EP1523870A1 - Verfahren zur wärmeableitung in mobilfunkgeräten und ein entsprechendes mobilfunkgerät - Google Patents

Verfahren zur wärmeableitung in mobilfunkgeräten und ein entsprechendes mobilfunkgerät

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EP1523870A1
EP1523870A1 EP03787694A EP03787694A EP1523870A1 EP 1523870 A1 EP1523870 A1 EP 1523870A1 EP 03787694 A EP03787694 A EP 03787694A EP 03787694 A EP03787694 A EP 03787694A EP 1523870 A1 EP1523870 A1 EP 1523870A1
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EP
European Patent Office
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heat
mobile radio
metal foil
heat sink
components
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EP03787694A
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Inventor
Jörg Romahn
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/205—Heat-dissipating body thermally connected to heat generating element via thermal paths through printed circuit board [PCB]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H—ELECTRICITY
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    • H10W72/071—Connecting or disconnecting
    • H10W72/072—Connecting or disconnecting of bump connectors
    • H10W72/07251—Connecting or disconnecting of bump connectors characterised by changes in properties of the bump connectors during connecting
    • H—ELECTRICITY
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    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/20—Bump connectors, e.g. solder bumps or copper pillars; Dummy bumps; Thermal bumps

Definitions

  • the present invention relates to a method for heat dissipation in mobile radio devices and a corresponding mobile radio device.
  • mobile telecommunications terminal devices or in mobile radio devices such as, for example, cell phones, PDAs and laptops
  • an operating range with an ambient temperature of + 55 ° C. is generally specified.
  • These mobile radio devices are constructed like a shell to the electronic components and the temperature rises from shell to shell right down to the components.
  • the maximum temperature is functionally limited.
  • the temperature can be 82 ° C for individual components in the ambient temperature and up to 100 ° C for the component itself.
  • the electronic components convert a large part of the energy / power supplied into heat, which heats the component itself as well as its immediate surroundings. The power converted into heat is therefore a power loss.
  • heat sinks or fans were mounted on the temperature-critical components.
  • heat sinks make sure that there is good heat coupling between the heat sink and the electrical component, which heats up due to the power loss.
  • gaps between the corresponding component and the heat sink are filled with heat-conducting foils or heat-conducting pastes.
  • the distribution of heat in electrical components can be influenced by an adapted structure.
  • Thermally conductive foils and pastes are better heat conductors than air, but they are also not sufficient to ensure satisfactory heat dissipation in electrical components.
  • a method for heat dissipation in mobile radio devices with heat-radiating, electrical components in which the heat-radiating components are brought into heat-dissipating operative contact with a metal foil.
  • the metal foil is corrugated and / or honeycomb-structured.
  • a corrugated and / or honeycomb-structured metal foil By using a corrugated and / or honeycomb-structured metal foil, the resistance to heat dissipation is minimized. Due to the deformability of the corrugated and / or honeycomb structured metal foil Any gaps that occur are completely filled so that optimal heat dissipation is guaranteed.
  • the honeycomb and / or corrugated metal foil can be arranged in a form-fitting manner on the surfaces to be brought into contact for heat dissipation.
  • the metal foil is brought into active contact with a heat sink or a heat sink.
  • a metallic body can be used as the heat sink, for example, which is either large-area for radiation and / or large-volume as a heat sink.
  • the metal foil itself is used as a heat sink. Whether the metal foil itself is sufficient as a heat sink depends in particular on the amount of heat loss to be dissipated.
  • the honeycomb and / or wave structure provided according to the invention offers a very large heat-radiating surface.
  • the invention comprises a mobile radio device with heat-radiating electrical components, in which the components are each brought into heat-dissipating operative contact with a metal foil.
  • the metal foil is preferably corrugated and / or has a honeycomb structure.
  • the radiating surface is increased by using a corrugated or honeycomb-structured metal foil.
  • the heat dissipation resistance is minimized on the one hand by the use of a metallic foil as well as by its corrugated or honeycomb structure.
  • the metal foil is in heat-dissipating operative contact with a heat sink.
  • the metal foil itself functions as a heat sink. Due to its honeycomb and / or wave structure, it has a very large heat-radiating surface.
  • the present invention includes the use of a corrugated and / or honeycomb-structured metal foil for heat dissipation in the case of heat-radiating electrical components in mobile radio devices.
  • FIG. 1 Schematic representation of an embodiment of the method according to the invention
  • Fig. 2 shows a schematic representation of another embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 3 Schematic representation of a further embodiment of the method according to the invention.
  • a circuit board 1 which is equipped on one side with components 2 which have a large amount of heat.
  • a cooling element 4 in the form of a cooling plate is arranged on the other side of the printed circuit board 1 by means of suitable connecting elements 3, which can be screws or rivets, for example.
  • suitable connecting elements 3 which can be screws or rivets, for example.
  • FIG. 2 shows another possibility of carrying out the method according to the invention.
  • a printed circuit board 1 is shown, which is equipped on one side with a component 2 with heat loss.
  • a shield cover 6 is also provided for shielding above the component 2.
  • a heat sink 4 is arranged on the other side of the printed circuit board 1. It can be a heat sink, a battery or a chassis.
  • a metal foil 5 is arranged according to the invention, which is corrugated and / or honeycomb-structured. The deformability of the corrugated and / or honeycomb-structured metal foil 5 enables very good contact of heat transfer.
  • the metal foil 5 can only produce the transition to a heat sink 4, as here in the space between the heat sink 4 and the circuit board 1. Furthermore, the metal foil 5 itself could function as a heat sink. By using a metal foil 5 with a wave or honeycomb structure, the radiating area is increased considerably.
  • FIG. 3 shows a further possibility of executing the method according to the invention.
  • a circuit board 1 with lossy component 2 arranged on one side of the circuit board 1 is also shown here.
  • a plastic part 7 is arranged on the other side of the circuit board 1.
  • a honeycomb and / or corrugated metal foil 5 is provided between the plastic part 7 and the printed circuit board 1 and can adapt to the respective surfaces due to its good deformability. Due to its structure, the metal foil 5 itself has a very large heat-radiating surface, which is also important.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmeableitung in Mobilfunkgeräten mit wärmeabstrahlenden, elektrischen Bauelementen (2), dem die wärmeabstrahlenden Bauelemente mit einer Metallfolie (5) in wärmeableitenden Wirkkontakt gebracht werden. Ferner umfasst die Erfindung ein Mobilfunkgerät mit wärmeabstrahlenden elektrischen Bauelementen (2), bei dem die Bauelemente je mit einer Metallfolie wärmeableitenden Wirkkontakt stehen.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Wärmeableitung in obilfun geräten und ein entsprechendes Mobilfunkgerät
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmeableitung in Mobilfunkgeräten und ein entsprechendes Mobilfunkgerät. In mobilen Telekommunikationsendgeräten bzw. in Mobilfunkgeräten, wie beispielsweise Handys, PDAs und Laptops, wird ein Betriebsbereich mit einer Umgebungstemperatur in der Regel von +55°C angegeben. Diese Mobilfunkgeräte sind zu den elektronischen Bauteilen schalenartig aufgebaut und die Temperatur steigt von Schale zu Schale bis hin zu den Bauelementen an. Die maximale Temperatur ist funktional begrenzt. Die Temperatur kann dabei bei einzelnen Bauelementen in der Umgebungstemperatur 82°C betragen und für das Bauelement selbst bis zu 100°C. Die elektronischen Bauelemente setzen einen großen Teil der zugeführten Energie/Leistung in Wärme um, die das Bauelement selbst als auch dessen unmittelbare Umgebung erwärmt. Bei der in Wärme umgesetzten Leistung handelt es sich demnach um eine Verlustleistung.
In neuen, zukünftigen Mobilfunkgeräten wird mit Einführung von Datendiensten mittels GPRS mit einer sogenannten Class 10 die Leistung mit zwei Sendezeitschlitzen verdoppelt, was auch nahezu eine Verdopplung der Verlustleistung durch die elektronischen Bauelemente bedeutet. Bei der Einteilung in „Clas- ses" handelt es sich um eine Angabe der Konfiguration von Sende- und Empfangszeitschlitzen. Bei Class 10 sind 2 Sendezeitschlitze möglich, was eine Verdopplung der Sendeleistung, aber auch der Verlustleistung bedeutet. Bei noch höheren GPRS Klassen, wie beispielsweise GPRS Class 12, kommt es bis zu einer Vervierfachung der Verlustleistung. Als Ergebnis droht nach einer gewissen Betriebszeit eine Ü- berhitzung der Bauelemente.
Im Folgenden ist eine grobe Übersicht bzgl . der GPRS Classes gegeben:
Bislang ist im Bereich der mobilen Telekommunikation ein derartiges Problem nicht aufgetreten, da diese Technik erst in der Einführungsphase ist. Mobilfunkgeräte wurden bislang mit der GPRS-Klasse Class 8 realisiert und betrieben.
Bei anderen elektronischen Geräten, wie beispielsweise Desktopcomputern, wurden an die temperaturkritischen Bauelemente Kühlkörper oder Lüfter montiert. Bei der Montage von Kühlkörpern ist darauf zu achten, dass eine gute Wärmekopplung zwischen dem Kühlkörper und dem elektrischen Bauelement, das sich durch die Verlustleistung erhitzt, gewährleistet ist. Um Luft als schlechten Wärmeleiter auszuschließen, werden Zwischenräume zwischen dem entsprechenden Bauelement und dem Kühlkörper mit Wärmeleitfolien oder Wärmeleitpasten gefüllt. Ferner lässt sich durch eine angepasste Struktur die Verteilung der Wärme bei elektrischen Bauelementen beeinflussen.
Wärmeleitfolien und Wärmeleitpasten sind zwar bessere Wärmeleiter als Luft, aber auch nicht ausreichend, um eine zufriedenstellende Wärmeableitung bei elektrischen Bauelementen zu gewährleisten.
Es war somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bereit zu stellen, mit dessen Hilfe es ermöglicht wird, eine gute und zufriedenstellende Wärmeableitung von e- lektronischen Bauelementen in Mobilfunkgeräten zu gewährleisten. Ferner war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein entsprechendes Mobilfunkgerät bereit zu stellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. durch ein erfindungsgemäßes Mobil- funkgerät gemäß Anspruch 5. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den entsprechenden Unteransprüchen aufgeführt .
Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zur Wärmeableitung in Mobilfunkgeräten mit wärmeabstrahlenden, elektrischen Bauelementen zur Verfügung gestellt, bei dem die wärmeabstrahlenden Bauelemente mit einer Metallfolie in wärmeableitenden Wirkkontakt gebracht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Metallfolie gewellt und/oder wabenstrukturiert ausgeführt. Durch den Einsatz einer gewellten und/oder wabenstrukturierten Metallfolie wird der Widerstand bei der Wärmeableitung minimiert . Durch die Verformbarkeit der gewellten und/oder wabenstrukturierten Metallfolie werden auftretende Zwischenräume vollständig ausgefüllt, so dass eine optimale Wärmeableitung gewährleistet wird. Die waben- und/oder wellenförmige Metallfolie kann formschlüssig an die zur Wärmeableitung in Kontakt zu bringenden Flächen angeordnet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Verfahrens wird die Metallfolie in Wirkkontakt mit einem Kühlkörper bzw. einer Wärmesenke gebracht. Als Kühlkörper lässt sich beispielsweise ein metallischer Körper verwenden, der entweder großflächig zur Abstrahlung und/oder groß- volumig als Wärmesenke ausgeführt ist.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird die Metallfolie an sich als Kühlkörper eingesetzt. Ob die Metallfolie an sich als Kühlkörper ausreicht, hängt insbesondere von der Höhe der abzuleitenden Verlustwärme ab. Die erfindungsgemäß vorgesehene Waben-und/oder Wellenstruktur bietet eine sehr große wärmeabstrahlende Oberfläche.
Ferner umfasst die Erfindung ein Mobilfunkgerät mit wärmeabstrahlenden elektrischen Bauelementen, bei dem die Bauelemente je mit einer Metallfolie in wärmeableitenden Wirkkontakt gebracht werden.
Vorzugsweise ist die Metallfolie gewellt und/oder weist eine Wabenstruktur auf . Durch den Einsatz einer gewellten oder wabenstrukturierten Metallfolie wird die abstrahlende Fläche vergrößert . Der Wärmeableitungswiderstand wird zum einen durch den Einsatz einer metallischen Folie wie auch durch deren gewellten oder wabenförmigen Struktur minimiert. Ferner ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mobilfunkgeräts die Metallfolie in wärmeableitenden Wirkkontakt zu einem Kühlkörper.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mobilfunkgeräts fungiert die Metallfolie an sich als Kühlkörper. Aufgrund ihrer Waben- und/oder Wellenstruktur hat sie eine sehr große wärmeabstrahlende Fläche.
Ferner umfasst die vorliegende Erfindung die Verwendung einer gewellten und/oder wabenstrukturierten Metallfolie zur Wärmeableitung bei wärmeabstrahlenden elektrischen Bauelementen in Mobilfunkgeräten.
Weitere Vorteile werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert . Es zeigen
Fig. 1 Schematische Darstellung einer ausgeführten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 Schematische Darstellung einer anderen ausgeführten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3 Schematische Darstellung einer weiteren ausgeführten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Figur 1 ist eine Leiterplatte 1 dargestellt, welche auf einer Seite mit Bauelementen 2 bestückt ist, die eine große Wärmeentwicklung besitzen. Auf der anderen Seite der Leiterplatte 1 ist mittels geeigneter Verbindungselemente 3, was beispielsweise Schrauben oder Nieten sein können, ein Kühlkörper 4 in Form eines Kühlblechs angeordnet . Bei der Montage des Kühlkörpers 4 ist eine gute Wärmekopplung des Kühlkörpers zu den elektrischen Bauelementen 2 maßgebend dafür, dass es zu keiner zu großen Erhitzung der Bauelemente 2 und damit zu einer eventuellen Zerstörung der Bauelemente 2 kommt. Um in dem auftretenden Zwischenraum zwischen der Leiterplatte 1 und dem Kühlkörper 4 eine schlechte Wärmeleitung zu vermeiden, wird erfindungsgemäß eine Metallfolie 5 oder eine Metallpaste eingesetzt .
Figur 2 zeigt eine andere Möglichkeit der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Wiederum ist eine Leiterplatte 1 dargestellt, welche auf einer Seite mit einem wärmeverlust- behafteten Bauelement 2 bestückt ist. Zur Abschirmung ist ferner oberhalb des Bauelementes 2 ein Schirmdeckel 6 vorgesehen. Auf der anderen Seite der Leiterplatte 1 wird eine Wärmesenke 4 angeordnet. Es kann sich dabei um einen Kühlkörper, um eine Batterie oder ein Chassi handeln. In den entstehenden Zwischenräumen zischen dem Bauelement 2 bzw. der Leiterplatte 1 und dem Schirmdeckel 6 bzw. dem Kühlkörper 4 wird erfindungsgemäß eine Metallfolie 5 angeordnet, die gewellt und/oder wabenstrukturiert ist. Durch die Verformbarkeit der gewellten und/oder wabenstrukturierten Metallfolie 5 wird ein sehr guter Kontakt einer Wärmeüberleitung ermöglicht. Die Metallfolie 5 kann zum einen lediglich den Übergang zu einem Kühlkörper 4 herstellen, wie hier in dem Zwischenraum zwischen Kühlkörper 4 und Leiterplatte 1. Ferner könnte die Metallfolie 5 selbst als Kühlköper fungieren. Durch den Einsatz einer Metallfolie 5 mit Wellen- oder Wabenstruktur wird nämlich die abstrahlende Fläche erheblich vergrößert.
In Figur 3 ist eine weitere Möglichkeit der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Auch hier ist eine Leiterplatte 1 mit auf einer Seite der Leiterplatte 1 angeordneten verlustbehafteten Bauelement 2 dargestellt. Zudem ist auf der anderen Seite der Leiterplatte 1 ein Kunststoffteil 7 angeordnet. Zwischen Kunststoffteil 7 und Leiterplatte 1 ist eine waben- und/oder wellenförmige Metallfolie 5 vorgesehen, die sich an die jeweiligen Oberflächen aufgrund ihrer guten Verformbarkeit anpassen kann. Aufgrund ihrer Struktur hat die Metallfolie 5 selbst eine sehr große wärmeabstrahlende Oberfläche, was zusätzlich zum Tragen kommt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Wärmeableitung in Mobilfunkgeräten mit wärmeabstrahlenden, elektrischen Bauelementen (2) , bei dem die wärmeabstrahlenden Bauelemente (2) mit einer Metallfolie (5) in wärmeableitenden Wirkkontakt gebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Metallfolie (5) gewellt und/oder wabenstrukturiert ausgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Metallfolie (5) in Wirkkontakt mit einem Kühlkörper (4) gebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Metallfolie (5) an sich als Kühlkörper eingesetzt wird.
5. Mobilfunkgerät mit wärmeabstrahlenden elektrischen Bauelementen (2) , bei dem die Bauelemente (2) je mit einer Metallfolie (5) in wärmeableitendem Wirkkontakt stehen.
6. Mobilf unkgerät nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Metallfolie (5) gewellt ist und/oder eine Wabenstruktur aufweist.
7. Mobilf unkgerät nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Metallfolie (5) in wärmeableitenden Wirkkontakt zu einem Kühlkörper (4) steht.
8. Mobilf unkgerät nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Metallfolie (5) an sich als Kühlkörper fungiert.
9. Verwendung einer gewellten und/oder wabenstrukturierten Metallfolie (5) zur Wärmeableitung bei wärmeabstrahlenden e- lektrischen Bauelementen (2) in Mobilfunkgeräten.
EP03787694A 2002-07-23 2003-07-16 Verfahren zur wärmeableitung in mobilfunkgeräten und ein entsprechendes mobilfunkgerät Withdrawn EP1523870A1 (de)

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