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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Leiterplattenanordnung
und im Speziellen eine gestapelte Leiterplattenanordnung mit verbesserter
Wärmeableitung.
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Hintergrund der Erfindung
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Auf
dem Gebiet der EDV besteht ein ständig wachsender Bedarf an umfagreicherer
und schnellerer Datenverarbeitung. Zur Abdeckung dieses Bedarfs
hat es viele bedeutende Fortschritte im Hinblick auf die Konstruktion
schnellerer und komplexerer Prozessoren, anwendungsspezifischer
integrierter Schaltungen (application specific integrated circuits, ASICs)
und dergleichen gegeben. Solche komplexen Schaltkreise nutzen manchmal
die Verwendung mehrerer paralleler Prozessoren und Hilfsschaltungen.
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Erhöhte Verarbeitungsgeschwindigkeiten sind
oft mit der Notwendigkeit verbunden, die Kommunikationsgeschwindigkeit über Signalpfade
zwischen einem Prozessor und anderen Prozessoren oder anderen Hilfsschaltungen
zu erhöhen.
Bei höheren
Kommunikationsgeschwindigkeiten gewinnen jedoch Übertragungsleitungs-Effekte der Signalpfade an
Bedeutung. Diese Übertragungsleitungs-Effekte, wie
zum Beispiel Signalverzögerung,
können
jedoch durch Verkürzung
der Länge
der Signalpfade reduziert werden.
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Außerdem wird,
während
die Taktfrequenz der Elektronik erhöht wird, der physische Abstand zwischen
Komponenten auf einem Datenpfad immer kritischer. Dieser physische
Abstand ist besonders wichtig zwischen einem integrierten Schaltkreis,
wie zum Beispiel einem ASIC, und einer Speicherbaugruppe, wie zum
Beispiel einem Cache-Speicher, die mit dem integrierten Schaltkreis
verbunden ist. Der physische Abstand zwischen solchen Komponenten wird
die Zugriffszeit und daher die Leistung der resultierenden Schaltkreisanordnung
beeinflussen.
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Ein
Verfahren zum Reduzieren des physischen Abstands zwischen den Schaltkreis-Komponenten
besteht darin, die Leiterplatte, auf der sie angeordnet sind, zu
stapeln. Zum Beispiel kann der Signalpfad zwischen einer ersten
Komponente auf einer ersten Leiterplatte und einer zweiten Komponente
auf einer zweiten Leiterplatte durch das Stapeln der ersten und
der zweiten Leiterplatte reduziert werden. Zusätzlich zum Verkürzen der
Signalpfade ermöglicht
es das Stapeln von Leiterplatten den Herstellern, Schaltkreis-Baugruppen
auf einzelne Leiterplatten zu verteilen, kleinere, kostengünstigere Schaltkreis-Baugruppen
herzustellen, die Konfigurierbarkeit und Ausbaufähigkeit zu verbessern und andere
Vorteile einer solchen Konstruktion zu erzielen.
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Wenn
Leiterplatten gestapelt werden, wird jedoch möglicherweise die Luftströmung eingeschränkt, so
dass es schwierig wird, die Schaltkreis-Komponenten auf den Leiterplatten
geeigneten zu kühlen.
Wenn die Kühlfähigkeit
nicht verbessert wird, können
höhere
Betriebstemperaturen zum vorzeitigen Ausfall von Schaltkreis-Komponenten
führen.
Eine mögliche
Alternative, das Umlenken der Luftströmung, kann auf Grund anderer
Konstruktions-Erfordernisse unmöglich
oder zu kostspielig sein.
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US-A-4
583 149 offenbart eine Vorrichtung zur Wärmeableitung von Leiterplatten.
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Es
wurden Versuche unternommen, die Wärmeableitung von einer Leiterplatte
zu verbessern. Zum Beispiel beschreibt das US-Patent Nr. 5,014,904
von Morton ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ableiten von Wärme von
Leiterplatten und darauf montierten elektronischen Geräten. Die Leiterplatten
sind mit Öffnungen
zur Aufnahme von Wärmeleiter-Pads
ausgestattet. Ein Ende jedes Wärmeleiter-Pads
ist mit dem Boden eines elektronischen Gerätes sicher verbunden, das an
einer Seite einer Leiterplatte montiert ist. Das gegenüberliegende
Ende des Wärmeleiter-Pads
steht im Kontakt mit einer kalten Platte, die auf die gegenüberliegende Seite
der Leiterplatte montiert ist.
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Das
US-Patent Nr. 4,628,407 von August u.a. beschreibt eine Schaltkreis-Baugruppe,
die elektronische Geräte
einschließt,
welche auf einer Leiterplatte montiert sind. Die Leiterplatte schließt leitende Pads
und durchkontaktierte Löcher ein,
die einen leitenden Strömungspfad
von jedem elektronischen Gerät
zur gegenüberliegenden
Seite der Leiterplatte bilden. Die Wärme-Pads und durchkontaktierten
Löcher
können
zur besseren Wärmeverteilung
mit der Basis-Schicht der Leiterplatte verbunden sein.
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Dennoch
besteht eine Notwendigkeit, das Kühlen von Leiterplatten, die übereinander
gestapelt sind, zu verbessern. Dementsprechend ist es ein Ziel dieser
Erfindung, eine verbesserte gestapelte Leiterplattenanordnung bereitzustellen,
die für
verbesserte Wärmeableitung
ausgebildet ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese
Erfindung, wie in Anspruch 1 definiert, erreicht die oben erwähnten Ziele
durch Bereitstellen einer Leiterplattenanordnung, die spezifisch
zur Ableitung von Wärme
ausgebildet ist. Die Anordnung schließt Leiterplatten ein, die in
beabstandeten Ebenen ausgerichtet sind, die sich im Wesentlichen
parallel zueinander erstrecken, so dass die Leiterplatten zwischen
sich einen Zwischenraum bestimmen. Die Leiterplatten sind miteinander
verbunden und ein Wärmeübertragungsmittel,
wie zum Beispiel ein Leiter, der mit den Leiterplatten verbunden
ist, überträgt Wärme zwischen
ihnen. Ein Wärmeableitungsmittel, wie
zum Beispiel ein Kühlkörper, der
mit mindestens einer der Leiterplatten verbunden ist, leitet zumindest einen
Teil der übertragenen
Wärme ab.
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Gemäß einem
Aspekt der Verbindung schließt
die Anordnung vorzugsweise einen Anschluss ein, der mit einer der
Leiterplatten verbunden ist, und einen passenden Anschluss, der
mit der anderen Leiterplatte verbunden ist. Die bevorzugten Anschlüsse sind
ausgebildet, um ineinander zu passen, um den Zwischenraum zwischen
den Leiterplatten zu überbrücken und
um die Leiterplatten zur Übertragung
elektrischer Signale miteinander zu verbinden. Die Anschlüsse können entlang
einer Achse verlängert
sein, die im Wesentlichen parallel zu den Leiterplatten ist, wodurch
ein vorhandener Luftstrom-Pfad blockiert wird, ohne dass die Wärmeableitung
gemäß dieser
Erfindung behindert wird.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Leiterplattenanordnung gemäß einer
exemplarischen Ausführungsform
dieser Erfindung;
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2 ist
eine Draufsicht eines Kühlkörpers, der
zur Verwendung in einer Leiterplattenanordnung gemäß einer
exemplarischen Ausführungsform
dieser Erfindung ausgebildet ist;
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3 ist
eine Seitenansicht der Leiterplattenanordnung, die in 1 dargestellt
ist, mit einem Teil-Querschnitt, der eine exemplarische Ausführungsform
dieser Erfindung darstellt;
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4 ist
eine Querschnitts-Seitenansicht eines Teils der in 1 dargestellten
Leiterplattenanordnung, die exemplarische Wärmeleitungen gemäß Aspekten
dieser Erfindung darstellt.
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5 ist
eine Draufsicht einer Ausführungsform
einer Leiterplatte, die in einer Leiterplattenanordnung gemäß dieser
Erfindung verwendet werden kann.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Bevorzugte
Aspekte dieser Erfindung werden nun mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen
beschrieben, die zur Verdeutlichung in den Zeichnungen ausgewählt wurden.
Es versteht sich, dass diese Erfindung nicht in ihrem Geist oder
Schutzumfang auf die Ausführungsformen
beschränkt
ist, die zur Verdeutlichung und Beschreibung hierin ausgewählt wurden.
Stattdessen ist die Erfindung separat in den beigefügten Ansprüchen definiert.
Es wird auch erkannt, dass die verschiedenen Zeichnungen nicht in
Proportion oder maßstabgerecht
sein sollen.
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Mit
Bezug auf 1 wird eine Leiterplattenanordnung 100 gemäß einer
exemplarischen Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. Die Leiterplattenanordnung 100 schließt eine
erste Leiterplatte 110, eine zweite Leiterplatte 111 und
eine dritte Leiterplatte 112 ein. Die erste Leiterplatte 110 kann
eine Haupt-Leiterplatte, eine Hauptplatine oder eine Grundplatine
sein. Die Leiterplatten 111 und 112 können Aufsteckkarten
oder Aufsteckmodule sein, die mechanisch und elektrisch mit der
Leiterplatte 110 und miteinander verbunden sind. Auf jeder
Leiterplatte 110, 111 und 112 sind entsprechende
Schaltkreis- Komponenten,
wie zum Beispiel die Komponenten 120, montiert. Die exemplarischen
Leiterplatten 110, 111 und 112 in 1 sind
gestapelt angeordnet, um den physischen Abstand zwischen Komponenten
auf den gestapelten Platten zu verringern. Das Stapeln von Leiterplatten
wird von Tamarkin u.a. in US Patent Nr. 6 049 467, erteilt am 11.
April 2000, mit dem Titel "STACKABLE
HIGH DENSITY RAM MODULES" beschrieben,
welche hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
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Signale
an der ersten Leiterplatte 110 können mit Hilfe der Anschlüsse 122 mit
Signalen an den Leiterplatten 111 und 112 gekoppelt
werden. Die Anschlüsse 122 werden
sowohl für
die mechanische Verbindung einer Platte mit einer anderen als auch für die elektrische
Kopplung einer Platte mit einer anderen verwendet. Im Speziellen
sorgt ein Paar von Anschlüssen 122 für die mechanische
und elektrische Verbindung zwischen den Leiterplatten 110 und 111.
Ein anderes Paar von Anschlüssen 122 sorgt
für die
mechanische und elektrische Verbindung zwischen den Leiterplatten 111 und 112.
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Wie
in den 1 und 3 dargestellt, halten die Anschlüsse 122 die
Leiterplatten 110, 111 und 112 in im
Wesentlichen paralleler Anordnung zueinander und zwischen den einander
gegenüberliegenden
Oberflächen
benachbarter Leiterplatten sind Zwischenräume oder Lücken 101 bestimmt.
Anschlüsse 122,
welche in der in 1 dargestellten Ausführungsform
entlang Achsen verlängert
sind, die parallel zu den Leiterplatten sind, überbrücken die Zwischenräume 101 zwischen
benachbarten Leiterplatten.
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Verlängerte Anschlüsse 122 sorgen
für eine große Anzahl
an elektrischen Kontakt-Verbindungen zwischen benachbarten Platten
zur Übertragung
einer großen
Anzahl diskreter und/oder geteilter Signale zwischen den Platten.
Es wird jedoch erkannt, dass solche Anschlüsse auch die Strömung von Kühlluft blockieren,
die in einer Richtung in einem Winkel oder rechtwinklig zu den Achsen
der Anschlüsse
ausgerichtet ist, wie später
detailliert beschrieben wird.
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Ein
erster Leitungsstab 230 überträgt Wärme zwischen der zweiten Leiterplatte 111 und
der dritten Leiterplatte 112. Ein zweiter Leitungsstab 232 überträgt Wärme zwischen
der zweiten Leiterplatte 111 und einem Kühlkörper 240.
In einer exemplarischen Ausführungsform
der Erfindung bestehen die Leitungsstäbe 230, 232 aus
Aluminium und/oder Kupfer oder anderen geeigneten leitfähigen Materialien.
Wie in 1 dargestellt, sind die Leitungsstäbe 230, 232 im
vertikalen Querschnitt rechteckig und entlang den Oberflächen der
benachbarten Leiterplatten verlängert.
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Die
in 1 dargestellten Leitungsstäbe 230, 232 sind
als kontinuierliche Blöcke
quer über
ungefähr
den Mittelpunkt der Oberfläche
der gestapelten Leiterplatten 111 und 112 dargestellt.
Alternativ können
die Lehren dieser Erfindung auch auf andere Anordnungen von Leitungsstäben angewandt
werden, wie zum Beispiel mehrere Stäbe, die sich nicht vollständig über die
Leiterplatten 111, 112 hinweg erstrecken, sowie
auf Leiter beliebiger Form, die sich an verschiedenen Positionen
zwischen den Leiterplatten 111, 112 befinden können. Die
Leitungsstäbe können Rippen
haben, um Wärme
an die oder von der Umgebung der Leitungsstäbe zu übertragen.
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Die
in 1 dargestellten Leitungsstäbe 230, 232 sind
neben den Oberflächen
der Leiterplatten 111, 112 montiert. Alternativ
können
sich die Leitungsstäbe
teilweise oder ganz in oder durch die Leiterplatten 111, 112 erstrecken.
Zum Beispiel kann sich ein Leitungsstab durch eine Leiterplatte
erstrecken und mit einem anderen Leitungsstab verbunden werden oder
ein einzelner Leitungsstab kann sich durch alle Leiterplatten erstrecken.
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Wenn
die Richtung der Luftströmung
wie durch den Pfeil 250 dargestellt oder in einem beliebigen
Winkel zu den Achsen der Anschlüsse 122 ist, wird
die Luftströmung über die
Leiterplatten 110, 111 und 112 durch
die verlängerten
Anschlüsse 122 eingeschränkt, wodurch
die Strömungsrate
der Kühlluft und
die resultierende Wärmeableitung
reduziert werden. Die Leitungsstäbe 230, 232 der
vorliegenden Erfindung ermöglichen
die Übertragung
von Wärme von
der zweiten Leiterplatte 111 an die dritte Leiterplatte 112 und
von der dritten Leiterplatte 112 an den Kühlkörper 240,
um die Wärme
abzuleiten.
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In
einer exemplarischen Ausführungsform der
Erfindung besteht der Kühlkörper 240 aus
Aluminium und/oder Kupfer oder einem anderen leitenden Material.
Der Kühlkörper 240 kann
die Form eines anderen Mittels zur Wärmeableitung annehmen, wie es
dem Fachmann bekannt ist. Zum Beispiel kann der Kühlkörper 240 auch
eine kalte Platte sein, die durch ein anderes Mittel, wie zum Beispiel
Wasserkühlung,
gekühlt
wird.
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In
einer exemplarischen Ausführungsform schließt der Kühlkörper 240 Rippen 242 ein,
um die Wärmeableitungs-Eigenschaften
des Kühlkörpers 240 zu
verbessern. Vorzugsweise sind die Rippen 242 zur verbesserten
Wärmeableitung
parallel zur Richtung der Luftströmung 250 angeordnet.
In dieser Ausführungsform
sind die Rippen 242 in einer Richtung angeordnet, die im
Wesentlichen rechtwinklig zu den Achsen der verlängerten Anschlüsse 122 ist.
Die Rippen 242 bestimmen gemeinsam mit dem Körper des
Kühlkörpers 240 eine
Reihe von Kanälen,
durch welche Luft zur Wärmekonvektion
vom Kühlkörper 240 in
die Luft strömen
kann, wodurch Wärme
abgeleitet wird. Obwohl in der exemplarischen Ausführungsform
parallele Rippen dargestellt sind, können sie durch Kühlkörper im "Nadelrippen"-Stil sowie durch
jede bekannte Kühlkörper-Anordnung
ersetzt werden.
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Als
Ergebnis der Wärmeübertragungswege zwischen
den Schaltkreis-Komponenten 120, den Leiterplatten 111 und 112,
den Leitungsstäben 230, 232 und
dem Kühlkörper 240 wird
Wärme,
die von den Komponenten 120 erzeugt wird, zur Ableitung durch
Konvektion an den Kühlkörper 240 übertragen. Weitere
Details zu den Wegen, entlang denen Wärme übertragen wird, werden im Folgenden
detailliert beschrieben.
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In
der exemplarischen Ausführungsform
der Erfindung, die in 1 dargestellt ist, werden die Komponenten
der Leiterplattenanordnung 100 mechanisch durch Bolzen
befestigt ( 3 und 4). Im Speziellen
schließt
der Kühlkörper 240 Öffnungen 244 ein,
durch welche Bolzen durch den Kühlkörper 240,
den zweiten Leitungsstab 232, die dritte Leiterplatte 112,
den ersten Leitungsstab 230, die zweite Leiterplatte 111 eingeführt und
an einer Halteschiene 234 gesichert werden können. Weitere
Details werden später
mit Bezug auf 3 beschrieben.
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2 zeigt
eine Draufsicht des Kühlkörpers 240,
die eine exemplarische Positionierung der Öffnungen 244 im Kühlkörper 240 darstellt.
Der Schutzumfang dieser Erfindung wird nicht durch die Mittel begrenzt,
die verwendet werden, um die Komponenten der Anordnung 100 aneinander
zu sichern. Zum Beispiel können
sich Bolzen durch die Halteschiene 234 erstrecken und durch
Muttern gesichert werden (4). Alternativ
können
statt Bolzen leitfähige Bänder und
Kleber verwendet werden, um die Komponenten der Anordnung 100 aneinander
zu sichern.
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3 ist
eine Seitenansicht einer Leiterplattenanordnung 100 mit
einem Teil-Querschnitt, der eine exemplarische Ausführungsform
der Erfindung darstellt. Jeder Anschluss 122 in 1 ist
in 3 so dargestellt, dass er ein zusammenpassendes
Paar einer Buchse 123 mit Kontakthülsen (nicht dargestellt) und
eines Steckers 124 mit Kontaktstiften (nicht dargestellt)
einschließt.
Die Stecker 124, die auf der zweiten Leiterplatte 111 montiert
sind, werden mit den Buchsen 123, die auf der ersten Leiterplatte 110 montiert
sind, gekoppelt. Die Stecker 124, die auf der dritten Leiterplatte 112 montiert
sind, werden mit den Buchsen 123 der zweiten Leiterplatte 111 gekoppelt.
Obwohl nicht dargestellt, können
Stecker 123 auf der oberen Oberfläche der dritten Leiterplatte 112 bereitgestellt
werden, so dass alle Platten gleich sind und so dass die Platten-Baugruppen
austauschbar sind, um die Herstellungskosten zu reduzieren.
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Die
Teil-Querschnittsansicht in 3 wird entlang
der Linie A-A in 2 vorgenommen. Ein Bolzen 246 erstreckt
sich durch eine Öffnung 244 im Kühlkörper 240,
durch die Leitungsstäbe 230, 232, durch
die Leiterplatten 111, 112, durch die Halteschiene 234 und
wird mit Hilfe einer Mutter 247 gesichert.
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4 ist
eine Querschnitts-Seitenansicht eines Teils der Leiterplattenanordnung 100,
vorgenommen entlang der Linie A-A in 2, die bevorzugte Mittel
zum Leiten von Wärme
von den Schaltkreis-Komponenten 120 an die Leitungsstäbe 230, 232 darstellt.
Wärme von
einer Schaltkreis-Komponente 120 kann von der Schaltkreis-Komponente 120 durch
einen ersten Wärmeleiter 114 an
einen zweiten Wärmeleiter 116 geleitet
werden, der auf oder in den Leiterplatten bereitgestellt wird und
der Wärme
an die Leitungsstäbe 230, 232 leitet.
Alternativ kann Wärme von
einer Schaltkreis-Komponente 120 durch einen Wärmeleiter 118 geleitet
werden, der direkt mit einem Leitungsstab gekoppelt ist.
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In
einer exemplarischen Ausführungsform schließt ein Wärmeleiter,
wie zum Beispiel der dargestellte zweite Wärmeleiter 116, leitende
Pfade 117 ein, die sich durch die Leiterplatte an eine
Stelle an der Oberfläche
der Leiterplatte erstrecken, die mindestens einem Leitungsstab 230, 232 entspricht.
Die leitenden Pfade 117 können direkt im Kontakt mit
den Leitungsstäben 230, 232 stehen
oder ein Wärme
leitendes Grenzflächen-Material
(nicht dargestellt), wie zum Beispiel Wärme leitendes Band, kann verwendet
werden, um die Übertragung
von Wärme
von den leitenden Pfaden 117 an die Leitungsstäbe 230, 232 zu
verbessern. Die Wärmeleitfähigkeit
einer Leiterplatte in einer Richtung senkrecht zu ihrer Oberfläche ist
normalerweise schwach. Die Pfade 117 liefern den Wärmeleitpfad
durch die Dicke der Platten.
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In
einer anderen exemplarischen Ausführungsform umfassen Wärmeleiter
eine Schicht oder Schichten auf und/oder innerhalb einer Leiterplatte. Mit
Bezug auf den zweiten Wärmeleiter 116 in 4 kann
ein Wärmeleiter
eine Schicht innerhalb der Leiterplatte 111, 112 sein,
die mit einem leitenden Pfad 117 zur Wärmeleitung an einen Leitungsstab 230, 232 gekoppelt
ist.
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In
einer anderen exemplarischen Ausführungsform stellt mindestens
einer der Wärmeleiter
einen Signalpfad zusätzlich
zu einem Wärmeleitpfad bereit.
Zum Beispiel kann der zweite Wärmeleiter 116,
der in 4 dargestellt ist, auch als Basisebene innerhalb
der Leiterplatte fungieren. Zusätzlich
zur Bereitstellung eines Pfades zur Wärmeableitung kann der zweite
Wärmeleiter 116 dann
auch die Schaltkreis-Komponenten 120 mit der Basisebene der
Leiterplattenanordnung 100 koppeln. So kann ein Wärmeleiter
die doppelte Funktion des Leitens von Wärme und des Verteilens von
Strom bereitstellen.
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Mit
Bezug auf 5 wird nun eine Ausführungsform
einer Leiterplatte, die zur Verwendung in einer Leiterplattenanordnung
gemäß dieser
Erfindung geeignet ist, erläutert.
Eine Leiterplatte 311 ist mit Anschlüssen 323 ausgestattet,
die sich in Längsrichtung
entlang gegenüberliegender
Kanten der Platte 311 er strecken. Schaltkreis-Komponenten 320,
wie zum Beispiel RAM-Chips,
sind auf der Oberfläche
der Platte montiert. Vier Öffnungen 344 werden
bereitgestellt, um den Zusammenbau der Leiterplattenanordnung mit
Hilfe mechanischer Befestigungsmittel zu erleichtern, wie oben beschrieben. Ein
plattierter Abschnitt 302 stellt eine leitende Oberfläche bereit,
auf der ein oder mehrere Leitungsstäbe (nicht dargestellt) montiert
werden können.
Leitendes Band kann zwischen dem Leitungsstab und dem plattierten
Abschnitt 302 verwendet werden. Die Öffnungen 344 können durchkontaktierte
Löcher
sein, um die leitende Wärmeübertragung
zu unterstützen. Eine
Vielzahl plattierter durchgehender Löcher 317 erstreckt
sich durch die Platte 311 zur Verbindung mit einem plattierten
Abschnitt auf der gegenüberliegenden
Seite (nicht dargestellt) und zur Verbindung mit den Komponenten 320 zur
Wärmeübertragung
davon. Plattierte durchgehende Löcher 317 stellen Wärmeübertragungswege über die
Dicke der Leiterplatte 311 hinweg bereit.
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Unter
allgemeiner Bezugnahme auf die 1 bis 4 versteht
es sich, dass in einer Anordnung gestapelter Leiterplatten der Strömungspfad der
Kühlluft
ganz oder teilweise von den Leiterplatten selbst oder von den elektrischen
und/oder mechanischen Verbindungen, die sich dazwischen erstrecken,
oder von den darauf montierten Komponenten blockiert werden kann.
Eine solche Störung
der Strömung
von Kühlluft
reduziert die Ableitung von Wärme,
die von elektrischen Komponenten erzeugt wird, welche in den Zwischenräumen zwischen
den gestapelten Platten montiert sind.
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Diese
Erfindung verbessert die Wärmeableitung
von den Komponenten einer gestapelten Leiterplattenanordnung. In
einer Ausführungsform überträgt eine
Anordnung gemäß dieser
Erfindung Wärme
von elektrischen Komponenten auf gestapelten Leiterplatten, überträgt die Wärme zwischen
den gestapelten Leiterplatten und gibt die Wärme an einen Kühlkörper weiter,
der neben einer der Leiterplatten montiert ist. Mit Bezugnahme auf
die 1 bis 4 zum Zwecke der Verdeutlichung
wird Wärme
mit Hilfe von Leitern 114, 116, 117 und/oder 118 von
den elektrischen Komponenten 120 und durch die Leiterplatten 111, 112 übertragen.
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Wärme von
der Leiterplatte 111 wird mit Hilfe des Leitungsstabs 230 an
die Leiterplatte 112 übertragen.
Wärme von
den Leiterplatten 111 und 112 wird wiederum mit
Hilfe des Leitungsstabs 232 an den Kühlkörper 240 übertragen.
Die Luftströmung 250 (die
zumindest teilweise von den Anschlüssen 122 daran gehindert
wird, durch die Zwischenräume 101 zwischen
den beabstandeten Leiterplatten zu strömen) leitet die übertragene
Wärme durch
Konvektion ab.
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Es
wurde festgestellt, dass die in den 1 bis 4 dargestellte
Struktur besonders vorteilhaft ist, wenn gestapelte Leiterplatten
innerhalb eines Gehäuses
oder einer Verkleidung montiert werden, die Luftbewegungs-Vorrichtungen,
wie zum Beispiel Kasten-Ventilatoren oder Laufräder, verwendet, um die Strömung von
Kühlluft
zur Wärmeableitung
zu erzeugen. Wenn die Luftbewegungs-Vorrichtungen ausgerichtet sind,
um die Luftströmung 250 in
Querrichtung zu erzeugen, dann kann eine Leiterplattenanordnung
gemäß dieser
Erfindung die erforderliche Wärmeableitung
erleichtern und so erhöhte
Betriebstemperaturen bei den Wärme
erzeugenden Komponenten verhindern.
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Obwohl
diese Erfindung mit Bezug auf mehrere Ausführungsformen und Modifikationen
davon beschrieben wurde, wird erkannt, dass viele zusätzliche
Variationen erwogen werden und durchgeführt werden können, ohne
dass vom Geist oder Schutzumfang dieser Erfindung abgewichen wird.
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Die
in 1 dargestellte Leiterplattenanordnung 100 stellt
die Leiterplatten 110, 111 und 112 dar, die
miteinander durch Anschlüsse 122 verbunden sind,
die sich zwischen gegenüberliegenden
Oberflächen
benachbarter Platten erstrecken. Alternativ kann jede parallele
Leiterplatte einen Anschluss (zum Beispiel einen Platten-Randkontakt)
verwenden, um die parallele Leiterplatte mit einer anderen herkömmlichen
Leiterplatte (wie zum Beispiel einer rechtwinklig montierten Hauptplatine)
zu verbinden, zusätzlich
zu oder anstelle einer Schnittstellen-Verbindung, die sich direkt
zwischen benachbarten Leiterplatten erstreckt. Mit anderen Worten
können
anstelle der Verwendung von Anschlüssen 122 zwischen
den Leiterplatten 111 und 112 die Leiterplatten 110, 111 und 112 in 3 zur
mechanischen und/oder elektrischen Verbindung mit einer Hauptplatte,
die in einem Winkel zu den Leiterplatten 110, 111 und 112 ausgerichtet
ist, mit Randkontakten ausgestattet werden. Außerdem sind bei der Leiterplatteanordnung 100,
die in 1 dargestellt ist, die Leiterplatten 110, 111 und 112 mit
einer Seite des Kühlkörpers 140 verbunden.
Mehrere Leiterplatten können
auch mit der gegenüberliegenden
Seite des Kühlkörpers 140 verbunden
sein. Außerdem
gilt diese Erfindung auch für
Anordnungen mit nur zwei Platten, ebenso wie für solche, die drei oder mehr
Platten verwenden.
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Die
Leiterplattenanordnung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung
beseitigt die Notwendigkeit, dass jede Leiterplatte einen separaten
Kühlpfad
zu einer Kühlkörper-Struktur
an ihrem Rand hat. Dies ermöglicht
kürzere
Wärmeleitpfade
und reduziert den Verbrauch von Signalleitungs-Ressourcen für Wärmeableitungszwecke.
Auch kann die Verwendung spezifischer Kühlkörper für jede Leiterplatte kostspielig
sein und wertvollen Platz verbrauchen.
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Weiterhin
ermöglicht
es eine Anordnung gemäß dieser
Erfindung, Wärme
abzuleiten, indem sie nicht an die Kanten der Leiterplatte, sondern
an einen zentralen Bereich derselben übertragen wird. Indem Wärmeübertragung
fort von dem Rand einer Platte geleitet wird, wird Wärmeleitung
in eine Richtung ermöglicht,
die der Signalleitung entgegengesetzt ist, welche zu peripheren
Anschlüssen
hin gerichtet sein kann. Außerdem
kann die Verwendung eines gemeinsamen Leitungsstabs, um Wärme von
mehreren Schaltkreis-Komponenten abzuleiten, die Belegung von Signalleitungs-Kapazität gegenüber der
Verwendung separater Leiterkomponenten für jede Schaltkreis-Komponente
reduzieren.
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Die
Mittel, durch welche Wärme
zwischen den gestapelten Leiterplatten gemäß dieser Erfindung übertragen
wird, können
verschiedene Formen annehmen. Obwohl hierin zum Zwecke der Verdeutlichung
Leitungsstäbe 230, 232,
die sich in Längsrichtung
erstrecken, beschrieben sind, können
solche Leiter durch einen oder mehrere Leiter ersetzt (oder ergänzt) werden,
die sich entlang einer Achse erstrecken, welche nicht parallel zu
den gestapelten Platten ist. Zum Beispiel können sich ein oder mehrere
Leiter entlang Achsen erstrecken, die rechtwinklig zu den Platten
angeordnet sind. Auch können
einteilige Leiter bereitgestellt werden, um alle gestapelten Platten
zu verbinden, indem sie sich durch Öffnungen in den Platten erstrecken.
Die Leiter können
jede beliebige Form haben, eingeschränkt nur durch Konstruktionszwänge und
Kostenerwägungen.
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Die
Komponenten und Materialien der Anordnung gemäß dieser Erfindung, wie hierin
beschrieben, können
durch gleichwertige Komponenten und Materialien ersetzt werden.
Außerdem
können
separate Komponenten kombiniert werden. Zum Beispiel kann ein Leiter,
wie z.B. ein Leitungsstab 232, mit einem Kühlkörper, wie
z.B. Kühlkörper 240, kombiniert
oder darin integriert werden. Ähnlich
kann ein Leiter, wie zum Beispiel der Leitungsstab 230,
in separate Leiter unterteilt werden, die an verschiedenen Stellen
und in verschiedenen Ausrichtungen zwischen den gestapelten Platten
positioniert werden können.
Die verschiedenen Pfade und Leitungswege, die auf den gestapelten
Platten bereitgestellt werden, können
in verschiedenen Positionen angeordnet werden, um den Leitern zu
entsprechen und die Pfade und Leitungswege können in jeder Größe und Menge
bereitgestellt werden, die notwendig ist, um einen geeigneten Wärme-Transfer zwischen
den Wärme
erzeugenden elektrischen Komponenten auf einer gestapelten Platte
und dem Leiter oder den Leitern, die sich zwischen den Platten erstrecken,
zu erzielen.
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Wärmeübertragungs-Pfade
können
mit Hilfe von plattierten durchgehenden Löchern (5) ebenso
wie festen Leiterpfaden bereitgestellt werden. Auch kann, wie in 5 dargestellt,
der Abschnitt jeder Platte, der neben einem Leiter montiert ist,
der sich zwischen Platten erstreckt, mit einer leitenden Schicht
plattiert werden, die sich im Wärmeaustausch
mit einem oder mehreren Pfaden befindet.
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Obwohl
diese Erfindung nützlicherweise
verwendet wird, wenn Anschlusskomponenten, die sich zwischen gestapelten
Platten erstrecken, rechtwinklig (oder in einem beliebigen Winkel)
zur Luftströmungs-Richtung
ausgerichtet sind, kann sie auch verwendet werden, um die Wärmeableitung
von Anordnungen zu verbessern, worin die Luftströmung parallel zur Ausrichtung
der Anschluss komponenten ist. Auch kann diese Erfindung, obwohl
sie im Zusammenhang mit Zwangskonvektion beschrieben wurde, wie
sie zum Beispiel durch die Verwendung einer oder mehrerer Luftbewegung-Vorrichtungen erzeugt wird,
auch verwendet werden, um die Wärmeableitung
von Anordnungen zu verbessern, worin die einzige Luftströmung durch
den Auftrieb der erwärmten Luft
erzeugt wird, wodurch Strömung
oder Zirkulation zur Eigenkonvektion verursacht werden.
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Obwohl
exemplarische Ausführungsformen der
Erfindung hierin dargestellt und beschrieben wurden, versteht es
sich, dass solche Ausführungsformen
nur als Beispiele dargestellt werden. Zahlreiche Variationen, Änderungen
und Substitutionen werden für
den Fachmann möglich
sein, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend
ist beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche all solche Varianten abdecken,
die sich innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung befinden.