DE102022128694A1

DE102022128694A1 - Circuit card assemblies

Info

Publication number: DE102022128694A1
Application number: DE102022128694.0A
Authority: DE
Inventors: Joo-Han Kim; Brian Hoden; Lucius Akalanne
Original assignee: Ametek Inc
Current assignee: Ametek Inc
Priority date: 2021-11-02
Filing date: 2022-10-28
Publication date: 2023-05-04
Also published as: ES2940194R1; CA3170441A1; GB2614364A; GB202212225D0; ES2940194A2; US20230134978A1; AU2022218491A1; FR3128848A1

Abstract

Eine Leiterplattenanordnung, die mindestens eine elektronische Komponente, die Wärme erzeugt, und ein Wärmemanagementsystem für die mindestens eine elektronische Komponente umfasst, wird offenbart. Das Wärmemanagementsystem umfasst ein oder mehrere Phasenwechselmodule zum Verteilen und Speichern von Wärme; einen Metallrahmen, der in thermischem Kontakt mit dem mindestens einen elektronischen Bauteil steht und mindestens eine Öffnung zur Aufnahme des einen oder der mehreren Phasenwechselmodule aufweist; und eine Wärmeübertragungsvorrichtung, die in thermischem Kontakt mit dem mindestens einen elektronischen Bauteil und/oder dem Metallrahmen steht. Die Wärmeübertragungsvorrichtung umfasst mindestens ein Wärmerohr und/oder mindestens einen Wärmeverteiler. Die Wärmeübertragungsvorrichtung bietet einen ersten Wärmeübertragungspfad während einer Periode reduzierter Wärmeabgabe oder Kühlung. Das eine oder die mehreren Phasenwechselmodule verteilen und speichern die Wärme während des Zeitraums der reduzierten Wärmeabgabe oder Kühlung.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Leiterplattenanordnungen und insbesondere auf Leiterplattenanordnungen, die Wärmemanagementsysteme und -verfahren zur Bewältigung vorübergehender thermischer Leistungsprobleme durch Verwendung integrierter Phasenwechselmodule umfassen.
HINTERGRUND
Der Betrieb elektronischer Geräte oder Baugruppen erfordert ein angemessenes Wärmemanagement und eine ordnungsgemäße Wartung der elektronischen Komponenten (z. B. integrierte Schaltkreise, Leiterplatten, Schaltmodule, Prozessoren, Speicher, Festplattenlaufwerke usw.). Die elektronischen Komponenten erzeugen während des Betriebs in der Regel Wärme oder bestehen aus elektronischen Komponenten, die Wärme erzeugen. Wenn sich die Wärme des/der elektronischen Geräte(s) aufbaut, kann das elektronische Gerät oder die Baugruppe durch Überhitzung, Betriebsausfall, Degradation, andere Formen thermischer oder mechanischer Belastungen oder Kombinationen davon beeinträchtigt werden.
Solche thermischen Belastungen können besonders problematisch oder unbeherrschbar für Systeme sein, die (i) mehrere elektronische Komponenten, (ii) maximale Verarbeitungs- oder Rechenleistung und/oder (iii) spezielle oder raue Betriebsumgebungen erfordern (z. B. Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, extreme Temperaturen, starke Vibrationen, große Höhen, abrupte Hoch-G-Beschleunigung, Hyperschallgeschwindigkeit usw.). Diese Systeme können unter vorübergehenden thermischen Leistungsproblemen leiden, die mit Temperaturschwankungen, intermittierenden Leistungsspitzen und vorübergehendem Kühlungsverlust zusammenhängen. Einige Beispiele hierfür sind (1) Überschreitung der Grenzwerte für die Sperrschichttemperatur, was zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Rechenleistung führt (Heruntertakten oder Derating), (2) Temperaturspitzen/-schwankungen auf dem Chip, (3) nicht funktionierende Wärmerohre/Flüssigkeitskühlung (z. B. Dryout) oder eine Kombination davon. Werden diese vorübergehenden thermischen Leistungsprobleme nicht gemildert oder behoben, kann dies dazu führen, dass die elektronischen Komponenten nicht sicher und zuverlässig funktionieren, was zu Ausfällen oder Leistungseinbußen im normalen oder stationären Systembetrieb führen oder beitragen kann.
Daher besteht nach wie vor ein Bedarf an alternativen oder verbesserten Leiterplattenanordnungen mit Wärmemanagementsystemen und -verfahren, die eine effizientere Kühlung und/oder Wärmeableitung ermöglichen und gleichzeitig Temperaturschwankungen während des Phasenübergangs minimieren und/oder eine Abnahme der thermischen Leistung während normaler, stationärer Betriebsbedingungen abmildern oder verhindern.
ZUSAMMENFASSUNG
Aspekte der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Leiterplattenanordnungen mit Wärmemanagementsystemen und -verfahren.
In einem beispielhaften Aspekt wird ein Wärmemanagementsystem für eine Wärmequelle mit mindestens einem elektronischen Bauteil bereitgestellt. Das Wärmemanagementsystem umfasst ein oder mehrere Phasenwechselmodule, die Phasenwechselmaterial zur Verteilung und Speicherung von Wärme umfassen; einen Metallrahmen, der in thermischem Kontakt mit dem mindestens einen elektronischen Bauteil steht und mindestens eine Öffnung zur Aufnahme des einen oder der mehreren Phasenwechselmodule aufweist; und eine Wärmeübertragungsvorrichtung, die in thermischem Kontakt mit dem mindestens einen elektronischen Bauteil und/oder dem Metallrahmen steht, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung einen ersten Wärmeübertragungsweg bereitstellt.
In einem weiteren beispielhaften Aspekt wird eine Schaltkartenanordnung bereitgestellt. Die Leiterplattenanordnung umfasst eine Leiterplatte mit mindestens einem elektronischen Bauteil, das Wärme erzeugt; ein oder mehrere Phasenwechselmodule, die Phasenwechselmaterialien zur Verteilung und Speicherung von Wärme umfassen; einen Metallrahmen, der mit der Leiterplatte verbunden ist und in thermischem Kontakt mit dem mindestens einen elektronischen Bauteil steht, wobei der Metallrahmen ferner mindestens eine Öffnung zur Aufnahme des einen oder der mehreren Phasenwechselmodule aufweist; und eine Wärmeübertragungsvorrichtung, die in thermischem Kontakt mit dem mindestens einen elektronischen Bauteil oder dem Metallrahmen steht, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung einen ersten Wärmeübertragungsweg bereitstellt.
In einem weiteren beispielhaften Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplattenanordnung bereitgestellt, die mindestens ein elektronisches Bauteil umfasst, das Wärme erzeugt. Das Verfahren umfasst (a) das Ausbilden mindestens einer Öffnung in einem Metallrahmen zur Aufnahme der mindestens einen elektronischen Komponente; (b) das Ausbilden mindestens einer Öffnung in dem Metallrahmen zur Aufnahme eines oder mehrerer Phasenwechselmodule, wobei das eine oder die mehreren Phasenwechselmodule Phasenwechselmaterial zur Verteilung und Speicherung von Wärme umfassen; (c) das Füllen der mindestens einen Öffnung mit dem einen oder den mehreren Phasenwechselmodulen; und (d) das Anbringen einer Metallschicht über der mindestens einen Öffnung, um das eine oder die mehreren Phasenwechselmodule in der mindestens einen Öffnung des Metallrahmens aufzunehmen.
Figurenliste
Die Erfindung wird am besten aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird, wobei gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind. Wenn mehrere gleichartige Elemente vorhanden sind, kann eine einzige Bezugsziffer für die mehreren gleichartigen Elemente verwendet werden, wobei sich ein kleiner Buchstabe auf bestimmte Elemente bezieht. Bezieht man sich auf die Elemente insgesamt oder auf ein unspezifisches Element oder mehrere Elemente, so kann die Kleinbuchstabenbezeichnung weggelassen werden. Darüber hinaus sind die verschiedenen Merkmale in den Zeichnungen, sofern nicht anders angegeben, nicht maßstabsgetreu gezeichnet, und die Abmessungen der verschiedenen Merkmale können zur Verdeutlichung erweitert oder reduziert werden. In den Zeichnungen sind die folgenden Figuren enthalten:

In 1 ist eine beispielhafte Schaltkartenanordnung dargestellt.
2 ist eine Explosionsdarstellung der in 1 gezeigten Leiterplattenanordnung
3 zeigt einen Teil der in 1 dargestellten Leiterplattenanordnung.
4A-4D zeigen die Stufen eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung des in 3 dargestellten Teils der Leiterplattenanordnung.
5 ist ein Flussdiagramm, das die Verfahrensschritte zeigt, die in den in 4A-4D gezeigten Stufen verwendet werden.
6A zeigt ein beispielhaftes Wärmemanagementsystem, das eine beispielhafte Wärmeübertragungsvorrichtung darstellt, die einen Wärmeübertragungspfad während einer Periode reduzierter Wärmeabgabe oder Kühlung bereitstellt.
6B zeigt das in 6A dargestellte Wärmemanagementsystem mit einem weiteren Wärmeübertragungspfad während eines Zeitraums mit standardmäßiger stationärer Wärmeabgabe oder Kühlung.
7A-7B zeigen eine weitere Ausführungsform einer beispielhaften Wärmeübertragungsvorrichtung.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer beispielhaften Wärmeübertragungsvorrichtung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die hierin offengelegten Wärmemanagementsysteme sind für elektronische Komponenten in Verbindung mit Leiterplattenanordnungen (CCA) verwendbar, auch für CCA, die in speziellen oder rauen Betriebsumgebungen (z. B. Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, extreme Temperaturen, hohe Vibrationen, große Höhen, abrupte Hoch-G/Beschleunigung, Hyperschallgeschwindigkeit usw.) eingesetzt werden. Obwohl die Wärmemanagementsysteme hier in Bezug auf elektronische Komponenten beschrieben werden, die mit Leiterplattenanordnungen (CCA) verbunden sind, ist die Erfindung selbstverständlich nicht so beschränkt. Im Gegenteil, Aspekte der vorliegenden Erfindung sind in Anwendungen oder Produkten verwendbar, bei denen es wünschenswert ist, die thermische Energie (Wärme oder Temperatur) von elektronischen Komponenten zu verwalten oder zu stabilisieren.
Wie hier verwendet, umfasst der Begriff „Leiterplattenanordnung“ elektronische Komponenten oder andere elektronische Einheiten, die Wärme (in unterschiedlichem Maße) erzeugen oder Wärmeableitung oder Kühlung erfordern. In einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Leiterplattenanordnung Halbleiterprodukte wie FPGA-Sätze (Field-Programmable Gate Array), zentrale Verarbeitungseinheiten (CPU) und Grafikverarbeitungseinheiten (GPU) umfassen. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann eine Leiterplattenanordnung eine Leiterplatte mit Hochleistungs-Halbleiterprodukten, Prozessoren oder anderen elektrischen Komponenten umfassen, wobei die Leiterplatte mit einem Wärmerahmen verbunden ist. Der Begriff „Wärmerahmen“ kann jedes elektronische Gehäuse, jede Einheit, jeden Rahmen, jedes Gestell, jedes Fach umfassen, das dazu geeignet ist, Leiterplatten und/oder elektronische Komponenten (teilweise oder vollständig; fest oder abnehmbar) aufzunehmen, zu enthalten oder zu umschließen.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen zeigen die 1 und 2 eine beispielhafte Schaltkartenbaugruppe, wie z. B. eine Schaltkartenbaugruppe 100. Im Allgemeinen umfasst die Schaltkartenbaugruppe 100 mindestens eine elektronische Komponente 104, eine Wärmeübertragungsvorrichtung 106 und ein oder mehrere Phasenwechselmodule 108. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Schaltkartenbaugruppe 100 eine Leiterplatte 102 mit mindestens einer Komponente, die Wärme erzeugt, wie z. B. die elektronische Komponente 104. An die Leiterplatte 102 ist ein Metallrahmen 110 gekoppelt, der in der Schaltkartenbaugruppe 100 so positioniert ist, dass der Metallrahmen 110 in thermischem Kontakt mit dem elektronischen Bauteil 104 steht. Zu diesem Zweck kann der Metallrahmen 110 eine Größe, Form und/oder Oberflächenkonturen aufweisen, die so konfiguriert sind, dass sie einer oder mehreren Komponenten der Leiterplattenanordnung 100 entsprechen, z. B. der Wärmeübertragungsvorrichtung 106 und dem elektronischen Bauteil 104. Darüber hinaus kann der Metallrahmen 110 aus Metall mit einer zufriedenstellenden Wärme- oder Hitzeleitfähigkeit bestehen, wie Aluminium, Kupfer oder deren Legierungen (z. B. Aluminium- oder Kupferlegierungen).
Der Metallrahmen 110 umfasst außerdem mindestens eine Öffnung 112 (z. B. eine Tasche) zur Aufnahme eines oder mehrerer Phasenwechselmodule 108. Die Phasenwechselmodule 108 bestehen aus Phasenwechselmaterial zur Verteilung und Speicherung der von der elektronischen Komponente 104 erzeugten Wärme. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Phasenwechselmodule 108 so konfiguriert, dass sie die Wärme während eines Zeitraums mit verringerter Wärmeabgabe oder Kühlung verteilen und speichern. Diese Periode verringerter Wärmeabfuhr oder Kühlung kann auf Betriebsbedingungen wie große Höhe, hohe Beschleunigung, Hyperschallgeschwindigkeit, intermittierende Rechenleistung oder eine Kombination davon zurückzuführen sein.
Zur Erleichterung und/oder Verwaltung dieser Verteilung und/oder Speicherung von Wärme aus dem elektronischen Bauteil 104 umfasst die Leiterplattenanordnung 100 eine Wärmeübertragungsvorrichtung 106. In einer beispielhaften Ausführungsform besteht die Wärmeübertragungsvorrichtung 106 aus mindestens einem Wärmerohr 118 (2). Das Wärmerohr 118 ist relativ zur elektronischen Komponente 104 und zum Metallrahmen 110 so positioniert, dass das Wärmerohr 118 in thermischem Kontakt mit einer oder mehreren der elektronischen Komponenten 104 und dem Metallrahmen 110 steht. In dieser Konfiguration bietet das Wärmerohr 118 einen Wärmeübertragungsweg 114 für die von der elektronischen Komponente 104 erzeugte Wärme. In einer beispielhaften Ausführungsform wird der Wärmeübertragungsweg 114 während des Zeitraums der reduzierten Wärmeabgabe oder Kühlung bereitgestellt. Darüber hinaus kann sich der Wärmeübertragungspfad 114 von einem anderen Wärmeübertragungspfad 116 während eines Zeitraums mit standardmäßiger/normaler stationärer Wärmeableitung oder Kühlung unterscheiden.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform besteht die Wärmeübertragungsvorrichtung 106 aus mindestens einem Wärmeverteiler 142, z. B. einer Metallplatte (z. B. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung) (2). Der Wärmeverteiler 142 ist relativ zu der elektronischen Komponente 104 und dem Metallrahmen 110 positioniert, so dass der Wärmeverteiler 142 in thermischem Kontakt mit einer oder mehreren elektronischen Komponenten 104 und dem Metallrahmen 110 steht. In dieser Konfiguration bietet der Wärmeverteiler 142 einen Wärmeübertragungspfad 144 für die von der CCA oder deren Komponenten, wie der elektronischen Komponente 104, erzeugte Wärme. In einer beispielhaften Ausführungsform wird der Wärmeübertragungsweg 144 während des Zeitraums der reduzierten Wärmeabgabe oder Kühlung bereitgestellt. Darüber hinaus kann sich der Wärmeübertragungspfad 144 von einem anderen Wärmeübertragungspfad während eines Zeitraums mit standardmäßiger/normaler stationärer Wärmeableitung oder Kühlung unterscheiden, z. B. dem Wärmeübertragungspfad 116.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform besteht der Wärmeverteiler 142 zusätzlich oder optional aus einem darin eingebetteten oszillierenden Wärmerohr 136 ( 8). Mindestens ein oszillierendes Wärmerohr 136 ist relativ zu einer oder mehreren elektronischen Komponenten 104 und Metallrahmen 110 positioniert, so dass das oszillierende Wärmerohr 136 in thermischem Kontakt mit einer oder mehreren elektronischen Komponenten 104 und Metallrahmen 110 steht. In dieser Konfiguration bietet das oszillierende Wärmerohr 136 einen Wärmeübertragungspfad, wie den Wärmeübertragungspfad 144, für die von der elektronischen Komponente 104 erzeugte Wärme. In einer beispielhaften Ausführungsform wird der Wärmeübertragungspfad 144 während der Periode der reduzierten Wärmeabgabe oder Kühlung bereitgestellt. Darüber hinaus kann sich der Wärmeübertragungspfad 144 von einem anderen Wärmeübertragungspfad während eines Zeitraums mit standardmäßiger/normaler stationärer Wärmeableitung oder Kühlung, wie dem Wärmeübertragungspfad 116, unterscheiden.
In den 2 und 3 ist ein beispielhaftes Wärmerohr 118 neben dem Metallrahmen 110 angeordnet, so dass die in den Metallrahmen 110 eingebetteten Phasenwechselmodule 108 oberhalb (wie durch Pfeil 140a in 3 dargestellt), unterhalb (wie durch Pfeil 140b in 3 dargestellt) oder an einer oder mehreren Seiten (wie durch Pfeil 140c dargestellt) des Wärmerohrs 118 angeordnet sein können. Wünschenswerterweise kann mindestens eine Öffnung oder Tasche 112 des Metallrahmens 110 im Metallrahmen 110 definiert sein. Die Öffnung oder Tasche 112 ist so konfiguriert, dass sie ein entsprechendes Phasenwechselmodul 108 aufnehmen kann, so dass die Öffnung oder Tasche 112 eine ausreichende Größe und Form hat, um ein entsprechendes Phasenwechselmodul 108 aufzunehmen.
Darüber hinaus können die Phasenwechselmodule 108 in dieser Konfiguration in thermischem Kontakt mit dem elektronischen Bauteil 104 stehen, da, wie in 3 dargestellt, die in den Metallrahmen 110 eingebetteten Phasenwechselmodule 108 oberhalb (wie durch Pfeil 140a in 3 gezeigt), unterhalb (wie durch Pfeil 140b in 3 gezeigt) und/oder an einer oder mehreren Seiten (wie durch Pfeil 140c in 3 gezeigt) mindestens einer Tasche 124 angeordnet sein können. Mindestens eine Tasche 124 des Metallrahmens 110 ist so konfiguriert, dass sie jeweils eine Komponente der Schaltkartenbaugruppe 100 aufnimmt, die Wärme erzeugt, wie z. B. die elektronische Komponente 104.
Wünschenswerterweise ermöglicht die Einbettung von Phasenwechselmodulen 108 in einen Teil des Metallrahmens 110, so dass die Phasenwechselmodule 108 in thermischem Kontakt mit dem Metallrahmen 110 und/oder der elektronischen Komponente 104 stehen, wie oben beschrieben, ein verbessertes Management von vorübergehenden thermischen Leistungsproblemen (wie unten beschrieben). Darüber hinaus beeinträchtigt die Einbettung eines Phasenwechselmaterials, wie es in den Phasenwechselmodulen 108 verwendet wird, in einem Teil des Metallrahmens 110 nicht den Betrieb des Wärmerohrs 118 (das den Wärmeübertragungsweg 116 bereitstellt) unter normalen stationären Bedingungen.
Nun zu den 4A-4D und 5 wird ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines Teils der Schaltkartenbaugruppe 100, wie z. B. Verfahren 500, offenbart. Einzelheiten des Verfahrens 500 werden im Folgenden in Bezug auf die Elemente der beispielhaften Schaltkartenbaugruppe 100 beschrieben. Insbesondere umfasst das Verfahren 500 Schritte zum Einbetten der Phasenwechselmodule 108 in den Metallrahmen 110, wie oben beschrieben.
Insbesondere, wie in den 4A-4D und dem Flussdiagramm in 5 dargestellt ist, umfasst das Verfahren 500 einen Schritt 510 des Ausbildens mindestens einer Öffnung in einem Metallrahmen, wie z. B. einer Öffnung oder Tasche 124 im Metallrahmen 110, zur Aufnahme der elektronischen Komponente 104. Darüber hinaus umfasst das Verfahren 500 in einer beispielhaften Ausführungsform auch den Schritt des Ausbildens mindestens einer Nut 126 (4A) im Metallrahmen 110 zum Kontaktieren einer Oberfläche einer Wärmeübertragungsvorrichtung, wie der Wärmeübertragungsvorrichtung 106.
Die Nut 126 ist so geformt, dass die Wärmeübertragungsvorrichtung 106 mit dem Wärmerohr 118 in thermischem Kontakt mit den elektronischen Komponenten 104 und/oder dem Metallrahmen 110 steht. Insbesondere ist die Nut 126 so geformt, dass das Wärmerohr 118 zumindest teilweise in der Nut 126 angeordnet ist. In dieser Konfiguration stellt die Wärmeübertragungsvorrichtung 106 mit dem Wärmerohr 118 einen ersten Wärmeübertragungspfad bereit, beispielsweise den Pfad 114. In einer beispielhaften Ausführungsform wird der Pfad 114 während einer Periode mit reduzierter Wärmeabgabe oder Kühlung verwendet. Zusätzlich oder optional unterscheidet sich der erste Wärmeübertragungspfad 114 von einem zweiten Wärmeübertragungspfad, wie z. B. dem Pfad 116 (wie in 6B gezeigt), der während eines Zeitraums mit standardmäßiger/normaler stationärer Wärmeableitung oder Kühlung bereitgestellt wird.
Der Wärmeübertragungsweg im stationären Betrieb, wie z. B. der Weg 116, bietet im Vergleich zu anderen Komponenten der Leiterplattenanordnung 100 einen allgemein höheren Wärmeleitungsweg durch das Wärmerohr 118. Im Allgemeinen sind Wärmerohre Zweiphasen-Wärmeübertragungsvorrichtungen, die die Verdampfung und Kondensation von Arbeitsflüssigkeit nutzen, um die Wärmeleitung von Festkörpern/Metallen zu übertreffen. Zum Beispiel können Wärmerohre in der Regel eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Kupfer erreichen. Dementsprechend verhält sich das Wärmerohr 118, durch das der Pfad 116 verläuft, im Wesentlichen wie ein thermischer Supraleiter, so dass vernachlässigbare Wärme über andere thermische Pfade übertragen wird. Somit ist das Wärmerohr 118 der dominante/primäre Wärmeübertragungspfad im normalen stationären Betrieb.
Während einer Periode verringerter/verlorener Kühlung oder Wärmeableitung kann das Wärmerohr 118 jedoch an Effektivität verlieren, z. B. durch Kondensationsverlust oder Austrocknung. In einer beispielhaften Ausführungsform kann dieser Zeitraum verringerter Wärmeableitung oder Kühlung auf Betriebsbedingungen wie große Höhe, hohe Schwerkraft (G-Kraft), hohe Beschleunigung, Hyperschallgeschwindigkeit, intermittierende Spitzenwerte bei der Nutzung der Rechenleistung oder eine Kombination davon zurückzuführen sein. Während dieses Zeitraums verringerter Wärmeableitung oder Kühlung beginnt die Temperatur zu steigen, und das Wärmerohr 118, durch das der Pfad 116 verläuft, wird weniger effektiv. In einer solchen Ausführungsform wird das Wärmerohr 118 zu einem sekundären Wärmeübertragungsweg (d. h. es ist nicht mehr der dominierende oder primäre Wärmeübertragungsweg). Dementsprechend wird ein Wärmeübertragungs- oder Wärmepfad, der sich vom Pfad 116 unterscheidet, wie beispielsweise der Wärmepfad 114, zum dominanten oder primären Wärmeübertragungspfad. Die Phasenwechselmodule 108 sind zweckmäßigerweise entlang des Wärmeübertragungswegs 114 angeordnet, um Wärme zu verteilen und/oder zu speichern. So wird der Pfad 114 zum dominanten oder primären Wärmeübertragungspfad an vorbestimmten Schmelzpunkten, wenn die Phasenwechselmodule 108 beginnen, Wärme zu absorbieren, während ihre Temperatur für eine bestimmte Zeit konstant gehalten wird. Auf diese Weise werden Temperaturschwankungen während der Phasenübergänge minimiert und/oder ein Nachlassen der thermischen Leistung im eingeschwungenen Zustand abgemildert oder verhindert, so dass Leiterplattenanordnungen 100 mit elektronischen Bauteilen 104 in einem zuverlässigen Betriebszustand gehalten werden können.
Wie in 4B und dem Flussdiagramm in 5 dargestellt, umfasst das Verfahren 500 auch einen Schritt 520 zur Bildung mindestens einer Öffnung 112 im Metallrahmen 110 zur Aufnahme von Phasenwechselmodulen 108. In einer beispielhaften Ausführungsform der Schaltkartenbaugruppe 100 umfasst die Öffnung 112 des Metallrahmens 110 eine T-förmige Tasche. Die Öffnung 112 kann ein Paar von Leisten 128 zur Aufnahme eines Teils der Metallschicht 130 enthalten.
Wie bereits erwähnt, bestehen die Phasenwechselmodule 108 aus Phasenwechselmaterial zur Verteilung und Speicherung von Wärme aus dem elektronischen Bauteil 104. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Phasenwechselmodule 108 so konfiguriert, dass sie während des Zeitraums der verringerten Wärmeabgabe oder Kühlung Wärme von zumindest dem elektronischen Bauteil 104 wegleiten und speichern.
Wie in 4C und dem Flussdiagramm in 5 dargestellt, umfasst das Verfahren 500 ferner einen Schritt 530 zum Füllen der Öffnung oder Tasche 112 mit Phasenwechselmodulen 108. Die Tasche 112 wird mit Phasenwechselmodulen 108 gefüllt, so dass die eingebetteten Phasenwechselmodule 108 im Metallrahmen 110 oberhalb (wie durch Pfeil 140a in 3 dargestellt), unterhalb (wie durch Pfeil 140b in 3 dargestellt) und/oder an einer oder mehreren Seiten (wie durch Pfeil 140c in 3 dargestellt) des Wärmerohrs 118 angeordnet sind.
Wie in 4D und dem Flussdiagramm in 5 gezeigt, umfasst das Verfahren 500 auch einen Schritt 540 des Anbringens einer Metallschicht 130 über der Tasche 112, um die Phasenwechselmodule 108 in der Tasche 112 des Metallrahmens 110 aufzunehmen. Insbesondere kann die Metallschicht 130 als Deckel oder Abdeckung fungieren, die so konfiguriert ist, dass sie in die Leisten 128 der Tasche 112 eingreift (4B). In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann die Metallschicht 130 aus Kupfer bestehen und durch Löten, Hartlöten, Schweißen oder thermisches Epoxid über der Tasche 112 des Metallrahmens 110 angeordnet werden.
Bezugnehmend auf 6A-6B, wenn die Leiterplattenanordnung 100 erwärmt wird oder anderen Formen thermischer Beanspruchung ausgesetzt ist, kann es erforderlich sein, die thermische Leistung der Leiterplattenanordnung 100 zu steuern, damit sie innerhalb der Betriebsparameter/Spezifikationen bleibt. In einer beispielhaften Ausführungsform dient das beispielhafte Wärmemanagementsystem 200, das Phasenwechselmodule 108 umfasst, die in den Metallrahmen 110 und/oder die Wärmeübertragungsvorrichtung 106 integriert sind, zur Erfüllung dieser Managementfunktion. Das Wärmemanagementsystem 200 wird weiter unten und unter Bezugnahme auf die Komponenten der Leiterplattenanordnung 100 erläutert.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Wärmemanagementsystem 200 so konfiguriert, dass es eine Wärmequelle verwaltet, die mindestens ein elektronisches Bauteil, wie das elektronische Bauteil 104, umfasst. Das Wärmemanagementsystem 200 umfasst Phasenwechselmodule, wie die oben beschriebenen Phasenwechselmodule 108. Die Phasenwechselmodule 108 bestehen aus Phasenwechselmaterial zur Verteilung und/oder Speicherung der Wärme von der elektronischen Komponente 104. Ein Metallrahmen, wie der Metallrahmen 110, steht in thermischem Kontakt mit dem elektronischen Bauteil 104. Der Metallrahmen 110 enthält mindestens eine Öffnung, beispielsweise eine Tasche 112, zur Aufnahme der Phasenwechselmodule 108. Eine Wärmeübertragungsvorrichtung, wie die Wärmeübertragungsvorrichtung 106, steht ebenfalls in thermischem Kontakt mit dem elektronischen Bauteil 104 und/oder dem Metallrahmen 110. Die Wärmeübertragungsvorrichtung 106 ist so konfiguriert, dass sie einen ersten Wärmeübertragungspfad bereitstellt. Weitere Einzelheiten zu den einzelnen Komponenten des Wärmemanagementsystems 200 und dessen Funktionsweise werden im Folgenden erläutert.
Der Metallrahmen 110 kann aus einem Metall bestehen, das eine zufriedenstellende Wärme- oder Hitzeleitfähigkeit aufweist, wie Aluminium, Kupfer oder deren Legierungen (z. B. Aluminium- oder Kupferlegierungen). In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Öffnung 112 des Metallrahmens 110 eine Tasche umfassen, z. B. eine T-förmige Tasche mit einem Paar von Leisten 128 (wie in 4B gezeigt) zur Aufnahme eines Deckels oder einer Abdeckung, z. B. einer Metallschicht 130. Die Metallschicht 130 kann aus Metall, z. B. Kupfer, bestehen und über mindestens einer Öffnung 112 durch Löten, Hartlöten, Schweißen oder thermisches Epoxid angebracht werden.
Die Phasenwechselmodule 108 sind so konfiguriert, dass sie die Wärme während eines Zeitraums mit verringerter Wärmeabgabe oder Kühlung verteilen und/oder speichern. Diese Periode verringerter Wärmeableitung oder Kühlung kann aufgrund von oder in Verbindung mit Betriebsbedingungen entstehen, die große Höhe, hohe Beschleunigung, Hyperschallgeschwindigkeit, intermittierende Rechenleistung oder eine Kombination davon umfassen. Solche Betriebsbedingungen können zu vorübergehenden thermischen Problemen führen, die ein Wärmemanagement der elektronischen Komponente 104 über das Wärmemanagementsystem 200 erfordern.
Um dies zu erreichen, umfasst das Wärmemanagementsystem 200 ein Wärmerohr 118. Das Wärmerohr 118 ist angrenzend an den Metallrahmen 110 angeordnet, so dass die in den Metallrahmen 110 eingebetteten Phasenwechselmodule 108 oberhalb (wie durch Pfeil 140a in 3 dargestellt), unterhalb (wie durch Pfeil 140b in 3 dargestellt) und/oder an einer oder mehreren Seiten (wie durch Pfeil 140c in 3 dargestellt) des Wärmerohrs 118 angeordnet sind. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Wärmerohr 118 so konfiguriert, dass es einen ersten Wärmeübertragungspfad 114 während des Zeitraums der reduzierten Wärmeabgabe oder Kühlung bereitstellt (6A). Darüber hinaus kann sich der erste Wärmeübertragungspfad 114 von einem zweiten Wärmeübertragungspfad 116 unterscheiden, der von der Wärmeübertragungsvorrichtung 106 während eines Zeitraums mit standardmäßiger stationärer Wärmeabgabe oder Kühlung bereitgestellt wird (6B). Einzelheiten des ersten Übertragungspfads 114 und des zweiten Übertragungspfads 116 werden im Folgenden erörtert.
Wie in 6A dargestellt, umfasst die Leiterplattenanordnung 100 ein elektronisches Bauteil 104. Das elektronische Bauteil 104 erzeugt Wärme und erfordert daher ein Wärmemanagement, um das Risiko eines Betriebsausfalls und/oder anderer unerwünschter Auswirkungen thermischer Spannungen zu verringern oder zu beseitigen. Die Kühlung oder Ableitung dieser Wärme von der elektronischen Komponente 104 während des Zeitraums der reduzierten Wärmeableitung oder Kühlung wird durch den ersten Wärmeübertragungspfad 114 angezeigt. Wie oben erläutert, erfolgt die Kühlung oder Wärmeableitung der elektronischen Komponente 104 über den Pfad 114, da das Wärmerohr 118 im Allgemeinen eine höhere Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu anderen Komponenten der Leiterplattenanordnung 100 aufweist. Ein solcher Pfad 114 wird indirekt oder direkt durch mindestens die Position und Konfiguration der Phasenwechselmodule 108 relativ zu einem oder mehreren von Metallrahmen 110, elektronischem Bauteil 104 und Wärmevorrichtung 106 bestimmt. In der in 6A gezeigten beispielhaften Ausführungsform wird die Wärme von der elektronischen Komponente 104 (über den Weg 114) durch das Wärmerohr 118 und durch den Metallrahmen 110 mit den eingebetteten Phasenwechselmodulen 108 verteilt und/oder gespeichert.
Im Gegensatz dazu wird, wie in 6B dargestellt, die Kühlung oder Wärmeabgabe des elektronischen Bauteils 104 während des Zeitraums der standardmäßigen/normalen stationären Wärmeabgabe oder Kühlung durch den zweiten Wärmeübertragungsweg 116 angezeigt. Der zweite Wärmeübertragungspfad 116 unterscheidet sich vom ersten Wärmeübertragungspfad 114, zumindest weil der Wärmeübertragungspfad 116 anzeigt, dass die Wärme von der elektronischen Komponente 104 während der Standard-/Normalzustandsbedingungen durch das Wärmerohr 118 verteilt/abgeleitet oder gespeichert wird. Somit ersetzt der Wärmeübertragungspfad 114, der die Verwendung von Phasenwechselmodulen 108 beinhaltet, den Wärmeübertragungspfad 116 entlang des Wärmerohrs 118 als primären oder dominanten Wärmeübertragungspfad während des Zeitraums der reduzierten Wärmeabgabe oder Kühlung. Auf diese Weise hat die Einbeziehung von Phasenwechselmodulen 108 in das Wärmemanagementsystem 200 der Leiterplattenanordnung 100 eine neutrale Auswirkung auf die normale/standardmäßige stationäre Wärmeableitung oder Kühlung oder wirkt sich zumindest nicht negativ darauf aus. Somit bietet der erste Wärmeübertragungspfad 114 einen zusätzlichen Vorteil für das Wärmemanagement der Leiterplattenanordnung 100. Darüber hinaus bietet das Wärmemanagementsystem 200, das den ersten Wärmeübertragungspfad 114 und den zweiten Wärmeübertragungspfad 116 umfasst, eine effizientere Kühlung und/oder Wärmeableitung, da der Pfad 114 so konfiguriert ist, dass er Temperaturschwankungen während des Phasenübergangs minimiert, und der Pfad 116 so konfiguriert ist, dass er eine Abnahme der thermischen Leistung während normaler stationärer Betriebsbedingungen abschwächt oder verhindert.
Mit Bezug nun zu 7A-7B wird eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Wärmemanagementsystems 200 umfassend zusätzlich oder optional einen Wärmeverteiler 142 und darin eingebettete Phasenwechselmodule 108 dargestellt. Der Wärmeverteiler 142 ist relativ zum elektronischen Bauteil 104 (wie in den 6A-6B dargestellt) und zum Metallrahmen 110 positioniert, so dass der Wärmeverteiler 142 in thermischem Kontakt mit dem elektronischen Bauteil 104 und/oder dem Metallrahmen 110 steht. In dieser Konfiguration bietet der Wärmeverteiler 142 einen Wärmeübertragungsweg 144 für die von der elektronischen Komponente 104 erzeugte Wärme. In einer beispielhaften Ausführungsform wird der Wärmeübertragungspfad 144 während der Periode der reduzierten Wärmeabgabe oder Kühlung bereitgestellt (6A). Darüber hinaus kann sich der Wärmeübertragungspfad 144 von einem anderen Wärmeübertragungspfad während eines Zeitraums mit standardmäßiger/normaler stationärer Wärmeableitung oder Kühlung unterscheiden, z. B. dem Wärmeübertragungspfad 116 (6B).
In einer beispielhaften Ausführungsform, wie in 7B dargestellt, ist der Wärmeverteiler 142 so konfiguriert, dass er die Wärme von einer lokalen Wärmequelle verteilt. Die lokale Wärmequelle kann eine elektronische Komponente 104 umfassen. Das elektronische Bauteil 104 kann neben dem Wärmeverteiler 142 angeordnet sein, so dass die Wärme vom elektronischen Bauteil 104 in einem zentral gelegenen Bereich 152 des Wärmeverteilers 142 bereitgestellt wird. Auf diese Weise verteilt der Wärmeverteiler 142 die Wärme vom zentralen Bereich 152 aus über einen durch den Wärmeverteiler 142 definierten Bereich. Die Wärmeverteilungsrate kann durch eine Wärmesenke (mit einem vorgegebenen Wärmeübertragungskoeffizienten) beeinflusst werden, die auf der gegenüberliegenden Seite des Wärmeverteilers 142 angeordnet ist.
Die Wärmeverteilungsrate nimmt mit zunehmendem Abstand von der lokalen Wärmequelle ab, da der Wärmewiderstand steigt. In einer beispielhaften Ausführungsform hat der Wärmeverteiler 142 eine quadratische Geometrie (wie in 7B gezeigt), so dass vier Ecken 150 am weitesten von dem zentral gelegenen Bereich 152 entfernt sind. Daher ist die Wärmeverteilungsrate an den vier Ecken 150 am geringsten, wodurch ein Wärmeübertragungspfad durch eine oder mehrere oder vier Ecken 150 im Allgemeinen weniger effektive Wärmeübertragungsregionen/-pfade (und daher mit niedrigerer Temperatur) des Wärmeverteilers 142 darstellt. Es sollte jedoch klar sein, dass der Wärmeverteiler 142 nicht auf eine quadratische Geometrie beschränkt ist. Der Wärmeverteiler 142 kann mindestens eine Stelle entlang des Außenumfangs aufweisen, die den weitesten Abstand vom zentralen Bereich 152 des Wärmeverteilers 142 aufweist. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann der Wärmeverteiler 142 eine rechteckige oder kreisförmige Geometrie haben, und die Phasenwechselmodule 108 können (wie in 7A gezeigt) entlang eines Außenumfangs des Wärmeverteilers 142 (z. B. entlang eines Umfangsrandes eines kreisförmigen Wärmeverteilers 142) eingekapselt werden. Ein Fachmann würde aus der vorliegenden Beschreibung verstehen, dass andere Geometrien (regelmäßig oder unregelmäßig) des Wärmeverteilers 142 von der Konstruktion der Leiterplattenanordnung 100 oder ihrer Komponenten (z. B. der elektronischen Komponente 104) abhängen können.
In der in 7A gezeigten beispielhaften Ausführungsform kann das Phasenwechselmodul 108 in mindestens eine der vier Ecken 150 eingekapselt werden, in denen Öffnungen oder Taschen 156 ausgebildet sind. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Metallschicht 130 über den Taschen 156 angeordnet werden, um die Phasenwechselmodule 108 in den Taschen 156 aufzunehmen. Insbesondere kann die Metallschicht 130 als ein Deckel oder eine Abdeckung dienen. In einem weiteren Beispiel kann die Metallschicht 130 aus Kupfer bestehen und durch Löten, Hartlöten, Schweißen oder thermisches Epoxidieren auf die Taschen 156 aufgebracht werden. Die Integration von Phasenwechselmodulen 108 in mindestens eine der vier Ecken 150 wirkt sich nicht nachteilig oder zumindest neutral auf die thermische Leistung mindestens eines Wärmeverteilers 142 unter stationären Betriebsbedingungen aus. Dies liegt daran, dass, wie oben erwähnt, der Wärmeverteiler 142 in Bezug auf die Wärmeverteilungsrate an den Stellen, die am weitesten von der lokalen Wärmequelle (Zentrum) entfernt sind, weniger effektiv ist.
Während eines Zeitraums mit verringerter Kühlung und/oder Wärmeableitung wird der Wärmeverteiler 142 weniger effektiv (d. h. aufgrund von Betriebsbedingungen wie großer Höhe, hoher Schwerkraft (G-Kraft), hoher Beschleunigung, Hyperschallgeschwindigkeit, intermittierenden Spitzenwerten bei der Nutzung der Rechenleistung oder einer Kombination davon) und die Temperatur beginnt zu steigen. Somit wird ein anderer Wärmeübertragungs- oder Wärmepfad, der sich vom Wärmeübertragungspfad durch den zentral gelegenen Bereich 152 des Wärmeverteilers 142 unterscheidet, zum primären oder dominanten Wärmeübertragungspfad, z. B. der Wärmepfad 144 (6A). Die in den Wärmeverteiler 142 eingekapselten Phasenwechselmodule 108 beginnen, Wärme zu absorbieren, während sie ihre Temperatur für eine bestimmte Zeit konstant halten. Auf diese Weise werden die Temperaturschwankungen während des Phasenübergangs minimiert. Zusätzlich oder optional wird ein Nachlassen der thermischen Leistung unter stationären Bedingungen abgeschwächt oder verhindert, da die Phasenwechselmodule 108 an Stellen integriert sind, die am weitesten von der lokalen Wärmequelle (Zentrum) entfernt sind und daher weniger effektiv bei der Wärmeabgabe oder -verteilung unter stationären Bedingungen sind.
8 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Wärmemanagementsystems 200, bei der ein oszillierendes Wärmerohr, wie das Wärmerohr 136, in den Wärmeverteiler 142 eingebettet ist. Wie in 8 dargestellt, umfasst das oszillierende Wärmerohr 136 eine erste Vielzahl von Kanälen 132, die ein erstes Kanalmuster, z. B. ein Serpentinenmuster, bilden. Das oszillierende Wärmerohr 136 umfasst ferner eine zweite Vielzahl von Kanälen 134, die ein zweites Kanalmuster, z. B. ein schlangenförmiges Kanalmuster, bilden, so dass das zweite Kanalmuster in Räumen des oszillierenden Wärmerohrs 136 gebildet wird, die von dem durch die erste Vielzahl von Kanälen 132 gebildeten ersten Kanalmuster nicht belegt sind. Das Material der Phasenwechselmodule 108 ist so konfiguriert, dass es über die zweite Vielzahl von Kanälen 134 des oszillierenden Wärmerohrs 136 verteilt wird. Eine solche Verteilung kann während des Zeitraums der reduzierten Wärmeabgabe oder Kühlung aktiviert werden. In dieser Konfiguration beeinträchtigt die zweite Mehrzahl von Kanälen 134, die ein Phasenwechselmaterial wie das in den Phasenwechselmodulen 108 verwendete enthalten, nicht die erste Mehrzahl von Kanälen 132, die ein Arbeitsfluid zur Wärmeabfuhr und/oder Kühlung während normaler stationärer Bedingungen enthalten. Somit hat die Integration des Phasenwechselmaterials in das oszillierende Wärmerohr 136 und/oder den Wärmeverteiler 142 keine unerwünschten Auswirkungen auf die Wärmeableitung und/oder Kühlung unter normalen stationären Bedingungen oder wirkt sich zumindest neutral aus.
Obwohl die Erfindung hier unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wird, soll die Erfindung nicht auf die gezeigten Details beschränkt werden. Vielmehr können verschiedene Modifikationen in den Details innerhalb des Geltungsbereichs und des Bereichs der Äquivalente der Ansprüche und ohne Abweichung von der Erfindung vorgenommen werden.

Claims

Wärmemanagementsystem für eine Wärmequelle, die mindestens ein elektronisches Bauteil umfasst, wobei das Wärmemanagementsystem Folgendes umfasst: ein oder mehrere Phasenwechselmodule mit Phasenwechselmaterial zur Verteilung und Speicherung von Wärme; einen Metallrahmen, der in thermischem Kontakt mit dem mindestens einen elektronischen Bauteil steht und mindestens eine Öffnung zur Aufnahme des einen oder der mehreren Phasenwechselmodule aufweist; und eine Wärmeübertragungsvorrichtung in thermischem Kontakt mit einem oder mehreren der mindestens einen elektronischen Komponente und dem Metallrahmen, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung einen ersten Wärmeübertragungspfad bereitstellt.
Wärmemanagementsystem nach Anspruch 1, wobei das eine oder die mehreren Phasenwechselmodule so konfiguriert sind, dass sie die Wärme während einer Periode verringerter Wärmeabgabe oder Kühlung verteilen und speichern.
Wärmemanagementsystem nach Anspruch 2, wobei der erste Wärmeübertragungspfad während der Periode reduzierter Wärmeabgabe oder Kühlung vorgesehen ist und der erste Wärmeübertragungspfad sich von einem zweiten Wärmeübertragungspfad während einer Periode standardmäßiger stationärer Wärmeabgabe oder Kühlung unterscheidet.
Wärmemanagementsystem nach Anspruch 1, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung mindestens ein Wärmerohr umfasst, das neben dem Metallrahmen angeordnet ist, so dass das eine oder die mehreren Phasenwechselmodule, die in den Metallrahmen eingebettet sind, über, unter, auf einer oder mehreren Seiten des mindestens einen Wärmerohrs oder einer Kombination davon angeordnet sind.
Wärmemanagementsystem nach Anspruch 4, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung mindestens einen Wärmeverteiler umfasst, der neben dem mindestens einen elektronischen Bauteil angeordnet ist.
Wärmemanagementsystem nach Anspruch 5, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung ein oszillierendes Wärmerohr mit einer ersten Vielzahl von Kanälen umfasst, die in den mindestens einen Wärmeverteiler eingebettet sind und ein erstes Kanalmuster bilden.
Wärmemanagementsystem nach Anspruch 6, wobei das oszillierende Wärmerohr ferner eine zweite Vielzahl von Kanälen umfasst, die ein zweites Kanalmuster bilden, so dass das zweite Kanalmuster in Räumen gebildet wird, die von dem ersten Kanalmuster nicht belegt werden.
Wärmemanagementsystem nach Anspruch 7, wobei die zweite Vielzahl von Kanälen so konfiguriert ist, dass sie das eine oder die mehreren Phasenwechselmodule aufnehmen.
Wärmemanagementsystem nach Anspruch 5 umfasst ferner eine Metallschicht zur Aufnahme des einen oder der mehreren Phasenwechselmodule innerhalb der mindestens einen Öffnung des Metallrahmens.
Wärmemanagementsystem nach Anspruch 9, wobei die Metallschicht Kupfer umfasst und durch Löten, Hartlöten, Schweißen oder thermisches Epoxid über der mindestens einen Öffnung des Metallrahmens angeordnet ist.
Wärmemanagementsystem nach Anspruch 9, wobei die mindestens eine Öffnung des Metallrahmens eine Tasche umfasst.
Wärmemanagementsystem nach Anspruch 11, wobei die mindestens eine Öffnung des Metallrahmens eine T-förmige Tasche umfasst, wobei die T-förmige Tasche ein Paar von Leisten zur Aufnahme der Metallschicht aufweist.
Wärmemanagementsystem nach Anspruch 1, wobei der Metallrahmen Aluminium, Kupfer oder Legierungen davon umfasst.
Wärmemanagementsystem nach Anspruch 2, wobei die Periode verringerter Wärmeabfuhr oder Kühlung auf Betriebsbedingungen zurückzuführen ist, die eine große Höhe, hohe Beschleunigung, Hyperschallgeschwindigkeit, intermittierende Spitzenwerte bei der Nutzung der Rechenleistung oder eine Kombination davon umfassen.
Leiterplattenanordnung, die Folgendes umfasst: eine Leiterplatte mit mindestens einem elektronischen Bauteil, das Wärme erzeugt; ein oder mehrere Phasenwechselmodule mit Phasenwechselmaterialien zur Verteilung und Speicherung von Wärme; einen Metallrahmen, der mit der Leiterplatte verbunden ist und in thermischem Kontakt mit dem mindestens einen elektronischen Bauteil steht, wobei der Metallrahmen ferner mindestens eine Öffnung zur Aufnahme des einen oder der mehreren Phasenwechselmodule aufweist; und eine Wärmeübertragungsvorrichtung, die in thermischem Kontakt mit einem oder mehreren der mindestens einen elektronischen Komponente und dem Metallrahmen steht, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung einen ersten Wärmeübertragungsweg bildet.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 15, wobei das eine oder die mehreren Phasenwechselmodule so konfiguriert sind, dass sie die Wärme während einer Periode verringerter Wärmeabgabe oder Kühlung verteilen und speichern.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 16, wobei der erste Wärmeübertragungspfad während der Periode reduzierter Wärmeableitung oder Kühlung vorgesehen ist und der erste Wärmeübertragungspfad sich von einem zweiten Wärmeübertragungspfad während einer Periode standardmäßiger stationärer Wärmeableitung oder Kühlung unterscheidet.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 15, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung mindestens ein Wärmerohr umfasst, das neben dem Metallrahmen angeordnet ist, so dass das eine oder die mehreren in den Metallrahmen eingebetteten Phasenwechselmodule über, unter, auf einer oder mehreren Seiten des mindestens einen Wärmerohrs oder einer Kombination davon angeordnet sind.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 18, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung mindestens einen Wärmeverteiler umfasst, der neben dem mindestens einen elektronischen Bauteil angeordnet ist.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 19, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung ein oszillierendes Wärmerohr mit einer ersten Vielzahl von Kanälen umfasst, die in den mindestens einen Wärmeverteiler eingebettet sind und ein erstes Kanalmuster bilden.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 20, wobei die oszillierende Wärmeröhre ferner eine zweite Vielzahl von Kanälen umfasst, die ein zweites Kanalmuster bilden, so dass das zweite Kanalmuster in Räumen gebildet wird, die von dem ersten Kanalmuster nicht belegt sind.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 21, wobei die zweite Mehrzahl von Kanälen so konfiguriert ist, dass sie das eine oder die mehreren Phasenwechselmodule aufnehmen.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 19 umfasst ferner eine Metallschicht zur Aufnahme des einen oder der mehreren Phasenwechselmodule innerhalb der mindestens einen Öffnung des Metallrahmens.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 23, wobei die Metallschicht Kupfer umfasst und durch Löten, Hartlöten, Schweißen oder thermisches Epoxid über einer oder mehreren der mindestens einen Öffnung des Metallrahmens angeordnet ist.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 23, wobei die mindestens eine Öffnung des Metallrahmens eine Tasche umfasst.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 25, bei der die mindestens eine Öffnung des Metallrahmens eine T-förmige Tasche umfasst, wobei die T-förmige Tasche ein Paar von Leisten zur Aufnahme der Metallschicht aufweist.
Die Leiterplattenanordnung nach Anspruch 15, wobei der Metallrahmen Aluminium, Kupfer oder deren Legierungen umfasst.
Leiterplattenanordnung nach Anspruch 16, wobei die Periode verringerter Wärmeabgabe oder Kühlung auf Betriebsbedingungen zurückzuführen ist, die große Höhe, hohe Beschleunigung, Hyperschallgeschwindigkeit, intermittierende Rechenleistung oder eine Kombination davon umfassen.
Verfahren zur Herstellung einer Leiterplattenanordnung, die mindestens ein elektronisches Bauteil umfasst, das Wärme erzeugt, wobei das Verfahren umfasst: (a) Ausbilden mindestens einer Öffnung in einem Metallrahmen zur Aufnahme des mindestens einen elektronischen Bauteils; (b) Ausbilden mindestens einer Öffnung in dem Metallrahmen zur Aufnahme eines oder mehrerer Phasenwechselmodule, wobei das eine oder die mehreren Phasenwechselmodule Phasenwechselmaterial zur Verteilung und Speicherung von Wärme umfassen; (c) Füllen der mindestens einen Öffnung mit einem oder mehreren Phasenwechselmodulen; und (d) Anbringen einer Metallschicht über der mindestens einen Öffnung, um das eine oder die mehreren Phasenwechselmodule in der mindestens einen Öffnung des Metallrahmens aufzunehmen.
Verfahren nach Anspruch 29, das ferner einen Schritt umfasst, bei dem mindestens eine Nut in dem Metallrahmen ausgebildet wird, um eine Oberfläche einer Wärmeübertragungsvorrichtung zu berühren, so dass die Wärmeübertragungsvorrichtung in thermischem Kontakt mit mindestens einer elektronischen Komponente und dem Metallrahmen steht, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung ferner einen ersten Wärmeübertragungspfad bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung mindestens ein Wärmerohr umfasst, wobei das mindestens eine Wärmerohr zumindest teilweise innerhalb der Nut angeordnet ist, so dass das eine oder die mehreren in den Metallrahmen eingebetteten Phasenwechselmodule oberhalb, unterhalb, an einer oder mehreren Seiten des mindestens einen Wärmerohrs oder einer Kombination davon angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei die mindestens eine Öffnung des Metallrahmens eine T-förmige Tasche umfasst, wobei die T-förmige Tasche ein Paar von Leisten zur Aufnahme der Metallschicht aufweist.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei das eine oder die mehreren Phasenwechselmodule so konfiguriert sind, dass sie während eines Zeitraums mit reduzierter Wärmeabgabe oder Kühlung Wärme verteilen und speichern.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei der erste Wärmeübertragungsweg während der Periode reduzierter Wärmeableitung oder Kühlung vorgesehen ist und der erste Wärmeübertragungsweg sich von einem zweiten Wärmeübertragungsweg während einer Periode standardmäßiger stationärer Wärmeableitung oder Kühlung unterscheidet.