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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlanordnung zur Verwendung mit einer Leiterplatte, auf der elektrische Komponenten montiert sind.
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Es sind verschiedene Verfahren zum Freigeben von Wärme bekannt, die in einer Leiterplatte, auf der elektrische Komponenten montiert sind, erzeugt wird. Bei einem in der nicht geprüften japanischen Patentanmeldung mit der Publikationsnummer
JP 2004-172459 A offenbartem Beispiel wird eine mehrlagige Leiterplatte oder Multilayerplatine mit einer oberen, inneren und unteren leitfähigen Lage in einem geschlossenen Gehäuse aufgenommen. Löcher sind durch die mehrlagige Leiterplatte an einer Position ausgebildet, wo eine elektrische Komponente auf der Platine montiert ist, sodass die in der elektrischen Komponente erzeugte Wärme von der oberen leitfähigen Lage durch die Löcher zu der inneren und unteren leitfähigen Lage der Platine übertragen wird. Die obere, innere und untere leitfähige Lage der Platine sind thermisch mit einem wärmeleitfähigen Anschluss verbunden, über den die Wärme aus dem Gehäuse in die Umgebungsluft abgegeben wird.
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In einem weiteren in der ungeprüften japanischen Patentanmeldungsveröffentlichungsnummer
JP 2010-103371 A offenbarten Beispiel wird eine Leiterplatte, die auf sich eine wärmeerzeugende Komponente aufweist, in einem Gehäuse aufgenommen. Wärme wird von der wärmeerzeugenden Komponente zu der Leiterplatte übertragen und dann zu dem Gehäuse über eine Einpresskomponente freigegeben, die in der Leiterplatte eingepresst und außerdem mit dem Gehäuse in Kontakt ist.
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Es ist eine mehrlagige Leiterplatte bekannt, deren innere Lage als Leistungslage bzw. Versorgungslage dient. Wenn in so einer mehrlagigen Leiterplatte ein großer Strom von der Versorgungslage zu der elektrischen Komponente fließt, zum Beispiel zum Antreiben eines elektrischen Motors von einem Kompressor, wird Wärme in der Versorgungslage erzeugt. Es ist schwer so eine Wärme freizugeben, da die Versorgungslage die innere Lage der mehrlagigen Leiterplatte ist. Wenn die Wärme einen Einfluss auf den Betrieb der elektrischen Komponente ausübt, muss die Wärme von der mehrlagigen Leiterplatte freigegeben werden.
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Die Abgabe der in der Versorgungslage erzeugten Wärme kann zum Beispiel durch das Kombinieren zweier Verfahren erreicht werden, die in den oben zitierten Veröffentlichungen mit den Nr.
JP 2004-172459 A und Nr.
JP 2010-103371 A offenbart sind. Insbesondere stellt das elektrische Verbinden der Versorgungslage mit dem wärmeleitfähigen Anschluss oder mit der Einpresskomponente eine effiziente Wärmeübertragung und damit effiziente Wärmeabgabe bereit.
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Jedoch beeinflusst bei so einem Verfahren elektromagnetisches Rauschen, das von dem wärmeleitfähigen Anschluss oder der Einpresskomponente abgestrahlt werden kann, die elektrisch mit der Versorgungslage verbunden sind, den Betrieb der elektrischen Komponente.
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Die vorliegende Erfindung ist dafür vorgesehen, eine Kühlanordnung bereitzustellen, die die Abgabe von Wärme ermöglicht, die in der Versorgungslage der mehrlagigen Leiterplatte erzeugt worden ist und zudem ermöglicht, die mehrlagige Leiterplatte gegen das elektromagnetische Rauschen, das aufgrund der Wärmeabgabe auftritt, abzuschirmen.
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In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Kühlanordnung für eine mehrlagige Leiterplatte, die eine als Versorgungslage dienende innere Lage aufweist. Die Kühlanordnung schließt ein Wärmeleitelement ein, das thermisch und elektrisch leitend mit der Versorgungslage verbunden ist, und eine Wärmeabgabeplatine, die voneinander elektrisch isoliert eine Wärmeabgabelage und eine Abschirmlage aufweist. Die Wärmeabgabelage ist thermisch und elektrisch mit dem Wärmeleitelement verbunden. Die Abschirmlage dient zum Abschirmen gegen elektromagnetisches Rauschen, das von der Wärmeabgabelage abgestrahlt wird. Die Abschirmlage ist elektrisch von dem Wärmeleitelement isoliert, das mit der Wärmeabgabelage verbunden ist. Die Abschirmlage ist außerdem geerdet und die Kühlanordnung umfasst einen elektrischen Isolator, durch den die Wärmeabgabelage thermisch leitend mit einem Abschnitt eines Gehäuses verbunden ist, um Wärme an die Umgebung abzugeben.
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Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen, die exemplarisch die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen, deutlich.
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1 ist eine schematische Schnittansicht einer elektronischen Steuer bzw. Regeleinheit, die eine Kühlanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einschließt.
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Im Folgenden wird die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine schematische Schnittansicht, die die in einer elektronischen Steuereinheit eingeschlossenen Ausführungsform der Kühlanordnung zeigt.
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Unter Bezugnahme auf 1 schließt die im Allgemeinen durch 1 gekennzeichnete elektronische Steuereinheit eine mehrlagige Leiterplatte oder Multilayerplatine 2, einen Wärmeabgabestift 3, eine wärmeabgebende mehrlagige Leiterplatte oder Wärmeabgabeplatine 4, einen Isolator 5 und ein Gehäuse 6 ein. Die mehrlagige Leiterplatte 2 wird befestigt durch das Gehäuse 6 unterstützt, und zwar durch mehrere Bolzen, wie zum Beispiel 7A, 7B, die mit einem Abstand von dem Gehäuse 6 beabstandet sind. Die Wärmeabgabeplatine 4 wird über mehrere Bolzen, wie zum Beispiel 8A, 8B, befestigt durch das Gehäuse 6 unterstützt, und zwar mit dem Isolator 5 zwischen der Wärmeabgabeplatine 4 und dem Gehäuse 6 angeordnet, die mit ihm in Kontakt stehen. Der Wärmeabgabestift 3, der das Wärmeleitelement der vorliegenden Erfindung ist, ist mit seinem einen Ende an der mehrlagigen Leiterplatte 2 und an seinem anderen Ende mit der Wärmeabgabeplatine 4 verbunden.
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Der Wärmeabgabestift 3, das Gehäuse 6, und die Bolzen 7A, 7B, 8A, 8B sind aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt. Der Isolator 5 ist aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt, das eine gute thermische Leitfähigkeit aufweist und durch eine Keramik, ein Silikonfett oder eine Isolationsschicht bereitgestellt ist.
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Das Gehäuse 6 als das elektrisch leitfähige Element der vorliegenden Erfindung ist geerdet und ist zum Beispiel eine Aufnahme oder eine Inverterabdeckung. Die mehrlagige Leiterplatte 2 weist vier Lagen auf, einschließlich zwei innere Lagen, und zwar eine Versorgungslage 2B und eine Erdungslage 2C, und zwei äußere Lagen, und zwar Verdrahtungslagen 2A, 2D, auf denen mehrere durch 2E gekennzeichnete elektrische Komponenten montiert sind (nur eine in 1 gezeigt), zum Beispiel zum Antreiben von einem Elektromotor eines Kompressors. Die Versorgungslage 2B, die Erdungslage 2C und die Verdrahtungslagen 2A, 2B sind voneinander durch einen Isolator 2F isoliert, mit Ausnahme eines Teils, der für eine elektrische Verbindung erforderlich ist, wie zum Beispiel Durchgangslöchern (nicht gezeigt). Die lateralen Seiten der mehrlagigen Leiterplatte 2 sind ebenfalls durch den Isolator 2F isoliert.
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Die mehrlagige Leiterplatte 2 weist ein Durchgangsloch 2G auf, in das der Wärmeabgabestift 3 eingeführt wird. Das Durchgangsloch 2G weist auf seinem inneren Umfang einen leitfähigen Abschnitt 2H auf, der zum Beispiel aus Kupfer hergestellt ist. Der leitfähige Abschnitt 2H ist elektrisch mit der Versorgungslage 2B verbunden, jedoch von der Erdungslage 2C und den Verdrahtungslagen 2A, 2D durch den Isolator 2F elektrisch isoliert. Die Versorgungslage 2B und der Wärmeabgabestift 3 sind elektrisch und thermisch durch den leitfähigen Abschnitt 2H zum Übertragen von Wärme von der Versorgungslage 2B zu dem Wärmeabgabestift 3 miteinander verbunden.
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Die mehrlagige Leiterplatte 2 weist mehrere Bolzenlöcher 2I1, 2I2 auf, in die der jeweilige Bolzen 7A, 7B eingeführt wird. Die Bolzenlöcher 2I1, 2I2 weisen auf ihrem jeweiligen inneren Umfang leitfähige Abschnitte 2J1, 2J2 auf, die zum Beispiel aus Kupfer hergestellt sind. Die leitfähige Abschnitte 2J1, 2J2 sind von sämtlichen der vier Lagen 2A, 2B, 2C und 2D durch den Isolator 2F isoliert.
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Die Wärmeabgabeplatine weist zwei Lagen, und zwar eine Wärmeabgabelage 4A und eine Abschirmlage 4B auf, die aus einem leitfähigen Material wie zum Beispiel Kupfer, hergestellt sind. Die Wärmeabgabelage 4A und die Abschirmlage 4B sind voneinander durch einen Isolator 4C isoliert. Die lateralen Seiten der Wärmeabgabeplatine 4 sind ebenso durch den Isolator 4C isoliert. Die Wärmeabgabelage 4A und der Wärmeabgabestift 3 sind elektrisch und thermisch zum Übertragen vor Wärme von dem Wärmeabgabestift 3 zu der Wärmeabgabelage 4A miteinander verbunden. Die Abschirmlage 45 dient zum Abschirmen gegen elektromagnetisches Rauschen, das von der Wärmeabgabelage 4A abgestrahlt wird.
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Die Wärmeabgabeplatine 4 weist ein Loch 4D auf, in das ein Ende des Wärmeabgabestifts 3 eingeführt wird. Das Loch 4D wird durch die Abschirmlage 4B und den Isolator 4C ausgebildet und weist eine Abmessung auf, die groß genug ist, um einen ausreichenden Spalt zwischen dem Wärmeabgabestift 3 und der Innenfläche des Lochs 4D bereitzustellen, sodass der Wärmeabgabestift 3 von der Abschirmlage 4B isoliert ist.
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Die Wärmeabgabeplatine 4 weist mehrere Bolzenlöcher 4E1, 4E2 auf, durch die die jeweiligen Bolzen 8A, 8B eingeführt sind. Die Bolzenlöcher 4E1, 4E2 weisen auf ihrem jeweiligen inneren Umfang leitfähige Abschnitte 4F1, 4F2 auf, die zum Beispiel aus Kupfer hergestellt sind. Die leitfähigen Abschnitte 4F1, 4F2 sind elektrisch mit der Abschirmlage 4B verbunden, jedoch elektrisch von der Wärmeabgabelage 4A durch den Isolator 4C isoliert.
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In der elektronischen Steuereinheit 1 ist das Gehäuse 6 geerdet. Somit sind die Bolzen 7A, 7B, die leitfähigen Abschnitte 2J1, 2J2, die Bolzen 8A, 8B, die leitfähigen Abschnitte 4F1, 4F2 und die Abschirmlage 4B, die alle elektrisch mit dem Gehäuse 6 verbunden sind, ebenso geerdet.
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Bei der oben beschriebenen elektrischen Steuereinheit 1 wird Wärme in der Versorgungslage 2B erzeugt, wenn ein großer Strom durch die Versorgungslage 2B zu der elektrischen Komponente 2E in der mehrlagigen Leiterplatte 2 fließt. Die Wärme wird durch den leitfähigen Abschnitt 2H des Durchgangslochs 2G und den Wärmeabgabestift 3 zu der Wärmeabgabelage 4A der Wärmeabgabeplatine 4 übertragen. Die Wärme wird ferner durch den Isolator 5 zu dem Gehäuse 6 übertragen und dann in die umgebende Luft abgestrahlt. Der Isolator 5 ist mit der Wärmeabgabelage 4A und dem Gehäuse 6 über einen großen Bereich in Kontakt, wodurch eine gute Wärmeabstrahlung bereitgestellt wird. Die Wärme wird von der versorgungslage 2B zu der Wärmeabgabelage 4A durch den leitfähigen Abschnitt 2H und den Wärmeabgabestift 3 übertragen, die aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt sind, wodurch eine effiziente Wärmeübertragung und folglich eine gute Wärmeabstrahlung bereitgestellt werden. Somit übt die in der versorgungslage 2B erzeugte wärme wenig Einfluss auf den Betrieb der elektrischen Komponenten aus, die auf der mehrlagigen Leiterplatte 2 montiert sind.
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Da die Versorgungslage 2B thermisch und elektrisch mit der Wärmeabgabelage 4A durch das elektrisch leitfähige Material verbunden ist, kann elektromagnetisches Rauschen von der Wärmeabgabelage 4A abgestrahlt werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch so ein Rauschen durch die Abschirmlage 4B geblockt und übt folglich wenig Einfluss auf den Betrieb der auf der mehrlagigen Leiterplatte 2 montierten elektrischen Komponenten aus. Das Abschirmen gegen das von der Wärmeabgabelage 4A abgestrahlte Rauschen wird durch eine der Lagen der mehrlagigen Leiterplatte erreicht, was keine zusätzliche Abdeckung zum Abschirmen gegen das Rauschen notwendig macht und es somit einfach ist, die elektronische Steuereinheit 1 zusammenzubauen. Obwohl elektromagnetisches Rauschen auch von dem Wärmeabgabestift 3 abgestrahlt werden kann, ist der Wärmeabgabestift 3 kurz genug ausgeführt, um zu vermeiden, dass so ein Rauschen den Betrieb der auf der mehrlagigen Leiterplatte 2 montierten elektrischen Komponenten beeinflusst.
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Für den Fall, dass ein Kühlmitteldurchgang einer Klimaanlage in der elektronischen Steuereinheit 1 in dem Gehäuse 6 eingeschlossen oder an ihm angrenzend angeordnet ist, kann das Gehäuse 6 durch das durch so einen Durchgang fließende Kühlmittel gekühlt werden, was in einer erhöhten Wärmeabstrahleffizienz resultiert.
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Ein Teil des Wärmeabgabestifts 3 kann eine faltenbalgähnliche Struktur mit einer Elastizität aufweisen, was es einfach macht, die mehrlagige Leiterplatte 2 der elektronischen Steuereinheit 1 zusammenzubauen.
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Der Wärmeabgabestift 3 kann mehrzählig sein. Für so einen Fall sind mehrere Löcher, wie zum Beispiel 2G, durch die mehrlagige Leiterplatte 2 ausgebildet und mehrere Löcher, wie zum Beispiel 4D, sind in der Wärmeabgabeplatine 4 bereitgestellt. Es ist jedoch erforderlich, die Anzahl der Wärmeabgabestifte 3 zu bestimmen, sodass das von dem Wärmeabgabestift 3 abgestrahlte elektromagnetische Rauschen nur einen kleinen Einfluss auf die elektrischen Komponenten ausübt, die auf der mehrlagigen Leiterplatte 2 montiert sind.
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Eine Verbindung zwischen der Versorgungslage 2B und dem Wärmeabgabestift 3 kann nicht nur durch das Durchgangsloch 2G erreicht werden, sondern auch durch ein in der mehrlagigen Leiterplatte 2 ausgebildetes Loch, wie zum Beispiel 2I1, 2I2, das auf seinem inneren Umfang einen leitfähigen Abschnitt aufweist, der lediglich elektrisch mit der Versorgungslage 2B verbunden ist. Der Wärmeabgabestift 3 kann durch ein elektrisch leitfähiges Wärmeleitelement in Form einer Platte ersetzt werden. Für diesen Fall müssen die mehrlagige Leiterplatte 2 und die Wärmeabgabeplatine 4 Löcher einer geeigneten Größe zum Aufnehmen so eines plattenförmigen Wärmeleitelements aufweisen, und die Größe und die Form des Wärmeleitelements muss so ermittelt werden, dass das von dem Wärmeleitelement abgestrahlte Rauschen nur einen kleinen Einfluss auf die elektrischen Komponenten ausübt, die auf der mehrlagigen Leiterplatte 2 montiert sind.
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Die Abschirmlage 4B, die durch die Bolzen 8A, 8B geerdet ist, kann durch eine beliebige andere Weise geerdet sein. Das Erden der Abschirmlage 4B kann zum Beispiel durch Montieren eines elektrisch leitfähigen Stifts an dem Gehäuse 6 und dann Einführen des Stifts in sein zugehöriges in der Wärmeabgabeplatine 4 ausgebildetes Loch erreicht werden, sodass der Stift nur mit der Abschirmlage 4B elektrisch verbunden ist.
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Die Wärmeabgabeplatine 4 kann eine äußere Lage aufweisen, die den Isolator 5 ersetzt, der zwischen der Wärmeabgabeplatine 4 und dem Gehäuse 6 bereitgestellt ist. Mit anderen Worten kann der Isolator 5 als eine äußere Lage der Wärmeabgabeplatine 4 ausgebildet sein, die den Zusammenbau der elektronischen Steuereinheit 1 weiter vereinfacht.
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Die mehrlagige Leiterplatte 2 kann drei Lagen, oder fünf oder mehr Lagen aufweisen, einschließlich der oben beschriebenen inneren Versorgungslage.
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Die Kühlanordnung der vorliegenden Erfindung schließt den Wärmeabgabestift 3 und die Wärmeabgabeplatine 4 ein. Der Wärmeabgabestift 3 ist thermisch und elektrisch mit der Versorgungslage 2B der mehrlagigen Leiterplatte 2 verbunden. Die Wärmeabgabeplatine 4 weist die Wärmeabgabelage 4A auf, die thermisch und elektrisch mit dem Wärmeabgabestift 3 und der Abschirmlage 4B verbunden ist, und zwar zum Abschirmen gegen das von der Wärmeabgabelage 4A ausgestrahlte elektromagnetische Rauschen. Die Wärmeabgabelage 4A ist elektrisch von der Abschirmlage 4B isoliert. Der Wärmeabgabestift 3 ist elektrisch von der Abschirmlage 4B isoliert, wenn der Wärmeabgabestift 3 mit der Wärmeabgabelage 4A verbunden ist. Die Abschirmlage 4B ist elektrisch mit dem Gehäuse 6 verbunden, das geerdet ist. Die Wärmeabgabelage 4A ist thermisch mit dem Gehäuse 6 durch den Isolator 5 verbunden.
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Wie oben beschrieben, ermöglicht die Kühlanordnung der vorliegenden Ausführungsform die Abgabe von Wärme, die in der Versorgungslage 2B der mehrlagigen Leiterplatte 2 erzeugt worden ist, und ermöglicht außerdem das Abschirmen gegen das elektromagnetische Rauschen, das von der Wärmeabgabelage 4A der Wärmeabgabeplatine 4, die mit der Versorgungslage 2B der mehrlagigen Leiterplatte 2 elektrisch verbunden ist, ausgestrahlt wird. Ferner gibt es keine Notwendigkeit zum Abschirmen gegen so ein Rauschen eine zusätzliche Abdeckung bereitzustellen, wodurch die Montage der elektronischen Steuereinheit 1 einfacher wird.
