EP4073676A1 - Verfahren zur bestimmung eines gehäuses für elektronische bauteile - Google Patents

Verfahren zur bestimmung eines gehäuses für elektronische bauteile

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EP4073676A1
EP4073676A1 EP20820211.9A EP20820211A EP4073676A1 EP 4073676 A1 EP4073676 A1 EP 4073676A1 EP 20820211 A EP20820211 A EP 20820211A EP 4073676 A1 EP4073676 A1 EP 4073676A1
Authority
EP
European Patent Office
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housing
thermal
electronic components
arrangement
circuit board
Prior art date
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Pending
Application number
EP20820211.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Best
Fabio WESLAU
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Phoenix Contact GmbH and Co KG filed Critical Phoenix Contact GmbH and Co KG
Publication of EP4073676A1 publication Critical patent/EP4073676A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
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    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • G06F2115/12—Printed circuit boards [PCB] or multi-chip modules [MCM]
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    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/08—Thermal analysis or thermal optimisation

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a housing that is capable of accommodating electronic components that generate waste heat on a circuit board.
  • numerically supported product development also includes virtual product development, especially in product application development with regard to a field of application of the product and its project planning. Often these development processes are not the core competence of a developer or designer. For example, the designer of a circuit may know how to use the circuit but develop it with automated design tools as an example of numerical assistance. Details such as thermal requirements or circuit implications are often not the subject of his work.
  • the invention is therefore based on the object of providing a technology that supports such a developer in product development.
  • One aspect relates to a method for determining a housing that is capable of accommodating electronic components that generate waste heat on a circuit board.
  • the method comprises a step of detecting an arrangement of the electronic components on an assembly side of the circuit board.
  • the method further comprises a step of determining a plurality of functional areas within the component side, in each of which at least one of the electronic components is arranged according to the recorded arrangement.
  • the method comprises a step of assigning a thermal function to each of the functional areas.
  • Each of the thermal functions includes a function for generating waste heat due to a power loss of the at least one electronic component, which is arranged in the respective functional area according to the recorded arrangement, during operation.
  • each of the thermal functions includes a maximum temperature up to which the at least one electronic component arranged in the respective functional area is in operation without damage and performance restriction.
  • the method comprises a step of determining a housing that is able to dissipate the waste heat generated during operation of the electronic components while maintaining the maximum temperatures in accordance with the thermal functions assigned to the functional areas.
  • the method includes a step of determining whether a selected housing is able to dissipate the waste heat generated during operation of the electronic components while maintaining the maximum temperatures in accordance with the thermal functions assigned to the functional areas.
  • exemplary embodiments of the method can numerically analyze or check a circuit under development with regard to its thermal requirements or implications by determining the functional areas and reducing them to their thermal function.
  • a housing can be determined that not only fits geometrically but also thermally to the circuit board, i.e. that fulfills the conditions specified by the thermal functions.
  • the assigned thermal function can in each case be equivalent to a thermal effect and / or a thermally-related functionality of the at least one electronic component in operation in accordance with the detected arrangement in the respective functional area, for example by making the assigned thermal function (preferably essentially) representative or characteristic for a thermal effect of the at least one arranged in the respective functional area Electronic component is, for example, in a predetermined value range of the temperature of the board or the electronic components.
  • the thermal function can be the thermal effect and / or the thermally dependent functionality of the at least one electronic component arranged in the respective functional area in a stationary (or quasi-stationary) state (for example in a stationary operation and / or a thermodynamically stationary state) of the combination Represent board and housing.
  • a numerical check of compliance with the maximum temperatures by dissipating the waste heat that is generated by the electronic components during operation in accordance with the thermal functions assigned to the functional areas can implement a thermal stress test, i.e. a test of the suitability of the (optionally manually selected) housing or a corresponding combination of housing and circuit board.
  • the determination of the housing can take place according to the proviso that the housing reduces the power loss (also: heat load) of the electronic components, which occurs during operation, to a permissible and / or non-component-damaging and / or not the performance and / or functionality of the electronic Component impairing extent limited.
  • the specific housing is designed to measure the thermal load (for example a temperature) of the at least one component in the respective functional area due to the heat load (for example power losses and / or heat loss) that occurs during operation of all components on the circuit board Temperature distribution in the housing) below a component-influencing limit value (for example lower than the respective maximum temperature).
  • the maximum temperature can be an upper limit value for an operating temperature of the electronic component. This can be done up to the maximum temperature electronic component must be functional in operation without damage and loss of performance.
  • the power loss during operation can be a rate of waste heat that is generated in the respective functional area.
  • the dissipation of the waste heat can include heat transport, for example passive heat transport and / or active heat transport of the waste heat.
  • the removal of the waste heat can include heat transport of the waste heat out of the housing to the surroundings of the housing.
  • the operation of the electronic components can be a regular operation or a limit operation (for example for a thermal stress test) of the electronic components.
  • the functional areas can be unit cells of a lattice structure or tiles of a parquet on the component side of the board.
  • the at least two functional areas can be a partitioning of the component side of the circuit board.
  • the thermal functions can be thermal primitives (primitives for short) of a thermal model (for example a thermodynamic model).
  • the totality of the assigned thermal functions, in combination with the respective housing, can define a thermal model on which the step of determining the housing is based.
  • the housing is represented by its own thermal function in the thermal model.
  • a single housing or a plurality of housings can be determined, preferably which is or is able to dissipate the respective waste heat generated during operation of the electronic components without overheating the respective housing and / or the electronic components.
  • the thermal functions can be dependent on an operating state of the electronic components.
  • the operation of the electronic components can include a first operating state and a second operating state different from the first operating state.
  • a first power loss can be greater in a first functional area in the first operating state than in the second operating state.
  • a second power loss can be smaller in a second functional area in the first operating state than in the second operating state.
  • the housing can be determinable for time-dependent operating states.
  • the second operating state can correspond to a thermal stress test and / or be present for a predetermined period of time or be limited to the predetermined period of time.
  • the thermal function can also include a function of heat transport according to the at least one electronic component arranged in the respective functional area and / or according to a heat sink or ventilation openings (for example ventilation and / or ventilation openings ) in the respective functional area or in the further functional area.
  • the function of heat transport can represent passive heat transport (for example heat conduction and / or convection, preferably in a heat pipe, and / or heat radiation).
  • the function of heat transport can represent active heat transport (for example by means of an electrothermal converter and / or a heat pump).
  • the heat transfer can take place within the housing, for example parallel to the circuit board.
  • the heat can be transported out of the housing to the surroundings of the housing, preferably to an outside of the housing or a heat sink that is in heat exchange with the surroundings.
  • One or each of the thermal functions can include the function of a heat source in the respective functional area and / or the function of a heat sink in the respective functional area and / or the function of heat transport in the respective functional area.
  • the function of heat transport preferably corresponds to or represents the function of a thermal bridge or thermal insulation between the respective functional area and the surroundings of the housing.
  • the "heat source” includes a negative heat source, ie a heat sink.
  • a heat source can be implemented by a heat sink.
  • the "waste heat” can include negative “waste heat”.
  • the generation of waste heat can be achieved by dissipating heat (for example out of the housing) or a conversion of heat into another form of energy (for example light or electrical current by means of the Seebeck effect).
  • a thermal function for example the thermal function of an interface of thermal convection, can be assigned to the respective housing and / or the circuit board.
  • the function of the heat sink can correspond to a Peltier element, the warm side of which is in heat exchange with the environment and the cold side of which is arranged in the housing in the respective functional area.
  • the function of the heat source can correspond to a Peltier element, the cold side of which is in heat exchange with the environment and the warm side of which is arranged in the housing in the respective functional area.
  • the thermal function of heat transport can include heat conduction, heat radiation and / or heat convection.
  • the thermal function of heat transport can include passive heat transport.
  • the thermal function of heat transport can be equivalent to the thermal function of a heat pipe or represent it numerically.
  • the heat pipe can also be referred to technically as a "heat pipe”.
  • the thermal function of heat transport can include active heat transport.
  • the thermal function of the heat transport can be equivalent to the thermal effect of a Peltier element or represent it numerically.
  • the Peltier element can have a warm side and a cold side during operation. The Peltier element can give off additional heat on the warm side that goes beyond the heat transported from the cold side to the warm side.
  • a Peltier element whose warm side is in heat exchange with the environment and whose cold side is arranged in the housing in the respective functional area can correspond to the function of a heat sink.
  • a Peltier element whose cold side is in heat exchange with the environment and whose warm side is arranged in the housing in the respective functional area can correspond to the function of a heat source.
  • the determination of a housing can include a determination of a multiplicity of housings which are preferably able to dissipate the waste heat generated during operation of the electronic components while maintaining the maximum temperatures in accordance with the thermal functions assigned to the functional areas.
  • the smallest housing in terms of space or width can be determined from the plurality of housings.
  • a size comparison (“smallest") can relate to the volume and / or a cross-section and / or a linear dimension of the housing, for example the housing with the least space requirement and / or the smallest width in the direction of a row on a mounting rail (for example a folding rail or flood rail), ie in the longitudinal direction of the support rail or retaining rail.
  • Each housing of the plurality of housings can each be designed for fastening on a mounting rail (preferably on a top-hat rail).
  • the specific smallest housing can be the narrowest housing in a longitudinal direction of the mounting rail among the plurality of housings.
  • the determination of the housing can include calculating or querying a temperature or a temperature distribution in the multiplicity of housings in each case in accordance with the thermal functions assigned to the functional areas.
  • the housing can be determined whose temperature or temperature distribution is in a predetermined value range and / or whose temperature or temperature distribution is smallest among the plurality of housings.
  • the multiplicity of housings can comprise a housing specified by a user, for example a housing selected manually from a database.
  • the plurality of housings can include variants of the housing selected by the user, for example housings which match the specified housing with regard to at least one parameter stored in the database and / or which are similar to the specified housing with regard to parameters stored in the database.
  • the similarity can be determined on the basis of a metric of a parameter space spanned by the parameters. Two enclosures can be similar if the value of the metric for the two enclosures is less than a limit.
  • Calculating the temperature distribution can include calculating a distribution (or a profile) of a temperature gradient, for example over housing surfaces of the housing and / or a volume enclosed or enclosed by the housing.
  • the calculation of the temperature or temperature distribution can be a numerical simulation of a thermodynamic process (also: thermodynamic simulation), preferably a heat transport, within of the respective housing and / or out of the respective housing, the combination of the respective housing with the thermal functions assigned to the functional areas of the circuit board determining boundary conditions of the thermodynamic process.
  • thermodynamic process also: thermodynamic simulation
  • the numerical simulation of the thermodynamic process can be a numerical simulation of the model of housing and circuit board, the circuit board being represented by the thermal functions assigned to the functional areas and the housing being represented by its own thermal function.
  • the numerical simulation of the thermodynamic process can be an implementation of the thermal stress test, i.e. the test of the thermal suitability of the combination of housing and circuit board.
  • thermodynamic process within the respective housing and / or out of the respective housing comprises a convection and / or flow of a cooling medium, preferably air, into the respective housing, within the respective housing and / or out of the respective housing.
  • a cooling medium preferably air
  • Determining the housing can include querying a database.
  • the following can be stored in the database for a large number of housings: (i) boundary conditions, preferably boundary conditions of the simulation, and / or boundary conditions of the thermodynamic process and / or boundary conditions for the manufacture of the housing; and / or (ii) regulating networking of the housing; and / or (iii) materials of the housing; and / or (iv) temperatures and / or temperature distributions, for example depending on an arrangement of thermal functions within the respective housing.
  • the query (for example a query message sent to the database) can specify or determine the arrangement of the thermal functions assigned to the functional areas when the circuit board is accommodated in the respective housing.
  • Temperature distribution also: heat profile or thermal profile
  • a simulation does not have to be carried out several times, for example if an arrangement of thermal functions corresponding to the circuit board is already stored in the database.
  • the arrangement of the thermal functions can be an abstraction of the board for the purpose of calculating or querying the temperature distribution and / or for the purpose of determining the housing, the thermal model and / or the thermodynamic simulation.
  • the temperature distributions stored in the database for combinations of housing and arrangement of thermal functions can be determined empirically and / or be the results of previous numerical simulations.
  • the numerical simulation for a recorded arrangement of thermal functions is only carried out if no temperature distribution for the recorded arrangement is stored in the database.
  • the database of the temperature distribution can be supplemented or specified more precisely as a property of the respective housing.
  • the temperature distribution for each of the plurality of housings can be stored in the database in a flexible and / or adaptable manner for different arrangements of the thermal functions.
  • the temperature distribution for the recorded arrangements of the thermal functions can be calculated as a weighted average of the temperature distributions for the stored arrangements of the thermal functions.
  • temperatures and / or temperature distributions resulting from previous numerical simulations can be stored in the database.
  • Temperature distribution can be a starting value for the numerical simulation of the thermodynamic process.
  • the query of the database can result in a starting case.
  • the temperature distribution stored or calculated for the starter housing cannot maintain the maximum temperature at one point, for example in a functional area in the starter housing.
  • the method (for example determining the housing) can further comprise a step of modifying the housing at the point at which the temperature distribution does not comply with the maximum temperature.
  • the method (for example determining the housing) can further include a step of calculating the temperature distribution in the modified starting housing in accordance with the thermal functions assigned to the functional areas.
  • the determination of the housing starting from the starting housing can carry out the steps of modifying and calculating iteratively until the maximum temperatures are observed.
  • the starting housing can be a housing specified by a user. Determining the housing can include adapting (i.e. modifying) the starting housing and / or selecting a different (preferably larger) housing (for example from a database).
  • the determination of the housing on the basis of the starting housing can include a multi-stage execution of the steps of modifying and calculating.
  • the housing In a first stage of the multi-stage implementation, the housing can be modified in a first area.
  • the housing In a second stage, which is based on the modification in the first stage, the housing can be modified in a second area. Which is smaller than the first range and lies entirely within the first range.
  • the multi-stage modification can include a coarse first modification and a refined second modification of the housing based on the first modification.
  • the modification of the housing can include adding thermal bridges between the location and an outer area of the housing and / or adding ventilation openings, preferably at the location.
  • the housing can be represented by its own thermal function.
  • the thermal function of the housing can determine a geometric shape of the housing, for example a cuboid.
  • a temperature distribution and / or a flow profile of the cooling medium can be assigned to surfaces and / or partial surfaces of the housing.
  • surfaces and / or partial surfaces of the housing can determine boundary conditions of a thermodynamic process, for example boundary conditions of a convection of the cooling medium.
  • a modified thermal function preferably with a modified temperature distribution and / or a modified flow profile
  • Modifying the housing may include changing a thermal conductivity of the housing at least at the location.
  • the changed thermal conductivity can preferably correspond to a changed wall thickness and / or a changed wall material of the housing.
  • the modification of the housing can be subject to at least one secondary condition, for example minimum internal dimensions of the housing to accommodate the circuit board, specified fastening points in the housing for fastening the circuit board, specified fastening points for fastening the housing on a mounting rail, boundary conditions for manufacturing the housing and / or maximum external dimensions of the Housing.
  • the respective housing preferably a geometry or the surfaces of the respective housing, can be numerical by means of a Delaunay triangulation, a hierarchical data structure, an octree network or a hexahedron network be represented, preferably as part of the thermal function of the housing.
  • Each of the functional areas can be rectangular areas and / or disjoint partial areas of the component side within the component side of the board.
  • At least one or each of the associated thermal functions can be numerically represented by a cross-over-free conductor track section whose path length within the respective functional area is greater than a circumference of the respective functional area.
  • Each conductor track section can be an ohmic conductor and / or meander-shaped.
  • An ohmic resistance of the conductor track section, a current intensity through the conductor track section and / or a power loss of the conductor track section can each be equivalent to an ohmic resistance, a current intensity or a power loss of the at least one electronic component arranged in the respective functional area according to the recorded arrangement Be in operation.
  • the detection of the arrangement of the electronic components can also include detection of an interconnection of the electronic components.
  • the assignment of the thermal functions can also include a numerical simulation (preferably an electrodynamic simulation) of the electronic components detected in accordance with the interconnection.
  • the numerical simulation can determine the thermal function of the at least one electronic component in the respective functional area during operation.
  • the numerical simulation of the detected electronic components in accordance with the interconnection can include determining a power consumption of each of the electronic components during operation.
  • the determination of the housing, preferably the numerical simulation in accordance with the interconnection can further include a determination of clearances and / or creepage distances, preferably as a function of a nominal voltage of the board.
  • the step of capturing the arrangement of the electronic components can include capturing a camera image of the circuit board by means of a camera or scanning the circuit board by means of a scanner.
  • the step of detecting the arrangement of the electronic components can include determining electronic components and / or conductor tracks in the camera image or scanning by means of image recognition and determining the arrangement of the electronic components and / or the interconnection on the circuit board based on the positions of the recorded ones electronic components in the camera image or the scanning of the circuit board and / or a course of the recorded conductor tracks in the camera image or the scanning of the circuit board.
  • the circuit board can be present as a real component.
  • the detection of the arrangement of the components can include receiving a digital construction drawing of the circuit board.
  • the detection of the arrangement of the components can include reading out the arrangement of the electronic components and / or the interconnection of the electronic components from the digital design drawing of the circuit board.
  • the electronic components can be substituted by numerical representatives, preferably the assigned thermal functions.
  • the digital construction drawing of the circuit board can be a numerical representation of a computer-aided design (CAD) or a CAD model.
  • CAD computer-aided design
  • the starter housing can also be received, for example uploaded, for iterative modification.
  • the method can further include providing a web page for retrieval.
  • the web page can include an input area or an interface that is designed to create and / or upload the digital construction drawing.
  • the input area of the web page can be implemented as a web interface or web application (also: web app).
  • the method can further comprise at least one of the following steps: selecting the housing for which it has been determined that it is able to dissipate the waste heat generated during operation of the electronic components (preferably after the determination); Selecting the housing for which it is to be determined whether it is able to dissipate the waste heat generated during operation of the electronic components (preferably before the determination); Determining and / or providing the circuit board on the basis of the selected housing (preferably after the selection).
  • the arrangement of the electronic components on the board can also be referred to as the layout or circuit of the board.
  • the electronic components on the circuit board can also be referred to as real components.
  • a device for determining a housing that is able to accommodate electronic components that generate waste heat on a circuit board comprises an arrangement detection unit which is designed to detect an arrangement of the electronic components on an assembly side of the circuit board. Furthermore, the device comprises an area determination unit which is designed to determine a plurality of functional areas within the component side, in each of which at least one of the electronic components is arranged according to the detected arrangement. Furthermore, the device comprises a thermal function assignment unit which is designed to assign a thermal function to each of the functional areas. Each of the thermal functions includes a function for generating waste heat due to a power loss of the according to the detected arrangement in the at least one electronic component arranged in each functional area during operation.
  • each of the thermal functions includes a maximum temperature up to which the at least one electronic component arranged in the respective functional area is in operation without damage and performance restriction.
  • the device comprises a housing determination unit which is designed to determine a housing that is able to dissipate the waste heat generated during operation of the electronic components while maintaining the maximum temperatures in accordance with the thermal functions assigned to the functional areas.
  • the device can further comprise each of the features mentioned in the context of the method.
  • the device can furthermore be designed to, or comprise dedicated units, which are designed to carry out each of the steps disclosed in the context of the method.
  • FIG. 1 shows a flow chart of a method for determining a
  • Housing capable of accommodating electronic components that generate waste heat on a circuit board, according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a device for executing or controlling the method for determining a housing according to a third exemplary embodiment
  • 4 shows a schematic representation of an exemplary database that can be used in each of the exemplary embodiments.
  • FIG. 1 shows a schematic flow diagram of a first exemplary embodiment of a method, generally denoted by reference numeral 100, for determining a housing that is capable of accommodating electronic components that generate waste heat on a circuit board.
  • a step 102 an arrangement of the electronic components on an assembly side of the circuit board is detected.
  • a step 104 several functional areas are determined within the component side.
  • the electronic components can be grouped according to their functional interrelationship (for example transistors of an FI bridge or impedances of an RC element) and / or according to their electrical connection density (for example using also recorded conductor paths) and / or using a cluster analysis of the positions in the component side become.
  • At least one of the electronic components is preferably arranged in each functional area according to the recorded arrangement.
  • further functional areas for thermally relevant functions for example heat sinks, can be determined.
  • At least one thermal function is assigned to each of the functional areas in a step 106.
  • the thermal function can be a numerical representation of the thermal effect of the respective functional area.
  • the thermodynamic simulation can include these thermal functions.
  • An example of the thermal function is a function for generating waste heat due to a power loss of the at least one electronic component arranged according to the detected arrangement in the respective functional area during operation. This function can, for example, indicate an average power loss or a correlation between power losses in different functional areas.
  • An example of the thermal function is also a maximum temperature up to that in the respective Functional area arranged at least one electronic component is in operation without damage and performance restriction.
  • a step 108 at least one housing is determined which, in accordance with the thermal functions assigned to the functional areas, is able to dissipate the waste heat generated during operation of the electronic components while maintaining the maximum temperatures. Compliance is preferably determined on the basis of a thermodynamic state (TDZ) in the respective housing when the components on the circuit board arranged in the housing are in (preferably stationary) operation.
  • the TDZ can be calculated numerically using a thermodynamic simulation and / or accessed using a database.
  • the arrangement of the electronic components and conductor tracks (for example on the component side and / or an opposite side and / or a layer within the board), which connect the electronic components in an electrically conductive manner, can be referred to collectively as the circuit or layout of the board.
  • thermodynamic functions can be primitives of a construction of the circuit and / or primitives of the thermodynamic simulation.
  • FIG. 2 shows schematic representations of steps 102, 104, 106 and 108 of method 100 for determining a housing 110 according to a second exemplary embodiment.
  • the second exemplary embodiment can be combined with the first exemplary embodiment, for example supplementing them.
  • the components 112 on the assembly side 116 of the circuit board 114 can be recorded from a digital construction drawing, by manual input and / or by means of image recognition in step 102.
  • the circuit board 114 for example the entire assembly side 116 or assembled parts of the assembly side 116, are subdivided into functional areas 118 in step 104.
  • the functional areas 118 preferably comprise disjoint and / or limited partial areas of the component side 116.
  • thermal functions 120 An influence of the electronic components 112 (and optionally of the circuit board 114 itself) on the TDZ is represented numerically by means of thermal functions 120, which are assigned to the functional areas 118 in step 106.
  • the circuit board 114 or the component side 116 is assigned a further thermal function 120.
  • Each of the thermal functions can indicate a thermodynamic effect (for example a heat source, a heat sink and / or a heat transport) and / or at least one limit value (for example a maximum temperature).
  • the thermodynamic effect and / or the limit value can relate to the at least one component 112 in the functional area.
  • a type designation of the components 112 can be recorded in step 102, and the thermodynamic effect and / or the at least one limit value can be queried from a database, specifying the type designation.
  • a TDZ 122 is determined for each of at least two candidates of the housings 110, which TDZ 122 results from the laws of thermodynamics through the thermal functions 120 assigned to the functional areas 118.
  • further functional areas 119 can be determined by the housing 110.
  • a ventilation opening 125 and / or a ventilation opening 125 and / or a can for the further functional areas 119 (preferably in heat exchange with a surrounding area of the housing) heat sink 124 may be assigned as a thermal function.
  • FIG 3 shows a device, denoted generally by reference numeral 150, for determining a housing 110 which is able to accommodate electronic components 112 which generate waste heat on a circuit board 114.
  • the device 150 can be designed to execute or control the method 100.
  • the device 150 can comprise an arrangement detection unit which is designed to detect an arrangement of the electronic components 112 on an assembly side 116 of the circuit board 114 or to carry out step 102.
  • the arrangement detection unit can be implemented by a construction interface 152, which is designed to define the arrangement of the components 112 (and optionally their interconnection).
  • the construction interface 152 can furthermore be designed to output the at least one specific housing 110, for example to represent it graphically.
  • the design interface 152 can be implemented by means of a web server, which enables the arrangement of the components 112 on a web page in step 102 and / or outputs the specific housing 110 in step 108 on the web page.
  • the web page or another communication interface for steps 102 and / or 108 can be retrievable via a network 153.
  • the network 153 may include network components such as network switches and / or base stations for radio access to the engineering interface 152.
  • the arrangement of the electronic components 112 can be recorded by means of a user device 160, for example a mobile device (preferably a tablet computer with a touch-sensitive screen) or a workstation device (preferably a CAD workstation).
  • a camera 120 can be connected to the user device 160 or integrated into the user device 160.
  • the camera 120 can capture a view of the component side (and optionally the conductor tracks on the opposite side).
  • An image recognition unit (for example, implementable in the user device 160 and / or the construction interface 152 and / or the device 150) can determine objects on the circuit board in step 102.
  • the particular objects can include the components 112 and optionally conductive traces.
  • the user device 160 can comprise construction means 162 for constructing the arrangement of the components 112 and / or for inputting the arrangement of the components 112.
  • the construction means 162 can comprise an input pen for a touch-sensitive screen and / or a CAD application.
  • the CAD application can be executed (for example locally) by the user device 160 or (for example remotely) executed by the design interface 152, with data of a graphical user interface being transmitted from the design interface 152 to the user device 160 and displayed there.
  • the step of acquiring 102 can include the direct input of the primitives 120 (for example data for selecting the primitives 120) and / or a determination of specific components 112.
  • the step of acquiring 102 can include uploading (i.e. uploading) data which indicate the arrangement of the components 112 on the circuit board 114 (for example data of a layout of the circuit).
  • the device 150 can comprise an area determination unit, which is designed to determine a plurality of functional areas 118 within the component side 116, in each of which at least one of the electronic components 112 is arranged according to the detected arrangement, or to carry out step 104.
  • the device 150 further comprises a thermal function assignment unit which is designed to assign at least one thermal function 120 to each of the Assign functional areas 118 or carry out step 106.
  • the thermal function 120 can be a function for generating waste heat due to a power loss of the at least one electronic component arranged in accordance with the detected arrangement in the respective functional area during operation.
  • the thermal function 120 can specify a maximum temperature up to which the at least one electronic component 112 arranged in the respective functional area 118 is in operation without damage and performance restriction.
  • the device 150 comprises a housing determination unit, which is designed to carry out step 108 or to determine a housing 110 that is able to dissipate the waste heat generated during operation of the electronic components while maintaining the maximum temperatures in accordance with the thermal functions assigned to the functional areas.
  • the housing determination unit can determine a thermodynamic state (TDZ) on the basis of the thermal functions 120 and the respective housing 110 (for example a candidate for the specific housing 110). Furthermore, the housing determination unit can determine whether the TDZ is maintaining (i.e., fulfilling) the maximum temperature or maximum temperatures according to the thermal functions 120.
  • TDZ thermodynamic state
  • the corresponding housing is output as the specific housing 110 by the device 150, for example for graphical representation on the user device 160 160 entered confirmation of the specific housing 110) the device 150 sends a digital order for shipping the specific housing 110 to a warehouse.
  • the housing determination unit can calculate and / or calculate the TDZ by means of a thermodynamic simulation 158 (also referred to in technical terms as a simulation unit or “engine” for the thermal simulation) a database 154 retrieve.
  • Data records 156 for a multiplicity of housings 110 are preferably stored in the database 154.
  • Each data record 156 for a housing specifies different TDZs depending on the arrangement of the thermal functions 120 within the housing 110, that is, according to the arrangement of the functional areas 118 (to which the thermal functions 120 are assigned) on the component side 116 of the circuit board 114, if the Circuit board 114 is received in housing 110.
  • the arrangement of the electronic components 112 i.e. the layout of the circuit board 114) or the arrangement of the corresponding thermal functions 120 can be checked, adapted and / or optimized by means of the thermodynamic simulation 158.
  • the components 112 are replaced by the thermal functions 120 or converted into these.
  • the thermal functions 120 can be primitives of the thermodynamic simulation 158. As a result, better performance of the simulation 158 can be achieved.
  • Data records 156 can be stored in the database 154 for a multiplicity of housings 110.
  • Each data record 156 for a specific housing 110 can each comprise a multiplicity of TDZ 122 depending on the arrangement of the thermal functions.
  • a starter housing is preferably determined based on the dimensions of the circuit board 114 and / or an input by means of the user device 160.
  • a TDZ can be read from its data record 156 '.
  • the method 100 can then carry out an examination in different directions and change (ie modify) the housing 110 based on the starting housing, for example in order to optimize a hardware setting.
  • a metric indicates the similarity of two housings 110.
  • the data records 156 can be assigned to clusters 155 on the basis of the metric. The modification can take place on the basis of the starter housing (ie the corresponding data record 156 ') within the respective cluster.
  • housing 110 is iteratively modified in that a (preferably data record 156 'adjacent to data record 156' according to the metric) is the basis for determining TDZ 122. This modification is shown schematically by one of the arrows in FIG. 4.
  • the modified housing 110 can be output as the specific housing 110, for example via the network 153 and / or at the user device 160.
  • several housings 110 can be determined, one of which can be selected by means of the user device 160.
  • it can be specified, for example, which thermal reserve the specific housings each have, for example how large the difference between the temperature according to TDZ and the maximum temperature is.
  • the housings 110 within a cluster 155 can have the same form factor and different bulges and / or heat sinks 124 and / or inlet and / or ventilation openings 125.
  • exemplary embodiments of method 100 can, on the one hand, numerically check a suitability combination of circuit board 114 (more precisely: the arrangement of components 122) and housing 110 under thermal or thermodynamic criteria (for example a maximum temperature) and then output the specific housing 110 as a recommendation .
  • a starter housing can be determined by means of the user device 160 and / or the design interface 152, and the method 100 modifies the starter housing, ie an automatic one takes place Adaptation (for example a housing replacement) or an adaptation of a layout of the housing 110 and / or the circuit board 114.
  • thermodynamic simulation 158 and the database 154 are preferably used in combination, for example by calling up the starting case from the database, modifying it numerically and storing it as a new data record 156 in the database 154. As a result, future inquiries can be answered more quickly by the device 100 via the design interface 152 and / or the network 153.
  • the respective housing 110 can be numerically represented by at least one thermal function, for example as boundary conditions of the convection flow 122.
  • the thermal function of the housing preferably comprises primitives, for example side surfaces, corner elements, fastening elements and / or vents and vents.
  • the acquisition 102 can include an input by a user on the user device 160 and / or via the design interface 152 by means of an editor.
  • the editor can be a CAD application.
  • the acquisition 102 can involve uploading (ie an upload via the network 153) a camera image or a (preferably contactless) scan (ie a scan) of the real circuit board 114 (for example the real component side 116) or the real arrangement (for example of the layout) of the components 112 of the circuit board 114.
  • simplified representations of the arrangement of the components 112 can be uploaded or entered in the editor.
  • the inputs in step 102 are reduced or simplified by assigning the thermal functions 120 (preferably by using the primitives) in step 106 instead of Real components 112.
  • the simulation 158 can take place by means of the primitive as a representative or arrangements or real representatives reduced to the thermal function 120.
  • a complex component can be represented by a meander-shaped conductor track and / or a plurality of primitives that are adjacent to one another in one plane or arranged one above the other in several planes, which primitives have the same impedance and / or the same power loss as the real component 112 irrelevant whether the heat flow is caused by Joule heating of the conductor track or within a barrier layer of a semiconductor.
  • the detection 102 of the components 112, the determination 104 of the functional areas 118 and / or the assignment 106 of the thermal functions 120 can be preprocessing or model preparation (also referred to as “preprocessing” in technical terms) of a product development of the combination of housing and circuit board.
  • preprocessing also referred to as “preprocessing” in technical terms
  • the determination 108 of the housing 110 preferably the iterative or multi-stage modification of a starting housing, post-processing or model post-processing of the product development of the combination of housing and circuit board can be.
  • the determination 108 of the housing 110 can include post-processing, for example converting numerical results into a three-dimensional or perspective representation of the housing 110 and / or the circuit board 114.
  • Thermal function preferably a primitive thermodyn. Simulation 120 Thermodyn. State (TDZ), preferably
  • Network preferably Internet or radio access network 153
  • Cluster of housings preferably homeomorphic housings 155
  • Data set for a housing preferably including TDZ 156
  • User device preferably mobile device or workstation device 160

Landscapes

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Abstract

Eine Technik zur Bestimmung eines Gehäuses (110), das Abwärme erzeugende elektronische Bauteile (112) auf einer Platine (114) aufzunehmen vermag, wird beschrieben. Gemäß einem Verfahrensaspekt der Technik wird einer Anordnung der elektronischen Bauteile (112) auf einer Bestückungsseite (116) der Platine (114) erfasst. Mehrere Funktionsbereiche (118) innerhalb der Bestückungsseite (116), in denen jeweils gemäß der erfassten Anordnung mindestens eines der elektronischen Bauteile (112) angeordnet ist, werden bestimmt. Eine thermische Funktion (120) wird jedem der Funktionsbereiche (118) zugeordnet. Jede der thermischen Funktionen (120) umfasst eine Funktion (120) zur Erzeugung von Abwärme aufgrund einer Verlustleistung des gemäß der erfassten Anordnung in dem jeweiligen Funktionsbereich (118) angeordneten mindestens einen elektronischen Bauteils (112) im Betrieb und eine Maximaltemperatur bis zu der das in dem jeweiligen Funktionsbereich (118) angeordnete mindestens eine elektronische Bauteil (112) ohne Beschädigung und Leistungseinschränkung im Betrieb ist. Ein Gehäuse (110), das nach Maßgabe der den Funktionsbereichen (118) zugeordneten thermischen Funktionen (120) die im Betrieb der elektronischen Bauteile (112) erzeugte Abwärme unter Einhaltung der Maximaltemperaturen abzuführen vermag, wird bestimmt. Alternativ oder ergänzend wird bestimmt, ob ein ausgewähltes Gehäuse (110) nach Maßgabe der den Funktionsbereichen (118) zugeordneten thermischen Funktionen (120) die im Betrieb der elektronischen Bauteile (112) erzeugte Abwärme unter Einhaltung der Maximaltemperaturen abzuführen vermag.

Description

Verfahren zur Bestimmung eines Gehäuses für elektronische Bauteile
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Gehäuses, das Abwärme erzeugende elektronische Bauteile auf einer Platine aufzunehmen vermag.
Zur numerisch gestützten Produktenwicklung gehört heute auch die virtuelle Produktentwicklung, insbesondere bei der Produkt-Anwendungsentwicklung hinsichtlich eines Einsatzfelds des Produkts und dessen Projektierung. Oftmals sind diese Entwicklungsprozesse nicht Kernkompetenz eines Entwicklers oder Konstrukteurs. Beispielsweise kann der Entwickler einer Schaltung die Verwendung der Schaltung kennen, jedoch diese mit automatisierten Entwicklungswerkzeugen als Beispiel der numerischen Unterstützung entwickeln. Details wie thermische Anforderungen oder Implikationen der Schaltungen sind oftmals nicht Gegenstand seiner Tätigkeit.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Technik bereitzustellen, die einen solchen Entwickler bei der Produktentwicklung unterstützt.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden unterteilweiser Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Ein Aspekt betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Gehäuses, das Abwärme erzeugende elektronische Bauteile auf einer Platine aufzunehmen vermag. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Erfassens einer Anordnung der elektronischen Bauteile auf einer Bestückungsseite der Platine. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Bestimmens mehrerer Funktionsbereiche innerhalb der Bestückungsseite, in denen jeweils gemäß der erfassten Anordnung mindestens eines der elektronischen Bauteile angeordnet ist. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Zuordnens einer thermischen Funktion zu jedem der Funktionsbereiche. Jede der thermischen Funktionen umfasst eine Funktion zur Erzeugung von Abwärme aufgrund einer Verlustleistung des gemäß der erfassten Anordnung in dem jeweiligen Funktionsbereich angeordneten mindestens einen elektronischen Bauteils im Betrieb. Ferner umfasst jede der thermischen Funktionen eine Maximaltemperatur bis zu der das in dem jeweiligen Funktionsbereich angeordnete mindestens eine elektronische Bauteil ohne Beschädigung und Leistungseinschränkung im Betrieb ist. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Bestimmens eines Gehäuses, das nach Maßgabe der den Funktionsbereichen zugeordneten thermischen Funktionen die im Betrieb der elektronischen Bauteile erzeugte Abwärme unter Einhaltung der Maximaltemperaturen abzuführen vermag. Alternativ oder ergänzend umfasst das Verfahren einen Schritt des Bestimmens, ob ein ausgewähltes Gehäuse nach Maßgabe der den Funktionsbereichen zugeordneten thermischen Funktionen die im Betrieb der elektronischen Bauteile erzeugte Abwärme unter Einhaltung der Maximaltemperaturen abzuführen vermag.
Ausführungsbeispiele des Verfahrens können durch die Erfassung der Anordnung der Bauteile eine in der Entwicklung befindliche Schaltung hinsichtlich ihrer thermischen Anforderungen oder Implikationen numerisch analysieren oder überprüfen, indem die Funktionsbereiche bestimmt werden und diese auf ihre thermische Funktion reduziert werden. Dadurch kann ein Gehäuse bestimmt werden, das nicht nur geometrisch, sondern auch thermisch, zu der Platine passt, d.h. das durch die thermischen Funktionen vorgegebene Bedingungen erfüllt.
Die zugeordnete thermische Funktion kann jeweils äquivalent zu einer thermischen Wirkung und/oder einer thermisch bedingten Funktionsfähigkeit des gemäß der erfassten Anordnung in dem jeweiligen Funktionsbereich angeordneten mindestens einen elektronischen Bauteils im Betrieb sein, beispielsweise indem die zugeordnete thermische Funktion (vorzugsweise im Wesentlichen) repräsentativ oder charakteristisch für eine thermische Wirkung des in dem jeweiligen Funktionsbereich angeordneten mindestens einen elektronischen Bauteils ist, beispielsweise in einem vorbestimmten Wertebereich der Temperatur der Platine oder der elektronischen Bauteile. Die thermische Funktion kann die thermische Wirkung und/oder die thermisch bedingte Funktionsfähigkeit des in dem jeweiligen Funktionsbereich angeordneten mindestens einen elektronischen Bauteils in einem stationären (oder quasi stationären) Zustand (beispielsweise in einem stationären Betrieb und/oder einem thermodynamisch stationären Zustand) der Kombination aus Platine und Gehäuses repräsentieren.
Ein numerisches Überprüfen der Einhaltung der Maximaltemperaturen durch Abführen der Abwärme, die nach Maßgabe der den Funktionsbereichen zugeordneten thermischen Funktionen im Betrieb von den elektronischen Bauteilen erzeugt wird, kann einen thermischen Stresstest realisieren, d.h. eine Prüfung auf Eignung des (optional manuell ausgesuchten) Gehäuses oder einer entsprechenden Kombination von Gehäuse und Platine.
Die Bestimmung des Gehäuses kann nach der Maßgabe erfolgen, dass das Gehäuse die Verlustleistung (auch: Wärmbelastung) der elektronischen Bauteile, die im Betrieb entsteht, auf ein zulässigen und/oder nicht bauteilschädigendes und/oder nicht die Leistungs- und/oder Funktionsfähigkeit des elektronischen Bauteils beeinträchtigendes Ausmaß begrenzt. Das bestimmte Gehäuse ist ausgehend von gespeicherten oder berechneten Werte (beispielsweise der Temperaturverteilung) dazu ausgebildet, die thermische Belastung (beispielsweise eine Temperatur) des mindestens einen Bauteils im jeweiligen Funktionsbereich durch die im Betrieb aller Bauteile auf der Platine entstehende Wärmebelastung (beispielsweise Verlustleistungen und/oder Temperaturverteilung im Gehäuse) unterhalb eines bauteilbeeinflussenden Grenzwertes (beispielsweise kleiner als die jeweilige Maximaltemperatur) zu begrenzten.
Die Maximaltemperatur kann ein oberer Grenzwert an eine Betriebstemperatur des elektronischen Bauteils sein. Bis zur Maximaltemperatur kann das elektronische Bauteil ohne Beschädigung und Leistungseinschränkung im Betrieb funktionsfähig sein.
Die Verlustleistung im Betrieb kann eine Rate der Abwärme sein, die im jeweiligen Funktionsbereich erzeugt wird.
Alternativ oder ergänzend kann das Abführen der Abwärme einen Wärmetransport umfassen, beispielsweise einen passiven Wärmetransport und/oder einen aktiven Wärmetransport der Abwärme. Das Abführen der Abwärme kann einen Wärmetransport der Abwärme aus dem Gehäuse heraus an eine Umgebung des Gehäuses umfassen.
Der Betrieb der elektronischen Bauteile kann ein Regelbetrieb oder ein Grenzbetrieb (beispielsweise für einen thermischen Stresstest) der elektronischen Bauteile sein.
Die Funktionsbereiche können Elementarzellen einer Gitterstruktur oder Kacheln einer Parkettierung der Bestückungsseite der Platine sein. Alternativ oder ergänzend können die mindestens zwei Funktionsbereiche eine Partitionierung der Bestückungsseite der Platine sein.
Die thermischen Funktionen können thermische Primitive (kurz: Primitive) eines thermischen Models (beispielsweise eines thermodynamischen Models) sein.
Die Gesamtheit der zugeordneten thermischen Funktionen kann in Kombination mit dem jeweiligen Gehäuse ein thermisches Model definieren, auf dem der Schritt des Bestimmens des Gehäuses basiert. Optional ist das Gehäuse durch eine eigene thermische Funktion im thermischen Model repräsentiert.
Im Schritt des Bestimmens eines Gehäuses kann ein einziges Gehäuse oder eine Vielzahl von Gehäusen bestimmt werden, vorzugsweise das beziehungsweise die jeweils die im Betrieb erzeugte Abwärme der elektronischen Bauteile ohne Überhitzung des jeweiligen Gehäuses und/oder der elektronischen Bauteile abzuleiten vermag beziehungsweise vermögen. Die thermischen Funktionen können von einem Betriebszustand der elektronischen Bauteile abhängig sein. Der Betrieb der elektronischen Bauteile kann einen ersten Betriebszustand und einen vom ersten Betriebszustand verschiedenen zweiten Betriebszustand umfassen. Eine erste Verlustleistung kann in einem ersten Funktionsbereich im ersten Betriebszustand größer sein als im zweiten Betriebszustand. Eine zweite Verlustleistung kann in einem zweiten Funktionsbereich im ersten Betriebszustand kleiner sein als im zweiten Betriebszustand.
Das Gehäuse kann für zeitabhängige Betriebszustände bestimmbar sein. Der zweite Betriebszustand kann einem thermischen Stresstest entsprechen und/oder für eine vorbestimmte Zeitdauer vorliegen oder auf die vorbestimmte Zeitdauer begrenzt sein.
Die thermische Funktion kann in mindestens einem der Funktionsbereiche der Platine oder in einem weiteren Funktionsbereich des Gehäuses ferner umfassen eine Funktion eines Wärmetransports gemäß dem im jeweiligen Funktionsbereich angeordneten mindestens einen elektronischen Bauteil und/oder gemäß einem Kühlkörper oder Lüftungsöffnungen (beispielsweise Belüftungs- und/oder Entlüftungsöffnungen) im jeweiligen Funktionsbereich oder im weiteren Funktionsbereich.
Die Funktion des Wärmetransports kann einen passiven Wärmetransport (beispielsweise Wärmeleitung und/oder Konvektion, vorzugsweise in einem Wärmerohr, und/oder Wärmestrahlung) repräsentieren. Alternativ oder ergänzend kann die Funktion des Wärmetransports einen aktiven Wärmetransport (beispielsweise mittels eines elektrothermischen Wandlers und/oder einer Wärmepumpe) repräsentieren. Der Wärmetransport kann innerhalb des Gehäuses erfolgen, beispielsweise parallel zur Platine. Alternativ oder ergänzend kann der Wärmetransport aus dem Gehäuse heraus an eine Umgebung des Gehäuses erfolgen, vorzugsweise an eine Außenseite des Gehäuses oder einen mit der Umgebung in Wärmeaustausch stehenden Kühlkörper. Eine oder jede der thermischen Funktionen kann umfassen die Funktion einer Wärmequelle im jeweiligen Funktionsbereich und/oder die Funktion einer Wärmesenke im jeweiligen Funktionsbereich und/oder die Funktion eines Wärmetransports im jeweiligen Funktionsbereich. Vorzugsweise entspricht oder repräsentiert die Funktion eines Wärmetransports die Funktion einer Wärmebrücke oder einer Wärmeisolation zwischen dem jeweiligen Funktionsbereich und einer Umgebung des Gehäuses.
Optional umfasst die 'Wärmequelle" eine negative Wärmequelle, d.h. eine Wärmesenke. Beispielsweise kann die Offenbarung einer Wärmequelle durch eine Wärmesenke realisiert sein. Ebenso kann die "Abwärme" eine negative "Abwärme" umfassen. Beispielsweise kann die Erzeugung von Abwärme durch eine Ableitung von Wärme (beispielsweise aus dem Gehäuse hinaus) oder eine Umsetzung von Wärme in eine andere Energieform (beispielsweise Licht oder elektrischen Strom mittels des Seebeck-Effekts) realisiert sein.
Ferner kann dem jeweiligen Gehäuse und/oder der Platine eine thermische Funktion, beispielsweise die thermische Funktion einer Grenzfläche einer Wärmekonvektion, zugeordnet sein.
Die Funktion der Wärmesenke kann einem Peltier-Element entsprechen, dessen warme Seite mit der Umgebung in Wärmeaustausch steht und dessen kalte Seite im Gehäuse im jeweiligen Funktionsbereich angeordnet ist. Die Funktion der Wärmequelle kann einem Peltier-Element entsprechen, dessen kalte Seite mit der Umgebung in Wärmeaustausch steht und dessen warme Seite im Gehäuse im jeweiligen Funktionsbereich angeordnet ist.
Die thermische Funktion des Wärmetransports kann eine Wärmeleitung, eine Wärmestrahlung und/oder eine Wärmekonvektion umfassen.
Die thermische Funktion des Wärmetransports kann einen passiven Wärmetransport umfassen. Beispielsweise kann die thermische Funktion des Wärmetransports äquivalent zur thermischen Funktion eines Wärmerohrs sein oder dieses numerisch repräsentieren. Das Wärmerohr kann auch fachsprachlich als "Heat-Pipe" bezeichnet werden.
Die thermische Funktion des Wärmetransports kann einen aktiven Wärmetransport umfassen. Beispielsweise kann die thermische Funktion des Wärmetransports äquivalent zur thermischen Wirkung eines Peltier-Elements sein oder dieses numerisch repräsentieren. Das Peltier-Elemente kann im Betrieb eine warme Seite und eine kalte Seite aufweisen. Das Peltier-Element kann an der warmen Seite zusätzlich Wärme abgeben, die über die von der kalten Seite an der warmen Seite transportierte Wärme hinausgeht.
Ein Peltier-Element dessen warme Seite mit der Umgebung in Wärmeaustausch steht und dessen kalte Seite im Gehäuse im jeweiligen Funktionsbereich angeordnet ist kann der Funktion einer Wärmesenke entsprechen. Ein Peltier- Element dessen kalte Seite mit der Umgebung in Wärmeaustausch steht und dessen warme Seite im Gehäuse im jeweiligen Funktionsbereich angeordnet ist kann der Funktion einer Wärmequelle entsprechen.
Das Bestimmen eines Gehäuses kann ein Bestimmen einer Vielzahl von Gehäusen umfassen, die vorzugsweise jeweils nach Maßgabe der den Funktionsbereichen zugeordneten thermischen Funktionen die im Betrieb der elektronischen Bauteile erzeugte Abwärme unter Einhaltung der Maximaltemperaturen abzuführen vermögen.
Ferner kann das hinsichtlich Raumbedarf oder Breite kleinste Gehäuse unter der Vielzahl von Gehäusen bestimmt werden. Hierin kann ein Größenvergleich ("kleinste") sich auf das Volumen und/oder einen Querschnitt und/oder ein lineares Maß des Gehäuses beziehen, beispielsweise das Gehäuse mit dem geringsten Raumbedarf und/oder der geringsten Breite in Richtung einer Anreihung an einer Tragschiene (beispielsweise einer Flalteschiene oder Flutschiene), d.h. in Längsrichtung der Tragschiene oder Halteschiene. Jedes Gehäuse der Vielzahl von Gehäusen kann jeweils zur Befestigung auf einer Tragschiene (vorzugsweise auf einer Hutschiene) ausgebildet sein. Das bestimmte kleinste Gehäuse kann das in einer Längsrichtung der Tragschiene schmälste Gehäuse unter der Vielzahl von Gehäusen sein.
Das Bestimmen des Gehäuses kann umfassen ein Berechnen oder ein Abfragen einer Temperatur oder einer Temperaturverteilung in der Vielzahl von Gehäusen jeweils nach Maßgabe der den Funktionsbereichen zugeordneten thermischen Funktionen. Optional kann das Gehäuse bestimmt werden, dessen Temperatur oder Temperaturverteilung in einem vorbestimmten Wertebereich ist und/oder dessen Temperatur oder Temperaturverteilung am kleinsten ist unter der Vielzahl von Gehäusen.
Die Vielzahl von Gehäusen kann ein von einem Benutzer vorgegebenes Gehäuse, beispielsweise ein aus einer Datenbank manuell ausgewähltes Gehäuse, umfassen. Die Vielzahl von Gehäusen kann Varianten des vom Benutzer ausgewählten Gehäuses umfassen, beispielsweise Gehäuse, die hinsichtlich mindestens eines in der Datenbank gespeicherten Parameters mit dem vorgegebenen Gehäuse übereinstimmen und/oder die hinsichtlich in der Datenbank gespeicherter Parameter ähnlich dem vorgegebenen Gehäuse sind. Hierbei kann die Ähnlichkeit anhand einer Metrik eines von den Parametern aufgespannten Parameterraums bestimmt sein. Zwei Gehäuse können ähnlich sein, wenn der Wert der Metrik für die zwei Gehäuse kleiner als ein Grenzwert ist.
Das Berechnen der Temperaturverteilung kann ein Berechnen einer Verteilung (oder eines Profils) eines Temperatur-Gradienten, beispielsweise über Gehäuseflächen des Gehäuses und/oder ein vom Gehäuse eingehaustes oder umschlossenes Volumen, umfassen.
Das Berechnen der Temperatur oder Temperaturverteilung kann eine numerische Simulation eines thermodynamischen Prozesses (auch: thermodynamische Simulation), vorzugsweise eines Wärmetransports, innerhalb des jeweiligen Gehäuses und/oder aus dem jeweiligen Gehäuse heraus umfasst, wobei die Kombination des jeweiligen Gehäuses mit den den Funktionsbereichen der Platine zugeordneten thermischen Funktionen Randbedingungen des thermodynamischen Prozesses bestimmt.
Die numerische Simulation des thermodynamischen Prozesses kann eine numerische Simulation des Models von Gehäuse und Platine sein, wobei die Platine durch die den Funktionsbereichen zugeordneten thermischen Funktionen repräsentiert ist und das Gehäuse durch die eigene thermische Funktion repräsentiert ist. Die numerische Simulation des thermodynamischen Prozesses kann eine Implementierung des thermischen Stresstests sein, d.h. der Prüfung auf thermische Eignung der Kombination von Gehäuse und Platine.
Der thermodynamische Prozess innerhalb des jeweiligen Gehäuses und/oder aus dem jeweiligen Gehäuse heraus eine Konvektion und/oder Strömung eines Kühlmediums, vorzugsweise Luft, in das jeweilige Gehäuse, innerhalb des jeweiligen Gehäuses und/oder aus dem jeweiligen Gehäuse heraus umfasst.
Das Bestimmen des Gehäuses kann die Abfrage einer Datenbank umfassen. In der Datenbank kann zu einer Vielzahl von Gehäusen gespeichert sein: (i) Randbedingungen, vorzugsweise Randbedingungen der Simulation, und/oder Randbedingungen des thermodynamischen Prozesses und/oder Randbedingungen der Fertigung des Gehäuses; und/oder (ii) Regeln einer Vernetzung des Gehäuses; und/oder (iii) Werkstoffe des Gehäuses; und/oder (iv) Temperaturen und/oder Temperaturverteilungen, beispielsweise abhängig von einer Anordnung thermischer Funktionen innerhalb des jeweiligen Gehäuses. Die Abfrage (beispielsweise eine an die Datenbank gesendete Abfrage-Nachricht) kann die Anordnung der den Funktionsbereichen zugeordneten thermischen Funktionen bei in dem jeweiligen Gehäuse aufgenommener Platine angeben oder bestimmen.
In der Datenbank kann zu einer Vielzahl von Kombination von jeweils einem Gehäuse und einer Anordnung thermischer Funktionen im Gehäuse eine Temperaturverteilung (auch: Wärmeprofil oder thermisches Profil) gespeichert sein. Aufgrund der Abfrage der Datenbank muss eine Simulation nicht mehrfach ausgeführt werden, beispielsweise wenn eine der Platine entsprechende Anordnung von thermischen Funktionen in der Datenbank bereits gespeichert ist. Die Anordnung der thermischen Funktionen kann eine Abstraktion der Platine sein zum Zwecke des Berechnens bzw. Abfragens der Temperaturverteilung und/oder zum Zwecke des Bestimmens des Gehäuses, des thermischen Models und/oder der thermodynamischen Simulation. Die in der Datenbank zu Kombinationen von Gehäuse und Anordnung thermischer Funktionen gespeicherten Temperaturverteilungen können empirisch ermittelt sein und/oder Ergebnisse von vorhergehenden numerischen Simulationen sein.
Beispielsweise wird die numerische Simulation zu einer erfassten Anordnung von thermischen Funktionen nur ausgeführt, wenn in der Datenbank keine Temperaturverteilung zu der erfassten Anordnung gespeichert ist. Bei jeder ausgeführten numerischen Simulation kann die Datenbank der Temperaturverteilung als eine Eigenschaft des jeweiligen Gehäuses ergänzt oder präzisiert werden.
Alternativ oder ergänzend kann die Temperaturverteilung für jedes der Vielzahl von Gehäusen in der Datenbank flexibel und/oder anpassbar für verschiedene Anordnungen der thermischen Funktionen gespeichert sein. Beispielsweise kann bei einer erfassten Anordnung der thermischen Funktionen, die zwischen zwei oder mehr in der Datenbank gespeicherten Anordnung der thermischen Funktionen ist, die Temperaturverteilung für die erfassten Anordnungen der thermischen Funktionen als gewichtetes Mittel der Temperaturverteilungen zu den gespeicherten Anordnungen der thermischen Funktionen berechnet werden.
In der Datenbank kann die aus vorhergehenden numerischen Simulationen resultierenden Temperaturen und/oder Temperaturverteilungen gespeichert sein. Eine in der Datenbank zu einer ähnlichen oder der ähnlichsten Anordnung der zugeordneten thermischen Funktionen gespeicherte Temperatur und/oder Temperaturverteilung kann ein Startwert für die numerische Simulation des thermodynamischen Prozesses sein.
Die Abfrage der Datenbank kann ein Startgehäuse ergeben. Die zum Startgehäuse gespeicherte oder berechnete Temperaturverteilung kann an einer Stelle, beispielsweise in einem Funktionsbereich im Startgehäuse, die Maximaltemperatur nicht einhält. Das Verfahren (beispielsweise das Bestimmen des Gehäuses) kann ferner umfassen einen Schritt des Modifizierens des Gehäuses an der Stelle, an welcher die Temperaturverteilung die Maximaltemperatur nicht einhält. Alternativ oder ergänzend kann das Verfahren (beispielsweise das Bestimmen des Gehäuses) ferner umfassen einen Schritt des Berechnens der Temperaturverteilung im modifizierten Startgehäusen nach Maßgabe der den Funktionsbereichen zugeordneten thermischen Funktionen.
Das Bestimmen des Gehäuses ausgehend vom Startgehäuse kann bis zur Einhaltung der Maximaltemperaturen die Schritte des Modifizierens und des Berechnens iterativ ausführen.
Das Startgehäuse kann ein von einem Benutzer vorgegebenes Gehäuse sein. Das Bestimmen des Gehäuses kann ein Anpassen (d.h. Modifizieren) des Startgehäuses umfassen und/oder die Auswahl eines anderen (vorzugsweise größeren) Gehäuses (beispielsweise aus einer Datenbank).
Das Bestimmen des Gehäuses ausgehend vom Startgehäuse kann ein mehrstufiges Ausführen der Schritte des Modifizierens und des Berechnens umfassen. In einer ersten Stufe des mehrstufigen Ausführens kann das Gehäuse in einem ersten Bereich modifiziert werden. In einer zweiten Stufe, die von der Modifikation in der ersten Stufe ausgeht, kann das Gehäuse in einem zweiten Bereich modifiziert werden. Der kleiner als der erste Bereich ist und vollständig innerhalb des ersten Bereichs liegt. Mit anderen Worten, die mehrstufige Modifikation kann eine grobe erste Modifikation und eine auf der ersten Modifikation aufbauende verfeinerte zweite Modifikation des Gehäuses umfassen. Alternativ oder ergänzend kann das Modifizieren des Gehäuses kann ein Ergänzen von Wärmebrücken zwischen der Stelle und einem Außenbereich des Gehäuses und/oder ein Ergänzen von Lüftungsöffnungen, vorzugsweise an der Stelle, umfassen.
Das Gehäuse kann durch eine eigene thermische Funktion repräsentiert sein. Die thermische Funktion des Gehäuses kann eine geometrische Form des Gehäuses, beispielsweise einen Quader bestimmen. Flächen und/oder Teilflächen des Gehäuses kann eine Temperaturverteilung und/oder ein Strömungsprofil des Kühlmediums zugeordnet sind. Alternativ oder ergänzend können Flächen und/oder Teilflächen des Gehäuses Randbedingungen eines thermodynamischen Prozesses bestimmen, beispielsweise Randbedingungen einer Konvektion des Kühlmediums. Im Schritt des Modifizierens des Gehäuses kann aus der Datenbank eine modifizierte thermische Funktion (vorzugsweise mit einer modifizierten Temperaturverteilung und/oder einem modifizierten Strömungsprofil) als Repräsentant des modifizierten Gehäuses geladen werden.
Das Modifizieren des Gehäuses kann ein Verändern einer Wärmeleitfähigkeit des Gehäuses zumindest an der Stelle umfassen. Vorzugsweise kann die veränderte Wärmeleitfähigkeit einer veränderten Wanddicke und/oder einem veränderten Wandmaterial des Gehäuses entspricht.
Das Modifizieren des Gehäuses kann mindestens einer Nebenbedingung unterliegen, beispielsweise minimalen Innenmaßen des Gehäuses zur Aufnahme der Platine, vorgegebenen Befestigungspunkten im Gehäuse zur Befestigung der Platine, vorgegebenen Befestigungspunkten zur Befestigung des Gehäuses auf einer Tragschiene, Randbedingungen einer Fertigung des Gehäuses und/oder maximale Außenmaße des Gehäuses.
Das jeweilige Gehäuse, vorzugsweise eine Geometrie oder die Flächen des jeweiligen Gehäuses, kann durch eine Delaunay-Triangulierung, eine hierarchische Datenstruktur, ein Octree-Netz oder ein Hexaeder-Netz numerisch repräsentiert sein, vorzugsweise als Teil der thermischen Funktion des Gehäuses.
Jeder der Funktionsbereiche kann innerhalb der Bestückungsseite der Platine Rechteckflächen und/oder disjunkte Teilflächen der Bestückungsseite sein.
Mindestens eine oder jede der zugeordneten thermischen Funktionen, vorzugsweise Wärmequellen, können durch einen kreuzungsfreien Leiterbahnabschnitt numerisch repräsentiert ist, dessen Weglänge innerhalb des jeweiligen Funktionsbereichs größer ist als ein Umfang des jeweiligen Funktionsbereichs. Jeder Leiterbahnabschnitt kann ein Ohm'scher Leiter und/oder mäanderförmig sein.
Ein Ohm'scher Widerstand des Leiterbahnabschnitts, eine Stromstärke durch den Leiterbahnabschnitt und/oder eine Verlustleistung des Leiterbahnabschnitts kann jeweils äquivalent zu einem Ohm'schen Widerstand, einer Stromstärke beziehungsweise einer Verlustleistung des gemäß der erfassten Anordnung in dem jeweiligen Funktionsbereich angeordneten mindestens einen elektronischen Bauteils im Betrieb sein.
Das Erfassen der Anordnung der elektronischen Bauteile kann ferner ein Erfassen einer Verschaltung der elektronischen Bauteile umfassen.
Das Zuordnen der thermischen Funktionen kann ferner eine numerische Simulation (vorzugsweise eine elektrodynamische Simulation) der gemäß der Verschaltung erfassten elektronischen Bauteile umfassen. Die numerische Simulation kann die thermische Funktion des mindestens einen elektronischen Bauteils in dem jeweiligen Funktionsbereich im Betrieb bestimmen. Die numerische Simulation der erfassten elektronischen Bauteile gemäß der Verschaltung kann ein Bestimmen einer Leistungsaufnahme jedes der elektronischen Bauteile im Betrieb umfassen. Das Bestimmen des Gehäuses, vorzugsweise die numerische Simulation gemäß der Verschaltung, kann ferner ein Bestimmen von Luftstrecken und/oder Kriechstrecken umfassen, vorzugsweise als Funktion einer Nennspannung der Platine.
Der Schritt des Erfassens der Anordnung der elektronischen Bauteile kann umfassen ein Erfassen eines Kamerabilds der Platine mittels einer Kamera oder eine Abtastung der Platine mittels eines Scanners. Alternativ oder ergänzend kann der Schritt des Erfassens der Anordnung der elektronischen Bauteile umfassen Bestimmen von elektronischen Bauteilen und/oder Leiterbahnen im Kamerabild oder der Abtastung mittels einer Bilderkennung und Bestimmen der Anordnung der elektronischen Bauteile und/oder der Verschaltung auf der Platine aufgrund von Positionen der erfassten elektronischen Bauteile im Kamerabild oder der Abtastung der Platine und/oder einem Verlauf der erfassten Leiterbahnen im Kamerabild oder der Abtastung der Platine. Die Platine kann als Realbauteil vorliegen.
Alternativ oder ergänzend kann das Erfassen der Anordnung der Bauteile umfassen ein Empfangen einer digitalen Konstruktionszeichnung der Platine. Alternativ der ergänzend kann das Erfassen der Anordnung der Bauteile umfassen ein Auslesen der Anordnung der elektronischen Bauteile und/oder der Verschaltung der elektronischen Bauteile aus der digitalen Konstruktionszeichnung der Platine. Die elektronischen Bauteile können im Schritt des Zuordnens durch numerische Repräsentanten, vorzugsweise die zugeordneten thermischen Funktionen, substituiert werden.
Die digitale Konstruktionszeichnung der Platine kann als numerische Repräsentation eines Computer-Aided Designs (CAD) oder CAD-Models vorliegen.
Optional kann auch das Startgehäuse zur iterativen Modifikation empfangen, beispielsweise hochgeladen, werden. Das Verfahren kann ferner umfassen ein Bereitstellen einer Web-Seite zum Abruf. Die Web-Seite kann einen Eingabebereich oder eine Schnittstelle umfassen, der oder die dazu ausgebildet ist, die digitalen Konstruktionszeichnung zu erstellen und/oder hochzuladen. Der Eingabebereich der Web-Seite kann als Web-Interface oder Web-Anwendung (auch: Web-App) implementiert sein.
Das Verfahren kann ferner wenigstens einen der folgenden Schritte umfassen: Auswahlen des Gehäuses, für das bestimmt wurde, dass es die im Betrieb der elektronischen Bauteile erzeugte Abwärme abzuführen vermag (vorzugsweise nach dem Bestimmen); Auswählen des Gehäuses, für das zu bestimmen ist, ob es die im Betrieb der elektronischen Bauteile erzeugte Abwärme abzuführen vermag (vorzugsweise vor dem Bestimmen); Bestimmen und/oder Bereitstellen der Platine auf Grundlage des ausgewählten Gehäuses (vorzugsweise nach dem Auswählen).
Die Anordnung der elektronischen Bauteile auf der Platine kann auch als Layout oder Schaltung der Platine bezeichnet werden. Die elektronischen Bauteile auf der Platine können auch als Realbauteile bezeichnet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Gehäuses, das Abwärme erzeugende elektronische Bauteile auf einer Platine aufzunehmen vermag, bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Anordnungserfassungseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Anordnung der elektronischen Bauteile auf einer Bestückungsseite der Platine zu erfassen. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Bereichsbestimmungseinheit, die dazu ausgebildet ist, mehrere Funktionsbereiche innerhalb der Bestückungsseite, in denen jeweils gemäß der erfassten Anordnung mindestens eines der elektronischen Bauteile angeordnet ist, zu bestimmen. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Thermofunktionszuordnungseinheit, die dazu ausgebildet ist eine thermische Funktion jedem der Funktionsbereiche zuzuordnen. Jede der thermischen Funktionen umfasst eine Funktion zur Erzeugung von Abwärme aufgrund einer Verlustleistung des gemäß der erfassten Anordnung in dem jeweiligen Funktionsbereich angeordneten mindestens einen elektronischen Bauteils im Betrieb. Ferner umfasst jede der thermischen Funktionen eine Maximaltemperatur bis zu der das in dem jeweiligen Funktionsbereich angeordnete mindestens eine elektronische Bauteil ohne Beschädigung und Leistungseinschränkung im Betrieb ist. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Gehäusebestimmungseinheit, die dazu ausgebildet ist, ein Gehäuse zu bestimmen, das nach Maßgabe der den Funktionsbereichen zugeordneten thermischen Funktionen die im Betrieb der elektronischen Bauteile erzeugte Abwärme unter Einhaltung der Maximaltemperaturen abzuführen vermag.
Die Vorrichtung kann ferner ein jedes der im Kontext des Verfahrens genannten Merkmale umfassen. Die Vorrichtung kann ferner dazu ausgebildet sein, oder dedizierte Einheiten umfassen, die dazu ausgebildet sind, einen jeden der im Kontext des Verfahrens offenbarten Schritte auszuführen.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung eines
Gehäuses, das Abwärme erzeugende elektronische Bauteile auf einer Platine aufzunehmen vermag, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 schematische Darstellungen jeweils zu den Schritten des
Verfahrens zur Bestimmung eines Gehäuses gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Ausführung oder Steuerung des Verfahrens zur Bestimmung eines Gehäuses gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel; und Fig. 4 eine schematische Darstellung einer exemplarischen Datenbank, die in jedem der Ausführungsbeispiele einsetzbar sein kann.
Die Fig. 1 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines allgemein mit Bezugszeichen 100 bezeichneten Verfahrens zur Bestimmung eines Gehäuses, das Abwärme erzeugende elektronische Bauteile auf einer Platine aufzunehmen vermag. In einem Schritt 102 wird eine Anordnung der elektronischen Bauteile auf einer Bestückungsseite der Platine erfasst. In einem Schritt 104 werden mehrere Funktionsbereiche innerhalb der Bestückungsseite bestimmt. Dazu können die elektronischen Bauteile nach ihrem Funktionszusammenhang (beispielsweise Transistoren einer Fl-Brücke oder Impedanzen eines RC-Glied) und/oder nach ihrer elektrischen Verbindungsdichte (beispielsweise anhand ebenfalls erfassten Leiterbahnen) und/oder anhand einer Cluster-Analyse der Positionen in der Bestückungsseite gruppiert werden. Vorzugsweise ist in jedem Funktionsbereich gemäß der erfassten Anordnung mindestens eines der elektronischen Bauteile angeordnet. Optional können weitere Funktionsbereiche für thermische relevante Funktionen, beispielsweise Kühlkörper bestimmt werden.
Jedem der Funktionsbereiche wird in einem Schritt 106 mindestens eine thermische Funktion zugeordnet. Die thermische Funktion kann eine numerische Repräsentation der thermischen Wirkung des jeweiligen Funktionsbereichs sein. Die thermodynamische Simulation kann diese thermischen Funktionen umfassen.
Ein Beispiel für die thermische Funktion ist eine Funktion zur Erzeugung von Abwärme aufgrund einer Verlustleistung des gemäß der erfassten Anordnung in dem jeweiligen Funktionsbereich angeordneten mindestens einen elektronischen Bauteils im Betrieb. Diese Funktion kann beispielsweise eine mittlere Verlustleistung angeben oder eine Korrelation zwischen Verlustleistungen in verschiedenen Funktionsbereichen. Ein Beispiel für die thermische Funktion ist ferner eine Maximaltemperatur bis zu der das in dem jeweiligen Funktionsbereich angeordnete mindestens eine elektronische Bauteil ohne Beschädigung und Leistungseinschränkung im Betrieb ist.
In einem Schritt 108 wird mindestens ein Gehäuse bestimmt, das nach Maßgabe der den Funktionsbereichen zugeordneten thermischen Funktionen die im Betrieb der elektronischen Bauteile erzeugte Abwärme unter Einhaltung der Maximaltemperaturen abzuführen vermag. Die Einhaltung wird vorzugsweise anhand eines thermodynamischen Zustands (TDZ) im jeweiligen Gehäuse festgestellt, wenn die Bauteile auf der im Gehäuse angeordneten Platine im (vorzugsweise stationären) Betrieb sind. Der TDZ kann mittels einer thermodynamischen Simulation numerisch berechnet und/oder mittels einer Datenbank abgerufen werden.
Die Anordnung der elektronischen Bauteile und Leiterbahnen (beispielsweise auf der Bestückungsseite und/oder einer gegenüberliegenden Seite und/oder einer Schicht innerhalb der Platine), welche die elektronischen Bauteile elektrisch leitend verbinden, können kollektiv als Schaltung oder Layout der Platine bezeichnet werden.
Die thermodynamischen Funktionen können Primitive einer Konstruktion der Schaltung und/oder Primitive der thermodynamischen Simulation sein.
Fig. 2 zeigt schematische Darstellungen jeweils zu den Schritten 102, 104, 106 und 108 des Verfahrens 100 zur Bestimmung eines Gehäuses 110 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel kann mit dem ersten Ausführungsbeispiel kombinierbar sein, beispielsweise diese ergänzen.
Die Bauteile 112 auf der Bestückungsseite 116 der Platine 114 können aus einer digitalen Konstruktionszeichnung, durch manuelle Eingabe und/oder mittels Bilderkennung im Schritt 102 erfasst werden. Die Platine 114, beispielsweise die gesamte Bestückungsseite 116 oder bestückte Teile der Bestückungsseite 116, werden im Schritt 104 in Funktionsbereiche 118 unterteilt. Vorzugsweise umfassen die Funktionsbereiche 118 disjunkte und/oder begrenzte Teilflächen der Bestückungsseite 116.
Ein Einfluss der elektronischen Bauteile 112 (und optional des Platine 114 selbst) auf den TDZ wird mittels thermischer Funktionen 120 numerisch repräsentiert, die den Funktionsbereichen 118 im Schritt 106 zugeordnet werden. Optional wird der Platine 114 oder der Bestückungsseite 116 eine weitere thermische Funktion 120 zugeordnet.
Jede der thermischen Funktionen kann eine thermodynamische Wirkung (beispielsweise eine Wärmequelle, eine Wärmesenke und/oder einen Wärmetransport) und/oder mindestens einen Grenzwert (beispielsweise eine Maximaltemperatur) angeben. Die thermodynamische Wirkung und/oder der Grenzwert kann sich auf das mindestens eine Bauteil 112 im Funktionsbereich beziehen. Beispielsweise kann eine Typenbezeichnung der Bauteile 112 im Schritt 102 erfasst werden, und die thermodynamische Wirkung und/oder der mindestens eine Grenzwert kann unter Angabe der Typenbezeichnung aus einer Datenbank abgefragt werden.
Im Schritt 108 wird zu jedem von mindestens zwei Kandidaten der Gehäuse 110 ein TDZ 122 bestimmt, der durch die den Funktionsbereichen 118 zugeordneten thermischen Funktionen 120 aus den Gesetzen der Thermodynamik resultieren. Beispielsweise wird im Schritt 108 gemäß den Gesetzen der Thermodynamik, vorzugsweise gemäß dem Planck'schen Strahlungsgesetz und/oder der Wärmeleitungsgleichung und/oder der Navier-Stokes-Gleichung, eine Temperaturverteilung und/oder eine Konvektionsströmung im Gehäuse 110 und/oder in das Gehäuse 110 und/oder aus dem Gehäuse 110 heraus berechnet. Dabei können weitere Funktionsbereiche 119 durch das Gehäuse 110 bestimmt sein. Beispielsweise kann den weiteren Funktionsbereichen 119 eine Belüftungsöffnung 125 und/oder Entlüftungsöffnung 125 und/oder ein (vorzugsweise mit einer Umgebung des Gehäuses in Wärmeaustausch stehender) Kühlkörper 124 als thermische Funktion zugeordnet sein.
Fig. 3 zeigt eine allgemein mit Bezugszeichen 150 bezeichnete Vorrichtung zur Bestimmung eines Gehäuses 110, das Abwärme erzeugende elektronische Bauteile 112 auf einer Platine 114 aufzunehmen vermag. Die Vorrichtung 150 kann dazu ausgebildet sein, das Verfahren 100 auszuführen oder zu steuern.
Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung 150 eine Anordnungserfassungseinheit umfassen, die dazu ausgebildet ist, eine Anordnung der elektronischen Bauteile 112 auf einer Bestückungsseite 116 der Platine 114 zu erfassen oder den Schritt 102 auszuführen. Die Anordnungserfassungseinheit kann durch eine Konstruktionsschnittstelle 152 implementiert sein, die dazu ausgebildet ist, die Anordnung der Bauteile 112 (und optional deren Verschaltung) festzulegen.
Die Konstruktionsschnittstelle 152 kann ferner dazu ausgebildet sein, das mindestens eine bestimmte Gehäuse 110 auszugeben, beispielsweise grafisch darzustellen.
Die Konstruktionsschnittstelle 152 kann mittels eines Web-Servers implementiert sein, der das Anordnung der Bauteile 112 auf einer Web-Seite im Schritt 102 ermöglicht und/oder das bestimmte Gehäuses 110 im Schritt 108 auf der Web- Seite ausgibt. Die Web-Seite oder eine andere Kommunikationsschnittstelle für die Schritte 102 und/oder 108 kann über ein Netzwerk 153 abrufbar sein. Das Netzwerk 153 kann Netzwerkkomponenten wie Netzwerk-Weichen (d.h. Switches) und/oder Basisstationen für einen Funkzugang zur Konstruktionsschnittstelle 152 umfassen.
Die Anordnung der elektronischen Bauteile 112 kann mittels einer Nutzervorrichtung 160, beispielsweise einem Mobilgerät (vorzugsweise einem Tablet-Computer mit berührungsempfindlichem Bildschirm) oder einem Arbeitsplatzgerät (vorzugsweise einer CAD-Workstation) erfasst werden. Beispielsweise kann an die Nutzervorrichtung 160 eine Kamera 120 angeschlossen oder in die Nutzervorrichtung 160 integriert sein. Die Kamera 120 kann eine Ansicht der Bestückungsseite (und optional der Leiterbahnen auf der gegenüberliegenden Seite) erfassen. Eine Bilderkennungseinheit (beispielsweise implementierbar in der Nutzervorrichtung 160 und/oder der Konstruktionsschnittstelle 152 und/oder der Vorrichtung 150) kann im Schritt 102 Objekte auf der Leiterplatte bestimmen. Die bestimmten Objekte können die Bauteile 112 und optional Leiterbahnen umfassen.
Alternativ oder ergänzend kann die Nutzervorrichtung 160 Konstruktionsmittel 162 zur Konstruktion der Anordnung der Bauteile 112 und/oder zur Eingabe der Anordnung der Bauteile 112 umfassen. Die Konstruktionsmittel 162 können einen Eingabestift für einen berührungsempfindlichen Bildschirm und/oder eine CAD-Anwendung umfassen. Die CAD-Anwendung kann (beispielsweise lokal) von der Nutzervorrichtung 160 ausgeführt werden oder (beispielsweise entfernt) von der Konstruktionsschnittstelle 152 ausgeführt werden, wobei Daten einer grafischen Benutzerschnittschnitte von der Konstruktionsschnittstelle 152 an die Nutzervorrichtung 160 übertragen und dort angezeigt werden.
Beispielsweise kann der Schritt des Erfassens 102 die direkte Eingabe der Primitive 120 (beispielsweise von Daten zur Auswahl der Primitive 120) und/oder eine Bestimmung konkreter Bauteile 112 umfassen. Alternativ oder ergänzend kann der Schritt des Erfassens 102 ein Hochladen (d.h. einen Upload) von Daten, welche die Anordnung der Bauteile 112 auf der Platine 114 angeben (beispielsweise Daten eines Layouts der Schaltung) umfassen.
Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung 150 eine Bereichsbestimmungseinheit umfassen, die dazu ausgebildet ist, mehrere Funktionsbereiche 118 innerhalb der Bestückungsseite 116, in denen jeweils gemäß der erfassten Anordnung mindestens eines der elektronischen Bauteile 112 angeordnet ist, zu bestimmen oder den Schritt 104 auszuführen. Ferner umfasst die Vorrichtung 150 eine Thermofunktionszuordnungseinheit, die dazu ausgebildet ist, mindestens eine thermische Funktion 120 jedem der Funktionsbereiche 118 zuzuordnen oder den Schritt 106 auszuführen. Die thermische Funktion 120 kann eine Funktion zur Erzeugung von Abwärme aufgrund einer Verlustleistung des gemäß der erfassten Anordnung in dem jeweiligen Funktionsbereich angeordneten mindestens einen elektronischen Bauteils im Betrieb sein. Alternativ oder ergänzend kann die thermische Funktion 120 eine Maximaltemperatur angeben, bis zu der das in dem jeweiligen Funktionsbereich 118 angeordnete mindestens eine elektronische Bauteil 112 ohne Beschädigung und Leistungseinschränkung im Betrieb ist.
Ferner umfasst die Vorrichtung 150 eine Gehäusebestimmungseinheit, die dazu ausgebildet ist, den Schritt 108 auszuführen oder ein Gehäuse 110 zu bestimmen, das nach Maßgabe der den Funktionsbereichen zugeordneten thermischen Funktionen die im Betrieb der elektronischen Bauteile erzeugte Abwärme unter Einhaltung der Maximaltemperaturen abzuführen vermag. Dazu kann die Gehäusebestimmungseinheit auf Grundlage der thermischen Funktionen 120 und dem jeweiligen Gehäuse 110 (beispielsweise einem Kandidaten für das bestimmte Gehäuse 110) einen thermodynamischen Zustand (TDZ) bestimmen. Ferner kann die Gehäusebestimmungseinheit feststellen, ob der TDZ die Maximaltemperatur oder Maximaltemperaturen gemäß den thermischen Funktionen 120 einhält (d.h. erfüllt).
Sind die Maximaltemperatur oder Maximaltemperaturen (oder weitere Bedingungen der Funktionen 120) eingehalten, wird das entsprechende Gehäuse als das bestimmte Gehäuse 110 von der Vorrichtung 150 ausgegeben, beispielsweise zur grafischen Darstellung an der Nutzervorrichtung 160. Beispielsweise kann (vorzugsweise in Reaktion auf eine mittels der Nutzervorrichtung 160 eingegebene Bestätigung des bestimmten Gehäuses 110) die Vorrichtung 150 einen digitalen Auftrag zum Versenden des bestimmten Gehäuses 110 an ein Warenlager senden.
Die Gehäusebestimmungseinheit kann den TDZ mittels einer thermodynamischen Simulation 158 (fachsprachlich auch als Simulationseinheit oder "Engine" für die Thermosimulation bezeichnet) berechnen und/oder aus einer Datenbank 154 abrufen. In der Datenbank 154 sind vorzugsweise Datensätze 156 zu einer Vielzahl von Gehäusen 110 gespeichert. Jeder Datensatz 156 zu einem Gehäuse gibt verschiedene TDZ abhängig von der Anordnung der thermischen Funktionen 120 innerhalb des Gehäuses 110 an, d.h., entsprechend der Anordnung der Funktionsbereiche 118 (welchen die thermischen Funktion 120 zugeordnet sind) auf der Bestückungsseite 116 der Platine 114, wenn die Platine 114 im Gehäuse 110 aufgenommen ist.
Die Anordnung der elektronischen Bauteile 112 (d.h. das Layout der Platine 114) oder die Anordnung der entsprechenden thermischen Funktionen 120 kann mittels der thermodynamischen Simulation 158 geprüft, angepasst und/oder optimiert werden. Beispielsweise werden im Schritt 106 in einer numerischen Repräsentation der Platine 114 (beispielsweise der Anordnung der Bauteile 112) die Bauteile 112 durch die thermischen Funktionen 120 ersetzt oder in diese umgewandelt. Die thermischen Funktionen 120 können Primitive der thermodynamischen Simulation 158 sein. Dadurch kann eine bessere Performance der Simulation 158 erreicht werden.
Fig. 4 zeigt schematisch eine Struktur der Datenbank 154. In der Datenbank 154 können zu einer Vielzahl von Gehäusen 110 Datensätze 156 gespeichert sein. Jeder Datensatz 156 zu einem bestimmten Gehäuse 110 kann jeweils eine Vielzahl von TDZ 122 in Abhängigkeit von der Anordnung der thermischen Funktionen umfassen.
Vorzugsweise wird aufgrund der Maße der Platine 114 und/oder einer Eingabe mittels der Nutzervorrichtung 160 ein Startgehäuse bestimmt. Aus dessen Datensatz 156' kann ein TDZ ausgelesen werden. Daraufhin kann das Verfahren 100 eine Untersuchung in verschiedene Richtungen ausführen und das Gehäuse 110 ausgehend vom Startgehäuse verändern (d.h. modifizieren), beispielsweise um ein Hardware-Setting zu optimieren. Eine Metrik gibt die Ähnlichkeit zweier Gehäuse 110 an. Anhand der Metrik können die Datensätze 156 Clustern 155 zugeordnet werden. Die Modifikation kann ausgehend vom Startgehäuse (d.h. dem entsprechenden Datensatz 156') innerhalb des jeweiligen Clusters erfolgen. Beispielsweise wird bei Nicht-Erfüllung einer durch die Funktionen 120 bestimmten Bedingung (beispielsweise der Maximaltemperatur) das Gehäuse 110 iterativ modifiziert, indem ein (vorzugsweise zum Datensatz 156' nach Maßgabe der Metrik benachbarter Datensatz 156) Grundlage der Bestimmung des TDZ 122 ist. Diese Modifikation ist durch einen der Pfeile in der Fig. 4 schematisch gezeigt.
Nach Abgleich der thermischen Belastung, d.h., wenn der durch die thermischen Funktionen 120 für das modifizierte Gehäuse 110 aus der Datenbank 154 abgerufene oder mittels der thermodynamischen Simulation 158 berechnete TDZ 122 die durch die thermischen Funktionen 120 bestimmten Bedingungen (wie beispielsweise der Maximaltemperatur) einhält, kann das modifizierte Gehäuse 110 als das bestimmte Gehäuse 110 ausgegeben werden, beispielsweise über das Netzwerk 153 und/oder an der Nutzervorrichtung 160. Optional können mehrere Gehäuse 110 bestimmt werden, unter denen mittels der Nutzervorrichtung 160 eines auswählbar ist. Dazu kann beispielsweise angegeben werden, welche thermische Reserve die bestimmten Gehäuse jeweils aufweisen, beispielsweise wie groß die Differenz zwischen der Temperatur gemäß TDZ und der Maximaltemperatur ist. Beispielsweise können die Gehäuse 110 innerhalb eines Clusters 155 denselben Formfaktor und unterschiedliche Ausbauchungen und/oder Kühlkörper 124 und/oder Be- und/oder Entlüftungsöffnungen 125 aufweisen.
Mit anderen Worten, Ausführungsbeispiele des Verfahren 100 können einerseits eine Eignung Kombination von Platine 114 (genauer: der Anordnung der Bauteile 122) und des Gehäuses 110 unter thermischen oder thermodynamischen Kriterien (beispielsweise einer Maximaltemperatur) numerische überprüfen und anschließend das bestimmte Gehäuse 110 als Empfehlung ausgeben.
Alternativ oder ergänzend kann mittels der Nutzervorrichtung 160 und/oder der Konstruktionsschnittstelle 152 ein Startgehäuse bestimmt werden, und das Verfahren 100 modifiziert das Startgehäuse, d.h., es erfolgt eine automatische Anpassung (beispielsweise ein Gehäusetausch) oder eine Anpassung eines Layouts des Gehäuses 110 und/oder der Platine 114.
Das Modifizieren des Gehäuses 110 (und optional der Platine 114) kann im Schritt 108 iterativ oder mehrstufig ausgeführt werden. Dabei werden vorzugsweise die thermodynamische Simulation 158 und die Datenbank 154 in Kombination genutzt, beispielsweise indem das Startgehäuse aus der Datenbank abgerufen wird, dieses numerisch modifiziert wird und als neuer Datensatz 156 in der Datenbank 154 gespeichert wird. Dadurch können zukünftige Anfragen über die Konstruktionsschnittstelle 152 und/oder das Netzwerk 153 von der Vorrichtung 100 schneller beantwortet werden.
In jedem Datensatz 156 und/oder zur thermodynamischen Simulation 158 kann das jeweilige Gehäuse 110 durch mindestens eine thermische Funktion numerisch dargestellt sein, beispielsweise als Randbedingungen der Konvektionsströmung 122. Vorzugsweise ist umfasst die thermische Funktion des Gehäuses Primitive, beispielsweise Seitenflächen, Eckelemente, Befestigungselemente und/oder Belüftungsöffnungen und Entlüftungsöffnungen.
Das Erfassen 102 kann eine Eingabe eines Anwenders an der Nutzervorrichtung 160 und/oder über die Konstruktionsschnittstelle 152 mittels eines Editors umfassen. Der Editor kann eine CAD-Anwendung sein. Alternativ oder ergänzend, kann das Erfassen 102 das Hochladen (d.h. einen Upload über das Netzwerk 153) eines Kamerabilds oder einer (vorzugsweise berührungslosen) Abtastung (d.h. eines Scans) der realen Platine 114 (beispielsweise der realen Bestückungsseite 116) oder der realen Anordnung (beispielsweise des Layouts) der Bauteile 112 der Platine 114 umfassen. Alternativ oder ergänzend können vereinfachte Darstellungen der Anordnung der Bauteile 112 hochgeladen werden oder im Editor eingegeben werden.
Zur Beschleunigung der Simulation 158 werden die Eingaben im Schritt 102 reduziert oder simplifiziert durch die Zuordnung der thermischen Funktionen 120 (vorzugsweise durch die Verwendung der Primitiven) im Schritt 106 statt der Realbauteile 112. Die Simulation 158 kann mittels der Primitive als Stellvertreter oder auf die thermische Funktion 120 reduzierter Arrangements oder Realrepräsentanten erfolgen. Beispielsweise kann ein komplexes Bauteil durch eine mäanderförmige Leiterbahn und/oder eine Mehrzahl in einer Ebene aneinandergrenzender oder in mehreren Ebenen übereinander angeordneter Primitive repräsentiert werden, welche dieselbe Impedanz und/oder dieselbe Verlustleistung aufweist wie das Realbauteil 112. Vorzugsweise ist für die Simulation des thermodynamischen Prozesses irrelevant, ob der Wärmestrom durch Joule'sche Erwärmung der Leiterbahn zustande kommt oder innerhalb einer Sperrschicht eines Halbleiters.
Das Erfassen 102 der Bauteile 112, das Bestimmen 104 der Funktionsbereiche 118 und/oder das Zuordnen 106 der thermischen Funktionen 120 kann eine Vorverarbeitung oder Modellaufbereitung (fachsprachlich auch als "preprocessing" bezeichnet) einer Produktentwicklung der Kombination von Gehäuse und Platine sein. Alternativ oder ergänzend kann das Bestimmen 108 des Gehäuses 110, vorzugsweise das iterative oder mehrstufige Modifizieren eines Startgehäuses, eine Nachverarbeitung oder Modellnachbereitung der Produktentwicklung der Kombination von Gehäuse und Platine sein.
In jedem Ausführungsbeispiel kann das Bestimmen 108 des Gehäuses 110, vorzugsweise nach dem iterativen oder mehrstufigen Modifizieren eines Startgehäuses, ein Postprocessing umfassen, beispielsweise das Umwandeln numerischer Ergebnisse in eine räumliche oder perspektivische Darstellung des Gehäuses 110 und/oder der Platine 114.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist für Fachkundige ersichtlich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können. Ferner können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehre der Erfindung anzupassen. Folglich ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle Ausführungsbeispiele, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen.
Bezugszeichenliste
Verfahren 100
Erfassung einer Anordnung 102
Bestimmung von Funktionsbereichen 104
Zuordnung von thermischen Funktionen 106
Bestimmung eines Gehäuse 108
Gehäuse 110
Elektronische Bauteile 112
Platine 114
Bestückungsseite 116
Funktionsbereich 118
Thermische Funktion, vorzugsweise Primitiv einer thermodyn. Simulation 120 Thermodyn. Zustand (TDZ), vorzugsweise
Temperaturverteilung im Gehäuse oder des Gehäuses und/oder
Strömung eines Kühlmediums im oder aus dem Gehäuse 122
Kühlkörper 124
Lüftungsöffnungen 125
Vorrichtung zur Ausführung oder Steuerung des Verfahrens 150
Konstruktionsschnittstelle 152
Netzwerk, vorzugsweise Internet oder Funkzugangsnetz 153
Datenbank zu einer Vielzahl von Gehäusen 154
Cluster von Gehäusen, vorzugsweise homöomorpher Gehäuse 155
Datensatz zu einem Gehäuse, vorzugsweise einschließlich TDZ 156
Datensatz zu Startgehäuse, vorzugsweise einschließlich TDZ 156'
Thermodyn. Simulation des TDZ 158
Nutzervorrichtung, vorzugsweise Mobilgerät oder Arbeitsplatzgerät 160
Konstruktionsmittel 162

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (100) zur Bestimmung eines Gehäuses (110), das Abwärme erzeugende elektronische Bauteile (112) auf einer Platine (114) aufzunehmen vermag, umfassend:
- Erfassen (102) einer Anordnung der elektronischen Bauteile (112) auf einer Bestückungsseite (116) der Platine (114);
- Bestimmen (104) mehrerer Funktionsbereiche (118) innerhalb der Bestückungsseite (116), in denen jeweils gemäß der erfassten Anordnung mindestens eines der elektronischen Bauteile (112) angeordnet ist;
- Zuordnen (106) einer thermischen Funktion (120) zu jedem der Funktionsbereiche (118), wobei jede der thermischen Funktionen (120) umfasst:
(i) eine Funktion (120) zur Erzeugung von Abwärme aufgrund einer Verlustleistung des gemäß der erfassten Anordnung in dem jeweiligen Funktionsbereich (118) angeordneten mindestens einen elektronischen Bauteils (112) im Betrieb und
(ii) eine Maximaltemperatur bis zu der das in dem jeweiligen Funktionsbereich (118) angeordnete mindestens eine elektronische Bauteil (112) ohne Beschädigung und Leistungseinschränkung im Betrieb ist; und
- Bestimmen (108) eines Gehäuses (110), das nach Maßgabe der den Funktionsbereichen (118) zugeordneten thermischen Funktionen (120) die im Betrieb der elektronischen Bauteile (112) erzeugte Abwärme unter Einhaltung der Maximaltemperaturen abzuführen vermag und/oder Bestimmen (108), ob ein ausgewähltes Gehäuse (110) nach Maßgabe der den Funktionsbereichen (118) zugeordneten thermischen Funktionen (120) die im Betrieb der elektronischen Bauteile (112) erzeugte Abwärme unter Einhaltung der Maximaltemperaturen abzuführen vermag.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die thermischen Funktionen (120) von einem Betriebszustand der elektronischen Bauteile (112) abhängig sind, und der Betrieb der elektronischen Bauteile (112) einen ersten Betriebszustand und einen vom ersten Betriebszustand verschiedenen zweiten Betriebszustand umfasst, wobei eine erste Verlustleistung in einem ersten Funktionsbereich (118) im ersten Betriebszustand größer ist als im zweiten Betriebszustand und eine zweite Verlustleistung in einem zweiten Funktionsbereich (118) im ersten Betriebszustand kleiner ist als im zweiten Betriebszustand.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die thermische Funktion (120) in mindestens einem der Funktionsbereiche (118) der Platine (114) oder in einem weiteren Funktionsbereich (119) des Gehäuses (110) ferner umfasst:
(iii) eine Funktion (120) eines Wärmetransports gemäß dem im jeweiligen Funktionsbereich (118) angeordneten mindestens einen elektronischen Bauteil und/oder gemäß einem Kühlkörper (124) oder Lüftungsöffnungen (125) im jeweiligen Funktionsbereich (118) oder im weiteren Funktionsbereich (119), und/oder wobei eine oder jede der thermischen Funktionen (120) umfasst:
- die Funktion (120) einer Wärmequelle im jeweiligen Funktionsbereich (118) und/oder
- die Funktion (120) einer Wärmesenke im jeweiligen Funktionsbereich (118) und/oder
- die Funktion (120) eines Wärmetransports im jeweiligen Funktionsbereich (118)
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die thermische Funktion (120) des Wärmetransports
- eine Wärmeleitung und/oder eine Wärmestrahlung und/oder eine Wärmekonvektion umfasst und/oder
- eine Wärmebrücke oder eine Wärmeisolation zwischen dem jeweiligen Funktionsbereich (118) und einer Umgebung des Gehäuses repräsentiert und/oder
- einen passiven Wärmetransport umfasst, vorzugsweise äquivalent zur thermischen Funktion (120) eines Wärmerohrs und/oder
- einen aktiven Wärmetransport umfasst, vorzugsweise äquivalent zur thermischen Wirkung eines Peltier-Elements ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Bestimmen (108) eines Gehäuses ein Bestimmen einer Vielzahl von Gehäusen umfasst, die jeweils nach Maßgabe der den Funktionsbereichen (118) zugeordneten thermischen Funktionen (120) die im Betrieb der elektronischen Bauteile (112) erzeugte Abwärme unter Einhaltung der Maximaltemperaturen abzuführen vermögen, vorzugsweise wobei ferner das hinsichtlich Raumbedarf oder Breite kleinste Gehäuse unter der Vielzahl von Gehäusen bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Bestimmen (108) des Gehäuses umfasst:
- Berechnen oder Abfragen einer Temperatur oder Temperaturverteilung in der Vielzahl von Gehäusen jeweils nach Maßgabe der den Funktionsbereichen (118) zugeordneten thermischen Funktionen (120), vorzugsweise wobei das Gehäuse bestimmt wird, dessen Temperatur oder Temperaturverteilung in einem vorbestimmten Wertebereich ist und/oder dessen Temperatur oder Temperaturverteilung am kleinsten ist unter der Vielzahl von Gehäusen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Berechnen der Temperatur oder Temperaturverteilung eine numerische Simulation eines thermodynamischen Prozesses, vorzugsweise eines Wärmetransports, innerhalb des jeweiligen Gehäuses und/oder aus dem jeweiligen Gehäuse heraus umfasst, wobei die Kombination des jeweiligen Gehäuses (110) mit den den Funktionsbereichen (118) der Platine (114) zugeordneten thermischen Funktionen (120) Randbedingungen des thermodynamischen Prozesses bestimmt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der thermodynamische Prozess innerhalb des jeweiligen Gehäuses (110) und/oder aus dem jeweiligen Gehäuse (110) heraus eine Konvektion und/oder Strömung (122) eines Kühlmediums, vorzugsweise Luft, innerhalb des jeweiligen Gehäuses (110) und/oder aus dem jeweiligen Gehäuse (110) heraus umfasst.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Bestimmen (108) des Gehäuses die Abfrage einer Datenbank umfasst, vorzugsweise in der gespeichert sind zu einer Vielzahl von Gehäusen:
- Randbedingungen, vorzugsweise Randbedingungen der Simulation, und/oder Randbedingungen des thermodynamischen Prozesses und/oder Randbedingungen der Fertigung des Gehäuses; und/oder
- Regeln einer Vernetzung des Gehäuses; und/oder
- Werkstoffe des Gehäuses; und/oder
- Temperaturen und/oder Temperaturverteilungen abhängig von einer Anordnung thermischer Funktionen (120) innerhalb des jeweiligen Gehäuses, und wobei die Abfrage die Anordnung der den Funktionsbereichen (118) zugeordneten thermischen Funktionen (120) bei in dem jeweiligen Gehäuse aufgenommener Platine angibt.
10. Verfahren nach Anspruch 9 und Anspruch 7 oder 8, wobei in der Datenbank die aus vorhergehenden Berechnungen oder numerischen Simulationen resultierenden Temperaturen und/oder Temperaturverteilungen gespeichert sind, und wobei eine in der Datenbank zu einer ähnlichen oder der ähnlichsten Anordnung der zugeordneten thermischen Funktionen (120) gespeicherte Temperatur und/oder Temperaturverteilung ein Startwert für die numerische Simulation des thermodynamischen Prozesses ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Abfrage der Datenbank ein Startgehäuse ergibt, und wobei die zum Startgehäuse gespeicherte oder berechnete Temperaturverteilung an einer Stelle, vorzugsweise in einem Funktionsbereich (118) im Startgehäuse, die Maximaltemperatur nicht einhält, wobei das Verfahren ferner umfasst:
- Modifizieren des Gehäuses an der Stelle, an welcher die Temperaturverteilung die Maximaltemperatur nicht einhält, und
- Berechnen der Temperaturverteilung im modifizierten Startgehäusen nach Maßgabe der den Funktionsbereichen (118) zugeordneten thermischen Funktionen (120).
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bestimmen (108) des Gehäuses ausgehend vom Startgehäuse bis zur Einhaltung der Maximaltemperaturen die Schritte des Modifizierens und des Berechnens iterativ ausführt.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Bestimmen (108) des Gehäuses ausgehend vom Startgehäuse ein mehrstufiges Ausführen der Schritte des Modifizierens und des Berechnens umfasst, wobei in einer ersten Stufe des mehrstufigen Ausführens das Gehäuse in einem ersten Bereich modifiziert wird und in einer zweiten Stufe, die von der Modifikation in der ersten Stufe ausgeht, das Gehäuse in einem zweiten Bereich modifiziert wird, der kleiner als der erste Bereich ist und vollständig innerhalb des ersten Bereichs liegt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Modifizieren des Gehäuses ein Ergänzen von Wärmebrücken zwischen der Stelle und einem Außenbereich des Gehäuses und/oder ein Ergänzen von Lüftungsöffnungen, vorzugsweise an der Stelle, umfasst; und/oder wobei das Modifizieren des Gehäuses ein Verändern einer Wärmeleitfähigkeit des Gehäuses zumindest an der Stelle umfasst, vorzugsweise wobei die veränderte Wärmeleitfähigkeit einer veränderten Wanddicke und/oder einem veränderten Wandmaterial des Gehäuses entspricht.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Modifizieren des Gehäuses Nebenbedingungen unterliegt, vorzugsweise minimale Innenmaße des Gehäuses zur Aufnahme der Platine, vorgegebene Befestigungspunkte im Gehäuse zur Befestigung der Platine, vorgegebene Befestigungspunkte zur Befestigung des Gehäuses auf einer Tragschiene, Randbedingungen einer Fertigung des Gehäuses und/oder maximale Außenmaße des Gehäuses.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das jeweilige Gehäuse, vorzugsweise eine Geometrie des jeweiligen Gehäuses, durch eine Delaunay-Triangulierung, eine hierarchische Datenstruktur, ein Octree- Netz oder ein Hexaeder-Netz numerisch repräsentiert ist, vorzugsweise als Teil der thermischen Funktion (120) des Gehäuses.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei jeder der Funktionsbereiche (118) innerhalb der Bestückungsseite der Platine Rechteckflächen und/oder disjunkte Teilflächen der Bestückungsseite sind.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei mindestens eine oder jede der zugeordneten thermischen Funktionen (120), vorzugsweise Wärmequellen, durch einen kreuzungsfreien Leiterbahnabschnitt numerisch repräsentiert ist, dessen Weglänge innerhalb des jeweiligen Funktionsbereichs (118) größer ist als ein Umfang des jeweiligen Funktionsbereichs (118).
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei ein Ohm'scher Widerstand des Leiterbahnabschnitts, eine Stromstärke durch den Leiterbahnabschnitt und/oder eine Verlustleistung des Leiterbahnabschnitts jeweils äquivalent zu einem Ohm'schen Widerstand, einer Stromstärke beziehungsweise einer Verlustleistung des gemäß der erfassten Anordnung in dem jeweiligen Funktionsbereich (118) angeordneten mindestens einen elektronischen Bauteils (112) im Betrieb ist.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei das Erfassen (102) der Anordnung der elektronischen Bauteile (112) ferner ein Erfassen einer Verschaltung der elektronischen Bauteile (112) umfasst.
21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Zuordnen (106) der thermischen Funktionen (120) ferner eine numerische Simulation der gemäß der Verschaltung erfassten elektronischen Bauteile (112) umfasst, wobei die numerische Simulation die thermische Funktion (120) des mindestens einen elektronischen Bauteils (112) in dem jeweiligen Funktionsbereich (118) im Betrieb bestimmt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei das Bestimmen (108) des Gehäuses, vorzugsweise die numerische Simulation gemäß der Verschaltung, ferner ein Bestimmen von Luftstrecken und/oder Kriechstrecken umfasst, vorzugsweise als Funktion einer Nennspannung der Platine.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei das Erfassen (102) der Anordnung der elektronischen Bauteile (112) umfasst:
- Erfassen eines Kamerabilds der Platine mittels einer Kamera; und
- Bestimmen von elektronischen Bauteilen (112) und/oder Leiterbahnen im Kamerabild mittels einer Bilderkennung und Bestimmen der Anordnung der elektronischen Bauteile (112) und/oder der Verschaltung auf der Platine aufgrund von Positionen der erfassten elektronischen Bauteile (112) im Kamerabild der Platine und/oder einem Verlauf der erfassten Leiterbahnen im Kamerabild der Platine.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei das Erfassen (102) der Anordnung der Bauteile (112) umfasst:
- Empfangen einer digitalen Konstruktionszeichnung der Platine; und
- Auslesen der Anordnung der elektronischen Bauteile (112) und/oder der Verschaltung der elektronischen Bauteile (112) aus der digitalen Konstruktionszeichnung der Platine, optional wobei die elektronischen Bauteile (112) durch numerische Repräsentanten, vorzugsweise die zugeordneten thermischen Funktionen (120), substituiert werden, optional ferner umfassend:
- Bereitstellen einer Web-Seite zum Abruf, die einen Eingabebereich oder eine Schnittstelle umfasst, der oder die dazu ausgebildet ist, die digitalen Konstruktionszeichnung zu erstellen und/oder hochzuladen.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, ferner umfassend wenigstens einen der folgenden Schritte:
- nach dem Bestimmen (108), Auswahlen des Gehäuses, für das bestimmt (108) wurde, dass es die im Betrieb der elektronischen Bauteile (112) erzeugte Abwärme abzuführen vermag;
- vor dem Bestimmen (108), Auswählen des Gehäuses, für das zu bestimmen (108) ist, ob es die im Betrieb der elektronischen Bauteile (112) erzeugte Abwärme abzuführen vermag;
- Bestimmen und/oder Bereitstellen der Platine (114) auf Grundlage des ausgewählten Gehäuses.
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