DE102020103028A1

DE102020103028A1 - Verbundanordnungen zur thermischen kühlung von elektronischen bauteilen

Info

Publication number: DE102020103028A1
Application number: DE102020103028.2A
Authority: DE
Inventors: Anil K. Sachdev; Mark W. Verbrugge
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2020-02-06
Publication date: 2020-09-10
Also published as: CN111669936A

Abstract

Eine Elektronikanordnung beinhaltet eine Verbundkühlanordnung und ein elektronisches Bauteil. Die Verbundkühlanordnung beinhaltet ein Gehäuse, eine Wärmeträgerflüssigkeit und eine Wärmeübertragungskomponente. Das Gehäuse beinhaltet ein erstes Material mit einer ersten Wärmeleitfähigkeit. Das Gehäuse beinhaltet einen Flüssigkeitsraum und einen Durchgang. Der Durchgang ist fluidisch mit dem Fluidraum verbunden. Die Wärmeträgerflüssigkeit ist im Fluidraum angeordnet. Die Wärmeübertragungskomponente ist zumindest teilweise innerhalb des Durchgangs angeordnet. Die Thermoübertragungskomponente ist mit dem Gehäuse flüssig abgedichtet. Die Wärmeübertragungskomponente beinhaltet ein zweites Material mit einer zweiten Wärmeleitfähigkeit, die größer ist als die erste Wärmeleitfähigkeit. Die Wärmeübertragungskomponente definiert eine erste Oberfläche in Fluidverbindung mit der Wärmeübertragungsflüssigkeit und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche. Die elektronische Komponente ist mit der zweiten Oberfläche der Thermotransferkomponente gekoppelt.

Description

EINFÜHRUNG
Dieser Abschnitt enthält Hintergrundinformationen über die vorliegende Offenbarung, die nicht unbedingt dem Stand der Technik entspricht.
Fahrzeuge beinhalten verschiedene Arten von Leistungselektronik. Die Leistungselektronik erzeugt typischerweise Wärme. Die Leistungselektronik wird vorzugsweise innerhalb vorgegebener Temperaturbereiche gehalten, um eine optimale Leistung zu erzielen und die Lebensdauer der Komponenten zu maximieren. Eine Möglichkeit, den vorgegebenen Temperaturbereich einzuhalten, besteht darin, ein Kühlsystem zu implementieren, um Wärme von den elektronischen Komponenten abzuführen.
BESCHREIBUNG
Dieser Abschnitt bietet eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung und ist keine umfassende Offenbarung des gesamten Umfangs oder aller seiner Merkmale.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Verbundanordnungen zur thermischen Kühlung von elektronischen Komponenten, Elektronikanordnungen einschließlich der Verbundkühlanordnungen und Verfahren zur Herstellung der Verbundkühlanordnungen und El ektronikanordnungen.
In verschiedenen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung eine zusammengesetzte Kühlanordnung dar. Die Verbundkühlanordnung beinhaltet ein Gehäuse und eine Wärmeübertragungskomponente. Das Gehäuse beinhaltet ein erstes Material mit einer ersten Wärmeleitfähigkeit. Das Gehäuse beinhaltet einen Durchgang in Fluidverbindung mit einem Fluidraum. Der Fluidraum ist eingerichtet, um eine Wärmeträgerflüssigkeit aufzunehmen. Die Wärmeübertragungskomponente ist zumindest teilweise innerhalb des Durchgangs angeordnet. Das Thermoübertragungselement ist mit dem Gehäuse abgedichtet. Die Wärmeübertragungskomponente beinhaltet ein zweites Material mit einer zweiten Wärmeleitfähigkeit, die größer ist als die erste Wärmeleitfähigkeit. Die Wärmeübertragungskomponente definiert eine erste Oberfläche in Fluidverbindung mit dem Fluidraum und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche.
In einem Aspekt ist ein Volumenverhältnis des ersten Materials zum zweiten Material größer oder gleich etwa 1.
In einem Aspekt beinhaltet die Thermotransferkomponente ferner eine Vielzahl von Vorsprüngen. Die Vielzahl der Vorsprünge erstreckt sich von der ersten Oberfläche bis in den Fluidraum.
In einem Aspekt beinhaltet die Vielzahl der Vorsprünge das zweite Material.
In einem Aspekt ist die Vielzahl von Vorsprüngen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Vielzahl von Stiften, einer Vielzahl von Rippen und Kombinationen davon.
In einem Aspekt beinhaltet die Thermotransferkomponente weiterhin ein drittes Material. Das dritte Material beinhaltet ein Phasenwechselmaterial.
In einem Aspekt beinhaltet die Thermotransferkomponente einen ersten Abschnitt mit der ersten Oberfläche, einen zweiten Abschnitt mit der zweiten Oberfläche und einen dritten Abschnitt, der zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt angeordnet ist. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt beinhalten jeweils das zweite Material. Der dritte Teil beinhaltet das dritte Material.
In einem Aspekt wird das dritte Material durch das zweite Material verkapselt.
In einem Aspekt ist das Phasenwechselmaterial ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Paraffinwachs, einer nicht-paraffinischen organischen Substanz, einem hydratisierten Salz, einem Metall oder einer Metalllegierung, einer Indium-Silber-Verbindung oder Kombinationen davon.
In einem Aspekt ist die zweite Wärmeleitfähigkeit größer oder gleich etwa 100°C.
In einem Aspekt ist das zweite Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: im Wesentlichen reinem Kupfer, im Wesentlichen reinem Aluminium, einer Aluminium-Siliziumlegierung, einer Aluminium-Mangan-Legierung, im Wesentlichen reinem Silber, im Wesentlichen reinem Magnesium, einer Magnesium-Aluminium-Legierung, einer Magnesium-Zink-Legierung, einer Magnesium-Mangan-Legierung, einer Magnesium-Germanium-Legierung oder Kombinationen davon.
In einem Aspekt beinhaltet das erste Material eines aus einem thermoplastischen Polymer und einem duroplastischen Polymer. Das thermoplastische Polymer, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Polyethylenimin (PEI), Polyamidimid (PAI), Polyamid (PA), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketon (PEK), ein Polyphenylensulfid (PPS), ein thermoplastisches Polyurethan (TPU), Polypropylen (PP), Polycarbonat/Acrylnitrilbutadien-Styrol (PC/ABS), hochdichtes Polyethylen (HDPE), Polyethylenterephthalat (PET), Poly(methylmethacrylat) (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyaryletherketon (PAEK), Polyetherketoneketon (PEKK), Copolymere davon und Kombinationen davon. Das duroplastische Polymer ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Benzoxazin, einem Bis-Maleimid (BMI), einem Cyanatester, einem Epoxy, einem Phenol (PF), einem Polyacrylat, einem Polyimid (PI), einem ungesättigten Polyester, einem Polyeurethan (PUR), einem Vinylester, einem Siloxan, Polydicyclopentadien (PDCPD), Co-Polymeren davon und Kombinationen davon.
In einem Aspekt umfasst das erste Material ein Metall, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Aluminiumlegierung, einer Magnesiumlegierung, einer Zinklegierung, einem Stahl und Kombinationen derselben.
In einem Aspekt ragt ein Abschnitt der Thermoübertragungskomponente aus dem Durchgang heraus, so dass die zweite Oberfläche der Thermoübertragungskomponente von einer dritten Oberfläche des Gehäuses versetzt ist.
In verschiedenen Aspekten beinhaltet eine Elektronikanordnung eine Verbundkühlanordnung und ein elektronisches Bauteil. Die Verbundkühlanordnung beinhaltet ein Gehäuse, eine Wärmeträgerflüssigkeit und eine Wärmeübertragungskomponente. Das Gehäuse beinhaltet ein erstes Material mit einer ersten Wärmeleitfähigkeit. Das Gehäuse beinhaltet einen Flüssigkeitsraum und einen Durchgang. Der Durchgang steht in Fluidverbindung mit dem Fluidraum. Die Wärmeträgerflüssigkeit ist im Fluidraum angeordnet. Die Wärmeübertragungskomponente ist zumindest teilweise innerhalb des Durchgangs angeordnet. Das Thermoübertragungselement ist mit dem Gehäuse abgedichtet. Die Wärmeübertragungskomponente beinhaltet ein zweites Material mit einer zweiten Wärmeleitfähigkeit, die größer ist als die erste Wärmeleitfähigkeit. Die Wärmeübertragungskomponente definiert eine erste Oberfläche in Fluidverbindung mit der Wärmeübertragungsflüssigkeit und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche. Die elektronische Komponente ist mit der zweiten Oberfläche der Thermotransferkomponente gekoppelt.
In einem Aspekt umfasst die elektronische Komponente einen Halbleiterschalter.
In einem Aspekt beinhaltet die Elektronikanordnung weiterhin eine Schicht. Die Schicht beinhaltet ein thermisches Grenzflächenmaterial. Die Schicht ist zwischen dem elektronischen Bauteil und der zweiten Oberfläche des Thermoübertragungsbauteils angeordnet, um das elektronische Bauteil mit dem Thermoübertragungsbauteil zu verbinden.
In einem Aspekt ist die Wärmeübertragungsflüssigkeit ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Wasser, einem Wasser-Glykol-Gemisch, einem Mineralöl, einem Perfluorpolyetheröl, einem Polyphenylether und Kombinationen davon.
In einem Aspekt ist ein Volumenverhältnis des ersten Materials zum zweiten Material größer oder gleich etwa 1, wobei das erste Material eines von einem Metall oder einem Polymer beinhaltet. Das Metall ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Aluminium A380, Magnesium AM50 oder einer Kombination davon. Das Polymer beinhaltet Nylon 6. Das zweite Material ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: im Wesentlichen reinem Kupfer, im Wesentlichen reinem Aluminium und einer Kombination davon.
In verschiedenen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundkühlanordnung dar. Das Verfahren beinhaltet das Platzieren einer Wärmeübertragungskomponente in einer Form. Die Wärmeübertragungskomponente definiert eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche. Das Verfahren beinhaltet ferner das Einfließen eines ersten Materials in die Form, so dass das erste Material in einen Abschnitt der Wärmeübertragungskomponente eingreift. Das Verfahren beinhaltet ferner das Verfestigen des ersten Materials, um ein Gehäuse mit dem ersten Material zu schaffen. Das Gehäuse beinhaltet einen Durchgang in Fluidverbindung mit einem Fluidraum. Die Thermoübertragungskomponente ist zumindest teilweise im Durchgang des Gehäuses angeordnet. Die Thermoübertragungskomponente ist mit dem Gehäuse gekoppelt. Die erste Oberfläche der Thermotransferkomponente steht in Fluidverbindung mit dem Fluidraum. Die Thermotransferkomponente beinhaltet ein zweites Material. Das erste Material hat eine erste Wärmeleitfähigkeit und das zweite Material eine zweite Wärmeleitfähigkeit, die größer ist als die erste Wärmeleitfähigkeit.
Weitere Anwendungsbereiche ergeben sich aus der hierin enthaltenen Beschreibung. Die Beschreibung und die konkreten Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Figuren dienen nur zur Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Implementierungen und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.

1A-1B beziehen sich auf eine Elektronikanordnung gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung; 1A ist eine obere Explosionsansicht der Elektronikanordnung; 1B ist eine untere Explosionsansicht der Elektronikanordnung.
Die 2A-2B beziehen sich auf eine Elektronikanordnung gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung; 2A ist eine Querschnittsansicht der Elektronikanordnung; 2B ist eine perspektivische Ansicht einer Thermotransferkomponente der Elektronikanordnung;
3 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Wärmeübertragungskomponente gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
4 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Elektronikanordnung gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
5 ist eine Schnittdarstellung einer weiteren Elektronikanordnung gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
6 ist eine Schnittdarstellung einer weiteren Elektronikanordnung gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung; und
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung der Elektronikanordnung von 2A darstellt.

Entsprechende Bezugszeichen kennzeichnen entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten der Figuren.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Beispielhafte Ausführungsformen werden bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und den Umfang vollständig an diejenigen weitergibt, die über Fachkenntnisse verfügen. Zahlreiche spezifische Details werden dargelegt, wie beispielsweise Beispiele für spezifische Zusammensetzungen, Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Den Fachleuten wird klar sein, dass auf spezifische Details verzichtet werden muss, dass exemplarische Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden können und dass keine der beiden Auslegungen den Umfang der Offenbarung einschränken sollte. In einigen Beispielen werden Ausführungsformen, bekannte Prozesse, bekannte Vorrichtungsstrukturen und bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und ist nicht als Einschränkung gedacht. Wie hierin verwendet, können die Singularformen „ein“, „eine“ und „der, die, das“ auch die Pluralformen beinhalten, sofern der Kontext nichts anderes bestimmt. Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „einschließlich“ und „hat“ sind inklusive und spezifizieren daher das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Elementen, Zusammensetzungen, Schritten, ganzen Zahlen, Operationen und/oder Komponenten, schließen aber nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon aus. Obwohl der offene Begriff „umfassend“ als ein nicht einschränkender Begriff zu verstehen ist, der verwendet wird, um verschiedene hierin dargelegte Ausführungsformen zu beschreiben und zu beanspruchen, kann der Begriff in bestimmten Aspekten alternativ auch als ein einschränkenderer und einschränkenderer Begriff verstanden werden, wie beispielsweise „bestehend aus“ oder „bestehend im Wesentlichen aus“. Somit beinhaltet die vorliegende Offenbarung für jede beliebige Ausführungsform, die Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, Eigenschaften, ganze Zahlen, Operationen und/oder Prozessschritte rezitiert, auch ausdrücklich Ausführungsformen, die aus solchen rezitierten Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elementen, Merkmalen, ganzen Zahlen, Operationen und/oder Prozessschritten bestehen oder im Wesentlichen aus diesen bestehen. Im Falle von „bestehend aus“ schließt die alternative Ausführungsform alle zusätzlichen Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, ganze Zahlen, Operationen und/oder Prozessschritte aus, während im Falle von „bestehend im Wesentlichen aus“ alle zusätzlichen Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, Eigenschaften, ganzen Zahlen, Operationen und/oder Prozessschritte, die die grundlegenden und neuen Eigenschaften wesentlich beeinflussen, von einer solchen Ausführungsform ausgeschlossen sind, aber alle Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Merkmale, Merkmale, ganzen Zahlen, Operationen und/oder Prozessschritte, die die grundlegenden und neuen Eigenschaften nicht wesentlich beeinflussen, können in die Ausführungsform aufgenommen werden.
Alle hierin beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Operationen sind nicht so auszulegen, dass sie notwendigerweise ihre Ausführung in der jeweils besprochenen oder veranschaulichten Reihenfolge erfordern, es sei denn, sie sind ausdrücklich als Leistungsordnung gekennzeichnet. Es ist auch zu verstehen, dass zusätzliche oder alternative Schritte eingesetzt werden können, sofern nicht anders angegeben.
Wenn eine Komponente, ein Element oder eine Schicht als „auf“, „verbunden mit“, „gekoppelt mit“ oder „in Verbindung mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, kann sie direkt auf der anderen Komponente, dem anderen Element oder der anderen Schicht angeordnet, verbunden oder gekoppelt sein, oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Im Gegensatz dazu, wenn ein Element als „direkt auf“, „direkt verbunden mit“, „direkt gekoppelt mit“ oder „direkt in Verbindung mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht verbunden“ bezeichnet wird, dürfen keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die zur Beschreibung der Beziehung zwischen den Elementen verwendet werden, sollten in ähnlicher Weise interpretiert werden (z.B. „zwischen“ und „direkt dazwischen“, „angrenzend“ und „direkt angrenzend“, etc.). Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „und/oder“ alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Punkte.
Obwohl die Begriffe erster, zweiter, dritter usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Schritte, Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Schritte, Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden, sofern nicht anders angegeben. Diese Begriffe dürfen nur verwendet werden, um einen Schritt, ein Element, eine Komponente, eine Region, eine Schicht oder einen Schnitt von einem anderen Schritt, Element, einer Komponente, einer Region, einer Schicht oder einem Schnitt zu unterscheiden. Begriffe wie „erster“, „zweiter“ und andere numerische Begriffe, wenn sie hierin verwendet werden, bedeuten keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, sie werden durch den Kontext eindeutig angegeben. So könnte ein erster Schritt, Element, Komponente, Region, Schicht oder Abschnitt, der im Folgenden erläutert wird, als zweiter Schritt, Element, Komponente, Region, Schicht oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der exemplarischen Ausführungsformen abzuweichen.
Räumlich oder zeitlich bezogene Begriffe wie „vorher“, „nachher“, „innen“, „außen“, „unten“, „unterhalb“, „unterer“, „über“, „oben“ und dergleichen können hierin zur einfachen Beschreibung der Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder Merkmal, wie in den Abbildungen dargestellt, verwendet werden. Räumlich oder zeitlich bezogene Begriffe können dazu bestimmt sein, neben der in den Abbildungen dargestellten Ausrichtung auch unterschiedliche Ausrichtungen des verwendeten oder betriebenen Geräts oder Systems zu erfassen.
In dieser Offenbarung stellen die Zahlenwerte ungefähre Maße oder Grenzen für Bereiche dar, um geringfügige Abweichungen von den angegebenen Werten und Ausführungsformen mit etwa dem genannten Wert sowie mit genau dem genannten Wert zu erfassen. Abgesehen von den am Ende der ausführlichen Beschreibung aufgeführten Arbeitsbeispielen sind alle numerischen Werte von Parametern (z.B. von Mengen oder Bedingungen) in dieser Spezifikation, einschließlich der beigefügten Ansprüche, so zu verstehen, dass sie in allen Fällen um den Begriff „etwa“ geändert werden, ob „etwa“ tatsächlich vor dem numerischen Wert erscheint oder nicht. „Etwa“ zeigt an, dass der angegebene Zahlenwert eine leichte Ungenauigkeit zulässt (mit einer Annäherung an die Genauigkeit des Wertes; ungefähr oder ziemlich nahe am Wert; fast). Wenn die Ungenauigkeit von „etwa“ in dem Fachgebiet mit dieser gewöhnlichen Bedeutung nicht anders verstanden wird, dann zeigt „etwa“, wie hierin verwendet, zumindest Variationen an, die sich aus gewöhnlichen Methoden zum Messen und Verwenden solcher Parameter ergeben können. So kann beispielsweise „etwa“ eine Variation von weniger als oder gleich 5%, optional kleiner als oder gleich 4%, optional kleiner als oder gleich 3%, optional kleiner als oder gleich 2%, optional kleiner als oder gleich 1%, optional kleiner als oder gleich 0,5% und in bestimmten Aspekten optional kleiner als oder gleich 0,1% umfassen.
Darüber hinaus beinhaltet die Angabe von Bereichen die Angabe aller Werte und weiter unterteilter Bereiche innerhalb des gesamten Bereichs, einschließlich der für die Bereiche angegebenen Endpunkte und Teilbereiche.
Beispielausführungsformen werden nun anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben, erzeugen elektronische Komponenten während des Betriebs typischerweise Wärme. Es kann wünschenswert sein, elektronische Komponenten zu kühlen, um sie innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs zu halten. Sowohl die Leistung als auch die Lebensdauer von elektronischen Komponenten können verbessert werden, wenn sie innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs betrieben werden. Einige Kühlbaugruppen beinhalten ein Gehäuse mit hoher Wärmeleitfähigkeit, das eine Wärmeträgerflüssigkeit enthält. Die elektronischen Komponenten sind mit einer Oberfläche des Gehäuses gekoppelt, so dass die von den elektronischen Komponenten erzeugte Wärme durch das hochleitfähige Gehäuse und in die Wärmeträgerflüssigkeit übertragen wird.
In verschiedenen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung eine Verbundkühlanordnung zur Verfügung, die eine thermische Kühlung einer oder mehrerer elektronischer Komponenten ermöglicht. Die Verbundkühlanordnung beinhaltet ein Gehäuse und eine Wärmeübertragungskomponente. Die Thermoübertragungskomponente ist zumindest teilweise in einem Durchgang des Gehäuses angeordnet. Eine erste Oberfläche der Wärmeübertragungskomponente befindet sich in thermischer und fließender Verbindung mit einer Wärmeübertragungsflüssigkeit in einem Fluidraum des Gehäuses. Eine zweite Oberfläche der Thermoübertragungskomponente befindet sich in thermischer Verbindung mit der elektronischen Komponente. Die Wärmeübertragungskomponente besteht aus einem hochwärmeleitfähigen Material und ist eingerichtet, um Wärme, die von der elektronischen Komponente erzeugt wird, von der elektronischen Komponente weg in die Wärmeübertragungsflüssigkeit und aus der Elektronikanordnung zu ziehen, während die Wärmeübertragungsflüssigkeit zirkuliert. Die Wärmeübertragungskomponente kann die Wärme sehr effizient übertragen. Daher kann das Gehäuse aus einer Vielzahl von Materialien gebildet werden, die nicht unbedingt mit hohen Wärmeleitfähigkeiten ausgestattet sind. Stattdessen können die Gehäusematerialien beispielsweise nach einer Vielzahl weiterer konstruktiver Gesichtspunkte wie Verfügbarkeit, Fertigungsfreundlichkeit und/oder Eignung für Umgebungsbedingungen ausgewählt werden. Darüber hinaus kann die Thermotransferkomponente separat gefertigt und anschließend mit dem Gehäuse verbunden werden, z.B. durch Umspritzen oder Umspritzen. In bestimmten Aspekten kann die Thermotransferkomponente ein Phasenwechselmaterial beinhalten, das in das hochwärmeleitende Material eingeschlossen werden kann, um die Thermotransfereigenschaften zu verbessern. Die vorliegende Offenbarung sieht auch eine Elektronikanordnung einschließlich der Verbundkühlanordnung vor.
Unter Bezugnahme auf die 1A-1B ist eine Elektronikanordnung 10 nach verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorgesehen. Die Elektronikanordnung 10 beinhaltet eine Verbundkühlanordnung 12 und eine Leiterplatte 14. Die Verbundkühlanordnung 12 beinhaltet ein Gehäuse 16, eine erste Wärmeübertragungskomponente 18, eine zweite Wärmeübertragungskomponente 20 und eine Wärmeträgerflüssigkeit (nicht dargestellt, im Folgenden näher beschrieben).
Die Leiterplatte 14 beinhaltet eine erste elektronische Komponente 22 und eine zweite elektronische Komponente 24 (zusammenfassend als „die elektronischen Komponenten“ bezeichnet). In verschiedenen alternativen Aspekten kann die Leiterplatte 14 eine einzelne elektronische Komponente oder mehr als zwei elektronische Komponenten beinhalten (nicht dargestellt). Die elektronischen Komponenten 22, 24 sind physikalisch und elektrisch mit der Leiterplatte 14 gekoppelt. Wenn sich die Elektronikanordnung 10 in einem montierten Zustand befindet, stehen die ersten und zweiten elektronischen Komponenten 22, 24 in thermischer Verbindung mit den ersten und zweiten Wärmeübertragungskomponenten 18, 20 (zusammenfassend als „die Wärmeübertragungskomponenten“ bezeichnet). In bestimmten Aspekten sind die ersten und zweiten elektronischen Komponenten 22, 24 mit den ersten und zweiten Wärmeübertragungskomponenten 18, 20 gekoppelt.
Die Elektronikkomponenten 22, 24 können während des Betriebs Wärme erzeugen. Die elektronischen Komponenten 22, 24 sind in thermischem Kontakt mit den Thermoübertragungskomponenten 18, 20 angeordnet, so dass von den elektronischen Komponenten 22, 24 erzeugte Wärme in die Thermoübertragungskomponenten 18, 20 und weg von den elektronischen Komponenten 22, 24 übertragen wird, wodurch eine Temperatur der elektronischen Komponenten 22, 24 in einem vorbestimmten Bereich gehalten wird. Das Halten der Temperatur der elektronischen Komponenten 22, 24 innerhalb des vorbestimmten Bereichs kann die Lebensdauer der elektronischen Komponenten 22, 24 verlängern und/oder die Leistung der elektronischen Komponenten 22, 24 optimieren.
Die Verbundkühlanordnung 12 kann aus mehreren Materialien gebildet werden. Das Gehäuse 16 beinhaltet einen Körper 30, der aus einem ersten Material mit einer ersten Wärmeleitfähigkeit gebildet ist. In bestimmten Aspekten besteht das Gehäuse im Wesentlichen aus dem ersten Material. Die erste Wärmeübertragungskomponente 18 beinhaltet ein zweites Material mit einer zweiten Wärmeleitfähigkeit. Die zweite Wärmeübertragungskomponente 20 beinhaltet ein drittes Material mit einer dritten Wärmeleitfähigkeit. Das zweite und dritte Material können gleich oder unterschiedlich sein.
Die Wärmeübertragungskomponenten 18, 20 können im Allgemeinen aus einem oder mehreren hochwärmeleitfähigen Materialien gebildet werden, so dass sie die Wärme effizient von den elektronischen Komponenten 22, 24 wegleiten können. Die effektive Wärmeübertragung in den Thermoübertragungskomponenten 18, 20 ermöglicht die Verwendung einer Vielzahl von ersten Materialien für das Gehäuse 16. Dementsprechend können die zweite und dritte Wärmeleitfähigkeit jeweils größer sein als die erste Wärmeleitfähigkeit.
In bestimmten Aspekten muss das erste Material des Gehäuses 16 nicht allein aufgrund der Wärmeübertragungseigenschaften ausgewählt werden. So kann beispielsweise das erste Material nach Verfügbarkeit, Fertigungsfreundlichkeit und/oder Eignung für Umgebungsbedingungen ausgewählt werden. In Bezug auf die Umgebungsbedingungen kann das erste Material in bestimmten Aspekten, wie beispielsweise beim Einsatz der Elektronikanordnung 10 in einer Umgebung mit häufigen und/oder starken Vibrationen, eine ausreichend hohe Steifigkeit aufweisen, um den Vibrationen standzuhalten. In bestimmten Aspekten kann die Elektronikanordnung 10 in einer Umgebung verwendet werden, die externer Wärme ausgesetzt ist (d.h. Wärme, die nicht von den elektronischen Komponenten 22, 24 erzeugt wird), wie beispielsweise unter einer Fahrzeughaube. Dementsprechend kann das erste Material eine Schmelztemperatur aufweisen, die ausreichend hoch ist, um seine strukturelle Integrität unter normalen Betriebsbedingungen zu erhalten. So kann beispielsweise die Schmelztemperatur eine vorbestimmte Menge sein, die größer ist als die höchste erwartete Umgebungstemperatur.
Das erste Material kann auch als „Gehäusematerial“ bezeichnet werden. Das Gehäusematerial kann ein Polymer, einen verstärkten Polymerverbund oder ein Metall beinhalten. In bestimmten Aspekten kann das Metall beispielsweise Aluminiumlegierungen (z.B. Aluminium A380), Magnesiumlegierungen (z.B. Magnesium AM50), Zinklegierungen, Stähle oder Kombinationen davon beinhalten. In bestimmten Aspekten kann das Metall Aluminium A380, Magnesium AM50 oder eine Kombination davon beinhalten. In einem Beispiel beinhaltet das Metall Aluminium A380. In einem weiteren Beispiel beinhaltet das Metall Magnesium AM50.
Geeignete Polymere sind thermoplastische Polymere und duroplastische Polymere. Das thermoplastische Polymer kann beinhalten: Polyethylenimin (PEI), Polyamidimid (PAI), Polyamid (PA) (z.B. Nylon, wie Nylon 6, Nylon 66 und/oder Nylon 12), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketon (PEK), ein Polyphenylensulfid (PPS), ein thermoplastisches Polyurethan (TPU), Polypropylen (PP), Polycarbonat/Acrylnitril-Butadien-Styrol (PC/ABS), hochdichtes Polyethylen (HDPE), Polyethylenterephthalat (PET), Poly(methylmethacrylat) (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyaryletherketon (PAEK), Polyetherketoneketon (PEKK), Copolymere davon und Kombinationen davon. In bestimmten Aspekten beinhaltet das thermoplastische Polymer Nylon 6. In einem Beispiel besteht das Gehäuse im Wesentlichen aus Nylon 6. Das duroplastische Polymer kann Folgendes beinhalten: Benzoxazin, ein Bis-Maleimid (BMI), einen Cyanatester, ein Epoxy, ein Phenol (PF), ein Polyacrylat (Acryl), ein Polyimid (PI), einen ungesättigten Polyester, ein Polyeurethan (PUR), einen Vinylester, ein Siloxan, Polydicyclopentadien (PDCPD), Copolymere davon und Kombinationen davon.
Polymerverbundwerkstoffe können eine Polymermatrix, die aus einem oder mehreren Harzen, wie den vorstehend beschriebenen, gebildet wird, und ein Verstärkungsmaterial, wie beispielsweise eine Vielzahl von Verstärkungsfasern und/oder -teilchen, beinhalten. Geeignete Verstärkungsmaterialien sind Kohlenstofffasern, Glasfasern (z.B. Glasfasern, Quarz), Basaltfasern, Aramidfasern (z.B. KEVLAR®, Polyphenylenbenzobisoxazol (PBO)) Polyethylenfasern (z.B. hochfestes ultrahochmolekulares (UHMW) Polyethylen), Polypropylenfasern (z.B. hochfestes Polypropylen), Naturfasern (z.B. Baumwolle, Flachs, Zellulose, Spinnenseide) oder Kombinationen davon.
Die zweiten und dritten Materialien können im Allgemeinen Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit beinhalten. Da die hochleitenden zweiten und dritten Materialien in bestimmten Aspekten nur für die Thermotransferkomponenten 18, 20 und nicht für das gesamte Gehäuse 16 verwendet werden, können die unterschiedlichsten hochwärmeleitenden Materialien verwendet werden. Im Gegensatz dazu kann die Verwendung bestimmter hochwärmeleitfähiger Materialien schwierig oder unpraktisch sein, wenn aus dem hochwärmeleitfähigen Material ein ganzes Gehäuse gebildet wird. So sind beispielsweise bestimmte hochwärmeleitende Materialien in einem großen und/oder komplizierten Gehäuse schwer zu gießen oder zu stanzen, können aber problemlos als Wärmeübertragungskomponenten gegossen oder gestanzt werden, die im Allgemeinen kleiner und mit einfacheren Geometrien sein können.
Die Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit können jeweils eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die größer oder gleich etwa 100 W/(m-K), optional größer oder gleich etwa 150 W/(m-K), optional größer oder gleich etwa 200 W/(m-K), optional größer oder gleich etwa 250 W/(m-K), optional größer oder gleich etwa 300 W/(m-K), optional größer oder gleich etwa 350 W/(m-K) oder optional größer oder gleich etwa 400 W/(m-K) ist. Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit können Metalle und/oder „covetic materials“ beinhalten. Das Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit kann im Wesentlichen reines Metall sein, was bedeutet, dass das Metallmaterial einige kleine Komponenten oder Verunreinigungen aufweisen kann, solange sie bei weniger als oder gleich etwa 0,3 Gew.-% des Materials vorhanden sind, gegebenenfalls weniger als oder gleich etwa 0,2 Gew.-%, gegebenenfalls weniger als oder gleich etwa 0,1 Gew.-%, gegebenenfalls weniger als oder gleich etwa 0,05 Gew.-% und in bestimmten Variationen gegebenenfalls weniger als oder gleich etwa 0,01 Gew.-% des Metallmaterials.
In bestimmten Aspekten können hochleitfähige Metalle Kupfer (z.B. im Wesentlichen reines Kupfer mit mehr als oder gleich etwa 99,7 Gew.-% Kupfer), Silber (z.B. im Wesentlichen reines Silber mit mehr als oder gleich etwa 99,7 Gew.-% Silber), im Wesentlichen reines Aluminium (z.B. mehr als oder gleich etwa 99,7 Gew.-% Aluminium), Aluminium-Siliziumlegierungen (z.B. eine Aluminium-Silizium-Legierung mit weniger als etwa 4 Gew.-% Silizium), Aluminium-Mangan-Legierungen, im Wesentlichen reines Magnesium (z.B. größer oder gleich etwa 99,7 Gew.-% Magnesium), Magnesium-Aluminium-Legierungen, Magnesium-Zink-Legierungen, Magnesium-Mangan-Legierungen, Magnesium-Germanium-Legierungen oder Kombinationen davon, als Beispiele. In bestimmten Aspekten beinhaltet das hochwärmeleitende Metall im Wesentlichen reines Kupfer, im Wesentlichen reines Aluminium oder eine Kombination davon. In einem Beispiel beinhaltet das hochwärmeleitende Metall im Wesentlichen reines Kupfer. In einem Beispiel beinhaltet das hochwärmeleitende Metall im Wesentlichen reines Aluminium. In einem Aspekt kann ein hochwärmeleitfähiges „covetic material“ Kohlenstoff beinhalten. In einem Aspekt kann ein hochwärmeleitfähiges „covetic material“ Kohlenstoff-Nanoröhrchen in Aluminium, Kupfer, Silber, Legierungen davon oder Kombinationen davon beinhalten.
Wie bereits erwähnt, können die effizienten Wärmeübertragungseigenschaften der Thermoübertragungskomponenten 18, 20 die Verwendung einer Vielzahl von Gehäusematerialien erleichtern. Dementsprechend kann bei Verwendung der Thermoübertragungskomponenten 18, 20 in der Verbundkühlanordnung 12 eine ausreichende Wärmeübertragung von den elektronischen Komponenten 22, 24 ohne Verwendung eines Gehäuses erreicht werden, das vollständig aus einem hochwärmeleitfähigen Material besteht. In verschiedenen Aspekten kann ein Volumenverhältnis des ersten oder Gehäusematerials zum zweiten oder wärmeleitenden Material größer oder gleich etwa 1, optional größer oder gleich etwa 1,25, optional größer oder gleich etwa 1,5, optional größer oder gleich etwa 1,75, optional größer oder gleich etwa 2, optional größer oder gleich etwa 2,5, optional größer oder gleich etwa 3, optional größer oder gleich etwa 3,5 oder optional größer oder gleich etwa 4 sein.
In bestimmten Aspekten und wie im Folgenden näher beschrieben wird (siehe z.B. 2A-6), kann die erste Thermotransferkomponente 18 weiterhin ein viertes Material beinhalten und die zweite Thermotransferkomponente 20 kann weiterhin ein fünftes Material beinhalten. Das vierte und fünfte Material können Phasenwechselmaterialien („PCMs“) sein. PCMs sind in der Lage, große Mengen an latenter Wärme zu speichern und abzugeben. So kann beispielsweise das PCM Wärme aufnehmen, um von einer ersten Phase in eine zweite Phase zu wechseln. Daher kann die Einbeziehung eines oder mehrerer PCMs in die Thermoübertragungskomponenten 18, 20 eine effiziente Wärmeübertragung weg von den elektronischen Komponenten 22, 24 ermöglichen. Das PCM kann ein Fest-Flüssig-PCM oder ein Fest-Fest PCM sein.
In bestimmten Aspekten kann das PCM eine Phasenwechseltemperatur von größer als oder gleich etwa -20°C bis kleiner als oder gleich etwa 500°C, optional größer als oder gleich etwa 50°C bis kleiner als oder gleich etwa 150°C oder optional größer als oder gleich etwa 120°C bis kleiner als oder gleich etwa 80°C aufweisen. In einem Beispiel beträgt die Phasenwechseltemperatur etwa 100 °C. In einem Aspekt kann das PCM eine Wärmeleitfähigkeit bei etwa 25°C von mehr als oder gleich etwa 0,05 W/(m-K) bis weniger als oder gleich etwa 100 W/(m-K) oder optional etwa 70 W/(m-K) aufweisen.
In verschiedenen Aspekten kann das PCM ein Fest-zu-Flüssig-PCM sein. Fest-zu-Flüssig-PCMs können beispielsweise Paraffinwachse, nicht paraffinhaltige organische Substanzen, hydratisierte Salze, Metalllegierungen, Indiumsilberverbindungen oder Kombinationen davon beinhalten. Geeignete Paraffinwachse können eine Phasenwechseltemperatur von mehr als oder gleich etwa -20°C bis weniger als oder gleich etwa 100°C aufweisen. Geeignete nicht-paraffinische organische Substanzen können beispielsweise eine Phasenwechseltemperatur von mehr als oder gleich etwa 5°C bis weniger als oder gleich etwa 120°C aufweisen. Geeignete hydratisierte Salze können beispielsweise eine Phasenwechseltemperatur von mehr als oder gleich etwa 0°C bis weniger als oder gleich etwa 400°C aufweisen. Geeignete Metalle und Metalllegierungen können beispielsweise eine Phasenwechseltemperatur von mehr als oder gleich etwa 0°C bis weniger als oder gleich etwa 400°C aufweisen. In einem Beispiel beinhaltet das PCM ein Paraffinwachs mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 0,2 W/(m-K) bei 20°C und einer Phasenwechseltemperatur von etwa 55°C. In einem weiteren Beispiel beinhaltet das PCM In_0.97Ag_0.03, das eine Wärmeleitfähigkeit von 70 W/(m-K) bei 20°C und eine Phasenwechseltemperatur von etwa 143°C aufweist. In verschiedenen Aspekten kann das PCM ein festes bis festes PCM sein, das beispielsweise mehrwertige Alkohole (z.B. Alkohole Pentaerythritol (C₅H₁₂O₄)), Trimethylolethan (C₅H₁₂O₃), Neopentylglykol (C₅H₁₂O₂) oder Kombinationen davon beinhaltet.
Das vierte und fünfte Material kann das gleiche PCM oder verschiedene PCMs beinhalten. In verschiedenen Aspekten kann die erste Wärmeübertragungskomponente 18 im Wesentlichen aus dem zweiten Material und dem vierten Material bestehen. In verschiedenen alternativen Aspekten kann die erste Wärmeübertragungskomponente 18 im Wesentlichen aus dem zweiten Material bestehen. In verschiedenen Aspekten kann die zweite Wärmeübertragungskomponente 20 im Wesentlichen aus dem dritten Material und dem fünften Material bestehen. In verschiedenen alternativen Aspekten kann die zweite Wärmeübertragungskomponente 20 im Wesentlichen aus dem dritten Material bestehen.
In bestimmten Aspekten besteht die Verbundkühlanordnung 12 im Wesentlichen aus dem Gehäuse 16, den Wärmeübertragungskomponenten 18, 20 und der Wärmeträgerflüssigkeit. In bestimmten Aspekten besteht die Verbundkühlanordnung 12 im Wesentlichen aus dem Gehäuse 16 und den Thermoübertragungskomponenten 18, 20. Die Verbundkühlanordnung 12 kann im Wesentlichen aus dem Gehäusematerial (d.h. dem ersten Material), den hochwärmeleitfähigen Materialien (d.h. dem zweiten und dritten Material) und den PCMs (d.h. dem vierten und fünften Material) bestehen. In verschiedenen alternativen Aspekten kann die Verbundkühlanordnung 12 im Wesentlichen aus dem Gehäusematerial (d.h. dem ersten Material) und den hochwärmeleitfähigen Materialien (d.h. dem zweiten und dritten Material) bestehen.
Die elektronischen Komponenten 22, 24 können ausgewählt werden aus einer Gruppe bestehend aus: Halbleiterschaltern, Kondensatoren, Induktoren, Widerständen, Energiespeichern (z.B. Batterien und Superkondensatoren) oder Kombinationen derselben. In einem Beispiel sind die ersten und zweiten elektronischen Komponenten 22, 24 beide Halbleiterschalter. HalbleiterSchalter können beispielsweise bipolare Transistoren mit isoliertem Gate („IGBTs“), Siliziumkarbid-(SiC)-Schalter, Galliumnitrid-(GaN)-Schalter und Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor („MOSFETs“) beinhalten. In verschiedenen alternativen Aspekten kann eine Elektronikanordnung 10 eine einzelne elektronische Komponente oder mehr als zwei elektronische Komponenten beinhalten. Die Elektronikanordnung kann beispielsweise in einem Fahrmotorsteuermodul oder einem Hilfsstrommodul eines Fahrzeugs verwendet werden. Ein Fachmann wird es zu schätzen wissen, dass die Elektronikanordnung 10 in anderen Automobilanwendungen eingesetzt werden kann. Die Elektronikanordnung 10 kann auch in anderen Fahrzeugen verwendet werden, wie z.B. Flugzeugen, Schifffahrtsfahrzeugen, landwirtschaftlichen Geräten und/oder Freizeitfahrzeugen. Darüber hinaus kann die Elektronikanordnung 10 beispielsweise in anderen Anwendungen wie Industrieanlagen (z.B. Gabelstaplern), Aufzügen und Drohnen eingesetzt werden.
Der Körper 30 des Gehäuses beinhaltet eine erste Seite 34 und eine zweite Seite 38 gegenüber der ersten Seite 34. Das Gehäuse 16 beinhaltet weiterhin einen Fluidraum 42. Der Fluidraum 42 ist auf der ersten Seite 34 des Körpers 30 angeordnet. Das Gehäuse 16 kann weiterhin einen Elektronikraum 46 beinhalten. Der Elektronikraum 46 ist auf der zweiten Seite 38 des Gehäuses 30 angeordnet.
Der Körper 30 beinhaltet einen Boden 50. Das Stockwerk 50 beinhaltet einen ersten Durchgang 54 und einen zweiten Durchgang 58 (zusammenfassend als „die Durchgänge“ bezeichnet). Die Durchgänge 54, 58 erstrecken sich zwischen dem Fluidraum 42 und dem Elektronikraum 46. Die ersten und zweiten Thermotransferkomponenten 18, 20 sind zumindest teilweise in den ersten bzw. zweiten Kanälen 54, 58 angeordnet. Die ersten und zweiten Thermoübertragungskomponenten 18, 20 sind mit dem Körper 30 gekoppelt.
Die erste Thermotransferkomponente 18 beinhaltet ein erstes Pad 60. Das erste Pad 60 kann im Wesentlichen plan sein. Das erste Pad 60 beinhaltet eine erste Oberfläche 62, die mit dem Fluidraum 42 in Verbindung steht, und eine zweite Oberfläche 64, die mit dem Elektronikraum 46 in Verbindung steht. In bestimmten Aspekten kann die erste Wärmeübertragungskomponente 18 auch eine erste Vielzahl von Vorsprüngen 66 beinhalten. Sowohl das erste Pad 60 als auch die erste Vielzahl von Vorsprüngen 66 können das zweite Material beinhalten. In bestimmten alternativen Aspekten können jedoch das erste Pad 60 und die erste Vielzahl von Vorsprüngen 66 aus verschiedenen hochwärmeleitfähigen Materialien gebildet werden. Die erste Vielzahl von Vorsprüngen 66 kann beispielsweise Stifte, Rippen oder eine Kombination davon beinhalten. In verschiedenen alternativen Aspekten kann die erste Thermotransferkomponente 18 das erste Pad 60 beinhalten, aber die erste Vielzahl von Vorsprüngen 66 weglassen (siehe z.B. 4 und 6).
Die zweite Thermotransferkomponente 20 beinhaltet ein zweites Pad 68. Das zweite Pad 68 kann im Wesentlichen plan sein. Das zweite Pad 68 beinhaltet eine dritte Oberfläche 70, die mit dem Fluidraum 42 in Verbindung steht, und eine vierte Oberfläche 74, die mit dem Elektronikraum 46 in Verbindung steht. In bestimmten Aspekten kann die zweite Wärmeübertragungskomponente 20 eine zweite Vielzahl von Vorsprüngen 76 beinhalten.
Sowohl das zweite Pad 68 als auch die zweite Vielzahl von Vorsprüngen 76 können das dritte Material beinhalten. In bestimmten alternativen Aspekten können jedoch das zweite Pad 68 und die zweite Vielzahl von Vorsprüngen 76 aus verschiedenen hochwärmeleitfähigen Materialien gebildet werden. Die zweite Vielzahl von Vorsprüngen 76 kann beispielsweise Stifte, Rippen oder eine Kombination davon beinhalten. In verschiedenen alternativen Aspekten kann die zweite Wärmeübertragungskomponente 20 das zweite Pad 68 beinhalten, aber die zweite Vielzahl von Vorsprüngen 76 weglassen (siehe z.B. 4 und 6).
Wie in 1B am besten dargestellt, kann der Körper 30 eine erste Wand 78 beinhalten, die sich vom Boden 50 auf der ersten Seite 34 des Körpers 30 erstreckt. Das Gehäuse 16 kann ferner eine erste Abdeckung 80 beinhalten, die in die erste Wand 78 eingreift, um den Fluidraum 42 zu umschließen und flüssig abzudichten. Die erste Abdeckung 80 kann beispielsweise durch Schweißen, Löten, Reibrührschweißen, Spinnschweißen, Kleben, mechanische Befestigungen (z.B. Schrauben, Nieten) oder Kombinationen derselben mit dem Körper 30 gekoppelt werden. In bestimmten Aspekten kann die Elektronikanordnung 10 eine oder mehrere zusätzliche Komponenten beinhalten, um die Bildung einer Fluiddichtung zu erleichtern, wie beispielsweise eine Dichtung (z.B. einen O-Ring).
Der Flüssigkeitsraum 42 kann eine Wärmeträgerflüssigkeit enthalten (nicht dargestellt). Die Wärmeträgerflüssigkeit kann ein Gas oder eine Flüssigkeit sein. In bestimmten Aspekten können flüssige Wärmeträgerflüssigkeiten beispielsweise Wasser, Wasser und Glykolgemische (z.B. 50/50 Volumenverhältnis von Wasser/Glykol), Öle (z.B. Mineralöle wie Babyöl, Perfluorpolyetheröle), Polyphenylether oder Kombinationen davon beinhalten. In bestimmten Aspekten können Gaswärmeübertragungsflüssigkeiten beispielsweise Helium beinhalten. In verschiedenen Aspekten kann die Elektronikanordnung 10 ferner einen Fluideinlass 84 und einen Fluidauslass 85 zum Zirkulieren der Wärmeträgerflüssigkeit durch den Fluidraum 42 beinhalten.
Die erste Vielzahl von Vorsprüngen 66 kann sich von der ersten Oberfläche 62 der ersten Wärmeübertragungskomponente 18 in das Wärmeübertragungsfluid erstrecken. Die zweite Vielzahl von Vorsprüngen 76 kann sich von der dritten Oberfläche 70 der zweiten Wärmeübertragungskomponente 20 in das Wärmeübertragungsfluid erstrecken. Die erste und zweite Vielzahl von Vorsprüngen 66, 76 kann eine Kontaktfläche zwischen den Wärmeübertragungskomponenten 18, 20 und der Wärmeträgerflüssigkeit im Vergleich zu Wärmeübertragungskomponenten ohne Vorsprünge vergrößern. Dementsprechend können die erste und zweite Vielzahl von Vorsprüngen 66, 76 die Wärmeübertragung zwischen den Wärmeübertragungskomponenten 18, 20 und dem Wärmeübertragungsfluid verbessern.
Die erste Oberfläche 62 der ersten Wärmeübertragungskomponente 18 und die dritte Oberfläche 70 der zweiten Wärmeübertragungskomponente 20 stehen in thermischer Verbindung mit der Wärmeübertragungsflüssigkeit im Fluidraum 42. Dementsprechend kann die von den elektronischen Komponenten 22, 24 erzeugte Wärme durch die Wärmeübertragungskomponenten 18, 20 und in die Wärmeübertragungsflüssigkeit übertragen werden. Die erste Oberfläche 62 der ersten Thermoübertragungskomponente 18 kann bündig mit einer fünften Oberfläche 86 des Bodens 50 sein. In verschiedenen alternativen Aspekten kann jedoch ein Abschnitt der ersten Thermotransferkomponente 18 innerhalb des ersten Durchgangs 54 so vertieft werden, dass die erste Oberfläche 62 von der fünften Oberfläche 86 in eine erste Richtung 87 versetzt ist (siehe z.B. 6). In verschiedenen alternativen Aspekten kann ein Abschnitt der ersten Thermotransferkomponente 18 aus dem ersten Durchgang 54 herausragen, so dass die erste Oberfläche 62 von der fünften Oberfläche 86 in eine zweite Richtung 88 entgegen der ersten Richtung 87 versetzt ist (siehe z.B. 4). Die dritte Oberfläche 70 der zweiten Wärmeübertragungskomponente 20 kann bündig mit der fünften Oberfläche 86 des Bodens 50 sein. In verschiedenen alternativen Aspekten kann jedoch ein Abschnitt der zweiten Thermotransferkomponente 20 in den zweiten Durchgang 58 vertieft werden, so dass die dritte Oberfläche 70 von der fünften Oberfläche 86 in der ersten Richtung 87 versetzt ist. In verschiedenen alternativen Aspekten kann ein Abschnitt der zweiten Thermoübertragungskomponente 20 in Bezug auf den Boden 50 so vorstehen, dass die dritte Oberfläche 70 von der fünften Oberfläche 86 in die zweite Richtung 88 versetzt ist.
Wie in 1A am besten dargestellt, kann der Körper 30 eine zweite Wand 90 beinhalten, die sich vom Boden 50 auf der zweiten Seite 38 des Körpers 30 erstreckt. Die Leiterplatte 14 kann innerhalb des Elektronikraums 46 angeordnet werden, wenn sich die Elektronikanordnung 10 im montierten Zustand befindet. Eine zweite Abdeckung 94 kann in die zweite Wand 90 eingreifen, um den Elektronikraum 46 zu umschließen. In bestimmten Aspekten kann zwischen der zweiten Abdeckung 94 und der zweiten Wand 90 eine Fluiddichtung gebildet werden.
Wenn die Leiterplatte 14 innerhalb des Elektronikraums 46 angeordnet ist, greifen die ersten und zweiten elektronischen Komponenten 22, 24 in die ersten und zweiten Thermoübertragungskomponenten 18, 20 ein. In bestimmten Aspekten sind die elektronischen Komponenten 22, 24 mit den Thermotransferkomponenten 18, 20 gekoppelt. Die elektronischen Komponenten 22, 24 können über ein thermisches Schnittstellenmaterial („TIM“) mit den Thermoübertragungskomponenten 18, 20 gekoppelt werden. In bestimmten Aspekten können thermische Grenzflächenmaterialien Fette, Gele und Silikone beinhalten, die beispielsweise mit wärmeleitenden Metalloxiden gefüllt sein können.
Ein Abschnitt der ersten Thermoübertragungskomponente 18 kann aus dem ersten Durchgang 54 herausragen, so dass die zweite Oberfläche 64 von einer sechsten Oberfläche 98 des Bodens 50 in der ersten Richtung 87 versetzt ist. In verschiedenen alternativen Aspekten kann die zweite Oberfläche 64 jedoch bündig mit der sechsten Oberfläche 98 sein. In verschiedenen alternativen Aspekten kann ein Abschnitt der ersten Thermotransferkomponente 18 in den ersten Durchgang 54 so vertieft werden, dass die zweite Oberfläche 64 gegenüber der sechsten Oberfläche 98 in der zweiten Richtung 88 versetzt ist. Ein Abschnitt der zweiten Thermoübertragungskomponente 20 kann in den zweiten Durchgang 58 vertieft werden, so dass die vierte Oberfläche 74 gegenüber der sechsten Oberfläche 98 des Bodens 50 in der zweiten Richtung 88 versetzt ist. In verschiedenen alternativen Aspekten kann die vierte Oberfläche 74 jedoch bündig mit der sechsten Oberfläche 98 sein. In verschiedenen alternativen Aspekten kann ein Abschnitt der zweiten Thermotransferkomponente 20 aus dem zweiten Durchgang 58 herausragen, so dass die vierte Oberfläche 74 gegenüber der sechsten Oberfläche 98 in der ersten Richtung 87 versetzt ist.
Unter Bezugnahme auf die 2A-2B ist eine weitere Elektronikanordnung 120 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorgesehen. Die Elektronikanordnung 120 kann eine Verbundkühlanordnung 122 und eine elektronische Komponente 124 beinhalten, die mit einer Leiterplatte gekoppelt werden kann (nicht dargestellt). Die Verbundkühlanordnung 122 kann ein Gehäuse 126, eine Wärmeübertragungskomponente 128 und ein Wärmeübertragungsfluid 130 beinhalten.
Das Gehäuse 126 kann einen Körper 132, eine erste Abdeckung 134 und eine zweite Abdeckung 135 beinhalten. Der Körper 132, die erste Abdeckung 134 und die zweite Abdeckung 135 können alle aus einem ersten oder Gehäusematerial gebildet sein, wie beispielsweise die oben in Bezug auf die 1A-1B beschriebenen Gehäusematerialien. In verschiedenen alternativen Aspekten können der Körper 132, die erste Abdeckung 134 und die zweite Abdeckung 135 jedoch aus zwei oder mehr verschiedenen Gehäusematerialien gebildet sein.
Der Körper 132 kann einen Boden 136, erste und zweite Wände 138, 139, die sich vom Boden 136 erstrecken, einen Fluidraum 140 und einen Elektronikraum 141 beinhalten. Der Fluidraum 140 kann zumindest teilweise durch den Boden 136 und die erste Wand 138 definiert sein. Der Elektronikraum 141 kann zumindest teilweise durch den Boden 136 und die zweite Wand 139 definiert sein. Die erste Abdeckung 134 ist mit der ersten Wand 138 gekoppelt, um den Fluidraum 140 zu umschließen. Die erste Abdeckung 134 kann mit der ersten Wand 138 fluidisch abgedichtet werden. Das Wärmeträgerfluid 130 kann innerhalb des Fluidraums 140 angeordnet werden. Die zweite Abdeckung 135 ist mit der zweiten Wand 139 gekoppelt, um den Elektronikraum 141 zu umschließen. Die zweite Abdeckung 135 kann mit der zweiten Wand 139 fluidisch abgedichtet werden.
Die Wärmeübertragungskomponente 128 kann ein Pad 142 und eine Vielzahl von Vorsprüngen 144 beinhalten. Das Pad 142 kann einen ersten Abschnitt 146, einen zweiten Abschnitt 148 und einen dritten Abschnitt 150 beinhalten. Der dritte Abschnitt 150 kann zwischen dem ersten Abschnitt 146 und dem zweiten Abschnitt 148 angeordnet werden. Der erste Abschnitt 146, der zweite Abschnitt 148 und die Vielzahl der Vorsprünge 144 können aus einem zweiten Material gebildet werden. Das zweite Material kann ein hochwärmeleitfähiges Material sein, wie die vorstehend beschriebenen. Der dritte Abschnitt 150 kann aus einem dritten Material gebildet werden. Das dritte Material kann ein PCM sein, wie die oben beschriebenen. So kann beispielsweise das PCM ein Solid to Solid PCM sein.
Die Wärmeübertragungskomponente 128 kann zumindest teilweise in einem Durchgang 152 des Gehäuses 126 angeordnet und mit dem Gehäuse 126 gekoppelt werden. Die Wärmeübertragungskomponente 128 kann mit dem Gehäuse 126 fluidisch abgedichtet werden, um zu verhindern, dass die Wärmeübertragungsflüssigkeit 130 aus der Elektronikanordnung 120 austritt. Insbesondere kann eine Verbindung 154 zwischen der Wärmeübertragungskomponente 128 und dem Gehäuse 126 angeordnet werden. Die Verbindung 154 kann beispielsweise durch Schweißen, Löten, Reibrührschweißen, Spinnschweißen, Kleben gebildet werden. Die Verbindung 154 kann auch eine Dichtung, wie beispielsweise einen O-Ring, beinhalten.
Die Wärmeübertragungskomponente 128 kann eine erste Oberfläche 156 und eine zweite Oberfläche 158 beinhalten. Die erste Oberfläche 156 kann in Verbindung mit der Wärmeträgerflüssigkeit 130 stehen. Die Vielzahl der Vorsprünge 144 kann sich von der ersten Oberfläche 156 in das Wärmeträgerfluid 130 erstrecken. Ein Abschnitt der Thermoübertragungskomponente 128 kann aus dem Durchgang 152 in den Fluidraum 140 ragen, so dass die erste Oberfläche 156 von einer dritten Oberfläche 160 des Bodens 136 in eine erste Richtung 161 versetzt ist.
Ein Abschnitt der Thermoübertragungskomponente 128 kann aus dem Durchgang 152 herausragen, so dass die zweite Oberfläche 158 von einer vierten Oberfläche 162 des Bodens 136 in eine zweite Richtung 163 entgegen der ersten Richtung 161 versetzt ist. Die elektronische Komponente 124 kann in thermischem Kontakt mit der Thermoübertragungskomponente 128 stehen. In bestimmten Aspekten kann die elektronische Komponente 124 mit der Thermoübertragungskomponente 128 gekoppelt werden. Insbesondere kann die elektronische Komponente 124 mit der zweiten Oberfläche 158 der Thermoübertragungskomponente 128 gekoppelt werden. So kann beispielsweise die elektronische Komponente 124 mit dem zweiten Abschnitt 148 der Wärmeübertragungskomponente 128 durch eine Schicht 164 gekoppelt werden, die einen TIM umfasst, wie die vorstehend beschriebenen.
In bestimmten Aspekten ist die elektronische Komponente 124 vergossen oder beinhaltet eine konforme Beschichtung 166, um Schutz gegen Stöße und Vibrationen zu bieten, sowie eine Barriere gegen Feuchtigkeit und korrosive Mittel. Eine Vergussmasse oder die Beschichtung 166 kann ein nicht leitfähiges Material beinhalten. Das nichtleitende Material kann beispielsweise ein Harz (z.B. ein Epoxidharz), ein wärmehärtender Kunststoff, ein Silikonkautschukgel oder eine Kombination davon sein. In einem Beispiel deckt die Beschichtung 166 mindestens einen Teil einer Außenfläche 167 der elektronischen Komponente 124 ab.
Die Elektronikanordnung 120 kann verschiedene Formen und/oder Abmessungen definieren. In bestimmten Aspekten definiert die Elektronikanordnung 120 eine erste Dimension oder Gehäusedicke 170, eine zweite Dimension oder Gehäusebreite 171, eine Gehäuselänge (nicht dargestellt), eine dritte Dimension oder Deckel-/Wanddicke 172, eine vierte Dimension oder Fluidraumtiefe 174, eine fünfte Dimension oder Überstandshöhe 176 und eine sechste Dimension oder Paddicke 178. Abmessungen und Formen der Elektronikanordnung 120 können zumindest teilweise basierend auf der Größe der elektronischen Komponente 124 oder der Leiterplatte bestimmt werden, wobei die von der elektronischen Komponente 124 erzeugte Wärme (z.B. kann eine elektronische Komponente, die mehr Wärme erzeugt, eine größere Fluidraumtiefe 174 und/oder beispielsweise eine größere Stifthöhe 176 erfordern) und/oder Verpackungs- oder Strukturanforderungen. In einem Beispiel wird die Elektronikanordnung 120 in einem autonomen Antriebssystemcomputer („ADSC“) verwendet. Im Beispiel kann die Gehäusehöhe 170 etwa 50 mm, die Gehäusebreite 171 etwa 500 mm, die Gehäuselänge etwa 450 mm, die Deckel-/Wanddicke 172 zwischen etwa 1 mm und etwa 6 mm, die Fluidraumtiefe 174 zwischen etwa 6 mm, die Überstandshöhe 176 zwischen etwa 5 mm und die Paddicke zwischen etwa 15 mm betragen.
Unter Bezugnahme auf 3 wird eine weitere Wärmeübertragungskomponente 190 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt. Die Wärmeübertragungskomponente 190 beinhaltet einen ersten oder äußeren Abschnitt 192 und einen zweiten oder inneren Abschnitt 194. Der Innenabschnitt 194 ist innerhalb des Außenabschnitts 192 gekapselt. Der Außenabschnitt 192 kann aus einem hochwärmeleitfähigen Material, wie vorstehend beschrieben, gebildet werden. Der Innenabschnitt 194 kann aus einem PCM, wie vorstehend beschrieben, gebildet werden. In bestimmten Aspekten ist das PCM ein Fest-Flüssig-PCM.
Die Einkapselung des PCM in das hochwärmeleitende Material kann für bestimmte Verfahren zur Herstellung einer Verbundkühlanordnung besonders nützlich sein. In verschiedenen Aspekten kann die Thermoübertragungskomponente 190 vor der Herstellung und Montage eines Gehäuses der Verbundkühlanordnung hergestellt werden. So kann beispielsweise die Thermoübertragungskomponente 190 in eine Form eingesetzt werden (nicht dargestellt), und das Gehäuse kann um die Thermoübertragungskomponente 190 herum geformt werden, beispielsweise durch Übergießen oder Umspritzen. Der Prozess der Gehäusebildung kann genügend Wärme erfordern, um das PCM dazu zu bringen, Phasen zu ändern. Wenn das PCM durch das hochwärmeleitende Material verkapselt ist, kann der Einsatz eines Fest-Flüssig-PCM mit Gehäusefertigungsmethoden wie den vorstehend beschriebenen möglich sein.
Unter Bezugnahme auf 4 wird eine weitere Elektronikanordnung 210 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt. Sofern nicht anders beschrieben, kann die Elektronikanordnung 210 der Elektronikanordnung 120 aus 2A ähnlich sein. Die Elektronikanordnung 210 kann eine Verbundkühlanordnung 212 und eine elektronische Komponente 214 beinhalten. Die Verbundkühlanordnung 212 kann ein Gehäuse 216, eine Wärmeübertragungskomponente 218 und ein Wärmeübertragungsfluid 220 beinhalten. Das Gehäuse 216 beinhaltet einen Körper 222 mit einem Fluidraum 224 und einem Elektronikraum 225, eine erste Abdeckung 226, die den Fluidraum 224 umschließt, und eine zweite Abdeckung 227, die den Elektronikraum 225 umschließt.
Die Thermoübertragungskomponente 218 ist zumindest teilweise in einem Durchgang 228 des Körpers 222 angeordnet und mit dem Körper 222 gekoppelt. Die Wärmeübertragungskomponente 218 beinhaltet eine erste Oberfläche 230 und eine zweite Oberfläche 232 gegenüber der ersten Oberfläche 230. Die erste Oberfläche 230 ist in Verbindung mit der Wärmeträgerflüssigkeit 220. Ein Abschnitt der Thermoübertragungskomponente 218 kann aus dem Durchgang 228 in den Fluidraum 224 ragen, so dass die erste Oberfläche 230 von einer dritten Oberfläche 234 eines Bodens 236 des Körpers 222 in einer Richtung 237 versetzt ist. Die erste Oberfläche 230 ist im Wesentlichen plan und frei von Vorsprüngen.
Die zweite Oberfläche 232 ist im Wesentlichen bündig mit einer vierten Oberfläche 238 des Bodens 236. Das elektronische Bauteil 214 kann über eine Schicht 239 mit der zweiten Oberfläche 232 gekoppelt werden. Die Schicht 239 kann einen TIM beinhalten. Die elektronische Komponente 214 kann mit der Verbundkühlanordnung 212 durch eine Beschichtung 240 abgedichtet werden. In bestimmten Aspekten kann die Beschichtung 240 Epoxidharz beinhalten.
Die Thermoübertragungskomponente 218 beinhaltet einen ersten Abschnitt 241, einen zweiten Abschnitt 242 und einen dritten Abschnitt 244, der zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 241, 242 angeordnet ist. Der erste und zweite Abschnitt 241, 242 können aus einem hochwärmeleitfähigen Material, wie den vorstehend beschriebenen, gebildet sein. Der dritte Abschnitt 244 kann aus einem PCM, wie vorstehend beschrieben, gebildet werden. In bestimmten Aspekten ist das PCM ein Solid to Solid PCM.
Unter Bezugnahme auf 5 wird eine weitere Elektronikanordnung 250 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt. Sofern nicht anders beschrieben, kann die Elektronikanordnung der Elektronikanordnung 120 aus 2A ähnlich sein. Die Elektronikanordnung 250 kann eine Verbundkühlanordnung 252 und eine elektronische Komponente 254 beinhalten. Die Verbundkühlanordnung 252 kann ein Gehäuse 256, eine Wärmeübertragungskomponente 258 und ein Wärmeübertragungsfluid 260 beinhalten. Das Gehäuse 256 kann einen Körper 262 mit einem Fluidraum 264 und einem Elektronikraum 265, eine erste Abdeckung 266, die mit dem Körper 262 zusammenwirkt, um den Fluidraum 264 einzuschließen, und eine zweite Abdeckung 267, die mit dem Körper 262 zusammenwirkt, um den Elektronikraum 265 einzuschließen, beinhalten.
Die Thermoübertragungskomponente 258 kann zumindest teilweise in einem Durchgang 268 des Körpers 262 angeordnet sein. Die Wärmeübertragungskomponente 258 kann eine erste Oberfläche 269 und eine zweite Oberfläche 270 gegenüber der ersten Oberfläche 269 beinhalten. Die erste Oberfläche 269 kann im Wesentlichen bündig mit einer dritten Oberfläche 272 eines Bodens 274 des Körpers 262 sein. Eine Vielzahl von Vorsprüngen 276 kann sich von der ersten Oberfläche 269 in das Wärmeübertragungsfluid 260 im Fluidraum 264 erstrecken.
Die zweite Oberfläche 270 kann im Wesentlichen bündig mit einer vierten Oberfläche 278 des Bodens 274 des Körpers 262 sein. Die zweite Oberfläche 270 kann einen Hohlraum 280 definieren. Das elektronische Bauteil 254 kann zumindest teilweise im Hohlraum 280 angeordnet sein. Das elektronische Bauteil 254 kann mit dem Thermoübertragungsbauteil 258 über eine Schicht 281 gekoppelt werden, die einen TIM beinhalten kann. Insbesondere kann der Hohlraum 280 eine fünfte Oberfläche 282 beinhalten. Die fünfte Oberfläche 282 kann in Bezug auf die zweite Oberfläche 270 der Thermoübertragungskomponente 258 und die vierte Oberfläche 278 des Bodens 274 vertieft werden. In bestimmten Aspekten kann eine sechste Oberfläche 284 der elektronischen Komponente 254 im Wesentlichen bündig mit der zweiten Oberfläche 270 der Wärmeübertragungskomponente 258 und der vierten Oberfläche 278 des Bodens 274 sein. Somit kann eine Höhe 286 des Hohlraums 280 und der elektronischen Komponente 254 im Wesentlichen gleich sein. Das elektronische Bauteil 254 kann mit der Verbundkühlanordnung 252 durch eine Beschichtung 287 abgedichtet werden. Die Beschichtung 287, die ein Epoxidharz beinhalten kann.
Die Thermoübertragungskomponente 258 kann einen ersten Abschnitt 288, einen zweiten Abschnitt 290 und einen dritten Abschnitt 292 beinhalten. Der erste Abschnitt 288 kann die erste Oberfläche 269 beinhalten. Der zweite Abschnitt 290 kann die zweite Oberfläche 270 und den Hohlraum 280 beinhalten. Der dritte Abschnitt 292 kann innerhalb des ersten Abschnitts 288 eingekapselt werden. Der erste und zweite Abschnitt 288, 290 können aus einem hochwärmeleitfähigen Material, wie den vorstehend beschriebenen, gebildet werden. Der dritte Abschnitt 292 kann aus einem PCM, wie vorstehend beschrieben, gebildet werden. In bestimmten Aspekten kann das PCM ein Fest-Flüssig-PCM sein.
Unter Bezugnahme auf 6 wird eine weitere Elektronikanordnung 310 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt. Sofern nicht anders beschrieben, kann die Elektronikanordnung 310 der Elektronikanordnung 210 aus 4 ähnlich sein. Die Elektronikanordnung 310 kann eine Verbundkühlanordnung 312 und eine elektronische Komponente 314 beinhalten. Die Verbundkühlanordnung 312 kann ein Gehäuse 316, eine Wärmeübertragungskomponente 318 und ein Wärmeübertragungsfluid 320 beinhalten. Das Gehäuse 316 kann einen Deckel 321 und einen Körper 322 mit einem Fluidraum 324 und einem Elektronikraum 325 beinhalten. In bestimmten Aspekten kann der Flüssigkeitsraum 324 vollständig vom Gehäuse 322 umschlossen und frei von einer separaten Abdeckung sein.
Die Wärmeübertragungskomponente 318 ist in einem Durchgang 326 des Körpers 322 angeordnet und mit dem Körper 322 gekoppelt. Die Wärmeübertragungskomponente 318 beinhaltet eine erste Oberfläche 328 und eine zweite Oberfläche 330 gegenüber der ersten Oberfläche 328. Ein Abschnitt der Thermoübertragungskomponente 318 kann in den Durchgang 326 eingelassen werden, so dass die erste Oberfläche 328 gegenüber einer dritten Oberfläche 332 eines Bodens 334 des Körpers 322 in einer Richtung 335 versetzt ist. Die erste Oberfläche 328 ist im Wesentlichen plan und frei von Vorsprüngen. Ein Abschnitt der Thermoübertragungskomponente 318 kann aus dem Durchgang 326 herausragen, so dass die zweite Oberfläche 330 von einer vierten Oberfläche 336 des Bodens 334 in der Richtung 335 versetzt ist. Das elektronische Bauteil 314 befindet sich in thermischer Verbindung mit dem Thermoübertragungsbauteil 318. Die elektronische Komponente 314 kann mit der zweiten Oberfläche 330 der Thermoübertragungskomponente 318 durch eine Schicht 337 gekoppelt werden, die einen TIM beinhalten kann. Die elektronische Komponente 314 kann mit der Verbundkühlanordnung 312 durch eine Beschichtung 338, die ein Epoxidharz beinhalten kann, abgedichtet werden.
Die Wärmeübertragungskomponente 318 beinhaltet einen ersten Abschnitt 339, einen zweiten Abschnitt 340 und einen dritten Abschnitt 342, der zwischen dem ersten Abschnitt 339 und dem zweiten Abschnitt 340 angeordnet ist. Der erste und zweite Abschnitt 339, 340 sind aus einem hochwärmeleitfähigen Material, wie vorstehend beschrieben, gebildet. Der dritte Abschnitt 342 wird aus einem PCM, wie vorstehend beschrieben, gebildet. In bestimmten Aspekten kann das PCM ein Solid to Solid PCM sein.
In verschiedenen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronikanordnung gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung dar. Das Verfahren wird im Rahmen der Elektronikanordnung 120 von 2A beschrieben. Ein Fachmann wird jedoch verstehen, dass ähnliche Verfahrensschritte verwendet werden können, um andere Thermoübertragungsbaugruppen zu bilden, wie sie hierin beschrieben sind.
Unter Bezugnahme auf 7 wird ein Verfahren 360 zur Herstellung der Elektronikanordnung 120 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt. Bei 364 beinhaltet das Verfahren das Bilden der Thermotransferkomponente 128. In bestimmten Aspekten können der erste und zweite Abschnitt 146, 148 getrennt vom dritten Abschnitt 150 gebildet und mit dem dritten Abschnitt 150 verbunden werden. So können beispielsweise der erste und zweite Abschnitt 146, 148 durch Gießen, Extrudieren, Zerspanen, Additivherstellung, Laserschneiden, Pulververdichtung, Pulververdichtung und Sintern, Pulververdichtung mit Funkenplasmasintern oder Kombinationen davon gebildet werden. Wenn der dritte Abschnitt 150 ein festes bis festes PCM beinhaltet, kann der dritte Abschnitt 150 durch Heißpressen gebildet werden. Der dritte Abschnitt 150 kann zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 146, 148 angeordnet werden. Der dritte Abschnitt 150 kann beispielsweise mit dem ersten und zweiten Abschnitt 146, 148 gekoppelt werden, beispielsweise durch Kleben, Diffusionsschweißen, Löten oder Kombinationen davon.
In verschiedenen alternativen Aspekten kann eine Elektronikanordnung eine Thermoübertragungskomponente mit einem eingekapselten Fest-Flüssig-PCM beinhalten, wie beispielsweise die Thermoübertragungskomponente 190 aus 3. In einigen Beispielen wird der Außenabschnitt 192 als ein Stück geformt, z.B. durch Gießen. Der Innenabschnitt 194 wird in seinem flüssigen Zustand eingespritzt. Der Außenabschnitt 192 ist abgedichtet, um den Innenabschnitt 194 im Außenabschnitt 192 zu halten. In anderen Beispielen wird der äußere Abschnitt 192 in mehreren Stücken oder Abschnitten gebildet, beispielsweise durch Extrusion oder Bearbeitung. Die Teile des Außenabschnitts 192 sind mit dem Innenabschnitt 194 im festen Zustand gestapelt. Der Außenabschnitt 192 ist um den Innenabschnitt 194 herum abgedichtet, um den Innenabschnitt 194 innerhalb des Außenabschnitts 192 zu verkapseln. In weiteren Beispielen beginnt ein Vorläufer des äußeren Abschnitts als zwei Bleche, die an ihren Rändern verbunden werden (z.B. durch Laserschweißen), mit Ausnahme eines kleinen Bereichs zum Einsetzen einer Nadel. Die Nadel kann zum Ausblasen der beiden Blätter verwendet werden, um einen Hohlraum zu bilden und den äußeren Abschnitt 192 zu erzeugen. Der Innenabschnitt 194 kann nach der Bildung des Hohlraums in flüssiger Form injiziert werden. In noch einem weiteren Beispiel beinhaltet der Innenabschnitt 194 ein PCM in einem Kunststoffbeutel. Der Außenabschnitt 192 ist um den Innenabschnitt 194 herum ausgebildet.
Zurück zu 7, bei 368, wird das Gehäuse 126 gebildet. Das Bilden des Gehäuses 126 beinhaltet das Platzieren der Wärmeübertragungskomponente 128 in eine Form. Die Form kann eine Form definieren, die im Wesentlichen eine negative Form des Gehäuses 126 ist. Das erste Material wird so in die Form eingespritzt, dass es umströmt und in einen Abschnitt der Wärmeübertragungskomponente 128 eingreift. Das erste Material wird zu dem Gehäuse 126 verfestigt. Die Verfestigung des ersten Materials bewirkt, dass das erste Material an der Wärmeübertragungskomponente 128 haftet, wodurch die Wärmeübertragungskomponente 128 mit dem Gehäuse 126 gekoppelt wird. Dementsprechend kann das Bilden des Gehäuses 126 und das Koppeln der Wärmeübertragungskomponente 128 mit dem Gehäuse 126 gleichzeitig durchgeführt werden. Wenn das erste Material ein Metall beinhaltet, kann das Bilden des Gehäuses 126 ein Übergießen beinhalten. Wenn das erste Material ein Polymer beinhaltet, kann das Bilden des Gehäuses 126 das Umspritzen beinhalten.
In verschiedenen alternativen Aspekten wird das Gehäuse 126 separat ausgebildet, z.B. durch Gießen oder Formen. Die Wärmeübertragungskomponente 128 ist innerhalb des Durchgangs 152 angeordnet. Die Wärmeübertragungskomponente 128 ist mit dem Gehäuse 126 gekoppelt, z.B. durch Klebstoff (z.B. wärmeleitender Klebstoff), Presssitz, Reibrührschweißen, Spinnschweißen, Laserschweißen, Laserlöten, Ultraschallschweißen, Verpressen, direktes Elektroschmelzfügen oder eine Kombination davon. Dementsprechend kann das Bilden des Gehäuses 126 vor dem Koppeln der Wärmeübertragungskomponente 128 mit dem Gehäuse 126 durchgeführt werden.
Bei 372 beinhaltet das Verfahren 360 ferner das Koppeln der elektronischen Komponente 124 mit der Thermoübertragungskomponente 128. Das Koppeln der elektronischen Komponente 124 mit der Thermoübertragungskomponente 128 kann das Anordnen eines TIM auf mindestens einer der zweiten Oberflächen 158 der Thermoübertragungskomponente 128 und einer gegenüberliegenden Oberfläche der elektronischen Komponente 124 beinhalten.
Bei 376 beinhaltet das Verfahren 360 ferner das Vergießen der elektronischen Komponente 124 und/oder das Aufbringen der konformen Beschichtung 166. Die konforme Beschichtung 166 greift in die zweite Oberfläche 158 der Wärmeübertragungskomponente 128 ein.
Bei 380 kann die elektronische Komponente 124 innerhalb des Elektronikraums 141 angeordnet werden und die zweite Abdeckung 135 kann mit der zweiten Wand 139 gekoppelt werden, um die elektronische Komponente 124 innerhalb des Gehäuses 126 einzuschließen. Das Verfahren kann optional einen oder mehrere zusätzliche Schritte beinhalten. So kann beispielsweise die erste Abdeckung 134 mit der ersten Wand 138 gekoppelt werden, so dass zwischen der ersten Abdeckung 134 und der ersten Wand 138 eine Fluiddichtung gebildet wird. Das Wärmeträgerfluid 130 kann innerhalb des Fluidraums 140 angeordnet und/oder durch den Fluidraum 140 zirkuliert werden.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen wurde zur Veranschaulichung und Beschreibung zur Verfügung gestellt. Es ist nicht beabsichtigt, vollständig zu sein oder die Offenlegung einzuschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern sind gegebenenfalls austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, auch wenn sie nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben sind. Das Gleiche kann auch in vielerlei Hinsicht variiert werden. Solche Abweichungen sind nicht als Abweichung von der Offenbarung zu betrachten, und alle diese Änderungen sollen in den Umfang der Offenbarung einbezogen werden.

Claims

Eine Verbundkühlanordnung, umfassend: ein Gehäuse, umfassend ein erstes Material mit einer ersten Wärmeleitfähigkeit, das Gehäuse umfassend einen Kanal, der mit einem Fluidraum in Fluidkontakt steht, wobei der Fluidraum eingerichtet ist, ein Wärmeübertragungsfluid zu enthalten; und eine Wärmeübertragungskomponente, die zumindest teilweise innerhalb des Kanals angeordnet und gegenüber dem Gehäuse fluidisch abgedichtet ist, wobei die Wärmeübertragungskomponente ein zweites Material mit einer zweiten Wärmeleitfähigkeit umfasst, die größer als die erste Wärmeleitfähigkeit ist, wobei die Wärmeübertragungskomponente eine erste Oberfläche in Fluidverbindung mit dem Fluidraum und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche definiert.
Die Verbundkühlanordnung nach Anspruch 1, wobei ein Volumenverhältnis des ersten Materials zum zweiten Material größer oder gleich etwa 1 ist.
Die Verbundkühlanordnung nach Anspruch 1, wobei die Wärmeübertragungskomponente ferner eine Vielzahl von Vorsprüngen umfasst, die sich von der ersten Oberfläche bis in den Fluidraum erstrecken.
Die Verbundkühlanordnung nach Anspruch 1, wobei die Wärmeübertragungskomponente ferner ein drittes Material umfasst, das ein Phasenwechselmaterial umfasst.
Die Verbundkühlanordnung nach Anspruch 4, wobei das dritte Material durch das zweite Material verkapselt ist.
Die Verbundkühlanordnung nach Anspruch 4, wobei das Phasenwechselmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einem Paraffinwachs, einer nicht-paraffinischen organischen Substanz, einem hydratisierten Salz, einem Metall oder einer Metalllegierung, einer Indiumsilberverbindung oder Kombinationen derselben.
Die Verbundkühlanordnung nach Anspruch 1, wobei die zweite Wärmeleitfähigkeit größer oder gleich etwa 100°C ist.
Die Verbundkühlanordnung nach Anspruch 7, wobei das zweite Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: im Wesentlichen reinem Kupfer, im Wesentlichen reinem Aluminium, einer Aluminium-Silizium-Legierung, einer Aluminium-Mangan-Legierung, im Wesentlichen reinem Silber, im Wesentlichen reinem Magnesium, einer Magnesium-Aluminium-Legierung, einer Magnesium-Zink-Legierung, einer Magnesium-Mangan-Legierung, einer Magnesium-Germanium-Legierung oder Kombinationen derselben.
Die Verbundkühlanordnung nach Anspruch 1, wobei das erste Material eines von Folgendem ist: (i) ein thermoplastisches Polymer, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Polyethylenimin (PEI), Polyamidimid (PAI), Polyamid (PA), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherketon (PEK), ein Polyphenylensulfid (PPS), ein thermoplastisches Polyurethan (TPU), Polypropylen (PP), Polycarbonat/Acrylnitrilbutadien-Styrol (PC/AB S), hochdichtes Polyethylen (HDPE), Polyethylenterephthalat (PET), Poly(methylmethacrylat) (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyaryletherketon (PAEK), Polyetherketoneketon (PEKK), Copolymere davon und Kombinationen davon, oder (ii) ein duroplastisches Polymer, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Benzoxazin, einem Bis-Maleimid (BMI), einem Cyanatester, einem Epoxy, einem Phenol (PF), einem Polyacrylat, einem Polyimid (PI), einem ungesättigten Polyester, einem Polyeurethan (PUR), einem Vinylester, einem Siloxan, Polydicyclopentadien (PDCPD), Co-Polymeren davon und Kombinationen davon.
Die Verbundkühlanordnung nach Anspruch 1, wobei das erste Material ein Metall umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Aluminiumlegierung, einer Magnesiumlegierung, einer Zinklegierung, einem Stahl und Kombinationen davon.