DE102021212656A1 - Electronic device with a magnetically shielding cover - Google Patents

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Abstract

Es wird ein elektronisches Gerät mit einer Leiterplatte (7), auf der elektrische und/oder elektronische Bauteile (8) angeordnet sind, und mit einer magnetisch abschirmenden Abdeckung (1), die über zumindest einer Teilanzahl der Bauteile (8) auf der Leiterplatte (7) angeordnet ist und die gegenüber der Leiterplatte (7) flüssigkeitsdicht abgedichtet ist, beschrieben, wobei an der Abdeckung (1) ein Einlassstutzen (2) zur Zuführung einer Kühlflüssigkeit (10) zu den Bauteilen (8) und ein Auslassstutzen (4) zur Abführung der Kühlflüssigkeit (10) ausgebildet ist.

Figure DE102021212656A1_0000
An electronic device with a printed circuit board (7) on which electrical and/or electronic components (8) are arranged and with a magnetically shielding cover (1) which covers at least some of the components (8) on the printed circuit board ( 7) and which is sealed against the printed circuit board (7) in a liquid-tight manner, described, with an inlet connection (2) on the cover (1) for supplying a cooling liquid (10) to the components (8) and an outlet connection (4) for Discharge of the cooling liquid (10) is formed.
Figure DE102021212656A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Gerät mit einer Leiterplatte, auf der elektrische und/oder elektronische Bauteile angeordnet sind, und mit einer magnetisch abschirmenden Abdeckung, die über zumindest einer Teilanzahl der Bauteile auf der Leiterplatte angeordnet ist.The invention relates to an electronic device with a printed circuit board on which electrical and/or electronic components are arranged and with a magnetically shielding cover which is arranged over at least some of the components on the printed circuit board.

Ein solches elektronisches Gerät ist aus der DE 102 23 170 A1 bekannt. Die dortige EMV-Abschirmung für elektronische Bauelemente auf einer Leiterplatte weist ein die elektronischen Bauelemente wenigstens an den nicht der Leiterplatte zugewandten Seiten umschließendes, elektromagnetische Strahlung abschirmendes Gehäuse auf, wobei das Gehäuse eine Vielzahl von elektrisch leitenden Federkontakten aufweist, die die Leiterplatte elektrisch leitend kontaktieren, wobei das Gehäuse mittels wenigstens einer Druckkontaktierungseinrichtung, insbesondere einer Verschraubungseinrichtung, an die Leiterplatte gepresst ist. Die Federkontakte des Gehäuses dienen der elektrischen Kontaktierung mit der Leiterplatte und die Druckkontaktierungseinrichtung sorgt für die für eine zuverlässige elektrische Kontaktierung notwendige Anpresskraft des Gehäuses an die Leiterplatte.Such an electronic device is from the DE 102 23 170 A1 known. The local EMC shielding for electronic components on a printed circuit board has a housing which encloses the electronic components at least on the sides not facing the printed circuit board and shields electromagnetic radiation, the housing having a large number of electrically conductive spring contacts which make electrically conductive contact with the printed circuit board, wherein the housing is pressed onto the printed circuit board by means of at least one pressure contact device, in particular a screw connection device. The spring contacts of the housing are used for electrical contacting with the circuit board and the pressure contacting device ensures the pressing force of the housing on the circuit board that is necessary for reliable electrical contacting.

Allerdings ist dort keine Kühlung der elektronischen Bauelemente realisiert.However, there is no cooling of the electronic components.

Auch die DE 10 2005 001 148 B3 offenbart ein elektronisches Gerät mit EMV-Abschirmung, wobei hier das Gehäuse des elektronischen Geräts, in dem die die Bauteile tragende Leiterplatte angeordnet ist, vollständig aus Metall ist. An dem Gehäuse kann ein Kühlkörper mit Kühlrippen angeformt oder lediglich befestigt sein, wobei in dem Kühlkörper Kanäle für eine Kühlflüssigkeit ausgebildet sein können. Es wird ebenfalls vorgeschlagen, alternativ direkt an der Leiterplatte innerhalb des metallischen Gehäuses einen Kühlkörper ggf. mit Kanälen für eine Kühlflüssigkeit anzubringen.Also the DE 10 2005 001 148 B3 discloses an electronic device with EMC shielding, in which case the housing of the electronic device, in which the printed circuit board carrying the components is arranged, is made entirely of metal. A heat sink with cooling ribs can be integrally formed on the housing or simply attached, it being possible for channels for a coolant to be formed in the heat sink. It is also proposed, alternatively, to attach a heat sink directly to the printed circuit board within the metallic housing, if necessary with channels for a coolant.

Die Ausbildung von Kühlkanälen in einem metallischen Gehäuse ist jedoch fertigungstechnisch aufwändig und damit kostenintensiv.However, the formation of cooling channels in a metallic housing is complex in terms of production technology and is therefore expensive.

In der DE 10 2010 040 582 A1 ist ein Gehäuse für eine elektronische Schaltung beschrieben, das mit einer Bodenplatte und einer Deckplatte gebildet ist und eine integrierte Kühlmittelpassage aufweist, die als Hohlraum in der durch Spritzgießen gefertigten Bodenplatte und/oder der Deckplatte realisiert ist. Dabei kann der Hohlraum mäanderförmig verlaufen. Er kann durch ein in der Bodenplatte und/oder der Deckplatte integriertes, mäanderförmig verlaufendes Rohr gebildet sein. Falls die Kühlmittelpassage sowohl in der Boden- als auch der Deckplatte ausgebildet ist, kann an der Bodenplatte oder der Deckplatte ein Rohrstutzen und in der Deckplatte bzw. der Bodenplatte eine dem Rohrstutzen entsprechende Öffnung zur Verbindung der beiden Kühlmittelpassagen vorgesehen seinIn the DE 10 2010 040 582 A1 describes a housing for an electronic circuit which is formed with a base plate and a cover plate and has an integrated coolant passage which is realized as a cavity in the base plate manufactured by injection molding and/or the cover plate. In this case, the hollow space can run in a meandering manner. It can be formed by a meandering tube integrated in the base plate and/or the cover plate. If the coolant passage is formed in both the base and the cover plate, a pipe socket can be provided on the base plate or the cover plate and an opening corresponding to the pipe socket for connecting the two coolant passages can be provided in the cover plate or the base plate

Eine weitere Möglichkeit, elektrische oder elektronische Bauelemente, die in einem Gehäuse auf einer Leiterplatte montiert sind, zu kühlen, ist in der WO 2019/243 409 A1 offenbart. Dort ist eine Leistungselektronikschaltung auf einem Gehäuseboden eines Gehäuses angeordnet. Zumindest in dem Gehäuseboden ist ein Hohlraum mit zum Gehäuseäußeren führenden Anschlüssen zum Zu- und Abführen einer Kühlflüssigkeit ausgebildet, wobei auf der dem Hohlraum abgewandten Seite des Gehäusebodens Kühlrippen ausgebildet sind. In dem Gehäuse ist ein durch einen Elektromotor angetriebener Ventilator derart angeordnet, dass dessen Luftstrom durch die Kühlrippen gekühlt wird und anschließend die Leistungselektronikschaltung entwärmt. Die Leistungselektronikschaltung ist also auf dem Gehäuseboden angeordnet, der als Kälteverteiler fungiert und damit nicht nur die Kühlrippen, sondern auch die auf ihm angeordneten Bauteile der Leistungselektronikschaltung direkt kühlt. Zusätzlich sorgt ein Ventilator für eine Luftzirkulation durch die Kühlrippen und zu der Leistungselektronikschaltung. Der Ventilator wird dabei durch einen Elektromotor angetrieben und ist daher unabhängig von einem Kühlmittelfluss.Another way to cool electrical or electronic components that are mounted in a housing on a printed circuit board is in the WO 2019/243 409 A1 disclosed. There, a power electronics circuit is arranged on a housing base of a housing. At least in the bottom of the housing there is a cavity with connections leading to the outside of the housing for supplying and removing a cooling liquid, with cooling ribs being formed on the side of the bottom of the housing facing away from the cavity. A fan driven by an electric motor is arranged in the housing in such a way that its air flow is cooled by the cooling fins and the power electronics circuit is then cooled. The power electronics circuit is therefore arranged on the housing base, which acts as a cold distributor and thus directly cools not only the cooling fins but also the components of the power electronics circuit arranged on it. In addition, a fan ensures air circulation through the cooling fins and to the power electronics circuit. The fan is driven by an electric motor and is therefore independent of a coolant flow.

Auch diese Realisierungen einer Bauteilekühlung sind aufgrund der Ausbildung von Kanälen in Metallplatten aufwändig.These realizations of a component cooling are also complex due to the formation of channels in metal plates.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen einfachen EMV-Schutz zu ermöglichen, bei dem eine Kühlung mit geringem Aufwand möglich ist.It is therefore the object of the invention to enable simple EMC protection in which cooling is possible with little effort.

Die Aufgabe wird durch ein elektronisches Gerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is solved by an electronic device according to claim 1. Advantageous developments are specified in the dependent claims.

Demnach ist bei einem elektronischen Gerät mit einer Leiterplatte, auf der elektrische und/oder elektronische Bauteile angeordnet sind, und mit einer magnetisch abschirmenden Abdeckung, die über zumindest einer Teilanzahl der Bauteile auf der Leiterplatte angeordnet ist und die gegenüber der Leiterplatte flüssigkeitsdicht abgedichtet ist, an der Abdeckung ein Einlassstutzen zur Zuführung einer Kühlflüssigkeit zu den Bauteilen und ein Auslassstutzen zur Abführung der Kühlflüssigkeit ausgebildet.Accordingly, in an electronic device with a printed circuit board on which electrical and/or electronic components are arranged and with a magnetically shielding cover which is arranged over at least some of the components on the printed circuit board and which is sealed in a liquid-tight manner with respect to the printed circuit board the cover is formed with an inlet connection for supplying a cooling liquid to the components and an outlet connection for discharging the cooling liquid.

Die Kühlflüssigkeit kann also direkt in den Raum zwischen der Leiterplatte und der Abdeckung eingebracht werden, um eine „Tauchkühlung“ der Bauteile zu ermöglichen.The cooling liquid can therefore be introduced directly into the space between the circuit board and the cover in order to enable "immersion cooling" of the components.

In einer vorteilhaften Ausbildung des elektronischen Geräts kann die Abdeckung Teil eines Gehäuses des elektronischen Geräts sein, in dem die Leiterplatte angeordnet ist. Hierdurch kann durch den Doppelzweck der Abdeckung ein Gehäuseteil eingespart werden.In an advantageous embodiment of the electronic device, the cover can be part of a housing of the electronic device, in which the printed circuit board is arranged. As a result, a housing part can be saved due to the dual purpose of the cover.

Die Abdeckung kann dabei einen Deckel oder eine Bodenwanne des Gehäuses bilden.The cover can form a lid or a base pan of the housing.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des elektronischen Gerätes kann in der Abdeckung zumindest eine Rippe ausgebildet sein, die die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit lenken. Dabei können die Rippe(n) derart angeordnet sein, dass die Kühlflüssigkeit mäanderförmig durch die Abdeckung strömt.In a further advantageous embodiment of the electronic device, at least one rib can be formed in the cover, which guides the direction of flow of the cooling liquid. The rib(s) can be arranged in such a way that the cooling liquid flows through the cover in a meandering manner.

Auf diese Weise kann die Kühlflüssigkeit optimal geführt werden, um die Bauteile zu kühlen.In this way, the cooling liquid can be guided optimally in order to cool the components.

Zur Abdichtung kann die Abdeckung an ihrem der Leiterplatte zuwandten Rand eine Nut aufweist, in die ein auf der Leiterplatte angebrachter Dichtrahmen eingreift, wobei die Abdeckung mittels einer Anpresskraft auf die Leiterplatte gedrückt ist.For sealing purposes, the cover can have a groove on its edge facing the printed circuit board, into which a sealing frame mounted on the printed circuit board engages, the cover being pressed onto the printed circuit board by means of a pressing force.

Die Abdeckung kann dabei vorteilhaft durch eine Schraub- oder Nietverbindung, die die Anpresskraft erzeugt, mit der Leiterplatte verbunden sein.In this case, the cover can advantageously be connected to the printed circuit board by a screw or rivet connection that generates the contact pressure.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen

  • 1 elektronisches Gerät mit einer EMV-Schutz Abdeckung mit integrierter Flüssigkeitskühlung,
  • 2 elektronisches Gerät gemäß 1 in einer Schnittansicht,
  • 3 Details der EMV Schutz-Abdeckung,
  • 4 Querschnittdarstellung des elektronischen Geräts,
  • 5 Flüssigkeitsfluss in der Abdeckung und
  • 6 elektronisches Gerät mit einer EMV-Schutz Abdeckung mit integrierter Flüssigkeitskühlung in perspektivischer Ansicht.
The invention is described in more detail below on the basis of exemplary embodiments with the aid of figures. show it
  • 1 electronic device with an EMC protection cover with integrated liquid cooling,
  • 2 electronic device according to 1 in a sectional view,
  • 3 Details of the EMC protection cover,
  • 4 cross section view of the electronic device,
  • 5 Fluid flow in the cover and
  • 6 Electronic device with an EMC protection cover with integrated liquid cooling in a perspective view.

Das Ausführungsbeispiel eines elektronischen Geräts, das in den 1 bis 6 dargestellt ist, ist nicht in allen Figuren mit allen Bezugszeichen versehen, um die Anschaulichkeit hoch zu halten. Gleiche Teile sind jedoch ohne weiteres zu erkennen.The embodiment of an electronic device disclosed in FIGS 1 until 6 is shown is not provided with all reference symbols in all figures in order to keep the clarity high. Identical parts are, however, readily recognizable.

Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines elektronischen Geräts, bei dem auf einer Leiterplatte 7 eine Abdeckung 1 montiert ist, um die auf der Leiterplatte 7 angeordnete Bauteile 8 (siehe 3) hinsichtlich elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) zu schützen, insbesondere zu verhindern, dass Strahlung, die von diesen Bauteilen 8 ausgeht, nach außen gelangt und dort unter Umständen andere Geräte stören kann. Die Abdeckung 1 kann dabei insbesondere metallisch sein, jedoch auch aus anderen Materialien, die die geforderten Eigenschaften aufweisen.the 1 shows an embodiment of an electronic device in which a cover 1 is mounted on a printed circuit board 7 in order to cover the components 8 arranged on the printed circuit board 7 (see FIG 3 ) with regard to electromagnetic compatibility (EMC), in particular to prevent radiation emanating from these components 8 from reaching the outside and possibly interfering with other devices there. The cover 1 can in particular be metallic, but also made of other materials that have the required properties.

Die Abdeckung 1 ist mit der Leiterplatte 7 mittels Schraubverbindungen 6 verbunden, wie insbesondere in der 2 explizit dargestellt ist. Statt der Schraubverbindungen können jedoch auch z. B. Nietverbindungen oder andere geeignete Verbindungen herangezogen werden. Wesentlich ist dabei, dass die Abdeckung 1 flüssigkeitsdicht mit der Leiterplatte 7 verbunden wird, was beispielsweise gemäß der 3 mittels eines Dichtrahmens 9, der auf der Leiterplatte 7 aufgebracht ist und in Nuten der Abdeckung 1 greift, erfolgen kann.The cover 1 is connected to the printed circuit board 7 by means of screw connections 6, as in particular in FIG 2 is explicitly shown. Instead of the screw connections, however, z. B. rivets or other suitable connections can be used. It is essential that the cover 1 is connected to the circuit board 7 in a liquid-tight manner, which, for example, according to 3 by means of a sealing frame 9, which is applied to the printed circuit board 7 and engages in grooves of the cover 1, can take place.

In erfindungsgemäßer Weise weist die Abdeckung 1 einen Einlassstutzen 2 und einen Auslassstutzen 4 auf, durch die mittels eines an dem Einlassstutzen 2 befestigten Einlassrohres 3 eine Kühlflüssigkeit 10 in den Raum zwischen der Leiterplatte 7 und der Abdeckung 1 eingebracht werden kann, die durch ein Auslassrohr 5, das mit dem Auslassstutzen 4 in Verbindung ist, wieder abgeführt werden kann.According to the invention, the cover 1 has an inlet socket 2 and an outlet socket 4, through which a cooling liquid 10 can be introduced into the space between the printed circuit board 7 and the cover 1 by means of an inlet pipe 3 attached to the inlet socket 2 , which is connected to the outlet port 4, can be discharged again.

Auf diese Weise kann die Kühlflüssigkeit 10 (siehe insbesondere 4) die Bauteile 8 entwärmen, wobei die Kühlflüssigkeit außerhalb des elektronischen Geräts - beispielsweise mittels eines Wärmetauschers - wieder abgekühlt werden kann, um in einem Kreislauf erneut dem elektronischen Gerät zugeführt zu werden.In this way, the cooling liquid 10 (see in particular 4 ) the components 8 cool, the cooling liquid outside the electronic device - for example by means of a heat exchanger - can be cooled again to be fed back to the electronic device in a circuit.

Wie insbesondere der 4 zu entnehmen ist, wird also die Kühlflüssigkeit 10 nicht in Hohlräumen von Gehäuseteilen geführt, um lediglich diese Gehäuseteile zu kühlen, an denen möglicherweise die Bauteile montiert sind, wie dies im Stand der Technik üblich ist, sondern es wird der gesamte Hohlraum zwischen der Leiterplatte 7 und der Abdeckung 8, in dem sich die Bauteile 8 befinden, mit der Kühlflüssigkeit 10 gefüllt bzw. von dieser durchströmt.Like that one in particular 4 can be seen, the cooling liquid 10 is not guided into cavities of housing parts in order to only cool these housing parts on which the components may be mounted, as is customary in the prior art, but the entire cavity between the printed circuit board 7 and the cover 8, in which the components 8 are located, is filled with the coolant 10 or flows through it.

Um den Kühlmittelfluss zu lenken, können an der Abdeckung 1 in vorteilhafter Weise Rippen 11 angeformt oder sonstwie mit der Abdeckung 1 verbunden sein, durch die bei geeigneter Anordnung ein mäanderförmiger Fluss des Kühlmittels durch den mit dem Bauteil 8 bestückten Hohlraum zwischen der Leiterplatte 7 und der Abdeckung 1 erreicht werden kann.In order to direct the coolant flow, ribs 11 can advantageously be formed on the cover 1 or otherwise connected to the cover 1, through which, with a suitable arrangement, a meandering flow of the coolant through the cavity equipped with the component 8 between the circuit board 7 and the Cover 1 can be achieved.

Dies ist insbesondere in der 6 verdeutlicht, wobei in der 5 nochmals gezeigt ist, wie sich das Kühlmittel 10 durch die Rippen 11 innerhalb des Hohlraums ausbreitet.This is particularly in the 6 clarifies where in the 5 it is shown again how the coolant 10 propagates through the fins 11 within the cavity.

Die Kühlrippen 11 können prinzipiell auch auf der Leiterplatte 7 montiert sein. Sie brauchen nicht die dargestellte Form zu haben, sondern können auch einfacher oder komplizierter ausgebildet sein, je nachdem welcher Kühlmittelfluss bzw. welche Kühlmittelströmung gewünscht ist.In principle, the cooling fins 11 can also be mounted on the printed circuit board 7 . You do not need to have the shape shown, but can also be simpler or more complicated, depending on which coolant flow or which coolant flow is desired.

Als Kühlmittel 10 kann jedes geeignete Kühlmittel verwendet werden, es darf jedoch nicht leitend sein, um keine Kurzschlüsse zwischen den Anschlüssen der Bauteile 8 zu erzeugen und sollte nicht korrodierend sein.Any suitable coolant can be used as the coolant 10, but it must not be conductive in order not to create short circuits between the connections of the components 8 and should not be corrosive.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Claims (8)

Elektronisches Gerät mit einer Leiterplatte (7), auf der elektrische und/oder elektronische Bauteile (8) angeordnet sind, und mit einer magnetisch abschirmenden Abdeckung (1), die über zumindest einer Teilanzahl der Bauteile (8) auf der Leiterplatte (7) angeordnet ist und die gegenüber der Leiterplatte (7) flüssigkeitsdicht abgedichtet ist, wobei an der Abdeckung (1) ein Einlassstutzen (2) zur Zuführung einer Kühlflüssigkeit (10) zu den Bauteilen (8) und ein Auslassstutzen (4) zur Abführung der Kühlflüssigkeit (10) ausgebildet ist.Electronic device with a printed circuit board (7) on which electrical and/or electronic components (8) are arranged, and with a magnetically shielding cover (1) which is arranged over at least some of the components (8) on the printed circuit board (7) and which is sealed against the printed circuit board (7) in a liquid-tight manner, an inlet connection (2) for supplying a cooling liquid (10) to the components (8) and an outlet connection (4) for removing the cooling liquid (10) being formed on the cover (1). Elektronisches Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Abdeckung (1) Teil eines Gehäuses des elektronischen Geräts ist, in dem die Leiterplatte (7) angeordnet ist.Electronic device after claim 1 , In which the cover (1) is part of a housing of the electronic device, in which the printed circuit board (7) is arranged. Elektronisches Gerät nach Anspruch 2, bei dem die Abdeckung (1) einen Deckel des Gehäuses bildet.Electronic device after claim 2 , in which the cover (1) forms a cover of the housing. Elektronisches Gerät nach Anspruch 2, bei dem die Abdeckung (1) eine Bodenwanne des Gehäuses bildet.Electronic device after claim 2 , in which the cover (1) forms a base pan of the housing. Elektronisches Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in der Abdeckung (1) zumindest eine Rippe (11) ausgebildet sind, die die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit (10) lenken.Electronic device according to one of the preceding claims, in which at least one rib (11) is formed in the cover (1) and directs the flow direction of the cooling liquid (10). Elektronisches Gerät nach Anspruch 5, bei dem die Rippen (11) derart angeordnet sind, dass die Kühlflüssigkeit (10) mäanderförmig durch die Abdeckung (1) strömt.Electronic device after claim 5 , in which the ribs (11) are arranged in such a way that the cooling liquid (10) flows through the cover (1) in a meandering manner. Elektronisches Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Abdeckung (1) an ihrem der Leiterplatte (7) zuwandten Rand eine Nut aufweist, in die ein auf der Leiterplatte (7) angebrachter Dichtrahmen (9) eingreift und die Abdeckung (1) mittels einer Anpresskraft auf die Leiterplatte (7) gedrückt ist.Electronic device according to one of the preceding claims, in which the cover (1) on its edge facing the circuit board (7) has a groove into which a sealing frame (9) mounted on the circuit board (7) engages and the cover (1) by means a contact pressure is pressed onto the printed circuit board (7). Elektronisches Gerät nach Anspruch 7, bei dem die Abdeckung (1) durch eine Schraub- oder Nietverbindung mit der Leiterplatte (7) verbunden ist, die die Anpresskraft erzeugt.Electronic device after claim 7 , in which the cover (1) is connected to the printed circuit board (7) by a screw or rivet connection, which generates the contact pressure.
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