DE19537633A1 - Wärmeleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeleiter gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1. Ein solcher Wärmeleiter ist bereits aus der DE 40 04 457 A1 bekannt.

Wärmeleiter dieser Art werden bevorzugt in elektronischen oder elektrischen Schaltungen eingesetzt, um einzelne Bau­ teile mit separaten Kühlkörpern zu verbinden. Denkbar ist aber auch ihr Einsatz in anderen Anwendungsbereichen, in denen einzelne Bauteile, die sich im Betrieb erwärmen, mit separaten Kühlkörpern zu verbinden sind.

Bei der aus der DE 40 04 457 A1 bekannten Lösung wird eine thermische Verbindung zwischen einem zu kühlenden Bauele­ ment und einem separaten Kühlkörper hergestellt, in dem eine Wärmekontaktplatte durch eine Spiralfeder gegen das zu kühlende elektronische Bauteil drückt, das auf einer Leiterplatte montiert ist, die in einem Gehäuse unterge­ bracht ist. Die Wärmekontaktplatte wiederum ist über zwei flache Kupferlitzenbänder, die an der Wärmekontaktplatte angebracht und jeweils bogenförmig geformt sind, diese mit dem Gehäusedeckel verbinden, der hier als separater Kühl­ körper für das Bauteil dient.

Diese bekannte Lösung eignet sich jedoch - für sich allein genommen - im allgemeinen nicht als Temperaturregelung für ein temperaturabhängiges arbeitendes und Verlustwärme er­ zeugendes Bauteil (wie z. B. einer IMPATT-Diode), das mit­ tels einer Zusatzheizung erst auf eine bestimmte Betriebs­ temperatur gebracht und dort gehalten werden muß. Die wäh­ rend des Betriebs entstehende Verlustwärme muß abgeführt werden, da sich sonst das Bauteil bei konstanter Heizlei­ stung überhitzen würde, was auf Dauer oder bei Erreichen einer kritischen Temperatur zur Zerstörung des Bauteils bzw. der Anordnung, in der das Bauteil eingebaut ist, führen würde. Eine dauerhafte thermische Verbindung des Bauteils mit einem externen Kühlkörper, wie sie in der DE 40 04 457 A1 beschrieben wird, führt zwar die anfallende Verlustwärme sehr effektiv ab, gleichzeitig aber auch die für den Betrieb des Bauteils benötigte Heizenergie.

Denkbar wären hier Lösungen, bei denen die Heizleistung und/oder der Grad einer ,forcierten Kühlung (z. B. durch ein Gebläse) in Abhängigkeit von der Bauteiltemperatur gere­ gelt wird/werden. Dies ist aber mit großem Aufwand ver­ bunden und scheidet in vielen Anwendungen aufgrund des damit verbundenen Kostenaufwands/Platzbedarfs als wirt­ schaftlich sinnvolle Lösung aus.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Wärmeleiter zu schaffen, der auf möglichst einfache Weise eine thermi­ sche Kopplung bzw. Entkopplung von zu kühlenden Bauteilen einerseits und Kühlkörpern andererseits ermöglicht, um der Gefahr der Überhitzung des Bauteils wirkungsvoll begegnen zu können.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 wiedergegeben. Die übrigen Ansprüche ent­ halten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfin­ dung.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mit sehr geringem Aufwand eine thermische Kopplung herge­ stellt werden kann, wenn die Gefahr der Überhitzung des Bauteils besteht, so daß eine sehr einfache (passive) Tem­ peraturregelung für das Bauteil möglich ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß eine solche Temperaturregelung unempfindlich ist gegenüber Störeinflüssen und somit sehr zuverlässig und sicher arbeitet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Figur zeigt ein temperaturabhängig arbeitendes elek­ tronisches Bauteil 1 (z. B. eine IMPATT-Diode), das mittels einer Zusatzheizung 6 auf die gewünschte vorgegebene Be­ triebstemperatur gebracht wird.

Eine Wärmekontaktplatte 4 ist mittig auf einem flachen und gut wärmeleitenden Litzenband 3 (z. B. aus Kupfer oder Sil­ ber) angeordnet. Das Litzenband 3 ist mit seinen Enden an einem Kühlkörper 2 befestigt.

Die Wärmekontaktplatte 4 ist über zwei - thermisch schlecht leitende - Bogenfedern 5 mit dem Bauteil verbun­ den. Die Bogenfedern 5 bestehen z. B. aus Bimetall oder einer Gedächtnismetallegierung.

Die Federn drücken in "kaltem" Zustand, d. h. bei Tempera­ turen kleiner oder gleich der Betriebstemperatur die Wär­ mekontaktplatte 4 von dem Bauteil 1 weg, so daß zwischen Bauteil 1 und Wärmekontaktplatte 4 kein thermisch-mecha­ nischer Kontakt besteht (in der Figur gestrichelt gezeich­ net (Bauteile 3, 4 und 5)).

Übersteigt die aktuelle Betriebstemperatur (Ist-Wert) des Bauteils 1 die vorgegebene Betriebstemperatur (Soll-Wert), besteht also die Gefahr der Überhitzung des Bauteils 1, bewirkt das Bimetall bzw. die Gedächtnismetallegierung der beiden Federn 5, daß sich diese zusammenziehen und dadurch die Wärmekontaktplatte 4 mechanisch an das Bauteil 1 an­ drücken, d. h. Bauteil 1 und Wärmekontaktplatte 4 ther­ misch-mechanisch koppeln (in der Figur mit durchzogenen Linien gezeichnet (Bauteile 3, 5, 5)).

Nun kann die überschüssige Wärmeenergie von Bauteil 1 über die Wärmekontaktplatte 4 und das Litzenband 3 auf den Kühlkörper 2 übertragen werden mit der Folge, daß sich das Bauteil 1 abkühlt.

Mit dem Abkühlprozeß einher geht ein mechanischer Entspan­ nungsprozeß in den beiden Federn 5, so daß spätestens bei Erreichen der vorgegebenen Betriebstemperatur das Bauteil 1 und die Wärmekontaktplatte 4 wieder thermisch-mechanisch entkoppelt sind.

Auf diese Art und Weise ist eine sehr einfache (positive) Temperaturregelung des Bauteils 1 möglich, die dafür sorgt, daß das Bauteil während des Betriebs auf der ge­ wünschten Betriebstemperatur hält und damit der Gefahr der Überhitzung des Bauteils effektiv vorbeugt.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das geschil­ derte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern sinnge­ mäß auch auf andere übertragbar ist.

So ist es z. B. möglich, in den Federn (5 in der Figur) einen thermischen Isolator (z. B. einen Holzklotz) ein­ zufügen, um bei thermischer Entkopplung des Bauteils vom Kühlkörper keine unerwünschten thermischen "Kriechströme" über die Federn zu leiten.

Claims (4)

1. Wärmeleiter, der zur thermischen Verbindung eines Bau­ teils (1) mit einem Kühlkörper (2) vorgesehen ist und der eine Wärmekontaktplatte (4) aufweist, die durch federnde Elemente (5) an das Bauelement (1) angedrückt ist und über eine oder mehrere flexible metallische Litzen (3) ther­ misch leitend mit dem Kühlkörper (2) verbunden ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die federnden Elemente (5) aus Bimetall oder einer in ihrer Formgebung temperaturabhängi­ gen Gedächtnismetallegierung bestehen.

2. Wärmeleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Litze (3) als flaches Kupfer- oder Silberlitzenband realisiert ist, daß die Wärmekontakt­ platte (4) mittig auf dem Litzenband (3) angeordnet ist und daß das Litzenband (3) in seinen Abmessungen so be­ messen ist, daß die thermische Verbindung zwischen Bauteil (1) und Wärmekontaktplatte (4) durch die federnden Elemente (5) unterbrechbar ist.

3. Wärmeleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Elemente (5) an mindestens zwei sich gegenüberliegenden Seiten des Bauteils (1) angeordnet sind und jeweils das Bauteil (1) mit der Wärmekontaktplatte (4) verbinden.

4. Wärmeleiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei federnde Elemente (5) vorgesehen sind und daß die beiden federnden Elemente (5) jeweils mindestens einen Dehnungsbogen aufweisen.