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Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung zum Kühlen zumindest eines Bauteils auf einer Leiterplatte. Die Kühlanordnung weist eine Kühlvorrichtung sowie die beabstandet von der Kühlvorrichtung angeordnete Leiterplatte mit dem zumindest einen Bauteil auf. Die Kühlvorrichtung weist ein zumindest teilweise mit einem Kühlfluid gefülltes Gehäuse mit zumindest einer wärmeübertragenden Wand auf, die dem zumindest einen Bauteil der Leiterplatte zugewandt ist. Die zumindest eine wärmeübertragende Wand steht in einem Wärmeaustausch mit dem Kühlfluid. Die Erfindung betrifft zudem eine Kühlvorrichtung zum Kühlen zumindest eines Bauteils auf einer Leiterplatte, wobei die Kühlvorrichtung ein zumindest teilweise mit einem Kühlfluid gefülltes Gehäuse mit zumindest einer wärmeübertragenden Wand aufweist, die in einem Wärmeaustausch mit dem Kühlfluid steht. Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Kühlanordnung.
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Ein Bauteil auf einer Leiterplatte kann beispielsweise bei dessen Verwendung Wärme produzieren. Die produzierte Wärme kann zu einer gegebenenfalls unerwünschten Erwärmung einer Umgebung des Bauteils, zum Beispiel zumindest eines Bereichs der Leiterplatte, in dem das Bauteil auf der Leiterplatte angeordnet ist, führen. Es kann daher eine Kühlvorrichtung für das Bauteil vorgesehen sein. Allerdings ist das Anordnen der Kühlvorrichtung relativ zur Leiterplatte mit dem Bauteil oftmals ungenau, sodass beispielsweise zwischen der Kühlvorrichtung und dem Bauteil ein isolierender Luftspalt angeordnet oder vorhanden sein kann, der das Kühlen verlangsamt.
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Die
US 6,486 003 B1 zeigt eine mikroelektronische Anordnung, die eine ausdehnbare Struktur aufweist, die zwischen zwei mikroelektronischen Elementen angeordnet ist und deren elektronisch leitenden Teile miteinander verbindet. Eines der mikroelektronischen Elemente kann eine Komponente einer Wärmesenke der Anordnung sein.
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Die
DE 10 2004 032 368 A1 zeigt einen Kühlungsaufbau, der ein Verbindungselement für eine Anordnung an einer Schaltung aufweist. Das Verbindungselement ist auf einem Kühlkörper angeordnet und weist ein Adaptionselement auf, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner ist, als ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Kühlkörpers.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mittels derer eine verbesserte Kühlung für zumindest ein Bauteil auf einer Leiterplatte bereitgestellt werden kann.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der folgenden Beschreibung und den Figuren angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Kühlanordnung zum Kühlen zumindest eines Bauteils auf einer Leiterplatte.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Bauteil auf einer Leiterplatte, das sich beispielsweise bei dessen Verwendung erwärmen kann, mittels einer Kühlvorrichtung gekühlt werden sollte, um beispielsweise die vom Bauteil erzeugte Wärme abführen zu können und dadurch ein Überhitzen des Bauteils zu vermeiden. Um das Bauteil gut, das heißt zum Beispiel schnell, kühlen zu können, sollte die Kühlvorrichtung derart ausgebildet sein, dass diese räumlich nah und bevorzugt spaltfrei zu dem zu kühlenden Bauteil angeordnet ist.
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Das zumindest eine Bauteil auf der Leiterplatte ist beispielsweise ein bei seiner Verwendung Abwärme produzierender elektronischer Chip, wie beispielsweise ein Ein-Chip-System (SOC, für „system-on-chip“), ein komplexer integrierter Schaltkreis (IC, für „integrated circuit“) und/oder ein Netzteilbauelement, wie beispielsweise ein integrierter Schaltkreis zur Energieverwaltung (PMIC, für „power management integrated circuit“). Der PMIC kann beispielsweise als PMIC-Regler oder PMIC-Transistor ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich dazu, kann das Bauteil zum Beispiel ein photonisches Bauteil sein.
Die Kühlanordnung weist eine Kühlvorrichtung auf. Zudem weist die Kühlanordnung die Leiterplatte mit dem zumindest einen Bauteil auf. Die Leiterplatte ist beabstandet von der Kühlvorrichtung angeordnet. Die Kühlvorrichtung ist also in einem vorgegebenen Abstand zur Leiterplatte angeordnet, wobei der Abstand größer als Null ist. Zwischen der Kühlvorrichtung und der Leiterplatte ist daher zumindest ein beispielsweise mit Luft gefüllter Hohlraum angeordnet. Es kann außerdem zwischen der Kühlvorrichtung und dem zumindest einen Bauteil auf der Leiterplatte ein Hohlraum angeordnet sein, sodass das Bauteil beabstandet von der Kühlvorrichtung angeordnet sein kann. Mit anderen Worten liegt die Kühlvorrichtung bevorzugt nicht direkt auf dem Bauteil auf der Leiterplatte auf, sondern zwischen den beiden ist ein beispielsweise mit Luft gefüllter Zwischenraum, das heißt zum Beispiel ein isolierender Luftspalt, angeordnet.
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Die Kühlvorrichtung weist ein Gehäuse auf, das zumindest teilweise mit einem Kühlfluid gefüllt ist. Das Kühlfluid ist beispielsweise eine Flüssigkeit und/oder ein Gel. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Kühlfluid ein Gas sein, zum Beispiel Luft. Die Kühlvorrichtung kann einen Kühlkreislauf für das Kühlfluid aufweisen und somit eine aktive Kühlung bereitstellen. In diesem Fall ist die Kühlvorrichtung dazu ausgebildet, Wärmeenergie von der zu kühlenden Komponente, das heißt zum Beispiel dem Bauteil, an das Kühlfluid zu übertragen und dieses mittels eines Lüfters oder einer Pumpe abzutransportieren. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Kühlvorrichtung keinen Lüfter und/oder keine Pumpe aufweisen, das heißt auf Konvektion als Wärmeübertragung innerhalb des Kühlfluid, zum Beispiel von der zu kühlenden, erwärmten Komponente zu einer im Vergleich dazu kühleren Umgebung der Kühlvorrichtung, basieren. Alternativ zum Kühlfluid kann ein Wärmefluid vorgesehen sein, sodass anstelle einer Kühlung eine Erwärmung mittels der Kühlvorrichtung realisierbar sein kann.
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Das Gehäuse weist zumindest eine wärmeübertragende Wand auf. Die wärmeübertragende Wand ist dem zumindest einen Bauteil der Leiterplatte zugewandt. Die wärmeübertragende Wand ist eine Außenwand der Kühlvorrichtung. Die wärmeübertragende Wand steht in einem Wärmeaustausch mit dem Kühlfluid. Über die Wand können also beispielsweise die außerhalb des Gehäuses angeordnete Luft in der Umgebung der wärmeübertragenden Wand und das Kühlfluid innerhalb des Gehäuses in einem Wärmeaustausch miteinander stehen. Wird also die Luft in der Umgebung und/oder ein Objekt, das die Wand direkt berührt, erwärmt, kann die Wärme über die wärmeübertragende Wand an das Kühlfluid weitergegeben und von diesem von der Wand wegtransportiert werden, falls zwischen einer Temperatur der erwärmten Luft beziehungsweise des erwärmten Objekts und der Temperatur des Kühlfluid eine Temperaturdifferenz besteht. Hierdurch kann die Luft beziehungsweise das Objekt gekühlt werden.
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Das Kühlfluid ist dazu ausgebildet, sich wärmebedingt auszudehnen. Das Kühlfluid ist dazu ausgebildet, sich im und somit bei Betrieb der Leiterplatte aufgrund einer von dem zumindest einen Bauteil abgegebenen Abwärme wärmebedingt auszudehnen. Hierfür weist das Kühlfluid einen kühlfluidspezifischen, temperaturabhängigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Die zumindest eine Wand ist dazu ausgebildet, sich zumindest teilweise beim wärmebedingten Ausdehnen des Kühlfluid elastisch zu verformen. Sobald sich also das Kühlfluid wärmebedingt ausdehnt, kann ein Verformen zumindest eines Teilbereichs der wärmeübertragenden Wand erfolgen, sodass sich diese beispielsweise in die Umgebung des Gehäuses ausdehnt. Die verformte Wand kann sich zum Beispiel vom Gehäuse hervorwölben. Die Wand kann mit anderen Worten zumindest zwei Stellungen einnehmen, eine Ausgangsstellung bei nicht ausgedehntem Kühlfluid, beispielsweise bei einer typischen Raumtemperatur von zum Beispiel 20 Grad Celsius, und eine verformte Stellung bei ausgedehntem Kühlfluid und somit beispielsweise bei einer höheren Temperatur als die typische Raumtemperatur. Temperaturabhängig kann die Wand zwischen den beiden Stellungen durch die beschriebene Verformung bewegt werden. Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass sich die ganze Wand elastisch verformen kann, das heißt das Gehäuse eine Seite aufweist, die die Wand umfasst, wobei die Seite vollständig elastisch verformbar ist.
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Die zumindest eine Wand ist dazu ausgebildet, sich beim wärmebedingten Ausdehnen des Kühlfluid zumindest teilweise derart elastisch zu verformen, dass ein Abstand zwischen der zumindest einen Wand und dem zumindest einen Bauteil zumindest verkleinert ist, sodass eine Wärmeübertragung zwischen dem zumindest einen Bauteil und der zumindest einen Wand zum Kühlen des zumindest einen Bauteils beschleunigt oder vergrößert ist, also der Wärmefluss durch eine Verringerung des Wärmewiderstands vergrößert ist. Da das Verformen das Ausdehnen der Wand in Richtung der Umgebung des Gehäuses bedeutet, wird erreicht, dass die Kühlvorrichtung im Bereich der zumindest einen Wand an das gegenüberliegende Bauteil zumindest angenähert wird, sodass eine Breite eines wärmeisolierenden Luftspalts zwischen der Wand und dem Bauteil verringert wird. Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die verformte Wand das zumindest eine Bauteil berührt. Da der Abstand zwischen der Wand und dem Bauteil zumindest reduziert wird, wird der Hohlraum zwischen diesen verkleinert, sodass unabhängig davon, ob die Wand in der verformten Stellung tatsächlich das Bauteil berührt oder nicht, ein Wärmeaustausch zwischen der Wand und dem Bauteil beschleunigt wird. Das Kühlen des zumindest einen Bauteils erfolgt somit im Vergleich zur Kühlvorrichtung mit einer starren und somit nicht elastisch verformbaren Wand beschleunigt oder mit verringertem Wärmewiderstand oder mit vergrößertem Wärmefluss.
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Mit anderen Worten kann sich das zumindest eine Bauteil bei dessen Verwendung erwärmen. Hierdurch wird, zum Beispiel durch Wärmetransport über die Luft zwischen dem Bauteil und der wärmeübertragenden Wand, die wärmeübertragende Wand des Gehäuses und über diese das Kühlfluid im Gehäuse erwärmt. Dies führt dazu, dass sich das Kühlfluid ausdehnt und die wärmeübertragende Wand näher an das zumindest eine Bauteil bewegt wird, da sich diese verformt. Hierdurch wird der Wärmetransport zwischen dem erwärmten Bauteil und der Wand verbessert, da der Abstand zwischen diesen reduziert wird, sodass die Wärme schneller zum Erwärmen der zumindest einen Wand und somit zum Erwärmen des Kühlfluid führt. Innerhalb des Kühlfluid kann nun ein Wärmeaustausch stattfinden, sodass beispielsweise Wärme über das Kühlfluid an einen der Leiterplatte und der Wand gegenüberliegende Seite des Gehäuses der Kühlvorrichtung in eine Umgebung abgegeben werden kann. Hierdurch wird das Kühlen der Leiterplatte unterstützt. Die Kühlung des Bauteils wurde somit verbessert, da sie beschleunigt wurde. Die sich bei Ausdehnung des Kühlfluid verformende Wand ist insbesondere aus einem weicheren oder flexibleren Material gebildet als die übrigen Wände des Gehäuses. Die übrigen Wände können z.B. aus Aluminium gefertigt sein, die sich verformende Wand kann z.B. aus einen Polymer oder einem Silikon fertigt sich. Zusätzlich oder alternativ kann eine Wanddicke der sich verformenden Wand kleiner sein als die jeweilige Wanddicke der übrigen Wände. Die sich verformende Wand kann insbesondere eine Wanddicke von weniger als 2 Millimeter aufweisen.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterentwicklungen oder Ausführungsbeispiele, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die zumindest eine Wand dazu ausgebildet ist, sich beim wärmebedingten Ausdehnen des Kühlfluid derart zu verformen, dass die zumindest eine Wand auf das zumindest eine Bauteil drückt, sodass die Wärmeübertragung zwischen dem zumindest einen Bauteil und der zumindest einen Wand über Wärmeleitung erfolgt. Mit anderen Worten wird die zumindest eine Wand derart verformt, dass sie das zumindest eine Bauteil berührt. Die verformte Wand und das zumindest eine Bauteil stehen somit in direktem Kontakt miteinander. Hierdurch wird der Wärmetransport vom erwärmten Bauteil zum Kühlfluid beschleunigt, da nun als Wärmetransport Wärmeleitung möglich ist. Durch die elastisch verformbare Wand wird zudem eine flexible Kontaktfläche zwischen der Kühlvorrichtung und dem zumindest einen Bauteil der Leiterplatte bereitgestellt, falls sich diese in der verformten Stellung der Wand gegenseitig berühren. Hierdurch wird eine im Vergleich zu einer Kühlvorrichtung mit einer starren Wand verbesserte Kühlanordnung bereitgestellt, bei der sich die wärmeübertragende, elastisch verformbare Wand an eine Ausgestaltung des Bauteils sowie der Leiterplatte mit dem zumindest einen Bauteil anpassen kann.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, dass sich die Kühlvorrichtung in einer Hochrichtung relativ zur Erdoberfläche oberhalb der Leiterplatte befindet, das heißt oberhalb der Leiterplatte angeordnet ist. Die zumindest eine Wand ist dazu ausgebildet, sich schwerkraftbedingt derart zu verformen, dass der Abstand zwischen der zumindest einen Wand und dem zumindest einen Bauteil zumindest verkleinert ist. Insbesondere kann die zumindest eine Wand auf das zumindest eine Bauteil drücken, das heißt das zumindest eine Bauteil berühren. Es kann also der Fall sein, dass ohne wärmebedingtes Ausdehnen des Kühlfluid der Abstand zwischen der zumindest einen Wand und dem zumindest einen Bauteil auf der Leiterplatte zumindest verkleinert werden kann und insbesondere nicht mehr vorhanden ist.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass, beispielsweise bei einem kleinen Abstand zwischen der Kühlvorrichtung und dem zumindest einen Bauteil, die schwerkraftbedingte Bewegung des Kühlfluid dazu führt, dass sich die zumindest eine Wand zumindest teilweise derart verformt wird, dass diese in direktem Kontakt mit dem zumindest einen Bauteil steht. Es kann also rein schwerkraftbedingt eine Kühlanordnung bereitgestellt werden, bei der eine flexible Kontaktfläche zwischen dem Gehäuse der Kühlvorrichtung und dem zu kühlenden Bauteil bereitgestellt wird. Hierdurch wird unabhängig von einer tatsächlichen Aktivierung des zumindest einen Bauteils stets ein Wärme übertragender Kontakt zwischen dem Bauteil und der Kühlvorrichtung mit dem Kühlfluid bereitgestellt, sodass beispielsweise ständig die Kühlung des Bauteils mittels der Kühlvorrichtung möglich ist. Bei der beschriebenen Anordnung der Kühlvorrichtung zur Leiterplatte mit dem zumindest einen Bauteil kann somit eine kontinuierliche Kühlfunktion bereitgestellt werden, die unabhängig von einer Temperatur des Bauteils und somit der wärmebedingten Ausdehnung des Kühlfluid ist.
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Ferner sieht es ein Ausführungsbeispiel vor, dass das Kühlfluid Wasser ist. Es kann also vorgesehen sein, dass das Gehäuse zumindest teilweise mit Wasser gefüllt ist. Von Wasser ist bekannt, dass es sich bei ansteigenden Temperaturen, beispielsweise bei höheren Temperaturen als die typische Raumtemperatur, die beispielsweise zwischen 19 Grad Celsius und 21 Grad Celsius liegt, ausdehnt. Hierdurch wird ein besonders kostengünstig und gegebenenfalls mit geringem Aufwand nachfüllbares Kühlfluid bereitgestellt. Es kann ferner eine Wasserzuleitung und/oder ein zirkulierender Wasserkreislauf vorgesehen sein, sodass das Kühlfluid im Gehäuse ausgetauscht werden und/oder in diesem zirkulieren kann. Hierdurch kann eine besonders effektive Kühlung bereitgestellt werden.
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Des Weiteren sieht es ein Ausführungsbeispiel vor, dass die zumindest eine Wand des Gehäuses als Folie aus einem elastischen Kunststoff ausgebildet ist. Mit anderen Worten stellt die zumindest eine Wand eine Art Membran des Gehäuses dar. Die Folie ist dazu ausgebildet, sich, ohne plastisch verformt zu werden, auszudehnen und gegebenenfalls wieder einzuziehen. Das elastische Verhalten der Folie kann unabhängig von einer Temperatur sein. Die elastische Eigenschaft der Folie ist derart gewählt, dass eine durch das Kühlfluid auf die Wand einwirkende Kraft (bedingt durch das Ausdehnen des Kühlfluid und/oder das schwerkraftbedingte Drücken des Kühlfluid gegen die Wand) ausreicht, um die Folie elastisch zu verformen. Durch die Ausgestaltung als Folie wird zudem erreicht, dass die flexible Kontaktfläche realisiert wird, da die Folie gegebenenfalls lokal unterschiedlich stark verformt werden kann und sich daher einer Oberflächenstruktur des zumindest einen Bauteils auf der Leiterplatte anpassen kann.
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Ein zusätzliches Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die Leiterplatte an eine Leiterplattenrückwand gekoppelt ist. Die Leiterplattenrückwand weist zumindest ein Bauteil auf. Das Gehäuse weist eine zweite elastisch verformbare Wand auf, die gegenüber dem zumindest einen Bauteil der Leiterplattenrückwand angeordnet ist. Bevorzugt ist zwischen der Leiterplatte und der Leiterplattenrückwand ein Winkel von im Wesentlichen 90 Grad vorgesehen, insbesondere ein Winkel zwischen 60 Grad und 120 Grad, 70 Grad und 110 Grad, 80 Grad und 100 Grad, insbesondere 85 Grad und 95 Grad. Mit anderen Worten ist die Leiterplatte bevorzugt in etwa senkrecht zur Leiterplattenrückwand angeordnet. Hierdurch ergibt sich die Anordnung, dass die zweite elastisch verformbare Wand des Gehäuses bevorzugt an die bereits beschriebene elastisch verformbare Wand angrenzt, die gegenüber dem zumindest einen Bauteil der Leiterplatte angeordnet ist. Es ist ferner möglich, dass an weiteren Seiten des Gehäuses der Kühlvorrichtung weitere elastisch verformbare Wände angeordnet sind. Es kann prinzipiell an jeder Außenwand des Gehäuses zumindest ein Teilbereich vorgesehen sein, der sich elastisch verformen kann und wärmeübertragend ist. Hierdurch wird eine besonders flexibel einsetzbare Kühlvorrichtung bereitgestellt, die sich an beliebige Anordnungen von einer oder mehreren Leiterplatten anpassen kann.
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Außerdem sieht es ein Ausführungsbeispiel vor, dass die Leiterplatte mittels einer Verbindungsleitplatte, die insbesondere als Leiterplatte-auf-Leiterplatte-Steckverbinder ausgebildet ist, an die Leiterplattenrückwand gekoppelt ist. Es ist also vorgesehen, dass sich die Leiterplatte und die Leiterplattenrückwand nicht relativ zueinander bewegen, sondern starr aneinander befestigt sind. Hierdurch wird erreicht, dass bei geeigneter Wahl einer Position der Kühlvorrichtung relativ zur Leiterplatte und Leiterplattenrückwand stets eine optimale Kühlung der Bauteile erreicht werden kann.
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Gemäß einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass die Kühlanordnung eine Halteeinrichtung aufweist. Die Halteeinrichtung ist dazu ausgebildet, die Kühlvorrichtung beabstandet zur Leiterplatte mit dem zumindest einen Bauteil zu halten. Die Halteeinrichtung kann beispielsweise als Einschubelement für ein Magazin für Leiterplatten, das heißt ein Leiterplatten-Racksystem, ausgebildet sein. Es kann vorgesehen sein, dass das Magazin weitere Einschubelemente aufweist, die dazu ausgebildet sind jeweils zumindest die Leiterplatte oder mehrere Leiterplatten zu halten. Zwischen zwei derartige Einschubelemente mit Leiterplatten kann das Einschubelement mit der Kühlvorrichtung oder sogar mehreren, beispielsweise nebeneinander angeordneten Kühlvorrichtungen positioniert werden. Das Einschubelement mit der Kühlvorrichtung stellt dann die Halteeinrichtung für die Kühlvorrichtung dar. Alternativ oder zusätzlich dazu kann zumindest eine Stange oder Verbindungsstrebe als Halteeinrichtung vorgesehen sein, die zum Beispiel an einer Seitenwand des Gehäuses befestigt ist und mittels derer die Kühlvorrichtung relativ zur Leiterplatte befestigt werden kann. Durch die Halteeinrichtung kann die Kühlvorrichtung stabil und ohne mögliche Relativverschiebungen zur Leiterplatte in der Kühlanordnung positioniert sein, sodass stets eine gewünschte Kühlleistung erreicht werden kann. Ferner kann beispielsweise der Abstand zwischen der Kühlvorrichtung und der Leiterplatte und/oder der Kühlvorrichtung und der Leiterplattenrückwand fest vorgegeben und mittels der Halteeinrichtung fest eingestellt werden, sodass die Kühlanordnung bei jeder Verwendung eine kontinuierlich gleiche oder zumindest ähnliche Kühlfunktion bereitstellen kann.
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Alternativ dazu kann es vorgesehen sein, dass die Kühlvorrichtung ohne Halteeinrichtung platziert wird, indem sie beispielsweise auf, unter und/oder neben die jeweilige Leiterplatte gelegt wird.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen zumindest eines Bauteils auf einer Leiterplatte. Die Kühlvorrichtung weist ein zumindest teilweise mit einem Kühlfluid gefülltes Gehäuse mit zumindest einer wärmeübertragenden Wand auf, die in einem Wärmeaustausch mit dem Kühlfluid steht. Das Kühlfluid ist dazu ausgebildet, sich wärmebedingt auszudehnen. Die zumindest eine Wand ist dazu ausgebildet, sich zumindest teilweise beim wärmebedingten Ausdehnen des Kühlfluid elastisch derart zu verformen, dass sich die Wand in eine Umgebung des Gehäuses ausdehnt. Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung weist also eine Wand auf, die sich zumindest teilweise relativ zum Gehäuse ausdehnen und somit aus dem Gehäuse hinausgedrückt werden kann. Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kühlanordnung beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispiele, einzeln sowie in Kombination, gelten entsprechend, soweit anwendbar, für die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Kühlanordnung, wie sie oben beschrieben wurde. Das Kraftfahrzeug weist beispielsweise eine Steuervorrichtung auf, die zumindest eine Leiterplatte mit zumindest einem Bauteil aufweist. Für diese Leiterplatte mit dem zumindest einen Bauteil kann eine Kühlung mittels der Kühlvorrichtung vorgesehen sein, sodass die Kühlanordnung im Kraftfahrzeug realisiert ist. Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kühlanordnung beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispiele, einzeln sowie in Kombination, gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der beschriebenen Ausführungsbeispiele.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine Kühlanordnung zum Kühlen zumindest eines Bauteils auf einer Leiterplatte; und
- 2 eine schematische Darstellung einer Kühlanordnung für eine Leiterplatte mit meiner Leiterplattenrückwand.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine Kühlanordnung 1 gezeigt. Die Kühlanordnung 1 weist eine Kühlvorrichtung 2 auf. Beabstandet von der Kühlvorrichtung 2 ist eine Leiterplatte 3 mit zumindest einem Bauteil 4 angeordnet. Das Bauteil 4 ist beispielsweise eine elektronische Komponente, zum Beispiel ein Chip. Die Leiterplatte 3 mit dem zumindest einen Bauteil 4 werden von der Kühlanordnung 1 umfasst.
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Die Kühlvorrichtung 2 weist ein Gehäuse 5 auf, das zumindest eine wärmeübertragende Wand 6 aufweist. Das Gehäuse 5 ist zumindest teilweise mit einem Kühlfluid 7 gefüllt, das beispielsweise Wasser ist. Die wärmeübertragende Wand 6 ist dem zumindest einen Bauteil 4 der Leiterplatte 3 zugewandt. Außerdem steht die wärmeübertragende Wand 6 in einem Wärmeaustausch mit dem Kühlfluid 7, das heißt eine Temperatur der wärmeübertragenden Wand 6 wird von dieser an das Kühlfluid 7 weitergegeben und beeinflusst somit die Temperatur des Kühlfluid 7 und umgekehrt.
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Das Kühlfluid 7 ist dazu ausgebildet, sich wärmebedingt auszudehnen. Bei einer Erwärmung beispielsweise des Bauteils 4 auf der Leiterplatte 3 können sich die Luft in der Umgebung des Bauteils 4 und die wärmeübertragende Wand 6 ebenfalls erwärmen. Daraufhin kann die Wand 6 zumindest teilweise verformt werden. Das Verformen bedeutet, dass sich die Wand 6 ausdehnt. Eine ursprüngliche und nicht verformte Anordnung der Wand 6 ist in 1 durch eine Wandposition 9 skizziert. Die im Vergleich dazu verformte Wand 6 bildet sich aus, wenn sich das Kühlfluid 7 wärmebedingt ausdehnt. Bei verformter Wand 6 ist ein Abstand 8 zwischen der zumindest einen Wand 6 und dem zumindest einen Bauteil 4 zumindest verkleinert. Wie hier exemplarisch skizziert kann der Abstand 8 sogar auf null reduziert werden, wenn die Wand 6 zumindest teilweise auf das Bauteil 4 drückt, das heißt dieses berührt und mit diesem in direktem Kontakt steht. Dies bewirkt, dass die Wärmeübertragung, das heißt der Wärmetransport, zwischen dem zumindest einen Bauteil 4 und der zumindest einen Wand 6 beschleunigt wird, da beispielsweise im Falle des hier skizzierten direkten Kontakts zwischen der Wand 6 und dem Bauteil 4 der Wärmetransport über Wärmeleitung möglich ist. Die von dem zumindest einen Bauteil 4 erzeugte Wärme wird somit direkt an die aufliegende Wand 6 abgegeben und von dieser mittels des Kühlfluid 7 beispielsweise weitertransportiert, gekühlt sowie gegebenenfalls als Abwärme in die Umgebung des Gehäuses 5, beispielsweise an einer der zumindest einen Wand 6 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 5, abgegeben. Die zumindest eine Wand 6 kann als Folie aus einem elastischen Kunststoff ausgebildet sein, sodass sie sich flexibel beispielsweise an eine Oberfläche des Bauteils 4 anpassen kann. Es kann ferner vorgesehen sein, dass sich die Wand 6 nur teilweise verformen kann, wie es hier exemplarisch skizziert ist, da sich die hier skizzierte Wand 6 zumindest in jeweiligen in Querrichtung (y-Richtung) seitlichen Bereichen nicht verformt.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Wand 6 eine Schwerkrafteinwirkungen erfahren. Dies ist dann der Fall, wenn, wie in 1 skizziert, die Kühlvorrichtung 2 in einer Hochrichtung (z-Richtung) oberhalb der Leiterplatte 3 angeordnet ist. Die Hochrichtung ist hier relativ zur Erdoberfläche definiert, sodass die Schwerkraft in negativer z-Richtung wirkt. Dies führt dazu, dass sich die zumindest eine Wand 6 bereits schwerkraftbedingt derart verformen kann, dass der Abstand 8 zwischen der zumindest einen Wand 6 und dem zumindest einen Bauteil 4 zumindest verkleinert ist und, wie hier skizziert, sogar derart verkleinert ist, dass die zumindest eine Wand 6 auf das zumindest eine Bauteil 4 drückt, das heißt diese berührt und mit dieser in direktem Kontakt steht.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Kühlanordnung 1 eine Halteeinrichtung 10 aufweist. Mittels dieser kann die Kühlvorrichtung 2 beabstandet zur Leiterplatte 3 gehalten werden, das heißt, beispielsweise ohne Schwerkrafteinwirkung sowie ohne Ausdehnung des Kühlfluid 7 aufgrund dessen Erwärmung, nimmt die Wand 6 die Wandposition 9 ein, sodass ein Hohlraum mit einer Höhe in z-Richtung zwischen dem Gehäuse 5 und dem Bauteil 4 bereitgestellt ist, wobei die Höhe dem Abstands 8 entspricht.
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2 zeigt ein weiteres Beispiel für die Kühlanordnung 1. Hierbei weist die Kühlanordnung 1 eine zusätzliche Leiterplattenrückwand 11 auf, an die die Leiterplatte 3 gekoppelt ist. Die Kopplung erfolgt mittels einer Verbindungsleiterplatte 12, die beispielsweise als Leiterplatte-auf-Leiterplatte-Steckverbinder ausgebildet sein kann. Wie hier beispielhaft skizziert, können die Leiterplatte 3 und die Leiterplattenrückwand 11 in einem Winkel von im Wesentlichen 90 Grad zueinander angeordnet sein. Es ist jedoch möglich, dass die Leiterplatte 3 und die Leiterplattenrückwand 11 schräg zueinander angeordnet sind, das heißt zwischen diesen ein Winkel zwischen beispielsweise größer als 0 Grad und kleiner als180 Grad besteht.
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Die Kühlvorrichtung 2 weist eine weitere und somit zweite elastisch verformbare Wand 13 auf, die benachbart zur bereits beschriebenen wärmebedingt verformbaren Wand 6 angeordnet ist. Die weitere verformbare Wand 13 sowie die zumindest eine Wand 6 sind analog zueinander ausgebildet, das heißt sie können sich beide verformen, falls sich das Kühlfluid 7 ausdehnt und/oder gegebenenfalls schwerkraftbedingt.
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Aus 2 wird deutlich, dass sich die wärmeübertragende Wand 6 außerdem an beliebige Bauteile 4 auf der Leiterplatte 3 anpassen kann. Hier sind drei Bauteile 4 exemplarisch skizziert, wobei das mittlere Bauteil 4 eine kleinere Höhe in z-Richtung aufweist als die beiden benachbarten Bauteile 4. Dennoch besteht der direkte Kontakt zwischen der Wand 6 und der jeweiligen Oberfläche des jeweiligen Bauteils 4, da die Wand 6 derart elastisch verformbar ist, dass sie sich an die Oberflächenstruktur, das heißt an die Kontaktfläche auf der Leiterplatte 3, anpassen kann.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Kühlanordnung 1 von einer Steuervorrichtung 14 eines Kraftfahrzeugs 15 umfasst wird. Sie kann dazu ausgebildet sein, beispielsweise ein Bauteil 4 auf einer Leiterplatte 3 und/oder einer Leiterplattenrückwand 11 der Steuervorrichtung 14 des Kraftfahrzeugs 15 zu kühlen.
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Insgesamt zeigen die Beispiele eine Kühlvorrichtung 2 mit einer flexiblen Kontaktfläche. Anwendungsfälle für eine derartige Kühlvorrichtung 2 beziehungsweise für die gesamte Kühlanordnung 1 sind beispielsweise ein Leiterplatten-Racksystem, das heißt ein Magazin von Leiterplatten 3, bei dem die Leiterplatten 3 mit heiß werden Bauteilen 4 eingeschoben werden und diese gekühlt werden müssen. Außerdem kann es in einer Verbausituation der Fall sein, dass ein Toleranzausgleich zwischen der jeweiligen Kühlvorrichtung 2 und dem zu kühlenden Bauteil 4 notwendig ist. Ferner kann eine Oberfläche des zu kühlenden Bauteils 4 nicht eben sein, also beispielsweise krumm, eckig oder schief. In diesen Fällen ist es sinnvoll, die beschriebene Kühlvorrichtung 2 mit der elastisch verformbaren zumindest einen Wand 6 vorzusehen, da diese Wand 6 dehnbar ist und bei beispielsweise Wärmeausdehnung des Kühlfluid 7 direkt auf das zu kühlende Bauteil 4 drücken kann. Es kann ferner bei einer Erwärmung in zwei Richtungen der in 2 beschriebene Sandwichbau vorgesehen sein, bei dem an zwei verschiedenen Seiten des Gehäuses 5 jeweils die elastisch verformbare und den Wärmeaustausch bereitstellende Wand 6, 13 vorgesehen sein kann, um zur Wärmeableitung beitragen zu können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6486003 B1 [0003]
- DE 102004032368 A1 [0004]
