EP3353824A1 - Cooling arrangement for an electronic component - Google Patents

Cooling arrangement for an electronic component

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EP3353824A1
EP3353824A1 EP16766262.6A EP16766262A EP3353824A1 EP 3353824 A1 EP3353824 A1 EP 3353824A1 EP 16766262 A EP16766262 A EP 16766262A EP 3353824 A1 EP3353824 A1 EP 3353824A1
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EP
European Patent Office
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cooling
cooling arrangement
heat sink
electronic component
arrangement according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16766262.6A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Franke
Peter Frühauf
Rüdiger Knofe
Bernd Müller
Stefan Nerreter
Michael Niedermayer
Ulrich Wittreich
Manfred ZÄSKE
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H05K2201/10219—Thermoelectric component

Definitions

  • the invention relates to a cooling arrangement for an electronic component, which has a heat sink with a contact surface as an interface for the electronic component.
  • Au ⁇ ßerdem the invention relates to an electronic assembly with such a cooling arrangement.
  • heatsinks are used, for example, which provide an assembly side with which they can be placed on an interface of the electronic component.
  • the used heat sinks often have fins to increase the surface area for heat dissipation and can be produced economically as an extruded profile at ⁇ play in aluminum.
  • the possible heat output of such passive cooler is however bound by physical limits so that encounter limits ⁇ conventional cooling elements in heat dissipation to their performance.
  • a better heat Conductive metal such as copper can be selected.
  • heatsinks are uneconomical due to higher material and manufacturing costs.
  • Another possibility is an active cooling by a forced convection of a coolant, in ⁇ example of air, which is moved by means of a fan or a liquid that can be used for example in so-called heat pipes. Also such
  • Cooling solutions are more expensive than passive cooling and also dependent on an energy source.
  • the object of the invention is to provide a cooling arrangement for an electronic component or an electronic assembly in which such a cooling arrangement is used, with the reliable cooling with a comparatively large cooling capacity with economic technical means is possible.
  • the cooling arrangement has a converter for converting thermal energy into useful energy.
  • the thermal energy is herein ge ⁇ represents by the electronic component to be cooled is provided, with which the heat sink is connected in thermally conductive manner.
  • the useful energy generated by the transducer can be, for example, electrical or mechanical and is inventively fed into a functional element, which is designed as part of the cooling arrangement.
  • a so-called piezo pocket can be used, in which the fan is driven by a piezoelectric element and in this way ensures air movement.
  • a motor-driven fan can be used.
  • another Peltier element can be used which supplies electrical energy and is thus used as a heat pump.
  • Thedevor ⁇ direction can be used to cool the heat sink or for direct cooling of the electronic component to be cooled.
  • the provision of a transducer according to the invention has the advantageous effect that heat is conducted from the electronic component from ⁇ , so that the transducer supports the heat sink for cooling the electronic component, whereby the cooling performance is advantageously improved.
  • the thus resulting overhead advantageously enables the use of the useful energy produced, which can be used to another functionality of the electronic assembly, to which the electronic compo ⁇ component belongs.
  • This is advantageous cost savings associated with the savings by an energy source or use of an energy source with redu ⁇ ed power consumption incurred and thereby compensate for the extra work for the cooling arrangement.
  • the converter can, for. B. by a device made of bimetal or a shape memory alloy such as nickel-titanium. This is a converter that converts thermal energy into mechanical energy. With this mechanical useful energy, for example, a cooling device can be driven like a fan.
  • the converter may also be formed by a thermoelectric generator according to an advantageous embodiment of the invention.
  • a thermoelectric generator As useful energy, electrical energy is generated in such a generator.
  • Such a thermoelectric generator can be realized for example by a Peltier element.
  • electrical energy can be used for a large number of functional elements.
  • the functional element requires a different type of useful energy than is provided by the converter, the functional element must be equipped with a further converter. be equipped, which converts the useful energy provided by the converter into the useful energy required by the functional element .
  • a thermoelectric generator comes as a transducer for use
  • the motor of a fan or the piezoelectric actuator of a piezo fan forms the wide ⁇ ren converter in the functional element for converting the electrical energy into mechanical energy.
  • electrical ⁇ shear useful energy is that a variety of inexpensive and reliably operating converters available that can be used as a further transducer.
  • thermoelectric generator and the function ⁇ element can be connected with an energy store for electrical energy, respectively.
  • the stored electrical energy can be used for the operation of the functional element as a result, even if the electronic component Kom ⁇ just no heat energy provides.
  • ⁇ by it is possible to supply also functions with electrical energy, whose operation is required outside the Be ⁇ drive the electronic component.
  • an electrical energy storage advantageously there is the possibility that after completion of the operation of the electronic component still power can be generated while the electronic compo ⁇ nents cools. As a result, for example, without the use of foreign energy sources, cooling by means of a cooling device can be supported or other functionality can be kept going.
  • theannosele ⁇ ment is formed by a monitoring device and / or display device and / or data transmission device.
  • display devices for example, LEDs come into question, indicating, for example, overheating of the electronic component.
  • sensors can be used, which in the component Automatically switch off overheating.
  • functional elements can also be operated which do not directly participate in the cooling process of the cooling arrangement.
  • data of the electronic module can be transmitted to external devices via a data transmission device. This may be, for example, higher-level control systems that control a composite of electronic assemblies together, as is the case for example in industrial manufacturing plants.
  • the data transmission device can be realized, for example, by a mechanical interface (plug connection) or a wireless interface (radio connection, infrared connection or the like).
  • a mechanical interface plug connection
  • a wireless interface radio connection, infrared connection or the like.
  • the converter is contacted with an additional heat sink.
  • the additional heat sink advantageously dissipates heat from the transducer, whereby a larger temperature gradient is generated in the converter between the electronic component and the additional heat sink. This advantageously enables the He ⁇ production (conversion) of a larger amount of useful energy which is supplied to the functional element.
  • the additional heat sink can advantageously be operated in a different temperature range, as the heat sink, which is provided for the electronic component available.
  • the cooling arrangement forms a structural unit.
  • the elements are the heat sink, the transducer, the functional element, the further transducer and the additional heat sink, wherein not all elements in the structural unit must be kept ent ⁇ .
  • the advantage of a summary of at least a portion of the elements to form a unit is because ⁇ rin that it can be installed easily, thereby pre- Partially saved installation costs in the final assembly and larger quantities with corresponding cost advantages (lot size savings) are manufactured for several products.
  • the assembly of the cooling arrangement according to the invention is thereby more economical.
  • the contacting of the transducer with the heat sink is advantageous in order to support the cooling capacity of the heat sink.
  • the heat sink can have ribs and the transducer can be arranged between adjacent ribs.
  • the transducer is also contacted with the ribs.
  • the accommodation of the transducer between the ribs has the advantage that it is protected there from damage and requires no additional space outside the heat sink.
  • the cooling device is then advantageously protected also housed between the ribs. This is particularly advantageous when sensitive mechanical components such as compartments are used.
  • the cooling effect can then be advantageous di ⁇ rectly triggered between the ribs, whereby the effect of the surface enlargement of the ribs can be better utilized.
  • a control module can additionally be used which distributes the energy generated by the thermoelectric generator.
  • the control module is insofar also a functional element. With the help of the control module can advantageously control operation-dependent functional processes of the cooling arrangement, so that it can be operated depending on the operation in different modes. In this case, the already mentioned sensors can be used, which form further functional elements.
  • the object is also achieved by the above-given ⁇ ne electronic assembly in which the cooling arrangement consists of several modules, which together with the electronic see component are mounted on a circuit board.
  • the cooling arrangement consists of several modules, which together with the electronic see component are mounted on a circuit board.
  • conductor tracks which are provided on the circuit carrier.
  • the modules are advantageously integrated in this way in the electronic module.
  • the transducer can be arranged as a single module advantageously op timal ⁇ at the point where a conversion of thermal energy into useful energy may be performed most efficiently.
  • plated-through holes can be provided in the circuit carrier whose thermal conductivity ensures transmission of the heat produced by the electronic component to the converter.
  • the electronic assembly can be provided in a housing ⁇ which this example, as a so-called molded
  • Interconnect Device can be made.
  • the use of foil-shaped circuit carriers is conceivable.
  • the transducer is contacted directly with the electronic component of the electronic module or with a heat conduction path emanating from the electronic component.
  • the varnishleitpfad can, as already described, from
  • heat conduction path is provided on that side of the circuit carrier on which the electronic component to be cooled is also arranged (front side). This allows the mounting of the transducer in the environment of the electronic component.
  • the use of heat conduction paths thus has the advantage that in terms of the arrangement of Components of the cooling arrangement, a greater structural design freedom arises.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the cooling arrangement according to the invention as a block diagram
  • FIG. 2 is a diagram showing the heat flow different
  • FIG. 1 the individual elements of the inventive electronic assembly are shown as a block diagram.
  • An electronic component 11 has a temperature Zvi ⁇ rule 50 and 150 ° C. This heat is released via a thermal interface 12 to a heat sink 13.
  • a transducer 14 is provided, which is acted upon by a quantity of heat Q g . This gives excess heat, moreover, to an additional cooling body 15.
  • the additional heat sink 15 is, however, operated in a different temperature range, as the heat sink 13.
  • the converter 14 is designed as a thermoelectric generator (for example as a Peltier element) and generates electrical energy due to the temperature difference between the interface 12 and the additional heat sink 15.
  • the ⁇ se is delivered to a control module 18, wherein the Steuerermo ⁇ module 18, the energy management for a cooling arrangement 19 over ⁇ takes, the system boundaries are also indicated by a dash-dotted line.
  • the converter 14 belongs to this
  • Cooling arrangement 19 forms an element of the thermal system 17 and is thus to be understood as the connecting ele ⁇ ment of both systems.
  • the control module 18 enables the following operating states. If the electrical energy generated by the converter 14 is not or only partially required, the control module is fed with an energy storage device 20 in the form of a rechargeable battery. Conversely, the stored electrical energy can be provided from the Ener ⁇ gie notes 20 the control module 18 is available, if the transducer 14 generates not enough electrical energy.
  • the electrical power 23 may be used for different functional ⁇ elements 21, 22,. These functional elements can be controlled by the control module 18 or exercise their function self-sufficient. In the latter case, only the power supply is regulated by the control module 18.
  • An example of a functional element is a cooling device 21.
  • This cooling device 21 is used to bring about an additional cooling effect for the electrical component 11.
  • the cooling device 21 acts corresponding to the dashed arrow 22 on the heat sink 13, which thereby can provide a higher cooling capacity for the electrical component 11 (see Figure 2 you associated Be ⁇ description).
  • the cooling device 21 may be, for example, a piezo pocket 23 according to FIG.
  • Another possibility is to provide a monitoring device 24 for the electronic component 11 as a functional element. In this way, for example, an overheat protection can be realized by the monitoring device 24 corresponding to the indicated dashed
  • the electronic component 11 switches off to protect against overheating.
  • the monitoring device 24 may also indicate the presence of an overload case to a display device 26, e.g. As an LED, spend.
  • a data transmission device 27 can also be provided, so that a monitoring result (for example also the current temperature of the electronic component 11) can be transmitted by cable or wirelessly to a computer, not shown, for the purpose of external data processing.
  • a monitoring result for example also the current temperature of the electronic component 11
  • a computer not shown, for the purpose of external data processing.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of the cooling arrangement.
  • the electrical component 11 is mounted on a scarf ⁇ tion carrier 29 in the form of a printed circuit board.
  • On the upper side of the electrical component 11 of the heat sink 13 is mounted. As this is shown partially cut open it can be seen that this rib 30 has.
  • the electrical component 11 is mounted on a thermal conduction path 31 which is applied as a metallic layer on the front side 32 of the circuit substrate 29.
  • the thermal conduction path 31 is completed by ther ⁇ mix vias 33 that are a metal layer 34 on the back 35 of the circuit substrate 29 PLEASE CONTACT ⁇ ren.
  • a transducer 14 in the form of Peltier elements Toggle brought, whose respective opposite side is provided with a respective additional heat sink 15.
  • These additional heat sink 15 also have ribs 30.
  • dashed Li ⁇ lines 36 lines are indicated, which connect the two transducers 14 with the control module 18.
  • This also controls a designed as a piezoelectric actuator 37 second converter, which forms part of the cooling device 23.
  • the piezoactuator 37 drives a fan 38, which oscillates along the double arrow 39, in order to move air along the ribs 30 of the heat sink 13 and of the additional heat sink 15 mounted on the front side 32. As a result, the cooling effect of these two heatsink is increased.
  • the heat sink 15 is provided with a geometry which substantially corresponds to that of the cooling fins 30, so that the additional heat sink 15 replaces one of these fins.
  • the additional heat sink 15 forks at its base and provides between the fork an installation space for the control module 18, the piezoelectric actuator 37 and the fan 38.
  • the fan 38 can therefore operate in an opening, not shown, and causes an exchange of air between the adjacent intermediate spaces 40, which are formed by the ribs 13 and the additional heat sink 15.
  • additional heat sink 15 With the outer edges of the additional heat sink 15 mounting surfaces for transducers 14 in the form of Peltier elements available, which are connected with their respective other side with the ribs 30 of the heat sink 13 and thus fix the modular assembly between the ribs 30.
  • the additional heat sink 15 touches the heat sink 13 at any point directly, so that it can be operated in a different temperature range.
  • FIG. 5 likewise shows a structural unit.
  • the converter 14 consists of a thermomechanical actuator, which is provided, for example, by a thermo-mechanical actuator
  • Bimetallic strip or an element may be formed from a shape memory alloy. This is held on one side in a clamping 41. With the free end it forms a Gelenkt 42 which is also connected to a about a rotation axis 43 gela ⁇ siege compartments 38th Depending on the temperature, the transducer 14 deforms according to the double arrow 44, whereby the fan 38 is excited to fan over the joint 42.
  • Figure 6 shows the ability to perform the piezo fan 23 as Bauein ⁇ integral with the heat sink. 13 This is comb-like, so that the compartments 38 each in the interstices 40 protrude between the ribs 30. As can be seen from FIG. 7, the compartments 38 are angled away from a common base strip 46 for this purpose. This base strip 46 is supported on the outside of the heat sink 13 and is otherwise on piezo actuators 37. This results in activation of the piezoactuators 37 a fan-like movement of the compartments 38 according to the double arrow 39th
  • the piezo actuators 37 are formed by transducers 14 in the form of
  • Heatsink 13 are arranged.
  • the heat sink is designed rectangular, with the transducers 14 being mounted on respectively opposite outer sides, and the piezo pockets 23 are arranged at 90 ° on the two opposite outer sides.
  • the Peltier elements each have an additional heat sink 15 on the side remote from the heat sink 13.
  • the structure of the Peltier elements used is also indicated and generally known. This consists of contact blocks of p-doped semiconductors 47 and n-doped semiconductors 48, which are each connected via contact pieces 49 to form a circuit.
  • the transducer 14 is mounted on an electrical insulation layer 50 which ensures electrical isolation to the heat sink 13.

Abstract

The invention relates to a cooling arrangement for an electronic component (11) or an electrical assembly having such a cooling arrangement. Said cooling arrangement has a passive heat sink (13) for cooling an electrical device (11). According to the invention, there is additionally provision for transducers (14), e.g. thermoelectric generators, to cause an additional cooling effect by dissipating heat from the electronic device (11) and at the same time to allow the generation of power. This can be used, by way of example, to drive an active cooling apparatus (23), such as a piezo fan (38), which additionally caters for cooling the heat sink (13) and hence improves the cooling effect. The overall system is self-sufficient in terms of energy, since the requisite power supply is obtained from the waste heat from the electronic device (11). Advantageously, the power obtained can also be made available to other functional elements. The added costs of the additional cooling are therefore compensated for by saving on an energy source.

Description

Beschreibung description
Kühlanordnung für eine elektronische Komponente Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für eine elektronische Komponente, die einen Kühlkörper mit einer Kontaktfläche als Interface für die elektronische Komponente aufweist. Au¬ ßerdem betrifft die Erfindung eine elektronische Baugruppe mit einer solchen Kühlanordnung. The invention relates to a cooling arrangement for an electronic component, which has a heat sink with a contact surface as an interface for the electronic component. Au ¬ ßerdem the invention relates to an electronic assembly with such a cooling arrangement.
Es ist hinlänglich bekannt, dass elektronische Komponenten mit vorzugsweise passiven Kühlelementen versehen werden, um die Verlustwärme, die während des Betriebs der elektronischen Komponente entsteht, abzuführen. Die fortschreitende Erhöhung der durch elektronische Komponenten umgesetztem Leistungen bei gleichzeitiger Miniaturisierung der zum Einsatz kommenden Bauelemente führt dazu, dass pro zur Verfügung stehender Flä¬ cheneinheit der elektronischen Komponente immer größere Wär¬ memengen transportiert werden müssen. Dabei sind es die immer kleiner werdenden Kontaktflächen zwischen den elektronischen Komponenten als Wärmequelle und den zum Einsatz kommenden Kühlkörpern oder Medien, die eine effektive Entwärmung der elektronischen Komponenten erschweren. Andererseits ist eine zuverlässige Entwärmung Voraussetzung für eine einwandfreie Funktion der mit den elektronischen Komponenten realisierten Schaltungen . It is well known that electronic components are preferably provided with passive cooling elements to dissipate the heat lost during operation of the electronic component. The progressive increase of the unreacted by electronic components benefits while miniaturization of the next components used means that per standing available FLAE ¬ unit area of the electronic component increasingly Were ¬ memengen have to be transported. It is the ever-decreasing contact surfaces between the electronic components as a heat source and the heat sinks or media used that make effective cooling of the electronic components difficult. On the other hand, a reliable cooling is a prerequisite for proper functioning of the realized with the electronic components circuits.
Bei konventionellen Kühlkörpertechnologien kommen Kühlkörper beispielsweise aus Aluminium zum Einsatz, die eine Montage- seite zur Verfügung stellen, mit der sie auf eine Grenzfläche der elektronischen Komponente aufgesetzt werden können. Die zum Einsatz kommenden Kühlkörper haben häufig Rippen zur Vergrößerung der Oberfläche zur Wärmeabgabe und lassen sich bei¬ spielsweise in Aluminium kostengünstig als Strangpressprofil herstellen. Die mögliche Wärmeabgabe solcher passiven Kühler ist jedoch an physikalische Grenzen gebunden, so dass konventionelle Kühlelemente bei der Entwärmung an ihre Leistungs¬ grenzen stoßen. Statt Aluminium kann auch ein besser wärme- leitfähiges Metall wie Kupfer ausgewählt werden. Allerdings sind derartige Kühlkörper aufgrund von höheren Material- und Fertigungskosten unwirtschaftlich . In conventional heat sink technologies, aluminum heatsinks are used, for example, which provide an assembly side with which they can be placed on an interface of the electronic component. The used heat sinks often have fins to increase the surface area for heat dissipation and can be produced economically as an extruded profile at ¬ play in aluminum. The possible heat output of such passive cooler is however bound by physical limits so that encounter limits ¬ conventional cooling elements in heat dissipation to their performance. Instead of aluminum, a better heat Conductive metal such as copper can be selected. However, such heatsinks are uneconomical due to higher material and manufacturing costs.
Eine andere Möglichkeit besteht in einer aktiven Kühlung durch eine erzwungene Konvektion eines Kühlmittels, bei¬ spielsweise von Luft, die mittels eines Lüfters bewegt wird oder einer Flüssigkeit, die beispielsweise in sogenannten Heat-Pipes zum Einsatz kommen kann. Auch derartige Another possibility is an active cooling by a forced convection of a coolant, in ¬ example of air, which is moved by means of a fan or a liquid that can be used for example in so-called heat pipes. Also such
Entwärmungslösungen sind teurer als eine passive Kühlung und zudem von einer Energiequelle abhängig. Cooling solutions are more expensive than passive cooling and also dependent on an energy source.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kühlanordnung für eine elektronische Komponente oder eine elektronische Baugruppe, bei der eine solche Kühlanordnung zum Einsatz kommt, anzugeben, mit der eine zuverlässige Kühlung mit einer vergleichsweise großen Kühlleistung mit wirtschaftlichen technischen Mitteln möglich ist. The object of the invention is to provide a cooling arrangement for an electronic component or an electronic assembly in which such a cooling arrangement is used, with the reliable cooling with a comparatively large cooling capacity with economic technical means is possible.
Diese Aufgabe wird mit der eingangs angegebenen Kühlanordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kühlanordnung einen Wandler zur Wandlung von thermischer Energie in eine Nutzenergie aufweist. Die thermische Energie wird hierbei durch die zu kühlende elektronische Komponente zur Verfügung ge¬ stellt, mit der der Kühlkörper in thermisch leitender Weise verbunden ist. Die durch den Wandler erzeugte Nutzenergie kann beispielsweise elektrisch oder mechanisch sein und wird erfindungsgemäß in ein Funktionselement eingespeist, welches als Teil der Kühlanordnung ausgebildet ist. This object is achieved with the above-mentioned cooling arrangement according to the invention that the cooling arrangement has a converter for converting thermal energy into useful energy. The thermal energy is herein ge ¬ represents by the electronic component to be cooled is provided, with which the heat sink is connected in thermally conductive manner. The useful energy generated by the transducer can be, for example, electrical or mechanical and is inventively fed into a functional element, which is designed as part of the cooling arrangement.
Als Funktionselemente kommen erfindungsgemäß Kühlvorrichtun¬ gen für den Kühlkörper zum Einsatz. Als Kühlvorrichtung kann beispielsweise ein sogenannter Piezofächer Verwendung finden, bei dem der Fächer durch ein Piezoelement angetrieben wird und auf diese Weise für eine Luftbewegung sorgt. Alternativ kann selbstverständlich auch ein motorisch betriebener Lüfter zum Einsatz kommen. Zuletzt kann ein weiteres Peltierelement verwendet werden, welches mit elektrischer Energie versorgt wird und damit als Wärmepumpe zum Einsatz kommt. Die Kühlvor¬ richtung kann zur Kühlung des Kühlkörpers oder auch zur direkten Kühlung der zu kühlenden elektronischen Komponente eingesetzt werden. As functional elements Kühlvorrichtun ¬ conditions for the heat sink according to the invention are used. As a cooling device, for example, a so-called piezo pocket can be used, in which the fan is driven by a piezoelectric element and in this way ensures air movement. Alternatively, of course, a motor-driven fan can be used. Finally, another Peltier element can be used which supplies electrical energy and is thus used as a heat pump. The Kühlvor ¬ direction can be used to cool the heat sink or for direct cooling of the electronic component to be cooled.
Die erfindungsgemäße Bereitstellung eines Wandlers bewirkt vorteilhaft, dass Wärme von der elektronischen Komponente ab¬ geleitet wird, so dass der Wandler den Kühlkörper bei der Kühlung der elektronischen Komponente unterstützt, wodurch die Kühlleistung vorteilhaft verbessert wird. Der hierdurch entstandene Mehraufwand ermöglicht vorteilhaft die Nutzung der erzeugten Nutzenergie, die einer weiteren Funktionalität der elektronischen Baugruppe, zu der die elektronische Kompo¬ nente gehört, genutzt werden kann. Hiermit sind vorteilhaft Kosteneinsparungen verbunden, die durch eine Einsparung einer Energiequelle bzw. Verwendung einer Energiequelle mit redu¬ zierter Leistungsaufnahme entstehen und hierdurch den Mehraufwand für die Kühlanordnung kompensieren. Der Wandler kann z. B. durch eine Vorrichtung aus Bimetall oder aus einer Formgedächtnislegierung wie Nickel-Titan bestehen. Hierbei handelt es sich um einen Wandler, der thermische Energie in eine mechanische Nutzenergie umwandelt. Mit dieser mechanischen Nutzenergie kann beispielsweise eine Kühlvorrichtung wie ein Fächer angetrieben werden. The provision of a transducer according to the invention has the advantageous effect that heat is conducted from the electronic component from ¬, so that the transducer supports the heat sink for cooling the electronic component, whereby the cooling performance is advantageously improved. The thus resulting overhead advantageously enables the use of the useful energy produced, which can be used to another functionality of the electronic assembly, to which the electronic compo ¬ component belongs. This is advantageous cost savings associated with the savings by an energy source or use of an energy source with redu ¬ ed power consumption incurred and thereby compensate for the extra work for the cooling arrangement. The converter can, for. B. by a device made of bimetal or a shape memory alloy such as nickel-titanium. This is a converter that converts thermal energy into mechanical energy. With this mechanical useful energy, for example, a cooling device can be driven like a fan.
Der Wandler kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung auch durch einen thermoelektrischen Generator ausgebildet sein. Als Nutzenergie wird bei einem solchen Genera- tor elektrische Energie erzeugt. Ein solcher thermoelektri- scher Generator kann beispielsweise durch ein Peltierelement realisiert werden. Vorteilhaft kann elektrische Energie für eine Vielzahl von Funktionselementen zum Einsatz kommen. The converter may also be formed by a thermoelectric generator according to an advantageous embodiment of the invention. As useful energy, electrical energy is generated in such a generator. Such a thermoelectric generator can be realized for example by a Peltier element. Advantageously, electrical energy can be used for a large number of functional elements.
Wenn das Funktionselement eine andere Art von Nutzenergie be¬ nötigt, als durch den Wandler zur Verfügung gestellt wird, so muss das Funktionselement mit einem weiteren Wandler ausge- stattet sein, welcher die vom Wandler zur Verfügung gestellte Nutzenergie in die von dem Funktionselement benötigte Nutz¬ energie umwandelt. Wenn beispielsweise ein thermoelektrischer Generator als Wandler zum Einsatz kommt, bildet der Motor ei- nes Lüfters bzw. der Piezoaktor eines Piezofächers den weite¬ ren Wandler im Funktionselement, um die elektrische Energie in mechanische Energie zu wandeln. Der Vorteil von elektri¬ scher Nutzenergie liegt darin, dass eine Vielzahl von kostengünstigen und zuverlässig arbeitenden Wandlern zur Verfügung steht, die als weiterer Wandler eingesetzt werden können. If the functional element requires a different type of useful energy than is provided by the converter, the functional element must be equipped with a further converter. be equipped, which converts the useful energy provided by the converter into the useful energy required by the functional element . For example, when a thermoelectric generator comes as a transducer for use, the motor of a fan or the piezoelectric actuator of a piezo fan forms the wide ¬ ren converter in the functional element for converting the electrical energy into mechanical energy. The advantage of electrical ¬ shear useful energy is that a variety of inexpensive and reliably operating converters available that can be used as a further transducer.
Ein weiterer Vorteil von elektrischer Nutzenergie besteht da¬ rin, dass der thermoelektrische Generator und das Funktions¬ element jeweils mit einem Energiespeicher für die elektrische Energie verbunden werden können. Die gespeicherte elektrische Energie kann infolgedessen auch dann zum Betrieb des Funktionselements herangezogen werden, wenn die elektronische Kom¬ ponente gerade keine Wärmeenergie zur Verfügung stellt. Hier¬ durch wird es möglich, auch Funktionalitäten mit elektrischer Energie zu versorgen, deren Betrieb auch außerhalb des Be¬ triebs der elektronischen Komponente erforderlich ist. Zu bemerken ist, dass auch ohne Einsatz eines elektrischen Energiespeichers vorteilhaft die Möglichkeit besteht, dass nach Beendigung des Betriebs der elektronischen Komponente noch Strom erzeugt werden kann, während die elektronische Kompo¬ nente abkühlt. Hierdurch kann beispielsweise ohne den Einsatz fremder Energiequellen ein Abkühlen mittels einer Kühlvorrichtung unterstützt werden oder eine andere Funktionalität am Laufen gehalten werden. A further advantage consists of electric usable as ¬ rin that the thermoelectric generator and the function ¬ element can be connected with an energy store for electrical energy, respectively. The stored electrical energy can be used for the operation of the functional element as a result, even if the electronic component Kom ¬ just no heat energy provides. Here ¬ by it is possible to supply also functions with electrical energy, whose operation is required outside the Be ¬ drive the electronic component. It should be noted that even without the use of an electrical energy storage advantageously there is the possibility that after completion of the operation of the electronic component still power can be generated while the electronic compo ¬ nents cools. As a result, for example, without the use of foreign energy sources, cooling by means of a cooling device can be supported or other functionality can be kept going.
Andere Funktionalitäten können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch realisiert werden, dass das Funktionsele¬ ment durch eine Überwachungsvorrichtung und/oder Anzeigevorrichtung und/oder Datenübertragungsvorrichtung gebildet ist. Als Anzeigevorrichtungen kommen beispielsweise LEDs in Frage, die beispielsweise eine Überhitzung der elektronischen Komponente anzeigen. Als Überwachungsvorrichtung können beispielsweise Sensoren zum Einsatz kommen, die die Komponente bei Überhitzung automatisch abschalten. Außerdem können auch Funktionselemente betrieben werden, welche nicht direkt an dem Kühlvorgang der Kühlanordnung beteiligt. Beispielsweise können Daten der elektronischen Baugruppe über eine Daten- Übertragungsvorrichtung an externe Geräte weitergegeben werden. Hierbei kann es sich beispielsweise um übergeordnete Steuerungsanlagen handeln, die einen Verbund von elektronischen Baugruppen gemeinsam steuern, wie dies beispielsweise in industriellen Fertigungsanlagen der Fall ist. Die Datenü- bertragungsvorrichtung kann beispielsweise durch eine mechanische Schnittstelle (Steckverbindung) oder eine drahtlose Schnittstelle (Funkverbindung, Infrarotverbindung oder ähnliches) realisiert sein. Der Energiebedarf der genannten Funktionalitäten kann über die bereits erwähnte Speicherung von elektrischer Energie auch außerhalb des Betriebs der elektro¬ nischen Komponente sichergestellt werden. Other functionalities can be realized according to an embodiment of the invention in that the Funktionsele ¬ ment is formed by a monitoring device and / or display device and / or data transmission device. As display devices, for example, LEDs come into question, indicating, for example, overheating of the electronic component. As a monitoring device, for example, sensors can be used, which in the component Automatically switch off overheating. In addition, functional elements can also be operated which do not directly participate in the cooling process of the cooling arrangement. For example, data of the electronic module can be transmitted to external devices via a data transmission device. This may be, for example, higher-level control systems that control a composite of electronic assemblies together, as is the case for example in industrial manufacturing plants. The data transmission device can be realized, for example, by a mechanical interface (plug connection) or a wireless interface (radio connection, infrared connection or the like). The energy requirement of said functionalities can be ensured by the already mentioned storage of electrical energy and outside the operation of the electronic ¬ nischen component.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wandler mit einem Zusatzkühlkörper kontak- tiert ist. Der Zusatzkühlkörper leitet vorteilhaft Wärme aus dem Wandler ab, wodurch zwischen der elektronischen Komponente und dem Zusatzkühlkörper ein größeres Temperaturgefälle in dem Wandler erzeugt wird. Dies ermöglicht vorteilhaft die Er¬ zeugung (Wandlung) eines größeren Betrags an Nutzenergie, welche dem Funktionselement zur Verfügung gestellt wird. Der Zusatzkühlkörper kann dabei vorteilhaft in einem anderen Temperaturbereich betrieben werden, als der Kühlkörper, welcher für die elektronische Komponente zur Verfügung gestellt wird. Vorteilhaft bildet die Kühlanordnung eine Baueinheit aus.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the converter is contacted with an additional heat sink. The additional heat sink advantageously dissipates heat from the transducer, whereby a larger temperature gradient is generated in the converter between the electronic component and the additional heat sink. This advantageously enables the He ¬ production (conversion) of a larger amount of useful energy which is supplied to the functional element. The additional heat sink can advantageously be operated in a different temperature range, as the heat sink, which is provided for the electronic component available. Advantageously, the cooling arrangement forms a structural unit.
Dies bedeutet, dass alle Elemente, die gemeinsam die Kühlan¬ ordnung bilden, in einer Baueinheit zusammengefasst sind. Bei den Elementen handelt es sich um den Kühlkörper, den Wandler, das Funktionselement, den weiteren Wandler und den Zusatz- kühlkörper, wobei nicht alle Elemente in der Baueinheit ent¬ halten sein müssen. Der Vorteil einer Zusammenfassung zumindest eines Teils der Elemente zu einer Baueinheit liegt da¬ rin, dass diese einfacher verbaut werden kann, wodurch vor- teilhaft Montagekosten bei der Endmontage eingespart sowie größere Stückzahlen mit entsprechenden Kostenvorteilen (Losgrößenersparnisse) für mehrere Produkte gefertigt werden. Die Montage der erfindungsgemäßen Kühlanordnung wird dadurch wirtschaftlicher. Insbesondere die Kontaktierung des Wandlers mit dem Kühlkörper ist vorteilhaft, um die Kühlleistung des Kühlkörpers zu unterstützen. This means that all the elements that together form the Kühlan ¬ order, are combined in one unit. The elements are the heat sink, the transducer, the functional element, the further transducer and the additional heat sink, wherein not all elements in the structural unit must be kept ent ¬ . The advantage of a summary of at least a portion of the elements to form a unit is because ¬ rin that it can be installed easily, thereby pre- Partially saved installation costs in the final assembly and larger quantities with corresponding cost advantages (lot size savings) are manufactured for several products. The assembly of the cooling arrangement according to the invention is thereby more economical. In particular, the contacting of the transducer with the heat sink is advantageous in order to support the cooling capacity of the heat sink.
Besonders vorteilhaft kann der Kühlkörper Rippen aufweisen und der Wandler zwischen benachbarten Rippen angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Wandler auch mit den Rippen kontaktiert. Die Unterbringung des Wandlers zwischen den Rippen hat den Vorteil, dass dieser dort vor Beschädigungen geschützt ist und keinen zusätzlichen Bauraum außerhalb des Kühlkörpers erfordert. Außerdem ist es möglich, den Wandler zwischen den Rippen auch mit einer Kühlvorrichtung auszustatten. Die Kühlvorrichtung ist dann vorteilhaft ebenfalls geschützt zwischen den Rippen untergebracht. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn empfindliche mechanische Bauteile wie Fächer zum Einsatz kommen. Außerdem kann der Kühlungseffekt vorteilhaft dann di¬ rekt zwischen den Rippen ausgelöst werden, wodurch der Effekt der Oberflächenvergrößerung an den Rippen besser ausgenutzt werden kann. Particularly advantageously, the heat sink can have ribs and the transducer can be arranged between adjacent ribs. Preferably, the transducer is also contacted with the ribs. The accommodation of the transducer between the ribs has the advantage that it is protected there from damage and requires no additional space outside the heat sink. In addition, it is possible to equip the converter between the ribs with a cooling device. The cooling device is then advantageously protected also housed between the ribs. This is particularly advantageous when sensitive mechanical components such as compartments are used. In addition, the cooling effect can then be advantageous di ¬ rectly triggered between the ribs, whereby the effect of the surface enlargement of the ribs can be better utilized.
Für das Funktionselement und/oder den thermoelektrischen Generator kann zusätzlich ein Steuermodul zum Einsatz kommen, das die durch den thermoelektrischen Generator erzeugte Energie verteilt. Bei dem Steuermodul handelt es sich insoweit ebenfalls um ein Funktionselement. Mit Hilfe des Steuermoduls lassen sich vorteilhaft betriebsabhängige Funktionsabläufe der Kühlanordnung kontrollieren, so dass diese betriebsabhängig in verschiedenen Modi betrieben werden kann. Hierbei können auch die bereits erwähnten Sensoren zum Einsatz kommen, welche weitere Funktionselemente ausbilden. For the functional element and / or the thermoelectric generator, a control module can additionally be used which distributes the energy generated by the thermoelectric generator. The control module is insofar also a functional element. With the help of the control module can advantageously control operation-dependent functional processes of the cooling arrangement, so that it can be operated depending on the operation in different modes. In this case, the already mentioned sensors can be used, which form further functional elements.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch die eingangs angegebe¬ ne elektronische Baugruppe, bei der die Kühlanordnung aus mehreren Modulen besteht, die gemeinsam mit der elektroni- sehen Komponente auf einem Schaltungsträger montiert sind. Für einen elektrischen Anschluss der verschiedenen Module können Leiterbahnen verwendet werden, die auf dem Schaltungsträger vorgesehen werden. Die Module sind auf diese Weise vorteilhaft in die elektronische Baugruppe integriert. Insbe¬ sondere der Wandler kann als einzelnes Modul vorteilhaft op¬ timal an der Stelle angeordnet werden, wo eine Wandlung von thermischer Energie in Nutzenergie am effizientesten durchgeführt werden kann. Beispielsweise kann gemäß einer vorteil- haften Ausgestaltung der Erfindung der Wandler auf einerThe object is also achieved by the above-given ¬ ne electronic assembly in which the cooling arrangement consists of several modules, which together with the electronic see component are mounted on a circuit board. For an electrical connection of the various modules, it is possible to use conductor tracks which are provided on the circuit carrier. The modules are advantageously integrated in this way in the electronic module. In particular ¬ sondere the transducer can be arranged as a single module advantageously op timal ¬ at the point where a conversion of thermal energy into useful energy may be performed most efficiently. For example, according to an advantageous embodiment of the invention, the converter on a
Rückseite des Schaltungsträgers, also auf der der zu kühlen¬ den elektronischen Komponente gegenüber liegenden Seite montiert werden. Hier können Durchkontaktierungen im Schaltungsträger vorgesehen sein, deren thermische Leitfähigkeit eine Übertragung der von der elektronischen Komponente produzierten Wärme auf den Wandler gewährleistet. Rear side of the circuit substrate, that are mounted on the cooling ¬ the electronic component opposite side. Here, plated-through holes can be provided in the circuit carrier whose thermal conductivity ensures transmission of the heat produced by the electronic component to the converter.
Als elektrischer Schaltungsträger kann beispielsweise eine Leiterplatte Verwendung finden. Allerdings sind auch andere Bauformen des Schaltungsträgers denkbar. Beispielsweise kann die elektronische Baugruppe in einem Gehäuse vorgesehen wer¬ den wobei dieses beispielsweise als sogenanntes Moulded As an electrical circuit substrate, for example, a printed circuit board can be used. However, other types of circuit substrate are conceivable. For example, the electronic assembly can be provided in a housing ¬ which this example, as a so-called molded
Interconnect Device (MID) hergestellt werden kann. Auch die Verwendung von folienförmigen Schaltungsträgern ist denkbar. Interconnect Device (MID) can be made. The use of foil-shaped circuit carriers is conceivable.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wandler direkt mit der elektronischen Komponente der elektronischen Baugruppe oder mit einem von der elektronischen Komponente ausgehenden Wärmeleitpfad kontaktiert ist. Der Wärmeleitpfad kann, wie bereits beschrieben, ausAccording to a further embodiment of the invention, it is provided that the transducer is contacted directly with the electronic component of the electronic module or with a heat conduction path emanating from the electronic component. The Wärmeleitpfad can, as already described, from
Durchkontaktierungen bestehen, um die Wärme auf die Rückseite des Schaltungsträgers abzuführen. Allerdings ist es auch denkbar, dass der Wärmeleitpfad auf derjenigen Seite des Schaltungsträgers vorgesehen wird, auf der auch die zu küh- lende elektronische Komponente angeordnet ist (Vorderseite) . Dies ermöglicht die Montage des Wandlers in der Umgebung der elektronischen Komponente. Die Verwendung von Wärmeleitpfaden hat somit den Vorteil, dass hinsichtlich der Anordnung der Komponenten der Kühlanordnung ein größerer konstruktiver Gestaltungsspielraum entsteht. Through holes exist to dissipate the heat to the back of the circuit substrate. However, it is also conceivable that the heat conduction path is provided on that side of the circuit carrier on which the electronic component to be cooled is also arranged (front side). This allows the mounting of the transducer in the environment of the electronic component. The use of heat conduction paths thus has the advantage that in terms of the arrangement of Components of the cooling arrangement, a greater structural design freedom arises.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszei¬ chen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen : Further details of the invention are described below with reference to the drawing. Identical or corresponding drawing elements are each provided with the same Bezugszei ¬ chen and are only explained several times as far as differences arise between the individual figures. Show it :
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kühlanordnung als Blockschaltbild, 1 shows an embodiment of the cooling arrangement according to the invention as a block diagram,
Figur 2 ein Diagramm, welches den Wärmefluss verschiedener Figure 2 is a diagram showing the heat flow different
Wärmemengen Q des Ausführungsbeispiels gemäß Figur Amounts of heat Q of the embodiment of FIG
1 darstellt, und 1 represents, and
Figur 3 verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsge¬ mäßen elektronischen Baugruppe bzw. der erfindungs- gemäßen Kühlanordnung, teilweise aufgeschnitten, wobei Figur 7 einen Schnitt VII-VII gemäß Figur 6 darstellt . 3 shows various embodiments of the erfindungsge ¬ mäßen electronic assembly and the inventive cooling arrangement, partially cut away, wherein Figure 7 shows a section VII-VII according to Figure 6 represents.
Gemäß Figur 1 sind die einzelnen Elemente der erfindungsgemä- ßen elektronischen Baugruppe als Blockschaltbild dargestellt. Eine elektronische Komponente 11 weist eine Temperatur zwi¬ schen 50 und 150°C auf. Diese Wärme wird über ein thermisches Interface 12 an einen Kühlkörper 13 abgegeben. Zusätzlich zu dem Kühlkörper 13, über den der Hauptteil der Wärmemenge Qp (vgl. Figur 2) transportiert wird, ist außerdem ein Wandler 14 vorgesehen, der mit einer Wärmemenge Qg beaufschlagt wird. Dieser gibt überschüssige Wärme überdies an einen Zusatzkühl¬ körper 15 ab. Der Zusatzkühlkörper 15 wird allerdings in einem anderen Temperaturbereich betrieben, als der Kühlkörper 13. In Figur 1 ist zu erkennen, dass der Kühlkörper 13 in diesem Ausführungsbeispiel an seiner kühlsten Stelle eine Temperatur von 40 bis 60°C aufweist, während der Zusatzkühlkörper 15 am kühlsten Punkt bei einer Temperatur von 20 bis 40 °C liegt. Der Wärmefluss zwischen den genannten Komponenten ist in Figur 1 durch breite Pfeile 16 dargestellt, wobei de¬ ren Breite keine Aussagen über den Betrag der fließenden Wärmemenge enthalten. According to Figure 1, the individual elements of the inventive electronic assembly are shown as a block diagram. An electronic component 11 has a temperature Zvi ¬ rule 50 and 150 ° C. This heat is released via a thermal interface 12 to a heat sink 13. In addition to the heat sink 13, over which the main part of the heat quantity Q p (see Figure 2) is transported, also a transducer 14 is provided, which is acted upon by a quantity of heat Q g . This gives excess heat, moreover, to an additional cooling body 15. The additional heat sink 15 is, however, operated in a different temperature range, as the heat sink 13. In Figure 1 it can be seen that the heat sink 13 in this embodiment at its coolest point has a temperature of 40 to 60 ° C, while the additional heat sink 15 at the coolest Point at a temperature of 20 to 40 ° C is. The heat flux between the mentioned components is shown in Figure 1 by broad arrows 16, wherein de ¬ ren width not contain any statements of the amount of the flowing amount of heat.
Die genannten Elemente 11, 12, 13, 14, 15 bilden ein thermisches System 17 aus, dessen Systemgrenzen strichpunktiert eingezeichnet sind. Der Wandler 14 ist als thermoelektrischer Generator (beispielsweise als Peltierelement ) ausgebildet und erzeugt aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen dem Interface 12 und dem Zusatzkühlkörper 15 elektrische Energie. Die¬ se wird an ein Steuermodul 18 abgegeben, wobei das Steuermo¬ dul 18 das Energiemanagement für eine Kühlanordnung 19 über¬ nimmt, deren Systemgrenzen ebenfalls durch eine strichpunk- tierte Linie angegeben sind. Der Wandler 14 gehört dieserSaid elements 11, 12, 13, 14, 15 form a thermal system 17, the system boundaries are shown in phantom. The converter 14 is designed as a thermoelectric generator (for example as a Peltier element) and generates electrical energy due to the temperature difference between the interface 12 and the additional heat sink 15. The ¬ se is delivered to a control module 18, wherein the Steuerermo ¬ module 18, the energy management for a cooling arrangement 19 over ¬ takes, the system boundaries are also indicated by a dash-dotted line. The converter 14 belongs to this
Kühlanordnung 19 an und bildet gleichzeitig ein Element des thermischen Systems 17 und ist damit das das verbindende Ele¬ ment beider Systeme zu verstehen. Abhängig vom Betriebszustand der Kühlanordnung 19 ermöglicht das Steuermodul 18 folgende Betriebszustände . Wird die durch den Wandler 14 erzeugte elektrische Energie nicht oder nur teilweise benötigt, wird mit dem Steuermodul ein Energiespei¬ cher 20 in Form einer aufladbaren Batterie gespeist. Umge- kehrt kann die gespeicherte elektrische Energie aus dem Ener¬ giespeicher 20 dem Steuermodul 18 zur Verfügung gestellt werden, wenn der Wandler 14 nicht genügend elektrische Energie erzeugt . Die elektrische Energie kann für unterschiedliche Funktions¬ elemente 21, 22, 23 verwendet werden. Diese Funktionselemente können durch das Steuermodul 18 angesteuert werden oder ihre Funktion autark ausüben. Im letzteren Fall wird durch das Steuermodul 18 lediglich die Energieversorgung geregelt. Ein Beispiel für ein Funktionselement ist eine Kühlvorrichtung 21. Diese Kühlvorrichtung 21 wird dazu verwendet, um einen zusätzlichen Kühlungseffekt für die elektrische Komponente 11 herbeizuführen. Zu diesem Zweck wirkt die Kühlvorrichtung 21 entsprechend des gestrichelten Pfeils 22 auf den Kühlkörper 13, der dadurch eine höhere Kühlleistung für die elektrische Komponente 11 erbringen kann (vgl. Figur 2 du zugehörige Be¬ schreibung) . Bei der Kühlvorrichtung 21 kann es sich bei- spielsweise um einen Piezofächer 23 gemäß Figur 3 handeln. Cooling arrangement 19 and at the same time forms an element of the thermal system 17 and is thus to be understood as the connecting ele ¬ ment of both systems. Depending on the operating state of the cooling arrangement 19, the control module 18 enables the following operating states. If the electrical energy generated by the converter 14 is not or only partially required, the control module is fed with an energy storage device 20 in the form of a rechargeable battery. Conversely, the stored electrical energy can be provided from the Ener ¬ giespeicher 20 the control module 18 is available, if the transducer 14 generates not enough electrical energy. The electrical power 23 may be used for different functional ¬ elements 21, 22,. These functional elements can be controlled by the control module 18 or exercise their function self-sufficient. In the latter case, only the power supply is regulated by the control module 18. An example of a functional element is a cooling device 21. This cooling device 21 is used to bring about an additional cooling effect for the electrical component 11. For this purpose, the cooling device 21 acts corresponding to the dashed arrow 22 on the heat sink 13, which thereby can provide a higher cooling capacity for the electrical component 11 (see Figure 2 you associated Be ¬ description). The cooling device 21 may be, for example, a piezo pocket 23 according to FIG.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, als Funktionselement eine Überwachungsvorrichtung 24 für die elektronische Komponente 11 vorzusehen. Hierdurch kann beispielsweise ein Über- hitzungsschutz realisiert werden, indem die Überwachungsvorrichtung 24 entsprechend des angedeuteten gestrichelten Another possibility is to provide a monitoring device 24 for the electronic component 11 as a functional element. In this way, for example, an overheat protection can be realized by the monitoring device 24 corresponding to the indicated dashed
Pfeils 25 die elektronische Komponente 11 zum Schutz vor Überhitzung abschaltet. In einem solchen Betriebszustand lie¬ fert der Wandler 14 den hierfür notwendigen Strom, so dass die Funktion der Überwachungsvorrichtung 24 gewährleistet ist. Die Überwachungsvorrichtung 24 kann das Vorliegen eines Überlastfalls auch an eine Anzeigevorrichtung 26, z. B. eine LED, ausgeben. Außerdem kann auch eine Datenübertragungsvorrichtung 27 vorgesehen werden, so dass ein Überwachungsergeb- nis (so z. B. auch die aktuelle Temperatur der elektronischen Komponente 11) kabelgebunden oder kabellos zwecks externer Datenverarbeitung an einen nicht dargestellten Rechner weitergegeben werden kann. Auf diesem Weg lässt sich eine über mehrere (nicht dargestellte) elektronische Komponenten über- greifende Überwachung und Steuerung verwirklichen, wobei die hierfür erforderlichen Daten energieautark ermittelt und versendet werden können, da die Energieerzeugung durch die Abwärme der elektrischen Komponente 11 ermöglicht wird. Hier¬ durch steigt vorteilhaft die Zuverlässigkeit des Überwa- chungssystems , wobei gleichzeitig die Kühlleistung für die elektronische Komponente 11 erhöht wird. Arrow 25, the electronic component 11 switches off to protect against overheating. In such an operating state lie ¬ fert the converter 14 required for this purpose the current, so that the function of the monitoring device is ensured 24th The monitoring device 24 may also indicate the presence of an overload case to a display device 26, e.g. As an LED, spend. In addition, a data transmission device 27 can also be provided, so that a monitoring result (for example also the current temperature of the electronic component 11) can be transmitted by cable or wirelessly to a computer, not shown, for the purpose of external data processing. In this way, over several (not shown) electronic components cross-monitoring and control can be realized, the data required for this purpose can be determined and sent energy self-sufficient, since the power generation is made possible by the waste heat of the electrical component 11. Here ¬ by the reliability of the rises supervision surveillance system advantageous at the same time the cooling capacity for the electronic component is increased. 11
Der Energiefluss an elektrischer Energie zwischen den Elementen 14, 18, 20, 21, 24, 26 und 27 sind durch schmale Pfeile 28 angedeutet. Diese geben lediglich den Fluss an elektrischer Energie zur Energieversorgung dieser Elemente an. Signalflüsse zwischen den einzelnen Elementen sind in Figur 1 nicht dargestellt. Wie aus Figur 1 deutlich wird, muss die Energieversorgung der Elemente (beispielsweise 26, 27) nicht unbedingt direkt durch das Steuermodul 18 erfolgen. Die Über¬ wachungsvorrichtung 24 versorgt ihrerseits die Anzeigevorrichtung 26 und die Datenübertragungsvorrichtung 27 mit elektrischem Strom, welchen sie selbst von dem Steuermodul 18 bezieht . The energy flow of electrical energy between the elements 14, 18, 20, 21, 24, 26 and 27 are indicated by narrow arrows 28. These only indicate the flow of electrical energy to power these elements. Signal flows between the individual elements are not shown in FIG. As is clear from Figure 1, the must Energy supply of the elements (for example, 26, 27) is not necessarily done directly by the control module 18. The About ¬ wachungsvorrichtung 24 in turn, powers the display device 26 and the data transmission device 27 which itself relates with electric current from the control module 18th
In Figur 2 ist der Wärmefluss, welcher durch die in der elektrischen Komponente 11 entstehende Wärme ausgelöst wird, schematisch dargestellt. Je größer dieser Wärmefluss aus¬ fällt, desto größer ist der Kühleffekt, der durch Kühlungs¬ maßnahmen für die elektronische Komponente 11 erreicht wird. Zunächst wird, wie gemäß dem Stand der Technik bekannt, durch eine passive Kühlung des Kühlers 13 (Wärmeleitung) die Wärme- menge Qp aus der elektronischen Komponente 11 abgeleitet. Der Wandler 14, der als thermoelektrischer Generator ausgelegt ist, führt ebenfalls durch Wärmeleitung eine zweite Wärmemen¬ ge Qg ab. Diese Wärmemenge Qg vergrößert damit den Kühlungs¬ effekt für elektrische Komponente 11, so dass erfindungsgemäß die Wärmemenge Qi abgeleitet wird. Der Wandler 14 erzeugt dann die elektrische Energiemenge E, wodurch der Wärmefluss Qg verringert wird. In Figure 2, the heat flow, which is triggered by the resulting heat in the electrical component 11, shown schematically. The greater this heat flow falls from ¬ , the greater is the cooling effect, which is achieved by cooling ¬ measures for the electronic component 11. First, as known in the art, by passive cooling of the radiator 13 (heat conduction), the heat quantity Q p is derived from the electronic component 11. The converter 14, which is designed as a thermoelectric generator, also performs by heat conduction a second Wärmemen ¬ ge Q g from. This amount of heat Q g thus increases the cooling ¬ effect for electrical component 11, so that according to the invention, the amount of heat Qi is derived. The transducer 14 then generates the amount of electrical energy E, thereby reducing the heat flux Q g .
Wird, wie gemäß Figur 1 vorgeschlagen, eine zusätzliche akti- ve Kühlvorrichtung 21 betrieben, so vergrößert diese aktiveIf, as proposed in accordance with FIG. 1, an additional active cooling device 21 is operated, then this increases in size
Kühlung den Kühleffekt des Kühlkörpers 13. Hierdurch wird zu¬ sätzlich aufgrund der aktiven Kühlung die Wärmemenge Qa aus der elektrischen Komponente 11 abgeführt, wodurch erfindungs¬ gemäß die insgesamt abgeführte Wärmemenge auf Q2 ansteigt. Der Kühlkörper 13 selbst muss dabei nicht modifiziert werden, so dass an der elektrischen Komponente 11 kein höherer Platzbedarf entsteht. Cooling the cooling effect of the cooling body This will ¬ discharged additionally due to the active cooling, the heat quantity Q a of the electrical component 11 13., whereby Inventive ¬ increases according to the total amount of heat removed on Q 2nd The heat sink 13 itself does not have to be modified, so that there is no greater space requirement on the electrical component 11.
In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Kühlanordnung zu erkennen. Die elektrische Komponente 11 ist auf einem Schal¬ tungsträger 29 in Form einer Leiterplatte montiert. Auf der Oberseite der elektrischen Komponente 11 ist der Kühlkörper 13 montiert. Da dieser teilweise aufgeschnitten dargestellt ist, ist zu erkennen, dass dieser Rippen 30 aufweist. Mit der Montageseite ist die elektrische Komponente 11 auf einen thermischen Leitpfad 31 montiert, der als metallische Schicht auf der Vorderseite 32 des Schaltungsträgers 29 aufgebracht ist. Der thermische Leitpfad 31 wird komplettiert durch ther¬ mische Durchkontaktierungen 33, die eine metallische Schicht 34 auf der Rückseite 35 des Schaltungsträgers 29 kontaktie¬ ren. Auf der Schicht 34 sowie auf dem thermischen Leitpfad 31 sind jeweils ein Wandler 14 in Form von Peltierelementen an- gebracht, deren jeweils gegenüberliegende Seite mit jeweils einem Zusatzkühlkörper 15 versehen ist. Diese Zusatzkühlkörper 15 weisen ebenfalls Rippen 30 auf. Durch gestrichelte Li¬ nien 36 sind Leitungen angedeutet, welche die beiden Wandler 14 mit dem Steuermodul 18 verbinden. Dieses steuert außerdem einen als Piezoaktor 37 ausgebildeten zweiten Wandler an, der einen Teil der Kühlvorrichtung 23 bildet. Der Piezoaktor 37 treibt einen Fächer 38 an, der entlang des Doppelpfeils 39 schwingt, um Luft entlang der Rippen 30 des Kühlkörpers 13 und des auf der Vorderseite 32 montierten Zusatzkühlkörpers 15 zu bewegen. Hierdurch wird der Kühleffekt dieser beiden Kühlkörper vergrößert. FIG. 3 shows an exemplary embodiment of the cooling arrangement. The electrical component 11 is mounted on a scarf ¬ tion carrier 29 in the form of a printed circuit board. On the upper side of the electrical component 11 of the heat sink 13 is mounted. As this is shown partially cut open it can be seen that this rib 30 has. With the mounting side, the electrical component 11 is mounted on a thermal conduction path 31 which is applied as a metallic layer on the front side 32 of the circuit substrate 29. The thermal conduction path 31 is completed by ther ¬ mix vias 33 that are a metal layer 34 on the back 35 of the circuit substrate 29 PLEASE CONTACT ¬ ren. On the layer 34 as well as on the thermal conductive path 31 are a transducer 14 in the form of Peltier elements Toggle brought, whose respective opposite side is provided with a respective additional heat sink 15. These additional heat sink 15 also have ribs 30. By dashed Li ¬ lines 36 lines are indicated, which connect the two transducers 14 with the control module 18. This also controls a designed as a piezoelectric actuator 37 second converter, which forms part of the cooling device 23. The piezoactuator 37 drives a fan 38, which oscillates along the double arrow 39, in order to move air along the ribs 30 of the heat sink 13 and of the additional heat sink 15 mounted on the front side 32. As a result, the cooling effect of these two heatsink is increased.
In Figur 4 ist eine Variante für die Kühlanordnung darge¬ stellt, bei der diese als Baueinheit ausgebildet ist. Als Träger für die einzelnen Elemente dient der Kühlkörper 13, wobei dieser an der Seite mit einem Steuermodul 18 versehen ist, welches einen Wandler 14 ansteuert, wobei dieser auf dem Steuermodul 18 befestigt ist. Auf der anderen Seite des Wand¬ lers 14 ist der Zusatzkühlkörper 15 angebracht. 4 shows a variant for the cooling arrangement is Darge provides ¬ at which this is designed as a structural unit. As a carrier for the individual elements of the heat sink 13 is used, which is provided on the side with a control module 18 which drives a transducer 14, wherein this is mounted on the control module 18. On the other side of the wall ¬ lers 14 of the additional heat sink 15 is attached.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Modul, wie eben¬ falls dargestellt, zwischen zwei Rippen 30 des Kühlkörpers 13 unterzubringen. In diesem Fall ist der Kühlkörper 15 mit einer Geometrie ausgestattet, die im Wesentlichen derjenigen der Kühlrippen 30 entspricht, so dass der Zusatzkühlkörper 15 eine dieser Rippen ersetzt. Der Zusatzkühlkörper 15 gabelt sich an dessen Fußpunkt und stellt zwischen der Gabelung einen Einbauraum für das Steuermodul 18, den Piezoaktor 37 und den Fächer 38. Der Fächer 38 kann daher in einer nicht dargestellten Öffnung arbeiten und bewirkt einen Luftaustausch zwischen den benachbarten Zwischenräumen 40, die durch die Rippen 13 und dem Zusatzkühlkörper 15 gebildet werden. Another possibility is to accommodate the module, as just ¬ if, between two ribs 30 of the heat sink 13. In this case, the heat sink 15 is provided with a geometry which substantially corresponds to that of the cooling fins 30, so that the additional heat sink 15 replaces one of these fins. The additional heat sink 15 forks at its base and provides between the fork an installation space for the control module 18, the piezoelectric actuator 37 and the fan 38. The fan 38 can therefore operate in an opening, not shown, and causes an exchange of air between the adjacent intermediate spaces 40, which are formed by the ribs 13 and the additional heat sink 15.
Mit den Außenflanken stellt der Zusatzkühlkörper 15 Montageflächen für Wandler 14 in Form von Peltierelementen zur Verfügung, die mit ihrer jeweils anderen Seite mit den Rippen 30 des Kühlkörpers 13 verbunden sind und damit die modulartige Baueinheit zwischen den Rippen 30 fixieren. Der Zusatzkühlkörper 15 berührt den Kühlkörper 13 an keiner Stelle direkt, so dass dieser in einem anderen Temperaturbereich betrieben werden kann. With the outer edges of the additional heat sink 15 mounting surfaces for transducers 14 in the form of Peltier elements available, which are connected with their respective other side with the ribs 30 of the heat sink 13 and thus fix the modular assembly between the ribs 30. The additional heat sink 15 touches the heat sink 13 at any point directly, so that it can be operated in a different temperature range.
In Figur 5 ist ebenfalls eine Baueinheit dargestellt. Der Wandler 14 besteht in diesem Fall jedoch aus einem thermome- chanischen Aktor, der beispielsweise durch einen FIG. 5 likewise shows a structural unit. In this case, however, the converter 14 consists of a thermomechanical actuator, which is provided, for example, by a thermo-mechanical actuator
Bimetallstreifen oder ein Element aus einer Formgedächtnislegierung gebildet sein kann. Dieser ist einseitig in einer Einspannung 41 gehalten. Mit dem freien Ende bildet er ein Gelenkt 42, das außerdem mit einem um eine Drehachse 43 gela¬ gerten Fächer 38 verbunden ist. Temperaturabhängig verformt sich der Wandler 14 entsprechend des Doppelpfeils 44, wodurch über das Gelenk 42 der Fächer 38 zu einem Fächeln angeregt wird . Bimetallic strip or an element may be formed from a shape memory alloy. This is held on one side in a clamping 41. With the free end it forms a Gelenkt 42 which is also connected to a about a rotation axis 43 gela ¬ siege compartments 38th Depending on the temperature, the transducer 14 deforms according to the double arrow 44, whereby the fan 38 is excited to fan over the joint 42.
Mit dem Gelenk 42 ist außerdem ein Speicherblock 45 für Wärme z. B. aus Kupfer verbunden. Durch die Bewegung des Wandlers 14 stößt dieser Speicherblock abwechselnd gegen den heißeren Kühlkörper 13 und den kühleren Zusatzkühlkörper 15. Dies bewirkt ein abwechselndes Aufheizen und Abkühlen des Speicherblocks, der seinerseits den Wandler abwechselnd aufheizt und abkühlt. Hierdurch wird die Bewegung des Wandlers 14 (Wand¬ lung von thermischer in mechanische Energie) hervorgerufen. With the joint 42 is also a memory block 45 for heat z. B. connected from copper. As a result of the movement of the transducer 14, this memory block alternates against the hotter heat sink 13 and the cooler additional heat sink 15. This causes an alternating heating and cooling of the memory block, which in turn heats and cools the transducer alternately. As a result, the movement of the transducer 14 (wall ¬ ment of thermal energy into mechanical energy) is caused.
Figur 6 zeigt die Möglichkeit, den Piezofächer 23 als Bauein¬ heit mit dem Kühlkörper 13 auszuführen. Dieser ist kammartig aufgebaut, so dass die Fächer 38 jeweils in die Zwischenräume 40 zwischen den Rippen 30 hineinragen. Wie Figur 7 zu entnehmen ist, sind die Fächer 38 zu diesem Zweck von einem gemeinsamen Basisstreifen 46 abgewinkelt. Dieser Basisstreifen 46 stützt sich an der Außenseite des Kühlkörpers 13 ab und liegt ansonsten auf Piezoaktoren 37 auf. Hierdurch entsteht bei Aktivierung der Piezoaktoren 37 eine fächelnde Bewegung der Fächer 38 gemäß dem Doppelpfeil 39. Figure 6 shows the ability to perform the piezo fan 23 as Bauein ¬ integral with the heat sink. 13 This is comb-like, so that the compartments 38 each in the interstices 40 protrude between the ribs 30. As can be seen from FIG. 7, the compartments 38 are angled away from a common base strip 46 for this purpose. This base strip 46 is supported on the outside of the heat sink 13 and is otherwise on piezo actuators 37. This results in activation of the piezoactuators 37 a fan-like movement of the compartments 38 according to the double arrow 39th
Die Piezoaktoren 37 werden durch Wandler 14 in Form von The piezo actuators 37 are formed by transducers 14 in the form of
Peltierelementen angetrieben, die im unteren Bereich desPeltier elements driven at the bottom of the
Kühlkörpers 13 angeordnet sind. Der Kühlkörper ist rechteckig ausgeführt, wobei an jeweils gegenüberliegenden Außenseiten die Wandler 14 angebracht sind und um 90° verdreht an den beiden gegenüberliegenden Außenseiten jeweils die Piezofächer 23 angeordnet sind. Die Peltierelemente weisen jeweils an der vom Kühlkörper 13 abgewandten Seite einen Zusatzkühlkörper 15 auf. Der Aufbau der zum Einsatz kommenden Peltierelemente ist ebenfalls angedeutet und an sich allgemein bekannt. Dieser besteht aus Kontaktblöcken aus p-dotierten Halbleitern 47 und n-dotierten Halbleitern 48, die jeweils über Kontaktstücke 49 zu einem Stromkreis verbunden sind. Der Wandler 14 ist auf einer elektrischen Isolationsschicht 50 angebracht, die eine elektrische Isolation zum Kühlkörper 13 gewährleistet. Heatsink 13 are arranged. The heat sink is designed rectangular, with the transducers 14 being mounted on respectively opposite outer sides, and the piezo pockets 23 are arranged at 90 ° on the two opposite outer sides. The Peltier elements each have an additional heat sink 15 on the side remote from the heat sink 13. The structure of the Peltier elements used is also indicated and generally known. This consists of contact blocks of p-doped semiconductors 47 and n-doped semiconductors 48, which are each connected via contact pieces 49 to form a circuit. The transducer 14 is mounted on an electrical insulation layer 50 which ensures electrical isolation to the heat sink 13.

Claims

Patentansprüche claims
1. Kühlanordnung für eine elektronische Komponente (11), auf¬ weisend einen Kühlkörper (13) mit einer Kontaktfläche (12) für die elektronische Komponente (11), 1. Cooling arrangement for an electronic component (11), pointing to ¬ a heat sink (13) with a contact surface (12) for the electronic component (11),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass die Kühlanordnung that the cooling arrangement
• einen Wandler (14) zur Wandlung von thermischer Energie in eine Nutzenergie und  A converter (14) for converting thermal energy into useful energy and
· als ein Funktionselement, in das diese Nutzenergie  · As a functional element into which this useful energy
einspeisbar ist, eine Kühlvorrichtung (21) für den Kühlkörper oder für die elektronische Komponente (11) aufweist .  can be fed, a cooling device (21) for the heat sink or for the electronic component (11).
2. Kühlanordnung nach Anspruch 1, 2. Cooling arrangement according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass der Wandler (14) durch einen thermoelektrischen Generator gebildet ist. the converter (14) is formed by a thermoelectric generator.
3. Kühlanordnung nach Anspruch 2, 3. Cooling arrangement according to claim 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass der thermoelektrische Generator und das Funktionselement mit einem elektrischen Energiespeicher (20) verbunden sind. the thermoelectric generator and the functional element are connected to an electrical energy store (20).
4. Kühlanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, 4. Cooling arrangement according to one of the preceding claims, d a d u c h e c e n e c e n e,
dass die Kühlvorrichtung durch einen Piezofächer, einen motorisch betriebenen Lüfter oder ein Peltierelement gebildet ist . that the cooling device is formed by a piezo fan, a motor-driven fan or a Peltier element.
5. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. Cooling arrangement according to one of claims 1 to 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass ein Funktionselement durch eine Überwachungsvorrichtung (24) und/oder eine Anzeigevorrichtung und/oder eine Datenü- bertragungsvorrichtung gebildet ist. in that a functional element is formed by a monitoring device (24) and / or a display device and / or a data transmission device.
6. Kühlanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Wandler (14) mit einem Zusatzkühlkörper (15) kontaktiert ist. 6. Cooling arrangement according to one of the preceding claims, characterized that the converter (14) is contacted with an additional cooling body (15).
7. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 7. Cooling arrangement according to one of claims 1 to 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass mehrere Module der Kühlanordnung eine Baueinheit ausbil¬ det . that a plurality of modules of the cooling arrangement a unit ausbil ¬ det.
8. Kühlanordnung nach Anspruch 7, 8. Cooling arrangement according to claim 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass der Wandler (14) mit dem Kühlkörper (13) kontaktiert ist . that the transducer (14) is contacted with the heat sink (13).
9. Kühlanordnung nach Anspruch 8, 9. Cooling arrangement according to claim 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass der Kühlkörper (13) Rippen (30) aufweist und der Wandler (14) zwischen benachbarten Rippen (30) angeordnet ist. in that the cooling body (13) has ribs (30) and the transducer (14) is arranged between adjacent ribs (30).
10. Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, 10. Cooling arrangement according to one of claims 2 to 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass ein Steuermodul (18) für das Funktionselement (21, 24, 26, 27) und/oder den thermoelektrischen Generator vorgesehen ist, das die durch den thermoelektrischen Generator erzeugte Energie verbraucht. in that a control module (18) is provided for the functional element (21, 24, 26, 27) and / or the thermoelectric generator which consumes the energy generated by the thermoelectric generator.
11. Elektronische Baugruppe mit einer elektronischen Kompo¬ nente und einer Kühlanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, 11. Electronic assembly with an electronic compo ¬ nent and a cooling arrangement according to one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass die Kühlanordnung aus mehreren Modulen besteht, die gemeinsam mit der elektronischen Komponente (11) auf einem Schaltungsträger (29) moniert sind. in that the cooling arrangement consists of a plurality of modules which are mounted together with the electronic component (11) on a circuit carrier (29).
12. Elektronische Baugruppe nach Anspruch 11, 12. Electronic assembly according to claim 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass der Wandler (14) auf einer Rückseite des Schaltungsträ¬ gers angeordnet ist. that the transducer (14) is arranged on a rear side of Schaltungsträ ¬ gers.
13. Elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 11 oder 12, 13. Electronic assembly according to one of claims 11 or 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
dass der Wandler (14) mit der elektronischen Komponente (11) oder mit einem von der elektronischen Komponente (11) ausge¬ henden Wärmeleitpfad (31) kontaktiert ist. that the transducer (14) with the electronic component (11) or with one of the electronic component (11) out ¬ Henden heat conduction path (31) is contacted.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017211103A1 (en) * 2017-06-29 2019-01-03 E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH Ventilation device for an electrical appliance and electrical appliance with such a ventilation device
CN108518364A (en) * 2018-03-27 2018-09-11 联想(北京)有限公司 A kind of swinging fan and electronic equipment

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5419780A (en) * 1994-04-29 1995-05-30 Ast Research, Inc. Method and apparatus for recovering power from semiconductor circuit using thermoelectric device
US5921087A (en) * 1997-04-22 1999-07-13 Intel Corporation Method and apparatus for cooling integrated circuits using a thermoelectric module
US6143975A (en) * 1999-01-25 2000-11-07 Dell Usa, L.P. Thermoelectric regenerator
JP3753995B2 (en) * 2002-03-13 2006-03-08 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション Cooling device and information processing device
US7939743B2 (en) * 2005-09-14 2011-05-10 Micro-Star International Co., Ltd. Computer with thermoelectric conversion
US9059372B2 (en) * 2007-10-25 2015-06-16 Jeffrey Sicuranza System for recycling energy
US20090109620A1 (en) * 2007-10-31 2009-04-30 Wang Cheng-Tu Heat-dissipating device of portable electronic apparatus
JP5304899B2 (en) * 2009-09-01 2013-10-02 株式会社村田製作所 Piezoelectric fan and air cooling device using this piezoelectric fan
DE102014104976B4 (en) * 2013-04-29 2017-07-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Printed circuit boards with temperature management features and temperature management devices having the same

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