DE102020120124A1 - Device for thermal and electromagnetic management for an electronic module - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum thermischen und elektromagnetischen Management eines Elektronikmoduls vor, die ein elektronisches Modul (1), einen Werkstoff mit Phasenänderung (3) (MCP) und eine Einschließung (2) umfasst, die dazu bestimmt ist, den Werkstoff mit Phasenänderung (3) und das Elektronikmodul (1) aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass:- der Werkstoff mit Phasenänderung (3) ein Metall oder eine Metalllegierung ist, in die das Elektronikmodul (1) eingelassen ist,- das Elektronikmodul (1) eine elektronische Vorrichtung und ein Schutzgehäuse (11) umfasst, das eine Außenfläche definiert, und dazu bestimmt ist, die elektronische Vorrichtung einzukapseln, um einen Kontakt des Werkstoffs mit Phasenänderung (3) mit der Elektronikvorrichtung zu vermeiden, und- die Vorrichtung ein System zum Positionieren (4) des Elektronikmoduls in der Einschließung umfasst, das konfiguriert ist, um für einen Kontakt des Werkstoffs mit Phasenänderung (3) mit der gesamten Außenfläche des Schutzgehäuses (11) des Elektronikmoduls zu sorgen.Eine besonders vorteilhafte Anwendung davon ist das Gebiet des thermischen Managements der elektronischen Vorrichtungen, die in einer gefährdeten thermischen Umgebung, insbesondere in Fahrzeuganwendungen für alle Ausrüstungen platziert werden können, die unter der Motorhaube eines Fahrzeugs eingebaut sind und durch eine Elektronikkarte, die in der Ausrüstung eingeschlossen ist, angesteuert werden.The invention relates to a device for the thermal and electromagnetic management of an electronic module, which comprises an electronic module (1), a material with phase change (3) (MCP) and an enclosure (2) intended to use the material with phase change ( 3) and the electronic module (1), characterized in that: - the material with phase change (3) is a metal or a metal alloy into which the electronic module (1) is embedded, - the electronic module (1) an electronic device and a protective housing (11) defining an outer surface and designed to encapsulate the electronic device in order to avoid contact of the phase change material (3) with the electronic device, and - the device has a system for positioning (4) the An electronic module in the enclosure configured to deform the phase change material (3) for contact with the entire exterior surface s protective housing (11) of the electronic module. A particularly advantageous application of this is the field of thermal management of electronic devices that can be placed in a hazardous thermal environment, especially in vehicle applications, for all equipment that is installed under the hood of a vehicle and controlled by an electronic card included in the equipment.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Erfindung betrifft das Gebiet der elektronischen Vorrichtungen. Eine besonders vorteilhafte Anwendung davon ist das Gebiet des thermischen Managements der elektronischen Vorrichtungen, die in einer gefährdeten thermischen Umgebung, insbesondere in Fahrzeuganwendungen für alle Ausrüstungen platziert werden können, die unter der Motorhaube eines Fahrzeugs eingebaut sind und durch eine elektronische Vorrichtung, wie eine Elektronikkarte, die in der Ausrüstung eingeschlossen ist, angesteuert werden.The invention relates to the field of electronic devices. A particularly advantageous application of this is the field of thermal management of electronic devices that can be placed in a hazardous thermal environment, especially in vehicle applications for all equipment installed under the hood of a vehicle and controlled by an electronic device such as an electronic card, included in the equipment.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Die elektronischen Vorrichtungen erzeugen eine Eigenerwärmung, und wenn sie in einer Umgebung platziert werden, die starken Temperaturerhöhungen, wie im Fahrzeuggebiet, ausgesetzt sind, ist die Gefahr, dass die Temperatur der elektronischen Vorrichtung und/ oder jene der zugehörigen Komponenten ihr maximale zulässige Temperatur, herkömmlicherweise um 150°C, übersteigt, somit sehr hoch. Gesucht werden Systeme, um die elektronische Vorrichtung thermisch zu isolieren, und für eine Ableitung ihrer eigenen Erwärmung zu sorgen.The electronic devices generate self-heating, and if they are placed in an environment that is subject to strong temperature increases, such as in the vehicle area, the risk that the temperature of the electronic device and / or those of the associated components will reach their maximum allowable temperature is conventional by 150 ° C, so very high. Systems are sought to thermally isolate the electronic device and to dissipate its own heating.
Es ist bekannt, thermische Leistungs- oder Temperaturspitzendurch die Fusion eines Werkstoffes mit Phasenänderung, wie im Dokument
Darüber hinaus ziehen die elektronischen Vorrichtungen einen Nutzen aus dem elektromagnetischen Schutz, um einen störungsfreien Betrieb ohne Datenraub zu gewährleisten. Darüber hinaus ist es wichtig, die unmittelbare Umgebung einer elektronischen Vorrichtung vor elektromagnetischen Emissionen der elektronischen Vorrichtung mit dem Ziel zu schützen, die normativen Beschränkungen zu befolgen, und einen normalen Betrieb der in ihrer Nachbarschaft vorhandenen Systeme zu gewährleisten.In addition, the electronic devices take advantage of the electromagnetic protection to ensure trouble-free operation without data theft. In addition, it is important to protect the immediate environment of an electronic device from electromagnetic emissions from the electronic device with the aim of complying with the normative restrictions and ensuring normal operation of the systems in its vicinity.
Das Prinzip des Faraday'schen Käfigs ist bekannt, um eine Komponente elektromagnetisch vor einer externen Strahlung zu schützen, oder die Umgebung vor der Strahlung der Komponente zu schützen. Die bekannten Vorrichtungen sind Einschließungen, deren Hülle aus einem elektromagnetischen Werkstoff sind.The principle of the Faraday cage is known to protect a component electromagnetically from external radiation, or to protect the environment from the radiation of the component. The known devices are enclosures whose shells are made of an electromagnetic material.
Das Prinzip des Faraday'schen Käfigs ist manchmal thermischen Isolierungen, wie im Patentantrag
Dennoch gibt es keine zufriedenstellende Lösung im Bereich der Mikroelektronik, um für einen thermischen Schutz gemeinsam mit einer elektromagnetischen Abschirmung einer elektronischen Vorrichtung zu sorgen.However, there is no satisfactory solution in the field of microelectronics to provide thermal protection together with electromagnetic shielding of an electronic device.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Vorrichtung zum thermischen und elektromagnetischen Management eines Elektronikmoduls anzubieten.One object of the present invention is therefore to offer a device for the thermal and electromagnetic management of an electronic module.
Die weiteren Ziele, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung treten bei der Untersuchung der folgenden Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen in Erscheinung. Es versteht sich von selbst, dass weitere Vorteile einbezogen werden können.The other objects, features and advantages of the present invention will become apparent upon examination of the following specification and accompanying drawings. It goes without saying that other benefits can be included.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Zum Erreichen dieses Ziels sieht die Erfindung eine Vorrichtung zum thermischen und elektromagnetischen Management eines Elektronikmoduls vor, die ein elektronisches Modul, einen Werkstoff mit Phasenänderung (MCP) und eine Einschließung umfasst, die dazu bestimmt ist, den Werkstoff mit Phasenänderung und das Elektronikmodul aufzunehmen. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass: der Werkstoff mit Phasenänderung ein Metall oder eine Metalllegierung ist, in die das Elektronikmodul eingelassen ist.To achieve this aim, the invention provides a device for thermal and electromagnetic management of an electronic module comprising an electronic module, a phase change material (MCP) and an enclosure intended to contain the phase change material and the electronic module. The device is characterized in that: the phase change material is a metal or metal alloy in which the electronics module is embedded.
Vorteilhafterweise umfasst das Elektronikmodul eine elektronische Vorrichtung und vorteilhafterweise seine Steckverbinder und ein Schutzgehäuse, das eine Außenfläche des Elektronikmoduls definiert, und dazu bestimmt ist, die elektronische Vorrichtung einzukapseln, um einen Kontakt des Werkstoffs mit Phasenänderung mit der Elektronikvorrichtung zu vermeiden.Advantageously, the electronic module comprises an electronic device and advantageously its connectors and a protective housing which defines an outer surface of the electronic module and is intended to encapsulate the electronic device in order to avoid contact of the phase change material with the electronic device.
Auf eine kennzeichnende Art umfasst die Vorrichtung ein System zum Positionieren des Elektronikmoduls in der Einschließung, das konfiguriert ist, um für einen Kontakt des Werkstoffs mit Phasenänderung mit der gesamten Außenfläche des Elektronikmoduls, und ganz besonders mit dem Schutzgehäuse zu sorgen. Darüber hinaus ermöglicht es dieses Zentrierungssystem für eine MCP-Mindestdicke ganz um das Elektronikmodul herum zu sorgen, wodurch die Funktion der thermischen Abschirmung gewährleistet wird. Vorteilhafterweise begrenzt es durch seinen Werkstoff und/ oder seine Form jede Möglichkeit eines zusätzlichen elektromagnetischen Lecks.In a characterizing manner, the apparatus includes a system for positioning the electronics module in the enclosure configured to provide for phase change material contact with the entire exterior surface of the electronics module, and more particularly with the protective housing. In addition, this centering system makes it possible to ensure a minimum MCP thickness all around the electronic module, which ensures the function of the thermal shield. It advantageously limits any possibility of an additional electromagnetic leak due to its material and / or its shape.
Die Verwendung eines MCP in Kontakt mit dem Elektronikmodul ermöglicht es, zu gewährleisten, dass die Temperatur des Elektronikmoduls nahe an der Temperatur der Phasenänderung des MCP verbleibt. Tatsächlich absorbiert der MCP die Wärme, egal, ob es die Wärme aus der Umgebung des Elektronikmoduls oder die Wärme ist, die von dem Elektronikmodul erzeugt wird. Bei seiner Phasenänderung nimmt der MCP insbesondere eine große Menge an Wärme auf. Der MCP gibt die aufgenommene Wärme wieder ab, wenn die Temperatur der Umgebung geringer ist, als die Phasenänderungstemperatur.Using an MCP in contact with the electronics module makes it possible to ensure that the temperature of the electronics module remains close to the temperature of the phase change of the MCP. In fact, the MCP absorbs the heat, regardless of whether it is the heat from the surroundings of the electronic module or the heat generated by the electronic module. In particular, when it changes phase, the MCP absorbs a large amount of heat. The MCP releases the absorbed heat again when the temperature of the environment is lower than the phase change temperature.
Die Wahl eines MCP, der ein Metall oder eine Metalllegierung ist, sorgt für eine gute thermische Leitfähigkeit (in der Größenordnung von 30 W/m/K, während sich herkömmliche organische MCP um 1W/m/K) bewegen, wodurch thermische Übertragungen, insbesondere bei der Abgabe der Wärme nach außen (vorteilhafterweise bei der Verfestigung des MCP) erleichtert werden. Dies ermöglicht es auch, die Temperatur des Elektronikmoduls besser zu vereinheitlichen, und somit die Selbsterwärmung der Komponenten, die es beinhaltet, besser zu bekämpfen, was einer Funktion eines Wärmeableiters entspricht. Darüber hinaus ermöglicht es die Wahl eines solchen MCP, für einen elektromagnetischen Schutz zu sorgen, wobei man hiervon einer Abschirmung des Elektronikmoduls spricht. Darüber hinaus weisen die metallischen oder aus einer Metalllegierung bestehenden MCP eine große Vielfalt von Phasenänderungstemperaturen auf, wodurch es möglich ist, sich unterschiedlichen Nutzungsbedingungen, und somit Umgebungstemperaturen anzupassen.Choosing an MCP that is a metal or a metal alloy ensures good thermal conductivity (on the order of 30 W / m / K, while conventional organic MCPs are around 1W / m / K), which reduces thermal transfers, in particular when releasing the heat to the outside (advantageously when solidifying the MCP). This also enables the temperature of the electronic module to be more uniform, and thus the self-heating of the components it contains to be better combated, which corresponds to a function of a heat sink. In addition, the choice of such an MCP makes it possible to provide electromagnetic protection, which is referred to as a shielding of the electronic module. In addition, the metallic or made of a metal alloy MCP have a large variety of phase change temperatures, which makes it possible to adapt to different conditions of use, and thus ambient temperatures.
Und schließlich muss das Elektronikmodul vollständig von MCP umgeben sein, um für einen thermischen Schutz und eine elektromagnetische Abschirmung zu sorgen. Das Positionierungssystem sorgt für eine korrekte Position des Elektronikmoduls, insbesondere bei den Phasenänderungen des MCP, der vorteilhafterweise gemäß der Erfindung vom festen Zustand in den flüssigen und umgekehrt übergeht. Im flüssigen Zustand würde das Elektronikmodul dazu tendieren, unter der Wirkung der Schwerkraft anzusteigen, oder allgemeiner, sich unter der Wirkung der Kräfte, Schwingungen oder Beschleunigungen, die durch externe Nutzungsbedingungen auferlegt werden, zu bewegen. Das Positionierungssystem sorgt insbesondere für einen thermischen, und vorteilhafterweise ausreichenden minimalen elektromagnetischen Schutz an der gesamten Außenfläche des Elektronikmoduls.And finally, the electronic module must be completely surrounded by MCP to provide thermal protection and electromagnetic shielding. The positioning system ensures a correct position of the electronic module, in particular when the phase changes of the MCP, which according to the invention advantageously changes from the solid state to the liquid state and vice versa. In the liquid state, the electronic module would tend to rise under the action of gravity, or more generally, to move under the action of the forces, vibrations or accelerations imposed by external conditions of use. The positioning system ensures, in particular, thermal, and advantageously sufficient, minimal electromagnetic protection on the entire outer surface of the electronic module.
In fakultativer Weise kann die Erfindung weiter mindestens irgendeine der folgenden Eigenschaften aufweisen:In an optional manner, the invention can further exhibit at least any of the following properties:
Vorteilhafterweise ist der MCP ein MCP mit Übergang von fest/flüssig.The MCP is advantageously an MCP with a transition from solid / liquid.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Verwendung einer Vorrichtung, wie zuvor beschrieben, zum thermischen und elektromagnetischen Management eines Elektronikmoduls, konfiguriert zum Steuern eines Aktors oder eines Sensors eines Straßenfahrzeugs.A further aspect of the present invention relates to a use of a device, as described above, for the thermal and electromagnetic management of an electronic module configured to control an actuator or a sensor of a road vehicle.
FigurenlisteFigure list
Die Ziele, Gegenstände, sowie die Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen verstärkt aus der detaillierten Beschreibung eines Umsetzungsmodus von Letzterer hervor, der durch die folgenden begleitenden Zeichnungen dargestellt wird, in denen:
- [
1 ] Die1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum thermischen und elektromagnetischen Management darstellt - [
2A ] Die2A bis2F die möglichen Schritte der Zusammensetzung zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß1 darstellen. - [
2B ] - [
2C ] - [
2D ] - [
2E ] - [
2F ] - [
3 ] Die3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß1 in Perspektive unter Angabe der Abmessungen darstellt.
- [
1 ] The1 represents a device according to the invention for thermal and electromagnetic management - [
2A ] The2A to2F the possible steps of the composition for manufacturing a device according to1 represent. - [
2 B ] - [
2C ] - [
2D ] - [
2E ] - [
2F ] - [
3 ] The3 an inventive device according to1 in perspective with indication of the dimensions.
Die Zeichnungen sind beispielhaft angegeben und schränken die Erfindung keinesfalls ein. Sie stellen schematische Prinzipdarstellungen dar, die dazu bestimmt sind, das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, und sind nicht gezwungenermaßen im Maßstab der praktischen Anwendungen.The drawings are given by way of example and in no way limit the invention. They represent schematic schematic representations which are intended to facilitate the understanding of the invention and are not necessarily on the scale of practical applications.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Vor Beginn einer detaillierten Übersicht über die Umsetzungsmodi der Erfindung werden nachfolgend optionale Eigenschaften angeführt, die die eventuell in Verbindung damit oder als Alternative verwendet werden können.Before beginning a detailed overview of the modes of implementation of the invention, optional properties are set out below that may be used in conjunction therewith or as alternatives.
Vorteilhafterweise ist das Positionierungssystem metallisch, um den elektromagnetischen Schutz der Vorrichtung beizubehalten.The positioning system is advantageously metallic in order to maintain the electromagnetic protection of the device.
Vorteilhafterweise ist das Schutzgehäuse vorteilhafterweise ein günstiger Werkstoff, der einfach in Form zu bringen ist und den Temperaturen der Anwendung standhält.The protective housing is advantageously an inexpensive material that is easy to shape and withstands the temperatures of the application.
Vorteilhafterweise umfasst das Elektronikmodul eine dielektrische Flüssigkeit oder einen thermischen Schnittstellenwerkstoff vom Typ TIM (thermal interface material), der zwischen dem Schutzgehäuse und dem Elektronikmodul angeordnet ist, konfiguriert, um für Wärmeübertragung zwischen der Elektronikvorrichtung und dem Schutzgehäuse zu sorgen.The electronics module advantageously comprises a dielectric liquid or a thermal interface material of the TIM (thermal interface material) type, which is arranged between the protective housing and the electronics module, configured to ensure heat transfer between the electronic device and the protective housing.
Vorteilhafterweis ist das Positionierungssystem an dem Elektronikmodul befestigt, wodurch das Montageverfahren des Systems erleichtert wird.The positioning system is advantageously fastened to the electronics module, as a result of which the assembly process of the system is facilitated.
Vorteilhafterweise umfasst das Positionierungssystem mindestens drei Laschen, die angeordnet sind, um einen Kontakt des Elektronikmoduls an der Einschließung zu verhindern.Advantageously, the positioning system comprises at least three tabs which are arranged to prevent contact of the electronic module with the enclosure.
Vorteilhafterweise ist der Werkstoff mit Phasenänderung ein Werkstoff mit Phasenänderung von fest/flüssig. Der Wärmeinhalt der Phasenänderung von fest/flüssig ist der größte, wodurch ein optimales Management der Temperatur der Elektronikvorrichtung, und genauer ein optimaler thermischer Schutz des Elektronikmoduls ermöglicht wird.Advantageously, the phase change material is a solid / liquid phase change material. The heat content of the phase change from solid / liquid is the greatest, which enables optimal management of the temperature of the electronic device and, more precisely, optimal thermal protection of the electronic module.
Vorteilhafterweise umfasst die Einschließung ein Ausdehnungsmanagementsystem des MCP bei der Phasenänderung. Vorteilhafterweise ist die Einschließung konfiguriert, um sich zu verformen, um die Volumenänderung des MCP zu absorbieren. Somit ist es von Vorteil, einen metallischen MCP auszuwählen, der eine geringe Ausdehnung bei der Phasenänderung aufweist.Advantageously, the enclosure comprises an expansion management system of the MCP upon phase change. Advantageously, the enclosure is configured to deform to absorb the change in volume of the MCP. It is therefore advantageous to select a metallic MCP that has a low expansion during the phase change.
Vorteilhafterweise wird der Werkstoff mit Phasenänderung derart ausgewählt, um eine Fusionstemperatur aufzuweisen, die zwischen 50°C und 200°C, vorzugsweise zwischen 110°C und 150°C enthalten ist.The material with a phase change is advantageously selected in such a way as to have a fusion temperature which is between 50 ° C. and 200 ° C., preferably between 110 ° C. and 150 ° C.
Vorteilhafterweise ist der Werkstoff mit Phasenänderung ein binäres Eutektikum, das Zinn und Wismut, vorzugsweise 42% Zinn und 58% Wismut umfasst, wobei die Fusionstemperatur dieses binären Eutektikums 138°C beträgt.The material with phase change is advantageously a binary eutectic which comprises tin and bismuth, preferably 42% tin and 58% bismuth, the fusion temperature of this binary eutectic being 138 ° C.
Vorteilhafterweise umfasst das Elektronikmodul ein die Einschließung querendes elektrisches Anschlussmittel, wobei die Einschließung einen dichten querenden Durchgang umfasst, um für die Dichtheit der Einschließung gegenüber dem MCP zu sorgen. Vorteilhafterweise ist die Einschließung aus Hochtemperaturkunststoff, beispielsweise aus PPS oder PBT. Dieser Typ von Kunststoff weist ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis auf. Die Einschließung bildet eine Isolierung, deren Dicke ein Parameter ist, der es ermöglichen kann, die in dem MCP zu speichernde Wärmeströmung zu begrenzen. Der dichte querende Durchgang kann vorteilhafterweise durch eine dichte Querung, beispielsweise der Marke Spectite® gewährleistet sein.Advantageously, the electronics module comprises electrical connection means traversing the enclosure, the enclosure including a tight traversing passage to ensure the sealing of the enclosure with respect to the MCP. The enclosure is advantageously made from high-temperature plastic, for example from PPS or PBT. This type of plastic is good value for money. The enclosure forms an insulation, the thickness of which is a parameter that can make it possible to limit the heat flow to be stored in the MCP. The tight crossing passage can advantageously be ensured by a tight crossing, for example of the Spectite® brand.
Vorteilhafterweise umfasst die Vorrichtung ein Rückzugssystem des Anschlussmittels auf sich selbst, das in der Einschließung angeordnet ist, um das Anschlussmittel zwischen dem querenden Durchgang und dem Elektronikmodul zurückzuziehen. Das Rückzugssystem des Anschlussmittels ist vorteilshalber aus Metall, um für eine Durchgängigkeit der elektromagnetischen Abschirmung zu sorgen. Da der elektrische Anschlussdraht metallisch ist, ist der direkte Kontakt mit dem MCP a priori nicht wünschenswert, und eine isolierende Hülle kann nötig sein, wodurch eine unvermeidbare Öffnung in der elektromagnetischen Abschirmung gebildet wird. Durch ein Erzwingen, dass der Anschlussdraht einer Umleitung folgt, wird der Einfluss dieses querenden Durchgangs auf die Effizienz der Abschirmung beschränkt, und ermöglicht es, dass Störungen diese Öffnung nur anhand zahlreicher Reflexionen queren, wodurch eine Abschwächung der Störungen erzielt wird.Advantageously, the device comprises a system of retraction of the connecting means on itself, which system is arranged in the enclosure, around the connecting means between the traversing passage and to withdraw the electronics module. The retraction system of the connecting means is advantageously made of metal in order to ensure continuity of the electromagnetic shielding. Since the electrical connection wire is metallic, direct contact with the MCP is a priori undesirable and an insulating sheath may be necessary, thereby creating an inevitable opening in the electromagnetic shield. By forcing the pigtail to follow a diversion, the influence of this traversing passage is limited on the efficiency of the shielding and allows disturbances to traverse this opening with only numerous reflections, thereby reducing the disturbance.
Vorteilhafterweise umfasst die elektronische Vorrichtung des Elektronikmoduls eine Elektronikkarte, die konfiguriert ist, um ein AGR-Ventil (Abgas-Recycling) für einen Verbrennungsmotor zu steuern.The electronic device of the electronic module advantageously comprises an electronic card which is configured to control an EGR valve (exhaust gas recycling) for an internal combustion engine.
Unter elektronischer Vorrichtung versteht man jeden Typ von Vorrichtung, der mit Mitteln der Mikroelektronik erzeugt wird. Diese Vorrichtungen schließen weiter rein elektronische Vorrichtung, mikromechanische oder elektronmechanische (MEMS, NEMS...) Vorrichtungen, sowie optische oder opto-elektronische Vorrichtungen (MOEMS...) ein.An electronic device is understood to mean any type of device that is produced by means of microelectronics. These devices further include purely electronic devices, micromechanical or electronic mechanical (MEMS, NEMS ...) devices, and optical or opto-electronic devices (MOEMS ...).
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein elektronisches Modul
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Einschließung
Vorteilhafterweise weist die Einschließung
Die Einschließung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Werkstoff mit Phasenänderung
Gemäß der Erfindung ist der MCP
Der erfindungsgemäße MCP
Beispielhafterweise ist der MCP eine Metalllegierung, die Zinn und Wismut umfasst. Vorzugsweise ist Wismut für 58 Gew.-% und Zinn für 42 Gew.-% des Gesamtgewichts der Legierung vorhanden. Dieser eutektische MCP weist eine Fusionstemperatur von 138°C auf.By way of example, the MCP is a metal alloy that includes tin and bismuth. Preferably, bismuth is present for 58% by weight and tin for 42% by weight of the total weight of the alloy. This eutectic MCP has a fusion temperature of 138 ° C.
MCP
Der MCP
Der MCP
Der MCP
Die Phasenänderung von fest/flüssig des MCP
Gemäß einem Umsetzungsmodus der Erfindung umfasst die Vorrichtung ein Ausdehnungsmanagementsystem des MCP
Gemäß der Erfindung umfasst die Vorrichtung ein System zur Positionierung des Elektronikmoduls
Vorteilhafterweise ist das Positionierungssystem metallisch, um den elektromagnetischen Schutz zu ermöglichen. Beispielhafterweise ist das System zum Positionieren aus Stahl. Gemäß einem in den Figuren dargestellten Umsetzungsmodul umfasst das System zum Positionieren drei metallische Laschen
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, das Elektronikmodul
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst vorteilhafterweise ein Rückzugssystem des Anschlussmittels
Gemäß einem bevorzugten, insbesondere in
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Zusammensetzen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie in weiterer Folge beschrieben. Das Verfahren zum Zusammensetzen umfasst die folgenden Schritte, die i den
Die in der
Der vorzugsweise dichte querende Durchgang
Das System zum Positionieren wird angebracht. Vorteilhafterweise werden die Laschen
Das Anschlussmittel
Das Elektronikmodul
Der MCP
Der Deckel
Beispielexample
Gemäß einem Beispiel ist der ausgewählte Anwendungsfall ein Aktor, der in einem zyklischen Ambiente zwischen 110°C und 150°C mit einem Gleichstrommotor betrieben wird, der 2 bis 4 W und eine Selbsterwärmung von 1°C bis 5°C erzeugt.According to one example, the selected application is an actuator that is operated in a cyclical environment between 110 ° C and 150 ° C with a DC motor that generates 2 to 4 W and self-heating of 1 ° C to 5 ° C.
Ein solcher Aktor ist beispielsweise der Aktor eines AGR-Ventils für die Verbrennungsmotoren. Der Aktor beinhaltet eine Steuerelektronikkarte, deren Temperatur lokal 150°C nicht überschreiten darf. Diese Karte ist drei thermischen Aggressionen ausgesetzt:
- - Die Außenumgebung des Aktors (unter der Motorhaube des Fahrzeugs, nahe dem Verbrennungsmotor) dessen Temperatur je nach Motordrehzahl zwischen 110°C und 150°C (die Temperatur von 150°C wird im Allgemeinen bei Bergauffahrten erreicht) schwankt. Ein typisches Bemessungsprofil nimmt Zyklen von 30 Min. bei 110°C, gefolgt von einer Anstiegsrampe von 15 Min. vor Erreichen von 150°C, gefolgt von einer Beibehaltung von 150°C für eine Dauer von 30 Min., und schließlich ein erneuter Abfall auf 110°C für die Dauer von 15 Min. an. Dieser Zyklustyp eignet sich besonders für die Verwendung eines MCP, da er einen Verfestigungsbereich (zum Freigeben der Wärme aus dem MCP) zwischen zwei Bedürfnissen einer thermischen Spitzenbegrenzung freilässt.
- - Der Gleichstrommotor, der eine Leistung in der Größenordnung von 0 bis 50 W erzeugt, von der ein Teil die Elektronikkarte erwärmt.
- - Die Selbsterwärmung der Elektronikkarte (Selbsterwärmungsleistung von 0 bis 10 W durch die Komponenten der Elektronikkarte).
- - The external environment of the actuator (under the hood of the vehicle, close to the combustion engine), the temperature of which fluctuates between 110 ° C and 150 ° C depending on the engine speed (the temperature of 150 ° C is generally reached when driving uphill). A typical design profile takes 30 min cycles at 110 ° C, followed by a 15 min ramp up before reaching 150 ° C, followed by a hold at 150 ° C for 30 mins, and finally another decay to 110 ° C for a period of 15 minutes. This type of cycle is particularly well suited to the use of an MCP because it leaves a solidification area (to release the heat from the MCP) between two needs for thermal peak limitation.
- - The DC motor, which generates a power of the order of 0 to 50 W, part of which heats the electronic card.
- - The self-heating of the electronic card (self-heating power from 0 to 10 W by the components of the electronic card).
Ausgewählter MCP: Um die 150°C auf der Elektronikkarte nicht zu übersteigen, wenn der Verbrennungsmotor auf 150°C ist, und die Gleichstrommaschine läuft, muss man in der Lage sein, Wärme zu absorbieren, die aus der Vorrichtung austritt, wenn der Verbrennungsmotor auf 110°C ist. Der ausgewählte MCP 3 muss somit eine Fusionstemperatur aufweisen, die zwischen 110°C und 150°C enthalten ist.Selected MCP: In order not to exceed 150 ° C on the electronics card when the internal combustion engine is at 150 ° C and the DC machine is running, one must be able to absorb heat that is leaking from the device when the internal combustion engine is on 110 ° C. The selected
Der MCP 3 ist ein Eutektikum, umfassend 42% Sn - 58% Bi, das die folgenden Haupteigenschaften aufweist:
- - Fusionstemperatur: 138°C.
- - Masseschmelzenthalpie: 44.8 J/g.
- - Volumenmasse: 8560 kg/m3
- - Speicherdichte: 106,5 kW.h/m3. Was angesichts dessen ein sehr guter MCP ist.
- - Volumenausdehnung bei der Phasenänderung < 1%
- - Wärmeleitfähigkeit: 30 W/m/K. Kann eine interessante Wärmeableitfunktion im Falle der Selbsterwärmung des Elektronikmoduls ermöglichen.
- - Spezifischer elektrischer Widerstand: σ = 1.25E-6 Siemens/m. (somit ein relativer elektrischer Widerstand von σr = 0.021)
- - Relative magnetische Permeabilität: µr = 1. Das Eutektikum 42%Sn 58% Bi ist sehr nahe den Eigenschaften des nicht rostenden Stahls, in Hinsicht auf den relativen spezifischen elektrischen Widerstand und die relative magnetische Permeabilität, was einen sehr zufriedenstellenden Werkstoff zur elektromagnetischen Abschirmung ergibt.
- - Fusion temperature: 138 ° C.
- - Mass melting enthalpy: 44.8 J / g.
- - Volume mass: 8560 kg / m3
- - Storage density: 106.5 kW.h / m3. Which is a very good MCP, given that.
- - Volume expansion with phase change <1%
- - Thermal conductivity: 30 W / m / K. Can provide an interesting heat dissipation function in the event that the electronic module heats up itself.
- - Specific electrical resistance: σ = 1.25E-6 Siemens / m. (thus a relative electrical resistance of σr = 0.021)
- Relative magnetic permeability: µr = 1. The eutectic 42% Sn 58% Bi is very close to the properties of stainless steel in terms of the relative electrical resistivity and the relative magnetic permeability, which makes a very satisfactory material for electromagnetic shielding .
Detaillierte Bemessung der erfindungsgemäßen VorrichtungDetailed dimensioning of the device according to the invention
Das Elektronikmodul
- -
Höhe Hm 10 mm - - Länge
Lm 50 mm - - Breite
Im 50mm
- -
Height Hm 10 mm - - length
Lm 50 mm - - width
in the 50mm
Vom geometrischen Standpunkt aus betrachtet empfängt die Elektronikkarte die thermische Energie, sie erfährt eine thermische „Aggression“ aus allen Richtungen: oben und auf den Seiten liegt sie sehr nahe an dem lokalen Ambiente unter der Motorhaube und von unten empfängt sie die Strömung der Gleichstrommaschine. Die Anordnung des MCP
Vorteilhafterweise liegt die ausgewählte Dicke
Die Positionierungslaschen
Die Einschließung wird als ausreichend flexibel angesehen, um die 1% Volumenausdehnung bei der Phasenänderung des MCP
Das MCP-Volumen (42% Sn - 58% Bi), welches das Elektronikmodul 1 umgibt, liegt bei 27 cm3, oder 336 g MCP
Strömungsberechnungen und Versuchsmessungen, die mit anderen MCP durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass dieses Energieabsorptionsniveau ausreichend ist, um die thermische Belastung der Elektronikkarte, die dem Zyklus der Umgebungstemperatur, sowie der Leistung ausgesetzt ist, die von dem Gleichstrommotor ausgegeben wird (Selbsterwärmung wurde jedoch nicht dargestellt) signifikant zu verbessern.Flow calculations and experimental measurements carried out with other MCPs have shown that this level of energy absorption is sufficient to cope with the thermal load on the electronics card, which is subject to the ambient temperature cycle, as well as the power output by the DC motor (but self-heating was not shown) to improve significantly.
Darüber hinaus wird die mit dieser Dicke von 3mm an Eutektikum 42%Sn - 58% Bi erhaltene Abschirmung wie folgt berechnet:In addition, the shielding obtained with this 3mm thickness of eutectic 42% Sn - 58% Bi is calculated as follows:
Annahmen:
- - Unendliche flache Welle im entfernten Freifeld
- - Einfluss des Anschlussdrahtes vernachlässigt (dank der Schikane)
- - Mehrere Reflexionen vernachlässigt (wahr für eine Abschirmungsdicke größer als die Dicke der Haut)
- - Infinite flat wave in the distant free field
- - Influence of the connecting wire neglected (thanks to the chicane)
- - Multiple reflections neglected (true for a shield thickness greater than the thickness of the skin)
Absorptionsbegriff:
- - Dicke der Haut:
- - Abschwächung in Dezibel:
- - thickness of the skin:
- - Attenuation in decibels:
Reflexionsbegriff:
- - Reflexionswirkung in Dezibel:
- - Reflection effect in decibels:
Insgesamt lautet die erhaltene Abschwächung der Frequenzen wie folgt:
[Tabelle 1]
Die Abschwächung ist bei allen Frequenzen sehr hoch, wodurch die elektromagnetische Abschirmung bestätigt wird.The attenuation is very high at all frequencies, which confirms the electromagnetic shielding.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die zuvor beschriebenen Umsetzungsmodi und erstreckt sich über alle von den Ansprüchen abgedeckten Umsetzungsmodi.The invention is not limited to the implementation modes described above and extends over all implementation modes covered by the claims.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
[0096]
- 1
- Elektronikmodul
- 2
- Einschließung
- 3
- Werkstoff mit Phasenänderung
- 4
- Positionierungslasche
- 5
- Elektronische Komponente
- 6
- Anschlussdraht
- 7
- Befestigungslasche des Anschlussdrahtes
- 8
- Dichter Durchgang
- 9
- Deckel
- 10
- Gedruckte Schaltung
- 11
- Schutzgehäuse
- 12
- Basis
- 13
- Boden
- 14
- Ränder
- Hm
- Höhe Elektronikmodul
- Lm
- Länge Elektronikmodul
- Im
- Breite Elektronikmodul
- He
- Höhe Einschließung
- Le
- Länge Einschließung
- le
- Breite Einschließung
- ep1
- Dicke MCP
- ep2
- Dicke MCP
- 1
- Electronics module
- 2
- Containment
- 3
- Phase change material
- 4th
- Positioning tab
- 5
- Electronic component
- 6th
- Connecting wire
- 7th
- Fastening strap of the connection wire
- 8th
- Dense passage
- 9
- cover
- 10
- Printed circuit
- 11
- Protective housing
- 12
- Base
- 13
- ground
- 14th
- Margins
- Hm
- Electronics module height
- Lm
- Length of electronic module
- in the
- Width electronics module
- Hey
- Height enclosure
- Le
- Length of enclosure
- le
- Wide enclosure
- ep1
- Thick MCP
- ep2
- Thick MCP
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- US 7069979 B1 [0003]US 7069979 B1 [0003]
- FR 2713327 A1 [0006]FR 2713327 A1 [0006]
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-
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