrung(en) (4) und mindestens eine Kühlfluidführung (3) zur Wärmeabfuhr, die sich von der ersten (2a) zur zweiten Seite (2b) der Leiterplatte (1) erstreckt, wobei die Kühlfluidführung (3) sich als mindestens eine oder mehrere Durchgangsbohrung(en) (4) direkt oder mit Umwegen von der ersten Seite (2a) der Leiterplatte (1) auf die zweite Seite (2b) erstreckt, und wobei die Kühlfluidführung (3) mindestens ein aktives Element (9) aufweist, welches die aktive Förderung eines Kühlfluids in der Kühlfluidführung (3) ermöglicht, wobei das aktive Element (9) der Kühlfluidführung ein Nanomagnet (9) ist, der durch ein von Mikro-Spulen (5) der Leiterplatte (1) erzeugtes Magnetfeld angesteuert und in Rotation versetzt werden kann, und wobei der Nanomagnet (9) eine rotorähnliche Form aufweist, so dass eine am Nanomagnet (9) angrenzende Flüssigkeit in Bewegung/Zirkulation versetzt werden kann.Actively cooled circuit board ( 1 ), comprising a first and a second page ( 2a . 2 B ), one or several through holes (s) ( 4 ) and at least one cooling fluid guide ( 3 ) for heat dissipation, different from the first ( 2a ) to the second page ( 2 B ) of the printed circuit board ( 1 ), wherein the cooling fluid guide ( 3 ) as at least one or more through-holes (s) ( 4 ) directly or with detours from the first page ( 2a ) of the printed circuit board ( 1 ) to the second page ( 2 B ), and wherein the cooling fluid guide ( 3 ) at least one active element ( 9 ), which actively supports a cooling fluid in the cooling fluid guide ( 3 ), whereby the active element ( 9 ) the cooling fluid guide a nanomagnet ( 9 ) by one of micro-coils ( 5 ) of the printed circuit board ( 1 ) can be driven and set in rotation magnetic field, and wherein the nanomagnet ( 9 ) has a rotor-like shape, so that one at the nanomagnet ( 9 ) adjacent liquid in motion / circulation can be added. Leiterplatte nach Anspruch 1, wobei die Kühlfluidführung (3) in der Leiterplatte (1) von einer Vielzahl von Mikro-Spulen (5) umgeben ist, die in Schichten konzentrisch übereinander angeordnet sind und dabei durch elektrisch isolierende Schichten (6) getrennt sind.Printed circuit board according to claim 1, wherein the cooling fluid guide ( 3 ) in the printed circuit board ( 1 ) of a plurality of micro-coils ( 5 ), which are arranged in layers concentrically one above the other and thereby by electrically insulating layers ( 6 ) are separated. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Mikro-Spulen (5) mit einer Stromquelle (30) verbunden ist, um eine zuvor festgelegte Spannung an den Mikro-Spulen (5) anzulegen, wodurch ein Magnetfeld erzeugt wird.Printed circuit board according to one of the preceding claims, wherein each of the micro-coils ( 5 ) with a power source ( 30 ) is connected to a predetermined voltage on the micro-coils ( 5 ), whereby a magnetic field is generated. Leiterplatte nach Anspruch 3, wobei eine Steuerungseinheit (40) mit der Stromquelle (1) verbunden ist, um die an den Mikro-Spulen (5) angelegte Spannung zu beeinflussen.A printed circuit board according to claim 3, wherein a control unit ( 40 ) with the power source ( 1 ) connected to the micro-coils ( 5 ) to influence applied voltage. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühlfluidführung (3) eine Vielzahl von Nanomagneten (9) aufweist und wobei jeweils ein Nanomagnet (9) von einer zugehörigen Mikrospule (5) gesteuert wird.Printed circuit board according to one of the preceding claims, wherein the cooling fluid guide ( 3 ) a plurality of nanomagnets ( 9 ) and wherein in each case a nanomagnet ( 9 ) from an associated microcoil ( 5 ) is controlled. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühlfluidführung (3) mindestens eine radiale Aussparung (3a) aufweist, welche einen größeren Durchmesser besitzt als die Kühlfluidführung (3) und zur Lagerung des aktiven Elements (9) dient.Printed circuit board according to one of the preceding claims, wherein the cooling fluid guide ( 3 ) at least one radial recess ( 3a ), which has a larger diameter than the cooling fluid guide ( 3 ) and for storage of the active element ( 9 ) serves. LED-Modul, aufweisend wenigstens einen LED-Chip (20) auf einer Leiterplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6.LED module, comprising at least one LED chip ( 20 ) on a printed circuit board ( 1 ) according to one of the preceding claims 1 to 6.
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