DE19624475A1 - Vorrichtung zum Temperieren elektronischer Bauteile - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Temperieren elektronischer Bauteile, die auf einem in einem Gehäuse eingebauten Träger sitzen.

Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, den Träger im Bereich der Bauteile mit einem Kissenelement aus einem elektrisch isolierenden, elastisch nachgiebigen Material zu versehen, das zusätzlich allein oder in Verbindung mit einer separaten Drückeinrichtung den Wärmekontakt mit den Bauteilen herstellt. Es ist dabei nicht vorgesehen, den Träger in einem Gehäuse einzubauen (vgl. DE 41 11 247 C2).

Es ist ferner bekannt, elektronische Bauteile mit Hilfe einer Paste mit guter Wärmeleitfähigkeit zu temperieren, wobei die Paste auf eine Kunststoffolie gegossen wird. Diese ist in einem vorbereitenden Arbeitsgang als Umhüllung für die Bauteile und ihren Träger aufgebracht und dabei ist eine wärmeleitende Verbindung durch Evakuieren der Umhüllung hergestellt worden. Anschließend wird eine Metallplatte zur Bildung eines Kühlkörpers auf die Paste aufgebracht (vgl. EP 0485308 B1). Dieses Verfahren ist aufwendig und für eine Großserienfertigung nur bedingt geeignet. Ist es erforderlich, den Träger in einem Gehäuse anzuordnen, so ergibt sich dadurch auch ein hohes Gewicht durch die dabei verwendete Metallplatte, die im Bereich der Trägerwand anzuordnen ist. Hinzu kommt das Problem der Wärmeleitung zwischen der Metallplatte und der Gehäusewand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch einen geringen Herstellungsaufwand bei gleichzeitig gutem Wirkungsgrad auszeichnet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Der Körper kann außerhalb des Trägers und des Gehäuses vorbereitet werden und während des Einbaus des Trägers zwischen diesem und der Gehäusewand angeordnet werden. Hierzu ist keine gesonderte Befestigung erforderlich. Bei entsprechender konstruktiver Gestaltung wird der Körper durch die und mit Hilfe der Fixierungseinrichtungen des Trägers im Gehäuse ebenfalls fixiert. Eine besondere Anpassung der Form des Körpers an die jeweiligen Gegebenheiten ist nur insoweit erforderlich, als beispielsweise die Flächenausdehnung und die Höhe des Körpers an den jeweiligen Einsatzzweck anzupassen sind. Es kann dabei mit weitgehend standardisierten Teilen gearbeitet werden. Durch die dadurch mögliche Großserienproduktion ergibt sich eine geringe Kostenbelastung. Bedingt durch den sich natürlicherweise ergebenden luftdichten Abschluß bzw. die luftdichte Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Körper bzw. dem Körper und dem Träger ergeben sich gute Wärmeleiteigenschaften. Die Vorrichtung ermöglicht es dadurch, elektronische Bauteile in thermisch hochbelasteten Umgebungen einzusetzen.

Weitere konstruktive Ausgestaltungen, die den Nutzen der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch weiter erhöhen, sind Gegenstand der Patentansprüche 1 bis 5.

Die Verwendung von Polyurethan als elastische Umhüllung verringert die Fertigungskosten weitgehend. Da Polyurethan-Folien hinsichtlich ihrer elastischen Eigenschaften hinreichend untersucht sind, ergibt sich damit eine besonders vorteilhafte Möglichkeit, beispielsweise die Stärke der Umhüllung an die auftretenden mechanischen Belastungen anzupassen.

Die Verwendung eines Thermogel führt bei niedriger Gewichtsbelastung zu einer guten wärmeleitenden Verbindung zwischen den elektronischen Bauteilen, dem Träger und der Gehäusewand.

So ist es nicht erforderlich, die Form des Trägers an den Aufbau und die Anordnung der elektronischen Bauteile auf dem Träger anzupassen. Werden innerhalb des Körpers Öffnungen vorgesehen, in die hervorstehende Bauteile auf den Träger eingreifen, so ergibt sich dabei die Möglichkeit, den Körper an seinem Einsatzort zu fixieren. Dadurch wird auch bei hoher mechanischer Belastung eine gleichbleibende Funktionsfähigkeit des Körpers erzielt.

Schließlich kann das Material zumindest abschnittsweise elektrisch leitend und mit Elektroden versehen sein. Entsprechend den thermoelektrischen Eigenschaften des Materials ist es damit möglich, das Material auch zur Temperierung im Sinne einer Erwärmung der Bauteile einzusetzen. Dadurch ergibt sich auch die Möglichkeit, mit Hilfe des Körpers den elektronischen Bauteilen Wärme zuzuführen. Die Bauteile können dann auch bei Außentemperaturen eingesetzt werden, bei denen ansonsten ihre Funktionsfähigkeit nicht gewährleistet ist. Mit Hilfe der Elektroden und des elektrisch leitenden Materials können die Bauteile vor ihrer Inbetriebnahme auf die erforderliche Mindesttemperatur gebracht werden.

Anhand der Zeichnung ist die Erfindung weiter verdeutlicht. Die einzige Figur zeigt ausschnittsweise eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Temperieren elektronischer Bauteile.

Die Bauteile sitzen auf einer ausschnittsweise gezeigten Leiterplatte 1 und sind als Verbraucher 2 bezeichnet. Die Leiterplatte sitzt innerhalb eines Gehäuses, das ebenfalls ausschnittsweise dargestellt ist und dessen Ausschnitt als Kühlfläche 3 bezeichnet ist.

Zwischen der aus Leiterplatte 1 und Verbraucher 2 bestehenden Baueinheit und der Kühlfläche 3 befindet sich ein Körper 6, der die Funktion eines Kühlkissens übernimmt und der im wesentlichen aus einem elastischen Hüllenmaterial 4 sowie einer darin eingeschlossenen wärmeleitenden Paste 5 besteht. Das Hüllenmaterial 4 besteht aus Polyurethan und ist wie die wärmeleitende Paste 5 verformbar. Damit ist es möglich, mit Hilfe des Körpers 6 den gesamten Raum zwischen der Baueinheit 1/2 und der Kühlfläche 3 praktisch luftdicht auszufüllen. Dadurch ergibt sich ein guter thermischer Kontakt zwischen der Oberfläche der Baueinheit 1/2 und der Kühlfläche 3 mit der Folge einer gleichmäßigen Wärmeabfuhr von den Verbrauchern 2 und der Leiterplatte 1 zur Kühlfläche 3. Wärmenester lassen sich dadurch mit Sicherheit ausschließen. Auch bei längerem Betrieb der Verbraucher und/oder bei Einsatz der dargestellten Vorrichtung in thermisch hochbelasteter Umgebung kommt es zu einer Nivellierung des gesamten Temperaturniveaus im Bereich der Verbraucher 2 sowie einer Vermeidung von Temperaturspitzen selbst bei starker Wärmeentwicklung der Verbraucher 2.

Nicht dargestellt ist die Möglichkeit, innerhalb des Körpers 6 einen Heizkörper, beispielsweise in Form einer Heizspirale mit einer kontaktlosen Energiezufuhr bzw. mit durch das elastische Hüllenmaterial 4 hindurchgeführten Anschlußelektroden vorzusehen. Damit ist es möglich, bei Einsatz der dargestellten Vorrichtung in kalter Umgebung das Temperaturniveau des Körpers 6 und damit der Verbraucher 2 und der Leiterplatte 1 anzuheben und auch bei tiefen Temperaturen den Einsatz der dargestellten Vorrichtung zu ermöglichen. Auch hier sorgt die wärmeleitende Paste für eine gleichmäßige Energieverteilung und Energieabfuhr vom Heizkörper hin zu den Verbrauchern 2 und zur Leiterplatte 1. Eine derartige Vorrichtung ist bei eingeschalteter Heizung in kalter Umgebung und bei selbstverständlich ausgeschalteter Heizung in thermisch hochbelasteter Umgebung einzusetzen. Der Betrieb der geschilderten Heizeinrichtung kann temperaturgesteuert vorgesehen sein, um Energie im Heizbetrieb nur dann zu verbrauchen, wenn dies tatsächlich erforderlich ist.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Temperieren elektronischer Bauteile, die auf einem in einem Gehäuse eingebauten Träger sitzen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Träger (1) und der Gehäusewand (3) ein Körper (6) angeordnet ist, der eine geschlossene elastische Umhüllung (4) mit darin befindlichem wärmeleitenden Material (5) besitzt und daß der Körper weitgehend luftdicht an dem Träger und der Gehäusewand anliegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Umhüllung (4) aus Polyurethan besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeleitende Material (5) ein Thermogel ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper Öffnungen aufweist, in die hervorstehende Bauteile (2) auf dem Träger (1) eingreifen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (5) elektrisch leitend und mit Elektroden verbunden ist.