DE9203252U1 - Cooling arrangement - Google Patents
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Description
TELEFUNKEN SYSTEMTECHNIK GMBH VRl/PT-UL/Ja/hugTELEFUNKEN SYSTEMTECHNIK GMBH VRl/PT-UL/Ja/hug
Sedanstraße 10 UL 92/10Sedanstrasse 10 UL 92/10
D-7900 UlmD-7900 Ulm
Die Neuerung betrifft eine Anordnung zur Kühlung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
5The innovation relates to a cooling arrangement according to the preamble of claim 1.
5
In der Elektrotechnik ist es üblich, eine Schaltungsanordnung auf einer Leiterplatte aufzubauen. Bei dieser befinden sich aktive und/oder passive elektronische Bauelemente im allgemeinen auf einer Seite, die im folgenden OberseiteIn electrical engineering, it is common to build a circuit arrangement on a printed circuit board. In this case, active and/or passive electronic components are generally located on one side, which is referred to below as the top side.
I1O genannt wird, der Leiterplatte. Auf der gegenüberliegenden Unterseite der Leiterplatte sind im allgemeinen Leiterbahnen, z.B. in Form einer gedruckten Schaltung, angeordnet. Bei einer solchen Anordnung kann im Betrieb störende Verlustwärme auftreten, die insbesondere bei aktiven Bauelementen abgeführt werden mu/3. Dazu sind in der Technik anI 1 O, the circuit board. On the opposite underside of the circuit board, conductor tracks are generally arranged, e.g. in the form of a printed circuit. With such an arrangement, disturbing heat loss can occur during operation, which must be dissipated, especially in the case of active components/3. For this purpose, in technology,
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sich viele Kühlanordnungen und Kühlverfahren bekannt.Many cooling arrangements and cooling methods are known.
Soll nun eine solche mit Bauelementen bestückte Leiterplatte in der HF-Technik, z.B. im GHz-Bereich eingesetzt werden, so ist es zum Teil einerseits erforderlich, da/3 die Bauelemente nur in einer bestimmten Weise räumlich auf der Oberseite angeordnet werden können. Es müssen z.B. zwischen einigen Bauelementen möglichst kurze elektrische Verbindungsleitungen (Leiterbahnen) vorhanden sein. Andererseits ist es erforderlich, daß die vollständige Leiterplatte allseitig elektromagnetisch abgeschirmt wird, z.B. mit Hilfe eines Metallgehäuses.If such a circuit board equipped with components is to be used in HF technology, eg in the GHz range, it is partly necessary on the one hand because the components can only be arranged in a certain way on the top side. For example, the electrical connecting lines (conductor tracks) between some components must be as short as possible. On the other hand, it is necessary that the entire circuit board is electromagnetically shielded on all sides, eg using a metal housing.
Dieses ist in den Figuren la und Ib dargestellt. Dabei zeigt FIG. la einen Querschnitt und FIG. Ib die zugehörige Aufsicht einer beispielhaften Anordnung. Das allseits geschlossene Gehäuse G hat beispielsweise einen abschraubbaren Deckel D, der als gerippter Kühlkörper ausgebildet ist. In dem Gehäuse G befindet sich eine Leiterplatte, die z.B. mit Hilfe elektrisch isolierender Abstandshalter A auf dem Boden des Gehäuses G befestigt ist. Auf der Oberseite der Leiterplatte befinden sich unter anderem aktive Bauelemente, z.B. ein Transistor TRS, ein integrierter Schaltkreis IC sowie mehrere elektronische Speicher ROM 1 bis ROM 3. Diese Bauelemente können sehr unterschiedliche Bauhöhen (Fig. la) und sehr unterschiedliche Flächenausdehnungen (Fig. Ib) besitzen. Entsteht nun beim Betrieb einer solchen Anordnung Verlustwärme, z.B. in den aktiven Bauelementen, so kann diese nur über das die Leiterplatte umgebende Medium, z.B. Luft, an das Gehäuse G und den Deckel G abgeführt werden. Diese Art des Wärmetransportes innerhalb des Gehäuses G ist in vielen Fällen nicht ausrei-This is shown in Figures la and 1b. FIG. la shows a cross-section and FIG. 1b the corresponding top view of an exemplary arrangement. The housing G, which is closed on all sides, has, for example, a removable cover D, which is designed as a ribbed heat sink. In the housing G there is a circuit board, which is attached to the bottom of the housing G, for example with the help of electrically insulating spacers A. On the top of the circuit board there are, among other things, active components, e.g. a transistor TRS, an integrated circuit IC and several electronic memories ROM 1 to ROM 3. These components can have very different heights (Fig. la) and very different surface areas (Fig. 1b). If heat is lost during operation of such an arrangement, e.g. in the active components, this can only be dissipated to the housing G and the cover G via the medium surrounding the circuit board, e.g. air. This type of heat transport within the housing G is in many cases not sufficient.
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chend, so da/3 insbesondere in aktiven Bauelementen eine unzulässig hohe Temperatur entstehen kann.so that an unacceptably high temperature can arise, particularly in active components.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemä/3e Anordnung anzugeben, mit der in kostengünstiger und zuverlässiger Weise ein möglichst hoher Wärmetransport zwischen elektronischen Bauelementen und dem Gehäuse möglich ist.The innovation is based on the task of specifying a generic arrangement with which the highest possible heat transport between electronic components and the housing is possible in a cost-effective and reliable manner.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.This object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments and/or further developments are specified in the further claims.
Ein erster Vorteil der Neuerung besteht darin, da/3 durch die allseits geschlossene flexible Umhüllung mit dem darin eingeschlossenen WärmeleitmitteF ein sogenanntes Kühlkissen entsteht, welches sich weitgehend an die Oberfläche der Bauelemente und an die Innenfläche des Gehäuses anpaßt. Dadurch ist ein guter thermischer Kontakt zwischen den Bauelementen und dem Gehäuse herstellbar.A first advantage of the innovation is that the flexible casing, which is closed on all sides and contains the heat-conducting medium, creates a so-called cooling pad, which largely adapts to the surface of the components and to the inner surface of the housing. This enables good thermal contact to be established between the components and the housing.
Ein zweiter Vorteil besteht darin, da/3 das Kühlkissen so formbar ist, da/3 zusätzlich zu den Bauelementen auch die Leiterplatte kühlbar ist.A second advantage is that the cooling pad is so malleable that the circuit board can also be cooled in addition to the components.
Ein dritter Vorteil besteht darin, da/3 durch das Kühlkissen eine mechanische Abstützung der Bauelemente und/oder der Leiterplatte an dem Gehäuse möglich ist, so da/3 die Anordnung mechanisch sehr unempfindlich ist.A third advantage is that the cooling pad enables mechanical support of the components and/or the circuit board on the housing, so that the arrangement is mechanically very insensitive.
- 4 - UL 92/10- 4 - UL92/10
Die Neuerung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die weiteren Figuren 2a, 2b näher erläutert. In den Figuren 2a (Querschnitt) und 2b (Aufsicht) ist an sich dieselbe Anordnung wie in den Figuren la bzw. Ib dargestellt. Es werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Aus den Figuren 2a, 2b ist ersichtlich, da/3 zwischen dem Deckel D des Gehäuses G und den beispielhaft dargestellten Bauelementen TRS, IC, ROM 1 bis ROM 3 ein sogenanntes Kühlkissen angeordnet ist. Dieses besteht aus einer flexiblen Umhüllung, vorzugsweise aus einer mindestens einlagigen Kunststoffolie, die mit einem Wärmeleitmittel, z.B. einem Wasser-Glyzerin-Gemisch, gefüllt ist. Das Kühlkissen hat eine Grundfläche, die im wesentlichen der Fläche der Leiterplatte entspricht (FIG. 2b), und eine Gesamtdicke (Höhe), die von dem Abstand der Bauelemente und/oder der Leiterplatte von dem Deckel D abhängt. Gemäß FIG. 2a wird die Gesamtdicke des Kühlkissens in Abhängigkeit von dem Abstand so gewählt, daß sich die Oberfläche des Kühlkissens sowohl an die Unterseite des Deckels D als auch an die Oberfläche der Bauelemente anschmiegt. Durch das Kühlkissen wird ein sehr guter Wärmekontakt zwischen den Bauelementen und dem Deckel D und damit mit dem Gehäuse G hergestellt.The innovation is explained in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the other figures 2a, 2b. In figures 2a (cross section) and 2b (top view) the same arrangement as in figures 1a and 1b is shown. The same reference numerals are used. From figures 2a, 2b it can be seen that a so-called cooling pad is arranged between the cover D of the housing G and the components TRS, IC, ROM 1 to ROM 3 shown as examples. This consists of a flexible casing, preferably of at least one layer of plastic film which is filled with a heat conducting agent, e.g. a water-glycerine mixture. The cooling pad has a base area which essentially corresponds to the area of the circuit board (FIG. 2b), and a total thickness (height) which depends on the distance of the components and/or the circuit board from the cover D. According to FIG. 2a, the total thickness of the cooling pad is selected depending on the distance so that the surface of the cooling pad clings to both the underside of the cover D and the surface of the components. The cooling pad creates very good thermal contact between the components and the cover D and thus with the housing G.
Es ist weiterhin vorteilhafterweise möglich, das Kühlkissen mit sackförmigen Ausbuchtungen zu versehen, die in FIG. 2a gestrichelt dargestellt sind. Diese sind zweckmäßigerweise ebenfalls mit dem Wärmeleitmittel gefüllt und dienen zum Wärmetransport zwischen der Leiterplatte und/oder darauf befestigten flachen und/oder flächenhaften Bauelementen, z.B. Leiterbahnen und/oder sogenannten SMD-Bauelementen. It is also advantageously possible to provide the cooling pad with sack-shaped bulges, which are shown in dashed lines in FIG. 2a. These are expediently also filled with the heat conducting agent and serve to transport heat between the circuit board and/or flat and/or planar components attached to it, e.g. conductor tracks and/or so-called SMD components.
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Weiterhin ist es möglich, gegebenenfalls ein zusätzliches Kühlkissen zwischen der Unterseite der Leiterplatte und dem Gehäuse(boden) anzuordnen. Dadurch kann beispielsweise zwischen den Leiterbahnen und/oder auf der Unterseite angebrachten Bauelementen und dem Gehäuse ein guter Wärmekontakt hergestellt werden.It is also possible to arrange an additional cooling pad between the underside of the circuit board and the housing (base). This can, for example, create good thermal contact between the conductor tracks and/or components mounted on the underside and the housing.
Es ist ersichtlich, da/3 durch die Kühlkissen außerdem in vorteilhafter Weise die mechanische Stabilität der Anordnung verbessert wird. Denn beispielhafte Biegeschwingungen, die durch eine mechanische Schock- und/oder Rüttelbewegung verursacht werden, der Leiterplatte werden verhindert, so da/3 deren mögliche Zerstörung vermieden wird. 15It is clear that the cooling pads also advantageously improve the mechanical stability of the arrangement. This is because bending vibrations, for example, caused by mechanical shock and/or shaking of the circuit board are prevented, thus preventing its possible destruction. 15
Ein weiterer Vorteil besteht darin, da/3 die gesamte Anordnung, also Gehäuse einschließlich der mit Bauelementen bestückten Leiterplatte auf einer vorgebbaren Temperatur gehalten werden kann, z.B. mit Hilfe einer Klimaanlage, welehe das Gehäuse über das Kühlkissen auch die Bauelemente und/oder die Leiterplatte temperiert.A further advantage is that the entire arrangement, i.e. the housing including the circuit board equipped with components, can be kept at a predefined temperature, e.g. with the help of an air conditioning system, which also regulates the temperature of the components and/or the circuit board via the cooling pad in the housing.
( Durch das Kühlkissen werden zumindest die Bauelemente auf ( The cooling pad at least keeps the components on
eine weitgehend gleiche Temperatur gebracht, so da/3 störende sogenannte "hot spots" (heiße Stellen) vermiedena largely equal temperature, so that /3 disturbing so-called "hot spots" are avoided
werden. Dadurch erfolgt auch eine elektrische Stabilisierung der Schaltung, denn möglicherweise temperaturbedingte Änderungen der elektrischen Eigenschaften, z.B. die sogenannte Temperaturdrift, sind vermeidbar. 30This also results in electrical stabilization of the circuit, as possible temperature-related changes in the electrical properties, e.g. the so-called temperature drift, can be avoided. 30
Die Art (Material) der Umhüllung und/oder das Material des Wärmeleitmittels sind abhängig von der Anwendungsart, z.B.The type (material) of the sheath and/or the material of the heat conductor depend on the type of application, e.g.
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dem geforderten Temperaturbereich und/oder auch den geforderten elektrischen Eigenschaften, z.B. Verlustfaktor und/oder Durchlagsfestigkeit.the required temperature range and/or the required electrical properties, e.g. loss factor and/or breakdown strength.
Bei einem Ausführungsbeispiel war der Abstand (FIG. la) zwischen den Bauelementen und dem Deckel D ungefähr 5 mm. Trotz eines richtig dimensionierten Kühlkörpers (Deckel D) stieg die Temperatur an den Bauelementen TRS, IC, ROM 1 bis ROM 3 auf einen unzulässig hohen Wert von ungefähr 680C bei einer das Gehäuse umgebenden Temperatur ^ (Umgebungstemperatur) von 25°C.In one embodiment, the distance (FIG. la) between the components and the cover D was approximately 5 mm. Despite a correctly dimensioned heat sink (cover D), the temperature at the components TRS, IC, ROM 1 to ROM 3 rose to an unacceptably high value of approximately 68 0 C at a temperature ^ surrounding the housing (ambient temperature) of 25°C.
Wird nun der Abstand entsprechend FIG. 2a, 2b durch ein Kühlkissen ausgefüllt, so kann bei gleicher Umgebungstemperatur die Temperatur der Bauelemente um bis zu 300C gesenkt werden. Dadurch wird die Lebensdauer der Bauelemente wesentlich verlängert. —If the gap is filled with a cooling pad as shown in FIG. 2a, 2b, the temperature of the components can be reduced by up to 30 ° C at the same ambient temperature. This significantly extends the service life of the components.
Bei dem Kühlkissen kann die Umhüllung z.B. eine Kunststoffolie sein mit einer Dicke von ungefähr 0,06 m und aus einem Material bestehen, das z.B. unter einen der Handelsnamen PVC oder Nylon oder Teflon erhältlich ist.In the case of the cooling pad, the covering can be, for example, a plastic film with a thickness of approximately 0.06 m and made of a material that is available, for example, under one of the trade names PVC or nylon or Teflon.
Das Wärmeleitmittel ist abhängig von dem geforderten Temperatur-Betriebsbereich und kann z.B. eine Flüssigkeit (organisch oder anorganisch) ein Gel, eine Paste oder eine tixotrope Substanz sein.The thermal interface depends on the required temperature operating range and can be, for example, a liquid (organic or inorganic), a gel, a paste or a thixotropic substance.
Das Kühlkissen wird in einer gewünschten Lage gehalten 0 durch den Anpressdruck im eingebauten Zustand. Zusätzlich kann noch eine Klebverbindung z.B. am Deckel, vorhanden sein.The cooling pad is held in a desired position by the contact pressure when installed. Additionally, there may be an adhesive connection, e.g. on the lid.
Claims (8)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE9203252U DE9203252U1 (en) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | Cooling arrangement |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE9203252U DE9203252U1 (en) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | Cooling arrangement |
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| DE9203252U1 true DE9203252U1 (en) | 1992-05-07 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE9203252U Expired - Lifetime DE9203252U1 (en) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | Cooling arrangement |
Country Status (1)
| Country | Link |
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- 1992-03-11 DE DE9203252U patent/DE9203252U1/en not_active Expired - Lifetime
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