EP4338562A1 - Vorrichtung zur wärmeableitung von in einem elektronikgehäuse angeordneten elektronischen bauteilen - Google Patents

Vorrichtung zur wärmeableitung von in einem elektronikgehäuse angeordneten elektronischen bauteilen

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Publication number
EP4338562A1
EP4338562A1 EP22737788.4A EP22737788A EP4338562A1 EP 4338562 A1 EP4338562 A1 EP 4338562A1 EP 22737788 A EP22737788 A EP 22737788A EP 4338562 A1 EP4338562 A1 EP 4338562A1
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EP
European Patent Office
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electronics housing
heat
working medium
housing
electronics
Prior art date
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Pending
Application number
EP22737788.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sven BÖHLER
Florian Eder
Sven Pihale
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Pending legal-status Critical Current

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    • F28D2021/0029—Heat sinks

Definitions

  • the invention relates to a device for dissipating heat from electronic components arranged in an electronics housing, in particular those arranged on a printed circuit board in an electronics housing.
  • Electronics as a key technology provides electronic components in miniaturized form on a chip, in particular integrated circuits "ICs". These can include circuits with many billions of electronic components - in particular diodes and/or transistors - so that even highly complex circuits such as microprocessors and Memory chips can be accommodated on semiconductor plates just a few square millimeters in size.
  • the rectangular semiconductor plates are called chips.
  • entire systems such as processors, interface circuits and memory can be implemented on a single chip. These are manufactured in ultra-clean rooms and are very sensitive.
  • the chip is installed in a housing for use.
  • control electronics are primarily not electronic components with chips with many transistors (control electronics), because these tend to have low waste heat densities, but mainly electronic components that have fewer transistors or even only individual transistors (power electronics) in comparison. encompass, but produce a large amount of waste heat.
  • chips are packaged, ie the chips are mounted on a substrate, the substrate is electrically connected to the chip (e.g. using wire bonding processes) and then the entire structure is packaged again, e.g. cast using a molding compound.
  • This structure is also often referred to as a "chip".
  • the power electronics are affected here, i.e. electronics with high waste heat densities that result from electrical losses from switching high electrical currents.
  • circuits are usually not very complex electrically.
  • Large individual transistors are often arranged in a planar design - i.e. the chip that is neither encapsulated nor electrically contacted - usually in large numbers next to each other on a substrate.
  • the electrical contact is usually made by wire bonding, but it can also be soldered and/or sintered. Since very high currents and outputs are switched in these circuits, each contact is usually bonded with several wires in order to increase the current carrying capacity.
  • the constant miniaturization with a simultaneous increase in performance requires more and more efficient heat dissipation in these electronic components. This places high demands on the housing.
  • the previously known cooling concepts are not powerful enough for the increasing vertical integration of the individual components in electronics. This is especially because many cooling concepts still rely on the use of thermally conductive paste to thermally connect the heat sources to the cooler. For example, a layer of thermal paste often poses a risk to long-term reliability, but the alternative - a larger heat sink - counteracts the required miniaturization.
  • Power chip -> mounting material on the substrate such as solder, thermally conductive paint and/or adhesive -> substrate -> thermal compound e.g. oil, wax and/or with or without ceramic filler/metal filler and finally -> heat sink.
  • thermal compound e.g. oil, wax and/or with or without ceramic filler/metal filler and finally -> heat sink.
  • a technically sensible embodiment of a thermally conductive substrate plate that insulates electrically is an aluminum oxide ceramic.
  • this also has a two-sided metallization.
  • the metallization of the chip side is processed using common structuring processes in such a way that conductor tracks and bond pads are formed.
  • the metallization of the cooling side is used, for example, to solder and/or sinter heat sinks, which is expensive and time-consuming, which is why thermal paste is also popular for this purpose.
  • the back of the DCB is cast. responsible for the heat dissipation from the power elements, transfers it to a metal base plate, which in turn is connected to active cooling, for example via fans and/or water cooling.
  • a housing for a microelectronic device is known from US Pat - medium after evaporation is carried out inside the housing.
  • the object of the present invention is to create a cooling concept for miniaturized electronic components that efficiently cools high-performance and/or miniaturized components, with targeted chip heat dissipation being created that includes a fluid transport layer that in turn depicts a complex surface topography.
  • the challenge here is to transfer heat from a system that is electrically insulating to a cooled area of the housing, to which coolants such as cooling fins, fans and/or water can then be connected, for example.
  • the task includes the development of a device for heat dissipation, which allows the production of a surface, e.g. so-called “conformal coating” for the inside coating of housings, which is able to conduct a coolant and which, above all, also in common Manufacturing processes of electronics manufacturing can be produced.
  • a device for heat dissipation which allows the production of a surface, e.g. so-called “conformal coating” for the inside coating of housings, which is able to conduct a coolant and which, above all, also in common Manufacturing processes of electronics manufacturing can be produced.
  • the subject matter of the invention is a device for dissipating heat from electronic components arranged in an electronics housing, which dissipates waste heat via the enthalpy of vaporization of a working medium, wherein Means for transporting a condensate of the working medium from a cold spot in the electronics housing to the electrical, opto-electrical and/or electronic components and waste heat-producing components and these means for transporting the condensate are realized at least in part by a surface that contains adhesive and/or or lacquer with fibers aligned thereon, for example in the form of a "flocked carpet".
  • the "means for transporting the condensate” refers to the fibers, for example, which absorb the condensate through capillary forces and, according to the vapor pressure gradient, return it to the point in the housing that is warmest and where most of the working medium evaporates again.
  • a "flocked carpet” is any place in the interior of the housing where there are aligned fibers on a paint and/or adhesive surface.
  • the flocked carpet inside a housing can be the same or different and can be full-surface or structured, i.e partially and/or partially present.
  • This technology enables fluid transport path structures with tailor-made properties (fiber material, fiber length and/or fiber cross section, or fiber thickness and/or fiber density).
  • tailor-made properties fiber material, fiber length and/or fiber cross section, or fiber thickness and/or fiber density.
  • thermo resistance any disadvantageous layer properties (thermal resistance) on surfaces that produce waste heat by structuring the flocked carpet, as it can be specifically adjusted where exactly on the chip and around the chip the flocked carpet and in what way - Are arranged with respect to adhesive material, adhesive thickness, fiber material, fiber length and/or fiber cross section, or fiber thickness and/or fiber density.
  • the attachment of the flocked carpet could be left out in the middle of the chip in order to prevent the working medium from evaporating.
  • the prior art which provides for uniform coating of the insides, there is generally too thick a layer of fluid over the chip, so that the heat can only be dissipated through the fluid.
  • this unfavorably hinders the escape of steam at a point with a high heat build-up.
  • the power densities in 1977 were of course not comparable to those of today.
  • the arrangement of the fibers perpendicular to the chip surface is preferable, so that on all surface areas of the chip that are not covered by the fiber cross-section, i.e. the chip surfaces that are either not coated at all or only covered with adhesive lacquer, this can even be 90% of the free chip surface, a free or at most covered by adhesive path for the evaporation of the working medium is available.
  • the chip surface covered with adhesive which is not flocked with fibers, is minimized so that the adhesive layer - no matter how thin it may be - does not unnecessarily retain the waste heat in the chip.
  • the materials of the aligned fibers and the polarity of the working medium are matched to one another.
  • the fibers used are plastic fibers, natural fibers, textile fibers and/or glass fibers, in particular fibers made from polymers and/or copolymers, for example polyketone, polyether, polyester, polyamide and/or polyimide fibers, alone or in any combination combinations used.
  • the inner surfaces of the fibers are treated, in the case of hollow fibers the inner surfaces may also be treated, for example by wet-chemical treatment or by corona treatment and/or by plasma treatment, such as low-pressure plasma treatment, these become polar at least in certain areas.
  • the sorption properties of the fiber surfaces can be adapted to the respective working medium.
  • Both the height of rise and the volume flow of the fiber can be influenced by surface treatment, especially with regard to their performance in the saturated state.
  • the fiber surface is matched to the working medium by treating and/or coating it.
  • further advantageous optimizations within the device are achieved by mixing differently treated and/or untreated fibers and, if necessary, solvent mixtures of the working medium.
  • the general finding of the invention is that semiconductor chips of integrated circuits, as well as diodes and transistors, need housing for sealing against environmental influences, for further processing, for electrical connection and for heat dissipation, the so-called electronics housing.
  • electronics housing There are wired components for through-hole mounting "THT from Through Hole Technology” and electronics housing for surface mounting "SMT” surface mounted technology or “SMD” surface mounted device Flocking, the inner surfaces, i.e. the inside of the housing, the chip surface, the circuit board surface, the respective backs, and the associated seals are converted into a vapor chamber that provides highly efficient cooling for those in the chamber, the "vapor chamber". miniaturized components of the chip provides. In this case, flocking over the entire surface or in certain areas is particularly suitable.
  • Flocking refers to the "bombardment" of a substrate previously provided with adhesive and/or paint with fibers, preferably with short fibers, particularly preferably short-staple, textile, synthetic and/or glass fibers, which after the bombardment by curing of the adhesive are fixed.
  • monofilament fibers are also suitable, e.g. also textile monofilament and/or ceramic fibers.
  • Alignment perpendicular to the substrate may be very important, particularly in order to preserve the evaporation surfaces within the housing and, above all, on the surfaces and rear sides of the electronic components that produce waste heat.
  • not all of the inner surfaces of the housing and all of the outer surfaces of the electronic component that produces heat are flocked, but as needed.
  • the requirement can also be calculated by simulation, but can alternatively or additionally be determined empirically.
  • area-wise flocking for example regularly, in the form of a pattern and/or also irregularly and/or even statistically distributed, is suitable—particularly on the electronic component that produces waste heat.
  • a kind of "waste heat map” can be generated in advance, which shows the “hotspots” of the assembled electronics housing that is in operation with electronic see component shows. Thereafter, the flocking can be varied and adjusted in every respect - density, cross section, material, coating and/or length of the arranged fiber as well as adhesive material and/or layer density and/or layer thickness.
  • the pattern, the surface, the general regular or irregular arrangement of the fibers, etc. can be aligned and adapted to the local conditions in the electronics housing.
  • the electrostatics and the fiber flight during the bombardment are optimized by simulations in advance to the effect that the majority, at least a proportion of more than 50% by weight of the fibers also actually land vertically on the substrate surface.
  • Particularly advantageous is a proportion of greater than 75% by weight and very particularly preferably greater than 95% by weight of the fibers, based on the total mass of the fibers on the flocked carpet, arranged vertically.
  • Arranged vertically here means fibers arranged at right angles, ie in the range from 70° to 110°, in particular in the range from 85° to 95°.
  • the evaporation balance when obtaining special surfaces free of fiber flocking can also be recognized by simulation. elements/-e within the housing, in relation to the question of whether and if so where flocking improves the overall cooling balance.
  • the flocked carpet is structured. That is, the flocked carpet includes recesses.
  • the flocked carpet is in specific patterns and/or randomly distributed occupied and unoccupied, flocked and unflocked areas. "Occupied” means that there is adhesive and/or paint on the surface. Flocked areas can only exist on occupied areas, and "flocked area” refers to the areas that have fibers aligned on the adhesive and/or paint.
  • the flocked carpet can be provided in the form of strips, i.e. always alternating a strip of flocked carpet and a strip of untreated chip surface. Aside from alternating stripes, any other "flocked carpet" pattern comprising regular and/or random elements may be present.
  • the type of flocking on the inner sides and/or the outer sides of the electronic component that produces waste heat and is located inside the housing can also be optimized by simulations, empirically and/or by considerations.
  • the type of flocking can vary in terms of fiber type, i.e. material. Uniform fibers or fiber mixtures can be used for flocking.
  • the fibers can have different lengths, different diameters and/or different densities. They can also be present in different concentrations, i.e. the number of fibers per unit area in the flocked carpet.
  • the fibers are chosen in terms of optimizing their capillary forces in interaction with the working medium, for example a coolant. It is to be considered that the transport quantity, the height of rise, the sorption height and/or the flow rate of the working medium can be influenced by adjusting the microstructure and/or fiber surface to the evaporation at the respective location of the housing and/or by optimizing the wetting properties of the fibers by the working medium. All of these influences can be optimized to a maximum both empirically and/or supported by simulations.
  • the surface of the fibers is completely or partially treated before flocking, so that the fiber surface has the highest possible sorption values, the best possible attraction and/or binding of the coolant to be transported Coolant molecules on the surface of the fibers shows.
  • the surface treatment of the fiber can take place, for example, as part of a wet-chemical treatment, in plasma, as a coating with a silicon-organic layer and/or sludge, or by processing with alcohol(s), water and/or any combination of the aforementioned surface treatments .
  • flocking can be carried out on different insides of the housing with different intensity, fiber density and fiber type.
  • adhesives all common adhesives and adhesive mixtures , as well as compounds and/or compound classes such as epoxy, acrylate, etc...
  • the adhesive and/or lacquer cures preferably by thermal curing.
  • a thin application of adhesive and/or paint is preferred, in particular less than 15 ⁇ m, preferably less than 10 ⁇ m, more preferably less than 5 ⁇ m and particularly preferably less than 2 ⁇ m.
  • the adhesive and/or paint on which the fibers "stand” can be at least partially thermally conductive. This can be done, for example, by filling the adhesive and/or paint with thermally conductive particles.
  • a common circuit board protective paint formulation can be - modified or not - here as an "adhesive" as long as the flocking takes place before the paint has hardened.
  • the flocking is not present at all points, so in particular areas where evaporation of the working fluid is to take place should remain unflocked by being left free.
  • the fiber cross-section does not cover the entire surface.
  • These areas of the inner surface and/or the chip surface possibly covered by adhesive but not by fiber cross-section can thus make up far more than 50%, in particular far more than 75% and very preferably even more than 90% of the usable surface in the housing.
  • a housing made of plastic, ceramic, composite material and/or metal or metal alloy is referred to as “housing” or “electronics housing”.
  • the electronics housing can include any combination of the aforementioned materials; on the one hand, it serves as an enclosure and/or carrier for the electrical, optoelectrical, and/or electronic components, in particular for printed circuit boards, switches, contacts, bushings, and possibly also control elements, on the other On the one hand, it serves to protect the electrical/electronic components from environmental stresses and, finally, it serves to protect the user from the electrical, electronic and/or optoelectrical components.
  • the tightness of the electronics housing is preferably designed in such a way that a negative pressure can be maintained.
  • the "means for transporting the condensate” refers to a system, surface, coating, porous material within the housing produced by partial or full-surface flocking with fibers, which, in interaction with the evaporation of the working fluid through the waste heat of the electronic component /-e, takes up the condensate at a cold point within the electronics housing that is remote from the component, transports it and directs it back to the component.
  • the "means for transporting the condensate” includes structures that are correspondingly warm due to the waste heat of the component and allow for evaporation. So that the evaporation on the component(s) can take place despite flocking with fibers, according to an advantageous embodiment, for example, only partially, in particular also e.g. in strips, in a pattern such as checkered, diamond-shaped, longitudinal stripes with statistically distributed bridges etc. the surface of the component or components is alternately flocked and without flocking in some areas.
  • the flocked areas of the surface can also be flocked with different densities or be flocked with fibers of different thicknesses.
  • Additional examples of the means for transporting the condensate are, in addition to the fibers present in the flocked carpet, other coatings with channels, pores, open pores, fibers, hollow fibers, fiber fabrics, layers, foams, lacquer layers, porous structures such as mats.
  • the surfaces of the means are preferably dielectric rather than electrically conductive, with the polarity of the surface being preferably adapted to the working fluid, for example in such a way that it sucks in the condensate.
  • These additional means for transporting the condensate are applied, for example, as a sprayed-on coating, painted coating, in the form of a structure produced on a metallic surface, for example with surface polarization suitable for sucking in the condensate. Appropriate surface polarization can be determined by measuring wetting and/or measuring the contact angle.
  • a fluid such as an organic solvent is used as the working medium, for example.
  • working fluid also referred to as "working fluid” or just “fluid”
  • working fluid is based on various aspects. For example, it is essential that the working medium is flame retardant.
  • the working fluid has a boiling point in the temperature range of the working temperature of electrical, electronic and/or opto-electrical components.
  • the working medium must not be corrosive, and it needs a suitable boiling point so that it evaporates through the waste heat from the components under the conditions of the vapor chamber, i.e. in particular at a vacuum of 0.5 bar or less, and on the other hand at a cold point within the condensed again in the same vapor chamber.
  • the working fluid is preferably dielectric or electrically insulating so that it isolates the individual components within the electronics housing from one another.
  • the working fluid has a dielectric constant higher than air, which has a standardized dielectric constant of 1.
  • fluoroethers as the working fluid has some major advantages in terms of electrical insulation, flammability, etc. But at the same time, these substances are also not like that popular because their vaporization enthalpy is only 1/10 that of water.
  • fluoroethers and/or perfluoroethers - depending on the completeness of the substitution of the hydrogen atoms on the ether by fluorine atoms - are chemically such that they have almost no material interactions, e.g. they have very low surface energies, and neither with a substrate to be wetted nor with itself - e.g. little effort to form a spherical shape.
  • These properties are advantageous for the working medium in terms of the general wetting of surfaces and thus also the filling of a transport layer.
  • non-polar liquids also have disadvantages, e.g. when it comes to overcoming heights through sorption/capillary forces.
  • both polar and non-polar fluids can be used as the working medium, for example the non-polar fluoroethers and/or polar fluids such as alcohol, ether, water, organic solvents and/or any mixtures.
  • fluorinated liquids in particular those which comprise fluorine ethers, for example mono-, di- or higher-valent fluorine-substituted ethers, has proven to be particularly advantageous in tests because these are suitable because of their generally high dielectric constant are to increase the voltage distances between the electrical, electronic and / or optoelectric components within the electronics housing.
  • fluoroethers in the form of the commercially available 3MTM NovecTM - in particular the 3MTM NovecTM 7200 - have been used successfully.
  • the class of fluoroethers includes, for example, methyl nonafluoro-n-butyl ether, methyl nonafluoroisobutyl ether, ethyl nonafluoro-n-butyl ether, ethyl nonafluoroisobutyl ether and any mixtures of these fluoroethers with one another and/or with other organic solvents.
  • the class of alcohols and pure distilled water are also suitable as working medium.
  • the surface tension of the liquid influences the sorption properties—or the capillary force—of the means for transporting the condensate, it is also preferable to use a means for transporting the condensate that has a suitable surface tension that is tailored to the working medium.
  • a heat pipe just like a "vapor chamber”, both of which work on the same principle but have different shapes, are heat transfer devices that allow a high heat flow density using the enthalpy of vaporization of a working medium. In this way, large amounts of heat can be transported on a small cross-sectional area. In the case of a heat pipe, the ability to transport energy largely depends on the specific vaporization enthalpy of the working medium.
  • Both the thermal conductivity of the working medium and the thermal conductivity of the electronics housing wall are less important.
  • a vapor chamber is usually operated at the warm point, e.g. above or below the chip, just above that and at the cold point, e.g. as far away from the heat source as possible, just below the boiling temperature of the working medium.
  • a heat pipe and/or vapor chamber use the enthalpy of evaporation and the enthalpy of condensation of a working medium to move high heat flows.
  • the shell of the vapor chamber is often made of copper, brass, bronze and/or aluminum or alloys.
  • the working medium inside is preferably a refrigerant, such as ammonia, flame-retardant organic solvents, such as cycloaromatic organic solvents, fluoroethers, aprotic solvents, hydrogen halides, such as 1,1,1,2-tetrafluoroethane, carbon dioxide, what water , hydrocarbons, alcohols, and any mixtures.
  • a refrigerant such as ammonia
  • flame-retardant organic solvents such as cycloaromatic organic solvents, fluoroethers, aprotic solvents
  • hydrogen halides such as 1,1,1,2-tetrafluoroethane
  • carbon dioxide what water , hydrocarbons, alcohols, and any mixtures.
  • Fluids which have a boiling point between 10°C and 200°C, in particular between 40°C and 160°C and particularly preferably between 50°C and 140°C are preferably used as the working medium.
  • the refrigerants and/or antifreeze used as the working fluid preferably have the classification non-flammable (Al) and/or flame-retardant (A2L) in the classification of refrigerants.
  • these classifications are carried out according to the ASHRAE classification.
  • a so-called GWP value is determined, which is preferably below 170, preferably below 150 and particularly preferably below 100 for the working fluids that can be used here.
  • a vapor chamber therefore has a very low thermal resistance. Since the heat transport takes place indirectly via the material-bound transport of latent heat - evaporation or condensation heat - the area of application of a vapor chamber is limited to the range between the melting temperature and the temperature of the critical point of the working medium. Ammonia, for example, can be used as the working medium for the range from -70 to 60 °C.
  • the porous structures for the return transport of the working medium, even against gravity, can be achieved by inserted copper wire meshes, by grooves (grooves) and/or by sintered copper particles on the inner surface of the vapor chamber. The finer this structure, the greater the capillary force.
  • the shape of a vapor chamber is even better suited for chip cooling than a heat pipe, because the heat in a vapor chamber is not transported away via a pipe, but is quickly distributed over a large area.
  • the vapor chamber does not necessarily require a porous inner wall to transport the condensed working medium back to the location of the hot spot, because this works simply by gravity, for example, if the hot spots are at the bottom of the vapor chamber and the vapor is cooler ceiling rises, condenses there and falls back down as a drop.
  • an electronics housing is produced entirely as a vapor chamber. It is particularly advantageous if the vapor chamber electronics housing is prefabricated independently of the chip production.
  • the chip is mounted and contacted in or on the vapor chamber electronics housing.
  • only part of the electronics housing is designed as a vapor chamber.
  • FIG. 1 shows the state of the art:
  • An electronics housing 1 can be seen in which the printed circuit board 2, chip, or components 3, which represent heat sources 3, and are embedded in a thermally conductive paste 4.
  • a heat-conducting paste contains, for example, silicone oil and/or polyethylene glycol and is used to transfer heat between two objects, e.g. the cooling surface and/or the electronics housing and a heat sink.
  • the mounting surfaces of heatsinks 6 and compo elements 3 always contain more or less deep bumps th, which are compensated for by thermal grease 4.
  • the thermal paste 4 connects to a vapor chamber 5 with a heat sink 6 .
  • the porous structure can be seen on the inner surfaces 7 and a copper fabric 8.
  • the working medium 9 evaporates from the warmer side down to the cold spot in the vapor chamber 5.
  • the one or more cold spot(s) in the vapor chamber 5 are the spots at where the vapor chamber is actively cooled by a cooling unit, such as a cooling element 6 here.
  • the working medium 9 therefore evaporates in the direction of the cold spot in the vapor chamber, in the process of which it cools, condenses and is driven by gravity and directed downwards again by means for transporting the condensate flows. There, the condensate 9 absorbs heat again, evaporates and condenses again at the cold point.
  • the bottleneck in the heat dissipation from the components 3 according to the prior art shown here in FIG. 1 is the thermally conductive paste 4, through which heat is transported away to the vapor chamber 5 only to an insufficient extent.
  • Figure 2 shows a schematic of an embodiment of the invention.
  • the electronics housing 1 can again be seen, which ends with the printed circuit board 2 on the bottom side.
  • the components and heat sources 3 are located on the printed circuit board 2 and already inside the vapor chamber 5. According to the exemplary embodiment of the inventions shown here, these are embedded in the porous structure 7 on the inner wall of the vapor chamber 5.
  • the vapor chamber 5 has top contacts 10. The principle is the same as in the prior art, but instead of the inefficient heat dissipation via the thermal paste 4 and the vapor chamber 5, the heat generated is equal in the vapor chamber 5 in the area of the condensate 7, which runs along the porous structure the "means of transport" in the example shown here, flows downwards, so that optimal cooling can take place.
  • FIG. 2 shows an embodiment in which the printed circuit board 2 forms the bottom of the electronics housing 1. This is just one of many possible layouts of the printed circuit board within the electronics housing. For example, an arrangement is conceivable in which the printed circuit board 2 is located within the electronics housing or within the porous structure 7 itself. The advantage of these embodiments is that the working medium of the vapor chamber 5 flows around the printed circuit board 2 on both sides.
  • the electronics housing is filled with the working medium, the vacuum is set and the electronics housing is sealed.
  • the procedure can be the same as for conventional heat pipes.
  • Metallic materials such as aluminum or copper can be used as the material for the electronics housing.
  • Another interesting construction is the construction of the electronics housing from fiber composites. Here the capillary effect could also be achieved by exposed fibers on the inner wall of the housing.
  • vapor chamber 5 Since fiber-based composite materials, i.e. composite materials that comprise two or more connected materials, usually do not have isotropic thermal conductivity properties, appropriate preferred directions are created for suitability as a structure within a vapor chamber through targeted orientation of the fibers, which then serve as a means of transport of the condensate can be used.
  • the combination of vapor chamber 5 and electronics housing 1 not only saves a previously purchased component and reduces the installation effort, but above all a high-performance cooling design is created, which is also maintenance-free and more fail-safe than the prior art that works with thermal paste 4 .
  • the use of the electronics housing 1 as a vapor chamber 5 is possible, please include primarily by means of a porous layer on the inside of the electronics housing for transporting the liquid back. This is applied to the inside of the housing, the lid and to the circuit board and components as shown in Figure 2.
  • the cooling performance can be decisively influenced by the type and design of this layer, since the capillary force limit and/or the interaction limit often represents the decisive limitation of a vapor chamber.
  • the following materials can be used for a porous coating partially or entirely on the inner surface of the electronics housing:
  • Powder coatings that are hardened in such a way that they remain open-pored, e.g. using placeholders/template formers and/or blowing agents
  • a "protective coating" is applied to the electronics preferably no significant additional thermal resistance was meant.
  • Possible protective coatings if a working fluid is used which can cause one of the above problems - corrosion etc. - are for example:
  • a protective coating comprising a thin film, for example producible by laminating a thin film
  • a protective coating comprising a plasma layer, and/or
  • a protective coating comprising a thermally conductive protective varnish.
  • an embodiment of the present invention can be produced as an "electronics housing-integrated vapor chamber" by the following schematic construction and assembly concept:
  • the printed circuit board 2 is placed in an electronics housing 1
  • a porous structure 7 is partially or completely applied to the circuit board 2 with the components 3 and on the inside of the electronics housing 1, then
  • the "Vapor Chamber 5" which is placed on the surface of the electronics housing 1 to be cooled is introduced and contains the working medium, the working medium of the vapor chamber for cooling directly on the components, around the components and on the printed circuit board 2, where the thermal paste 4 is located according to the prior art, is provided.
  • the advantage here is that the transport step of the heat conduction through the heat-conducting paste 4 and the wall of the vapor chamber 5 is omitted and the working medium thus has direct contact with the components 3, ie with the heat source.
  • the thermal resistance is thus reduced by the invention in comparison to previous solutions. Due to the large diameter of the electronics housing compared to the previously available vapor chambers, significantly larger vapor and liquid flows are also possible, which enable the transport of higher heat flows. By cooling the entire printed circuit board 2, no hot spots can arise that could damage the construction 3. The heat is distributed by the immediate evaporation of the working medium 9 and transported to the condenser via the wet steam region.
  • the solution according to the invention reduces the number of heat transfers to the technically absolutely necessary minimum and ensures maximum efficient heat flow, since only materials are used which represent a compromise between basic suitability for cooling applications and manufacturing processability.
  • the condensation of the coolant on the housing cover enables improved heat dissipation, since a much larger surface area is available than with the previously installed vapor chamber coolers.
  • the previous design also required air cooling via a heat sink and cooling fins on the surface of the vapor chamber in order to be able to dissipate sufficient heat. Due to the larger surface and a direct connection to the metal frame construction, for example, the heat can be efficiently dissipated without these additional elements. This enables even more compact designs and further miniaturization options.
  • a printed circuit board can be cooled on both sides for the first time. This could also be a decisive key enabler for new generations of semiconductors with increased switching and power densities, since cooling on both sides represents a massive leap in performance in heat dissipation technology.
  • the properties of the cooling system e.g. the amount of working fluid pumped per time, can be influenced and the required cooling capacity can be set.
  • the concept according to the invention offers additional tuning options for setting further surface properties, which can be achieved without any problems using conventional coating processes due to the geometric openness and accessibility of the concept. It is, for example, the targeted adjustment of the wettability of different surfaces. While evaporation surfaces should preferably be hydrophilic (this means improved wetting, avoidance of delayed boiling and thus better heat transfer), condensation surfaces should be hydrophobic. This causes the condensate fi1m to break up and thus improved heat transfer at this interface by a factor of up to 10,000.
  • the heat to be dissipated from the electronic, optoelectrical and/or electrical component first enters the heat-conducting paste and then via the Ge housing into the vapor chamber and there into the working fluid.
  • the heat to be dissipated passes directly from the chip into the working fluid.
  • the invention provides for the first time a device for dissipating heat from electronic components arranged in an electronics housing, which does not rely exclusively on primary heat dissipation via a thermally conductive paste. Rather, it is intended that the heat dissipation takes place via a working medium that provides cooling capacity through evaporation and condensation in the electronics housing.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmeableitung von in einem Elektronikgehäuse angeordneten elektronischen Bauteilen, insbesondere solchen, die auf einer Leiterplatte in einem Elektronikgehäuse angeordnet sind. Durch die Erfindung wird erstmals eine Vorrichtung zur Wärmeableitung von in einem Elektronikgehäuse angeordneten elektronischen Bauteilen angegeben, die nicht ausschließlich auf primäre Wärmeableitung über eine Wärmeleitpaste setzt. Vielmehr ist vorgesehen, dass die Wärmeableitung über ein Arbeitsmedium, das im Elektronikgehäuse durch Verdampfen und Kondensieren Kühlleistung erbringt, erfolgt.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur Wärmeableitung von in einem Elektronikgehäuse angeordneten elektronischen Bauteilen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmeableitung von in einem Elektronikgehäuse angeordneten elektronischen Bauteilen, insbesondere solchen, die auf einer Leiterplatte in einem Elektronikgehäuse angeordnet sind.
Elektronik als Schlüsseltechnologie stellt elektronische Bau teile in miniaturisierter Form auf einem Chip bereit, insbe sondere integrierte Schaltkreise „ICs". Diese können Schal tungen mit vielen Milliarden elektronischen Bauelementen - insbesondere Dioden und/oder Transistoren - umfassen, so dass auch hochkomplexe Schaltungen wie Mikroprozessoren und Spei cherchips auf wenige Quadratmillimeter kleinen Halbleiter plättchen untergebracht werden können. Die rechteckigen Halb leiterplättchen werden Chip genannt. Zunehmend können ganze Systeme wie Prozessoren, Schnittstellenschaltungen und Spei cher auf einem einzelnen Chip realisiert werden. Diese werden in Reinst-Räumen hergestellt und sind sehr empfindlich. Zur Verwendung wird der Chip in ein Gehäuse eingebaut.
Hier handelt es sich vorrangig nicht um Elektronikbauteile bei denen Chips mit vielen Transistoren (Steuerungselektro nik) vorliegen, weil diese eher geringe Abwärme-Dichten ha ben, sondern hauptsächliche um Elektronikbauteile, die im Vergleich dazu wenige Transistoren oder gar nur Einzeltran- sistoren (Leistungselektronik) umfassen, aber eine große Men ge Abwärme produzieren.
Die meisten Chips werden gepackaged, d.h. die Chips werden auf einem Substrat montiert, die elektrische Ankontaktierung des Substrats an den Chip durchgeführt (z.B. über Drahtbond prozesse) und dann wird der gesamte Aufbau nochmal einge packt, z.B. mittels einer Moldmasse vergossen. Auch diesen Aufbau bezeichnet man oft als „Chip". Hier ist die Leistungselektronik betroffen, also Elektronik mit hohen Abwärme-Dichten, die aus elektrischen Verlusten vom Schalten von hohen elektrischen Strömen herrührt.
Diese Schaltungen sind elektrisch meist wenig komplex. Oft werden große Einzeltransistoren in planarer Bauweise - also der Chip, der weder vergossen, noch elektrisch ankontaktiert ist-, meist in größerer Anzahl nebeneinander auf einem Sub strat angeordnet. Die elektrische Ankontaktierung erfolgt meist über Draht-Bonden, es kann aber prinzipiell auch gelö tet und/oder gesintert werden. Da bei diesen Schaltungen sehr hohe Ströme und Leistungen geschaltet werden, wird jeder Kon takt meist mit mehreren Drähten angebondet, um die Stromtrag fähigkeit zu erhöhen.
Die stetige Miniaturisierung bei gleichzeitiger Leistungs steigerung erfordert immer effizientere Wärmeableitung bei diesen elektronischen Bauteilen. Dies stellt hohe Anforderun gen an die Gehäuse. Beispielsweise für die fortschreitende vertikale Integration der einzelnen Bauteile in der Elektro nik sind die bisher bekannten Kühlkonzepte nicht leistungsfä hig genug. Dies insbesondere auch deshalb, weil viele Kühl konzepte noch auf die Verwendung von Wärmeleitpaste zur ther mischen Anbindung der Wärmequellen an den Kühler setzen. Bei spielsweise stellt eine Schicht Wärmeleitpaste oftmals ein Risiko für die dauerhafte Zuverlässigkeit dar, die Alternati ve - ein größerer Kühlkörper - wirkt jedoch der geforderten Miniaturisierung entgegen.
Bisher wird zur Wärmeableitung in der modernen Leistungs elektronik die primär von einer Wärmeleitpaste aufgenommene Abwärme der elektronischen Bauelemente auf keramische Leiter platten z.B. Rückseitenmetallisierung z.B. direct copper bon ding „DCB" übertragen.
Diese Rückseitenmetallisierung ist eine Folge der Tatsache, dass die Chips auf ein Substrat montiert werden, wobei auf der, dem Substrat weggewandten Seite, die elektrische Ver drahtung über Draht-Bonden erfolgt. Diese Seite mit den Ver drahtungen ist geometrisch für eine Kühlanbindung schwer nutzbar, deshalb wird in der Regel die Abwärme über die Sub stratplatte abgeführt.
Beispielsweise sieht eine derartige Entwärmungs-Kette wie folgt aus:
Leistungschip -> Montagematerial auf dem Substrat, wie z.B. Lot, wärmeleitfähiger Lack und/oder Klebstoff -> Substrat -> Wärmeleitpaste z.B. Öl, Wachs und/oder mit oder ohne Keramik füllstoff/MetallfüllStoff und schließlich -> Kühlkörper.
Eine technisch sinnvolle Ausführungsform einer wärmeleitfähi gen Substratplatte, die elektrisch isoliert, ist eine Alumi niumoxid-Keramik . Diese weist vorteilhafterweise noch eine zweiseitige Metallisierung auf. Die Chipseitenmetallisierung wird mit gängigen Strukturierungsverfahren so bearbeitet, dass sich Leiterbahnen und BondPads ausbilden, die Kühlsei tenmetallisierung wird z.B. verwendet, um Kühlkörper anzulö ten und/oder anzusintern, was kostspielig und zeitintensiv ist, deswegen sind dafür auch Wärmeleitpasten beliebt.
So wird nach dem Einlegen des Chips, respektive der Leiter platte und/oder des „Direct Copper Bonded" DCBs, in ein Elektronikgehäuse, beispielsweise in ein Kunststoffgehäuse, die Rückseite der DCB vergossen. Die Keramik, die als Ab schirmung zusammen mit der Metallisierung - für die Wärmeab leitung aus den Leistungselementen verantwortlich ist, leitet diese in eine Bodenplatte aus Metall weiter, die ihrerseits wieder an eine aktive Kühlung, beispielsweise über Lüfter und/oder Wasserkühlung, angeschlossen ist.
Aus der US 4, 047198 aus dem Jahr 1977 ist ein Gehäuse für einen mikroelektronisches Gerät bekannt, das Vakuumdicht in ein Gehäuse integriert ist, wobei das Gehäuse auf den Innen seiten vollflächig und gleichmäßig mit einem dielektrischen Pulver beschichtet ist, derart, dass ein dielektrisches Kühl- mittel nach erfolgter Verdampfung innerhalb des Gehäuses wei tergeleitet wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kühlkonzept für miniaturisierte elektronische Bauteile zur schaffen, das effizient leistungsstarke und/oder miniaturisierte Bauteile kühlt, wobei eine gezielte Chip-Entwärmung geschaffen werden soll, die eine Fluid-TransportSchicht umfasst, die ihrerseits eine komplexe Oberflächentopographie abbildet.
Die Herausforderung dabei ist, Wärme aus einem System, das elektrisch isolierend ist, in eine gekühlte Stelle des Gehäu ses überzuleiten, an der dann beispielsweise Kühlmittel, wie Kühlrippen, Lüfter und/oder Wasser anschließen.
So umfasst die Aufgabenstellung die Entwicklung einer Vor richtung zur Wärmeableitung, welche die Erzeugung einer Ober fläche z.B. so genanntes „conformal coating" für die Innen seitenbeschichtung von Gehäusen erlaubt, die in der Lage ist, ein Kühlmittel zu führen und die vor allem auch in gängigen Fertigungsprozessen der Elektronikfertigung herstellbar ist.
Dabei ist es auch Aufgabe der Erfindung eine Oberfläche zu schaffen, die neben guten Fluidtransporteigenschaften auch eine möglichst geringe Behinderung der Wärme- und/oder Dampf- freisetzung der Leistungselektronik selbst gewährleistet.
Dies ist beispielsweise beim SdT, der US 4, 047198, nicht der Fall.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der vorliegenden Er findung, wie er in der Beschreibung, den Figuren und den An sprüchen offenbart wird, gelöst.
Dementsprechend ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Wärmeableitung von in einem Elektronikgehäuse angeordne ten elektronischen Bauelementen, die Abwärme über die Ver dampfungsenthalpie eines Arbeitsmediums ableitet, wobei Mittel zum Transport eines Kondensats des Arbeitsmediums von einer kalten Stelle im Elektronikgehäuse zu den elektrischen, optoelektrischen und/oder elektronischen und Abwärme produ zierenden Bauelementen hin umfasst und diese Mittel zum Transport des Kondensats zumindest zum Teil durch eine Ober fläche realisiert sind, die Klebstoff und/oder Lack mit da rauf ausgerichtete Fasern, die beispielsweise in Form eines „beflockten Teppichs" vorliegen, umfasst.
Als „Mittel zum Transport des Kondensats" werden dabei bei spielsweise die Fasern bezeichnet, die durch Kapillarkräfte das Kondensat aufnehmen und gemäß dem Dampfdruckgefälle an die Stelle im Gehäuse zurückleiten, die am wärmsten ist und wo am meisten Arbeitsmedium wieder verdampft.
Als „beflockter Teppich" wird jede Stelle im Innenraum des Gehäuses bezeichnet, an der sich, auf einer Lack- und/oder Kleber-oberfläche ausgerichtete Fasern befinden. Der beflock te Teppich innerhalb eines Gehäuses kann gleich oder ungleich sein und vollflächig oder strukturiert, also teilweise und/oder bereichsweise vorliegen.
Es werden durch diese Technik Fluidtransportpfad-Strukturen mit maßgeschneiderten Eigenschaften (Fasermaterial, Faserlän ge und/oder Faserquerschnitt, respektive Faserdicke und/oder Faserdichte) möglich. Insbesondere ergibt sich auch die Mög lichkeit, an Abwärme produzierenden Flächen durch Strukturie rung des beflockten Teppichs evtl. nachteilige Schichteigen schaften (thermischer Widerstand) auszugleichen, da gezielt einstellbar ist, wo genau am Chip und um den Chip herum der beflockte Teppich und in welcher Art - bezüglich Klebstoffma terial, Klebstoffdicke, Fasermaterial, Faserlänge und/oder Faserquerschnitt, respektive Faserdicke und/oder Faserdichte, angeordnet sind.
So könnte in der Chipmitte beispielsweise gezielt die Anbrin gung des beflockten Teppichs ausgespart werden, um ein unge- hindertes Abdampfen des Arbeitsmediums zu ermöglichen. Nach dem Stand der Technik, der gleichmäßiges Beschichten der In nenseiten vorsieht, befindet sich über dem Chip in der Regel eine zu dicke Fluidschicht, so dass die Wärme-Ableitung nur durch das Fluid hindurch stattfinden kann. Dadurch wird nach der US 4,047198 in ungünstiger Weise der Dampfaustritt an einer Stelle mit hohem Wärmeaufkommen behindert. Aber die Leistungsdichten waren im Jahr 1977 natürlich auch nicht mit denen von heute vergleichbar.
In jedem Fall ist die Anordnung der Fasern senkrecht zur Chipoberfläche zu bevorzugen, so dass an allen nicht durch den Faserquerschnitt belegten Oberflächen-Bereichen des Chips, also die entweder gar nicht beschichteten oder nur durch Klebstoff-Lack belegten Oberflächen des Chips, das kann sogar über 90% der freien Chip-Oberfläche sein, ein freier oder höchstens durch Klebstoff belegter Weg zum Abdampfen des Arbeitsmediums vorhanden ist. Dabei ist zu bedenken, dass die mit Klebstoff belegte Chipoberfläche, die nicht mit Fasern beflockt ist, minimiert wird, damit die Klebstoff-Schicht - so dünn sie auch sein mag - nicht unnötig die Abwärme im Chip festhält .
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Materialien der ausgerichteten Fasern und die Polarität des Arbeitsmediums aneinander angepasst.
Beispielsweise werden als Fasern Kunststofffasern, natürliche Fasern, Textilfasern und/oder Glasfasern, insbesondere bei spielsweise Fasern aus Polymeren und/oder Copolymeren, bei spielsweise Polyketon-, Polyether-, Polyester-, Polyamid- und/oder Polyimid-Fasern, allein oder in beliebigen Kombina tionen eingesetzt.
Behandelt man die Oberflächen der Fasern, bei Hohlfasern ge gebenenfalls auch die inneren Oberflächen, beispielsweise durch Nasschemische Behandlung, durch Corona-Behandlung und/oder durch Plasma-behandlung, wie z.B. Niederdruckplasma- Behandlung, so werden diese zumindest bereichsweise polar. So sind die Sorptions-Eigenschatten der Faser-Oberflächen an das jeweilige Arbeitsmedium anpassbar.
Es können sowohl Steighöhe als auch Volumenfluss der Faser durch Oberflächen-Behandlung beeinflusst werden, insbesondere auch, was deren Leistungsfähigkeit im gesättigten Zustand an betrifft .
Entsprechend wird gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform durch Behandlung und/oder Beschichtung der Faser-Oberfläche diese auf das Arbeitsmedium abgestimmt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden durch Mischung unterschiedlich behandelter und/oder unbehan delter Fasern und ggf. Lösungsmittelmischungen des Arbeitsme diums weitere vorteilhaften Optimierungen innerhalb der Vor richtung erzielt.
Allgemeine Erkenntnis der Erfindung ist es, dass Halbleiter- Chips von integrierten Schaltungen, sowie Dioden, Transisto ren, zur Abdichtung gegen Umwelteinflüsse, zur weiteren Ver arbeitung, zum elektrischen Anschluss und zur Wärmeableitung Gehäuse brauchen, die so genannten Elektronikgehäuse. Davon gibt es bedrahtete Bauteile für die Durchsteckmontage „THT von Through Hole Technology" und Elektronikgehäuse für Ober flächenmontage „SMT" surface mounted technology oder „SMD" surface mounted device. Diese an sich bekannten Elektronikge häuse lassen sich durch einfache Maßnahmen, wie Beschichtung, insbesondere Beflockung, der innen befindlichen Flächen, also der Gehäuseinnenseite der Chipoberfläche, der Leiterplatten oberfläche, jeweils den Rückseiten dazu, und dazugehörige Ab dichtung in eine Vapor Chamber umbauen, die eine hocheffizi ente Kühlung für die in der Kammer, der „Vapor Chamber" be findlichen miniaturisierten Bauteile des Chips bereitstellt. Dabei ist insbesondere eine vollflächige oder bereichsweise Beflockung in Betracht.
Als Beflockung bezeichnet man dabei das „Beschießen" eines vorher mit Klebstoff und/oder Lack versehenen Substrates mit Fasern, bevorzugt mit kurzen Fasern, insbesondere bevorzugt kurz-stapeligen, Textil-, Kunst-, und/oder Glasfasern, die nach dem Beschießen durch Aushärtung des Klebers fixiert wer den.
Beispielsweise eignen sich auch monofile Faser, z.B. auch textile monofile und/oder keramische Fasern.
Insbesondere ist es beim Beflocken durch elektrostatische Aufladung möglich, eine komplette Ausrichtung der Fasern auf dem Substrat, insbesondere eine Ausrichtung senkrecht zum Substrat, weil sich die aufgeladenen Fasern entlang der elektrischen Feldlinien ausrichten. Insbesondere zum Erhalt der Verdampfungsflächen innerhalb des Gehäuses und vor allem auch auf den Oberflächen und Rückseiten der Abwärme produzie renden elektronischen Bauelemente ist die Ausrichtung senk recht zum Substrat unter Umständen sehr wichtig.
Auch werden nach einer vorteilhaften Ausführungsform nicht alle Innenflächen des Gehäuses und alle Außenflächen des Ab wärme produzierenden elektronischen Bauelements beflockt, sondern je nach Bedarf. Der Bedarf kann auch durch Simulation berechnet werden, kann aber alternativ oder ergänzend dazu durch Empirie bestimmt werden.
Beispielsweise eignet sich - insbesondere auf dem Abwärme produzierenden elektronischen Bauelement - eine bereichsweise Beflockung, beispielsweise regelmäßig, in Form eines Musters und/oder auch unregelmäßig und/oder sogar statistisch ver teilt.
Durch Simulation und Messung kann vorab eine Art „Abwärme- Landkarte" erzeugt werden, die die „Hotspots" des bestückten und im Betrieb befindlichen Elektronikgehäuses mit elektroni- sehen Bauelement zeigt. Danach kann die Beflockung in jeder Beziehung - Dichte, Querschnitt, Material, Beschichtung und/oder Länge der angeordneten Faser sowie Klebstoffmaterial und/oder Schichtdichte und/oder Schichtdicke variiert und an gepasst werden.
Außerdem kann das Muster, die Fläche, überhaupt regelmäßiges oder unregelmäßiges Anordnen der Fasern etc. auf die lokalen Bedingungen im Elektronikgehäuse ausgerichtet und angepasst werden.
Bei der Beflockung mit - im Endeffekt senkrecht auf das Sub strat stehenden - Fasern werden nach einer vorteilhaften Aus führungsform insbesondere die Elektrostatik und der Faserflug während des Beschießens durch Simulationen vorab dahingehend optimiert, dass die Mehrzahl, zumindest ein Anteil von größer 50Gew% der Fasern auch tatsächlich senkrecht auf der Sub stratoberfläche landen. Insbesondere vorteilhaft ist ein An teil von größer 75Gew% und ganz besonders bevorzugt von grö ßer 95 Gew% der Fasern, bezogen auf die Gesamtmasse der auf dem beflockten Teppich befindlichen Fasern, senkrecht ange ordnet.
Senkrecht angeordnet heißt dabei im rechten Winkel, also im Bereich von 70° bis 110°, insbesondere im Bereich von 85° bis 95° angeordnete Fasern.
Beispielsweise eignen sich numerische StrömungsSimulationen oder Computational Fluid Dynamics „CFD"-Simulationen dafür. Insbesondere ist beispielsweise die Verdampfungsbilanz beim Erhalt spezieller Oberflächen frei von Faser-Beflockung auch durch Simulation zu erkennen. Das betrifft vor allem die Oberfläche des/der Abwärme produzierenden elektronischen Bau- elements/-e innerhalb des Gehäuses, in Bezug auf die Frage ob und wenn ja wo eine Beflockung die Gesamtbilanz der Kühlung verbessert . Demgemäß ist beispielsweise vorgesehen, dass der beflockte Teppich strukturiert vorliegt. Das heißt, dass der beflockte Teppich Aussparungen umfasst. Beispielsweise liegt der be flockte Teppich in speziellen Mustern und/oder statistisch verteilten belegten und unbelegten, beflockten und unbeflock ten Bereichen vor. „Belegt" bedeutet dabei, dass Klebstoff und/oder Lack auf der Oberfläche vorliegt. Beflockte Bereiche kann es nur auf belegten Bereichen geben und als „beflockter Bereich" werden die Bereiche bezeichnet, die auf dem Kleb stoff und/oder Lack ausgerichtete Fasern aufweisen.
Andere Bereiche des Abwärme produzierenden elektronischen Bauelements zur Wärmeableitung können einfach unbehandelt bleiben . Beispielsweise kann der beflockte Teppich streifen förmig vorgesehen sein, also immer alternierend ein Streifen beflockter Teppich und ein Streifen unbehandelte Chip- Oberfläche . Neben alternierenden Streifen können beliebige andere regelmäßige und/oder statistische Elemente umfassende Muster des „beflockten Teppichs" vorliegen.
Durch Simulationen, empirisch und/oder durch Überlegungen kann auch die Art der Beflockung der Innenseiten und/oder der Außenseiten des innerhalb des Gehäuses befindlichen Abwärme produzierenden elektronischen Bauelements optimiert werden.
Die Art der Beflockung kann erstmal hinsichtlich der Faser art, also Materialmäßig variieren. Es können einheitliche Fa sern oder Fasergemisehe bei der Beflockung eingesetzt werden.
Die Fasern können verschiedene Längen, verschiedene Durchmes ser und/oder verschiedene Dichten haben. Ebenso können sie in verschiedenen Konzentrationen also Faseranzahl pro Flächen einheit im beflockten Teppich vorliegen.
Die Fasern werden hinsichtlich der Optimierung ihrer Kapil larkräfte in Wechselwirkung mit dem Arbeitsmedium, also bei spielsweise einem Kühlmittel, gewählt. Dabei ist zu bedenken, dass die Transportmenge, die Steighöhe, die Sorptionshöhe und/oder die Fließgeschwindigkeit des Arbeitsmediums durch die Abstimmung der MikroStruktur und/oder Faseroberfläche auf die Verdampfung am jeweiligen Ort des Gehäuses und/oder durch die Optimierung der Benetzungseigenschaften der Fasern durch das Arbeitsmedium beeinflussbar ist. All diese Einflüsse kön nen sowohl empirisch und/oder durch Simulationen gestützt zu einem Maximum hin optimiert werden.
Damit die Kapillarkräfte optimal wirken können, werden - nach einer vorteilhaften Ausführungsform - die Fasern vor der Be flockung ganz oder teilweise oberflächlich behandelt, so dass die Faser-Oberfläche hinsichtlich des zu transportierenden Kühlmittels möglichst hohe Sorptionswerte, bestmögliche An¬ ziehung und/oder Bindung der Kühlmittelmoleküle an der Ober fläche der Fasern zeigt.
Die Oberflächenbehandlung der Faser kann beispielsweise im Rahmen einer nasschemischen Behandlung, im Plasma, als Be schichten mit einer Silizium-organischen Schicht und/oder Schlicke, oder auch durch Bearbeitung mit Alkohol(en), Wasser und/oder beliebigen Kombinationen der vorgenannten Oberflä chenbehandlungen erfolgen.
So kann innerhalb des Gehäuses an verschiedenen Innenseiten mit verschiedener Intensität, Faserdichte, Faserart beflockt werden.
Als Klebstoffe können beispielsweise folgende Materialien eingesetzt werden: alle gängigen Klebstoffe und Klebstoff¬ mischungen, sowie als Leiterplattenschutzlack eingesetzte Verbindungen und/oder Verbindungsklassen wie Epoxid, Acrylat etc...
Der Kleber und/oder Lack härtet bevorzugt durch thermische Härtung . Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine dünne Klebstoff und/oder Lack-Auftragung bevorzugt, insbeson dere kleiner 15 pm, bevorzugt kleiner 10pm, weiter bevorzugt kleiner 5pm und insbesondere bevorzugt kleiner 2pm. Beispielsweise kann der Kleber und/oder Lack auf dem die Fa sern „stehen" zumindest teilweise wärmeleitfähig sein. Dies kann beispielsweise durch Füllung des Klebers und/oder Lacks mit wärmeleitfähigen Partikeln erfolgen. Eine gängige Leiter plattenschutzlack-Formulierung kann - modifiziert oder nicht - hier als „Klebstoff" eingesetzt werden, solange die Beflo ckung vor der Aushärtung des Lackes erfolgt.
Die Beflockung ist nach einer vorteilhaften Ausführungsform nicht an allen Stellen vorhanden, so sollen vor allem Berei che, an denen Verdampfung des Arbeitsfluids stattfinden soll, durch Freilassen unbeflockt bleiben.
Darüber hinaus ist auch in den klebstoff-beschichteten Berei chen, in denen ein beflockter Teppich vorliegt, nicht die komplette Oberfläche durch den Faserquerschnitt belegt. Die se eventuell durch Klebstoff aber nicht durch Faserquer schnitt belegten Bereiche der inneren Oberfläche und/oder der Chip-Oberfläche können somit weit über 50%, insbesondere weit über 75% und ganz bevorzugt sogar über 90% der belegbaren Oberfläche im Gehäuse ausmachen.
Als „Gehäuse" oder „Elektronikgehäuse" wird vorliegend ein Gehäuse aus Kunststoff, Keramik, Verbundwerkstoff, und/oder Metall, respektive Metalllegierung bezeichnet. Das Elektro nikgehäuse kann beliebige Kombinationen der vorbezeichneten Werkstoffe umfassen, es dient einerseits als Umhausung und/oder Träger für die elektrischen, optoelektrischen und/oder elektronischen Komponenten, insbesondere für Leiter platten, Schalter, Kontakte, Durchführungen ggf. auch Bedien elemente, auf der anderen Seite dient es dem elektrischen /elektronischen Schutz der Bauelemente vor Belastungen der Umgebung und schließlich dient es dem Schutz des Nutzers vor den elektrischen, elektronischen und/oder optoelektrischen Bauelementen . Bei der Verwendung eines Elektronikgehäuses als Vapor Chamber wird bevorzugt die Dichtigkeit des Elektronikgehäuses so aus gelegt, dass ein Unterdrück gehalten werden kann.
Als „Mittel zum Transport des Kondensats", wird vorliegend ein durch teilweise oder ganzflächige Beflockung mit Fasern hergestelltes System, Oberfläche, Beschichtung, poröses Mate rial innerhalb des Gehäuses bezeichnet, das im Zusammenspiel mit der Verdunstung des Arbeitsfluids durch die Abwärme der oder des elektronischen Bauelements /-e, an einer vom Bauele ment entfernten und kalten Stelle innerhalb des Elektronikge häuses das Kondensat aufnimmt, transportiert und wieder zu rück zum Bauelement lenkt. Dort umfasst das „Mittel zum Transport des Kondensats" Strukturen die durch die Abwärme des Bauelemente entsprechend warm sind und die Verdunstung ermöglichen . Damit die Verdunstung auf dem/den Bauelement(en) auch trotz einer Beflockung mit Fasern erfolgen kann, wird nach einer vorteilhaften Ausführungsform beispielsweise nur teilweise, insbesondere auch z.B. streifenförmig, in einem Muster, wie z.B. kariert, rautenförmig, Längsstreifen mit statistisch verteilten Brücken, etc. die Oberfläche des oder der Bauelemente bereichsweise alternierend beflockt und ohne Beflockung vorliegen.
Aber auch die beflockten Bereiche der Oberfläche können ver schieden dicht beflockt sein, respektive mit verschieden di cken Fasern beflockt vorliegen.
Ergänzende Beispiele zu den Mittel zum Transport des Konden sats sind neben den im beflockten Teppich vorhandenen Fasern auch noch weitere Beschichtungen mit Kanälen, Poren, offenen Poren, Fasern, Hohlfasern, Fasergelege, Schichten, Schäume, Lackschichten, poröse Strukturen, wie Matten. Bevorzugt sind die Oberflächen der Mittel eher dielektrisch als elektrisch leitend, wobei Polarität der Oberfläche an das Arbeitsfluid bevorzugt angepasst ist z.B. so, dass sie das Kondensat an saugt. Die Aufbringung dieser zusätzlichen Mittel zum Transport des Kondensats erfolgt beispielsweise als aufgesprühte Beschich tung, lackierte Beschichtung, in Form einer auf metallischer Oberfläche erzeugten Struktur, beispielsweise mit zum Ansau gen des Kondensats geeigneter Polarisierung der Oberfläche. Die geeignete Oberflächenpolarisierung kann über eine Benet zungsmessung und/oder eine Messung des Kontaktwinkels erfol gen.
Als Arbeitsmedium wird beispielsweise ein Fluid wie ein orga nisches Lösungsmittel eingesetzt.
Die Auswahl eines geeigneten Arbeitsmediums, auch als „Ar beitsfluid" oder nur als „Fluid" bezeichnet, erfolgt nach verschiedenen Gesichtspunkten. Beispielsweise ist es essenti ell, dass das Arbeitsmedium schwer entflammbar ist. Hinzu kommt, dass das Arbeitsfluid einen Siedepunkt im Temperatur bereich der Arbeitstemperatur von elektrischen, elektroni schen und/oder optoelektrischen Bauelementen hat.
Das Arbeitsmedium darf nicht korrosiv sein, wobei es einen passenden Siedepunkt braucht, damit es durch die Abwärme der Bauelemente unter den Bedingungen der Vapor Chamber, also insbesondere bei Unterdrück von 0,5 bar oder weniger, ver dampft und andererseits an einer kalten Stelle innerhalb der gleichen Vapor Chamber wieder kondensiert.
Bevorzugt ist das Arbeitsfluid dielektrisch oder elektrisch isolierend, damit es die einzelnen Bauelemente innerhalb des Elektronikgehäuses voneinander isoliert. Beispielsweise ist es vorteilhaft, wenn das Arbeitsfluid eine Dielektrizitäts konstante, höher als Luft, das genormt eine Dielektrizitäts konstante von 1 hat, hat.
Die Benutzung von Fluoroethern als Arbeitsmedium hat einige große Vorteile, was elektrische Isolation, Flammbarkeit usw. betrifft . Gleichzeitig sind diese Stoffe aber auch nicht so beliebt, weil ihre Verdampfungsenthalpie nur 1/10 der von Wasser entspricht.
Diese Fluoroether und/oder Perfluoroether - abhängig von der Vollständigkeit der Substitution der Wasserstoff-Atome am Ether durch Fluor-Atome - sind von ihrer chemischen Natur her so, dass sie so gut wie keine stofflichen Wechselwirkungen ausüben, z.B. haben sie sehr niedrige Oberflächenenergien, und zwar weder mit einem zu benetzenden Substrat noch mit sich selbst - z.B. geringes Bestreben zum Ausbilden einer Ku gelform. Diese Eigenschaften sind beim Arbeitsmedium zwar von Vorteil, was das generelle Benetzen von Oberflächen und damit auch das Befüllen einer TransportSchicht anbetrifft. Gleich zeitig haben derart wenig polare Flüssigkeiten aber auch Nachteile, was z.B. das Überwinden von Höhen durch Sorpti on/Kapillarkraft betrifft.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform können als Arbeitsme dium deshalb sowohl polare als auch unpolare Fluide einge setzt werden, beispielsweise die unpolaren Fluoroether und/der auch polare Fluide, wie Alkohol, Ether, Wasser, orga nische Lösungsmittel und/oder beliebige Gemische.
Insbesondere als vorteilhaft hat sich der Einsatz von fluo rierten Flüssigkeiten, insbesondere solchen, die Fluorether, beispielsweise Mono-, Di- oder höherwertige Fluor substituierte Ether, umfassen, in Tests als vorteilhaft er wiesen, weil diese wegen ihrer in der Regel hohen Dielektri zitätskonstante geeignet sind, die Spannungsabstände zwischen den elektrischen, elektronischen und/oder optoelektrischen Bauelemente innerhalb des Elektronikgehäuses zu erhöhen. Beispielsweise wurden Fluorether in Form des handelsüblichen 3M™ Novec™ - insbesondere das 3M™Novec™ 7200 erfolgreich eingesetzt .
Andererseits konnten die unter der Bezeichnung „Galden HAT PFPE Heat Transfer Fluids" handelsüblichen Frostschutzmittel, insbesondere das „Galden HAT Low Boiling" der Kurt. J. Lesker Company erfolgreich eingesetzt werden.
Zur Klasse der Fluoroether gehören beispielsweise Methylnon- afluor-n-butylether, Methylnonafluor-iso-butylether, Ethylno- nafluor-n-butylether , Ethylnonafluor-iso-butylether sowie be liebige Gemische dieser Fluorether untereinander und/oder mit anderen organischen Lösungsmitteln.
Auch die Klasse der Alkohole und auch reines destilliertes Wasser sind als Arbeitsmedium geeignet.
Weil die Oberflächenspannung der Flüssigkeit Einfluss auf die Sorptionseigenschaften - respektive die Kapillarkraft - des Mittels zum Transport des Kondensats hat, ist auch bevorzugt ein Mittel zum Transport des Kondensats einzusetzen, das eine geeignete und auf das Arbeitsmedium abgestimmte Oberflächen spannung hat.
Ein Wärmerohr, „Heat Pipe", ebenso wie eine „Vapor Chamber", die beide nach dem gleichen Prinzip funktionieren nur andere Form haben, sind Vorrichtungen zur Wärmeübertragung, die un ter Nutzung von Verdampfungsenthalpie eines Arbeitsmediums eine hohe Wärmestromdichte erlauben. Auf diese Weise können große Wärmemengen auf kleiner Querschnittsfläche transpor tiert werden. Die Fähigkeit, Energie zu transportieren, hängt bei einem Wärmerohr maßgeblich von der spezifischen Verdamp- fungsenthalpie des Arbeitsmediums ab.
Weniger entscheidend sind sowohl die Wärmeleitfähigkeit des Arbeitsmediums als auch die Wärmeleitfähigkeit der Elektro- nikgehäusewand . Aus Effizienzgründen wird eine Vapor Chamber meist an der warmen Stelle, z.B. über oder unter dem Chip, nur knapp über dem und an der kalten Stelle, z.B. möglichst weit entfernt von der Wärmequelle, nur knapp unter der Siede temperatur des Arbeitsmediums betrieben. Eine Heat Pipe und/oder Vapor Chamber nutzen die Verdamp fungsenthalpie und die Kondensationsenthalpie eines Arbeits mediums aus, um hohe Wärmeströme zu bewegen. Die Hülle der Vapor Chamber wird häufig aus Kupfer, Messing, Bronze und/oder Aluminium oder entsprechenden Legierungen gefertigt. Das Arbeitsmedium im Inneren ist bevorzugt ein Kältemittel, wie z.B. Ammoniak, schwer entflammbare organisches Lösungs mittel, z.B. cycloaromatische organische Lösungsmittel, Flu- oether, aprotische Lösungsmittel, Halogenwasserstoffe, wie z.B. das 1,1,1,2 - Tetrafluorethan, Kohlenstoffdioxid, Was ser, Kohlenwasserstoffe, Alkohole, sowie beliebige Gemische. Bevorzugt werden als Arbeitsmedium Fluide eingesetzt, die ei nen Siedepunkt zwischen 10°C und 200°C, insbesondere zwischen 40°C und 160°C und besonders bevorzugt zwischen 50°C und 140°C haben.
Die als Arbeitsfluid eingesetzten Kältemittel und/oder Frost schutzmittel haben vorzugsweise bei der Einstufung von Kälte mittel die Einstufung nicht entflammbar (Al) und/oder schwer entflammbar (A2L). Beispielsweise werden diese Klassifizie rungen nach der ASHRAE Klassifizierung durchgeführt. Dabei wird ein so genannter GWP-Wert festgestellt, der vorzugsweise bei den hier einsetzbaren Arbeitsfluiden bei einem Wert unter 170, vorzugsweise unter 150 und besonders bevorzugt unter 100 liegt.
Dieses verdampft - z.B. auch aufgrund eines Vakuums im Elekt ronikgehäuse - in der Vapor Chamber bereits bei sehr niedri gen Temperaturen. Nimmt die Vapor Chamber durch die Wärme quelle eine höhere Temperatur an, steigt der Druck. Wenn nun am anderen Ende der Vapor Chamber - z.B. durch externe Küh lung - eine niedrigere Temperatur entsteht, führt dies an dieser Stelle zu einer sogenannten Taupunktuntersehreitung und damit zur Kondensation des Arbeitsmediums. Der Druck an dieser Stelle sinkt ab. Der Dampf in der Vapor Chamber strömt, dem Druckgefälle folgend, zur kälteren Stelle. Das Kondensat fließt durch Schwerkraft angetrieben und durch die Kapillarkräfte der Vapor Chamber zurück zum Ort des Verdamp fens.
Aufgrund der gasförmigen und flüssigen Phase des Arbeitsmedi ums im Inneren der Vapor Chamber bildet sich ein übersättig ter Dampf. Durch die geringen Druckunterschiede in der Vapor Chamber sind auch die Temperaturunterschiede und damit die sich einstellende Temperaturdifferenz zwischen Kondensator und Verdampfer nur gering. Eine Vapor Chamber besitzt daher einen sehr geringen Wärmewiderstand. Da der Wärmetransport indirekt über den stoffgebundenen Transport von latenter Wär me -Verdampfungs- oder Kondensationswärme - stattfindet, be schränkt sich der Einsatzbereich einer Vapor Chamber auf den Bereich zwischen der Schmelztemperatur und der Temperatur des kritischen Punktes des Arbeitsmediums. Für den Bereich von - 70 bis 60 °C kann beispielsweise Ammoniak als Arbeitsmedium eingesetzt werden. Die porösen Strukturen für den Rücktrans port des Arbeitsmediums auch entgegen der Schwerkraft können durch eingelegte Kupferdrahtgeflechte (Mesh), durch Rillen (Grooves) und/oder durch gesinterte Kupferpartikel an der In nenfläche der Vapor Chamber erzielt werden. Je feiner diese Struktur ist, desto größer ist die Kapillarkraft.
Insbesondere die Form einer Vapor Chamber eignet sich zur Chip-Kühlung besser noch als eine Heat Pipe, weil die Wärme in einer Vapor Chamber nicht über ein Rohr abtransportiert wird, sondern schnell über eine große Fläche verteilt wird.
So werden die Auswirkungen starker Hot Spots, wie sie auf dem Chip Vorkommen, minimiert. Für die Vapor Chamber ist dabei nicht notwendigerweise eine poröse Innenwand zum Rücktrans port des kondensierten Arbeitsmediums an den Ort des Hot Spots erforderlich, weil das z.B. einfach über die Schwer kraft funktioniert, wenn die Hot Spots unten in der Vapor Chamber liegen und der Dampf zur kühleren Decke aufsteigt, dort kondensiert und als Tropfen wieder nach unten fällt.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Elektronikgehäuse komplett als Vapor Chamber hergestellt. Insbesondere vorteilhaft ist dabei, wenn das Vapor-Chamber- Elektronikgehäuse unabhängig von der Chipfertigung vorgefer tigt wird.
Der Chip wird in respektive auf das Vapor- Chamber - Elektro nikgehäuse montiert und kontaktiert.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird nur ein Teil des Elektronikgehäuses als Vapor Chamber ausgeführt.
Im Folgenden wird die Erfindung nun anhand einer Figur, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch wiedergibt, näher erläutert:
Figur 1 zeigt den Stand der Technik: Zu erkennen ist ein Elektronikgehäuse 1 in das Leiterplatte 2, Chip, respektive Bauelemente 3, die Wärmequellen 3 darstellen, und in eine Wärmeleitpaste 4 eingebettet sind. Eine Wärmeleitpaste ent hält beispielsweise ein Silikonöl und/oder Polyethylenglykol und dient zur Wärmeübertragung zwischen zwei Objekten, also z.B. der Kühlfläche und/oder dem Elektronikgehäuse und einem Kühlkörper . Die Montageflächen von Kühlkörpern 6 und Bauele menten 3 enthalten stets mehr oder weniger tiefe Unebenhei ten, die über Wärmeleitpasten 4 ausgeglichen werden.
Die Wärmeleitpaste 4 schließt an eine Vapor Chamber 5 mit Kühlkörper 6 an. In der Vapor Chamber 5 ist die poröse Struk tur an den Innenflächen 7 und ein Kupfergelege 8 erkennbar.
In der Vapor Chamber 5 verdampft das Arbeitsmedium 9 von der wärmeren Seite unten nach oben hin an die kalte Stelle in der Vapor Chamber 5. Die - eine oder mehrere kalte(n) Stelle(n) in dem Vapor Chamber 5 sind die Stellen, an denen die Vapor Chamber aktiv über ein Kühlaggregat, wie hier einen Kühlkör per 6 gekühlt wird. Das Arbeitsmedium 9 verdampft also in Richtung kalte Stelle in der Vapor Chamber, wobei es abkühlt, kondensiert und durch die Schwerkraft getrieben und durch Mittel zum Transport des Kondensats gelenkt wieder nach unten fließt. Dort nimmt das Kondensat 9 wieder Wärme auf, ver dampft und kondensiert an der kalten Stelle wieder ab.
Der Engpass in der Wärmeableitung von den Bauelementen 3 nach dem hier in Figur 1 gezeigten Stand der Technik ist die Wär- meleitpaste 4, durch die nur in unzureichendem Maße Wärme zur Vapor Chamber 5 hin abtransportiert wird.
Figur 2 zeigt ein Schema eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung.
Zu erkennen ist wieder, wie in Figur 1, das Elektronikgehäuse 1, das bodenseitig mit der Leiterplatte 2 abschließt. Auf der Leiterplatte 2 und schon innerhalb der Vapor Chamber 5 befin den sich die Bauelemente und Wärmequellen 3. Diese sind gemäß der hier gezeigten beispielhaften Ausführungsform der Erfin dung eingebettet in die poröse Struktur 7 an der Innenwand der Vapor Chamber 5. Die Vapor Chamber 5 hat oben noch Kon taktierungen 10. Das Prinzip ist wie beim Stand der Technik, nur wird anstelle der ineffizienten Wärmeableitung über die Wärmeleitpaste 4 und die Vapor Chamber 5 die erzeugte Wärme gleich in der Vapor Chamber 5 im Bereich des Kondensats 7, das entlang der porösen Struktur dem „Mittel zum Transport" in dem hier gezeigten Beispiel, nach unten fließt, abgegeben, so dass eine optimale Kühlung erfolgen kann.
Wie in Figur 2 gezeigt, wird das Elektronikgehäuse 1 durch wenige zusätzliche Schritte zu einer Vapor Chamber 5. Hierfür ist in einem ersten Schritt die Auftragung einer porösen Schicht zum Flüssigkeitstransport erforderlich. Auf die genaue Ausgestaltung wird in einem folgenden Ab schnitt näher eingegangen. In Figur 2 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die Leiterplatte 2 den Boden des Elektronikgehäuses 1 bildet. Dies ist lediglich eine von vielen möglichen Anordnungen der Leiterplatte innerhalb des Elektronikgehäuses. Bei spielsweise ist auch eine Anordnung denkbar, in der die Leiterplatte 2 innerhalb des Elektronikgehäuses oder in nerhalb der porösen Struktur 7 sich befindet. Bei diesen Ausführungsformen ist der Vorteil, dass die Leiterplatte 2 beidseitig vom Arbeitsmedium der Vapor Chamber 5 umflossen wird.
In einem zweiten Schritt wird das Elektronikgehäuse mit dem Arbeitsmedium gefüllt, Unterdrück eingestellt und das Elektronikgehäuse abgedichtet. Bei der Wahl des Arbeitsme diums kann entsprechend der Auswahl bei herkömmlichen Heat Pipes vorgegangen werden.
Als Material für das Elektronikgehäuse kommen metallische Werkstoffe wie Aluminium oder Kupfer in Frage. Eine weite re interessante Bauweise stellt die Konstruktion des Elektronikgehäuses aus Faserverbundstoffen dar, hier könn te der Kapillareffekt auch durch offenliegende Fasern an der Innenwand des Gehäuses erzielt werden.
Da Compositmaterialien, also Verbundwerkstoffe, die zwei oder mehr verbundene Materialien umfassen, auf Faserbasis in der Regel keine isotropen Wärmeleiteigenschaften besit zen, werden zur Eignung als Struktur innerhalb einer Vapor Chamber durch gezielte Orientierung der Fasern entspre chende Vorzugsriehtungen erstellt, die dann als Mittel zum Transport des Kondensats eingesetzt werden können. Durch die Kombination aus Vapor Chamber 5 und Elektronikgehäuse 1 wird somit nicht nur ein bisher zugekauftes Bauteil ein gespart und der Montageaufwand reduziert, es entsteht vor allem eine hochleistungsfähige Kühlkonstruktion, welche zudem wartungsfrei und ausfallsicherer ist als der Stand der Technik, der mit Wärmeleitpaste 4 arbeitet. Die Nutzung des Elektronikgehäuses 1 als Vapor Chamber 5 ist vor allem mittels einer porösen Schicht innenseitig im Elektronikgehäuse zum Rücktransport der Flüssigkeit mög lich. Diese wird auf die Innenseite des Gehäuses, des De ckels und auf die Leiterplatte und Bauteile aufgetragen, wie in Figur 2 gezeigt.
Durch die Art und Ausgestaltung dieser Schicht kann die Kühlleistung entscheidend beeinflusst werden, da häufig die Kapillarkraftgrenze und/oder die Wechselwirkungsgrenze die entscheidende Limitierung einer Vapor Chamber dar stellt. Es kommen beispielsweise, aber nicht abschließend, die folgenden Materialien für eine poröse Beschichtung teilweise oder ganz auf der Innenfläche des Elektronikge häuses in Frage:
• Zeolithische Partikel mit organischem Binder
• Offenporige Kunststoffschäume: Durch die Schäume an der Elektronikgehäusewand kann zusätzlicher mechanischer Schutz erzielt werden,
• Naturfasergewebe,
• Glasfasergewebe, insbesondere mit Klebe erbindung zur Wandung
• Pulverlacke, die so gehärtet werden, dass sie offenporig bleiben, z.B. über Platzhalter/ Templatebildner und/oder Treibmittel
• Aluminiumoxid-Oberflächen, die durch entsprechende Ätz prozesse auf normalem Aluminium hergestellt werden, bei spielsweise so genanntes „flower-like alumina", das über den Precursor A10(OH) durch Phasentransformation ein Aluminium mit Blüten ähnlicher Morphologie bezeichnet.
Um die Bauteile 3 vor dem Arbeitsmedium - z.B. zur Vermei dung von elektrischen Kurzschlüssen, Korrosion oder Explo sion - zu schützen, ist es gemäß einer vorteilhaften Aus führungsform der Erfindung vorgesehen, dass eine „Schutz beschichtung" auf der Elektronik aufgebracht wird, die vorzugsweise keinen nennenswerten zusätzlichen Wärmewider stand bedeutet.
Mögliche Schutzbeschichtungen, falls ein Arbeitsfluid ver wendet wird, welches eines der o.g. Probleme - Korrosion etc. - hervorrufen kann, sind beispielsweise:
- Eine Schutzbeschichtung, eine dünne Folie umfassend, beispielsweise herstellbar durch Auflaminieren einer dünnen Folie,
- eine Schutzbeschichtung, eine Plasmaschicht umfassend, und/oder
- eine Schutzbeschichtung einen wärmeleitfähigen Schutz lack umfassend.
Beispielsweise kann eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch das folgende schematische Aufbau- und Mon tagekonzept als eine „Elektronikgehäuseintegrierte Vapor Chamber" hergestellt werden:
• Die Leiterplatte 2 wird in ein Elektronikgehäuse 1 eingebracht
• Eine poröse Struktur 7 wird auf der Leiterplatte 2 mit den Bauelementen 3 und auf den Innenseiten des Elektronikgehäuses 1 teilweise oder ganz aufgetragen, dann
• Wird die Luft aus dem Elektronikgehäuseintegrierte Vapor Chamber 5 herausgepumpt und das Arbeitsmedium - das natürlich auch ein Gemisch verschiedener Arbeits medien sein kann - eingefüllt.
So entsteht eine hochwirksame, dauerstabile High-End- Kühllösung für Chip in einem Elektronikgehäuse ohne teure Ma terialien, ohne Zukaufteile und ohne großen Montageaufwand.
Erfindungsgemäß ist zusammenfassend vorgesehen, dass anstatt eines separaten Moduls, der „Vapor Chamber 5", welches auf die zu kühlende Oberfläche des Elektronikgehäuses 1 aufge- bracht wird und das Arbeitsmedium enthält, das Arbeitsmedium der Vapor Chamber zur Kühlung direkt auf den Bauteilen, um die Bauteile herum und auf der Leiterplatte 2, wo gemäß Stand der Technik sich die Wärmeleitpaste 4 befindet, vorgesehen ist. Der Vorteil hierbei ist, dass der Transportschritt der Wärmeleitung durch die Wärmeleitpaste 4 und die Wand der Va por Chamber 5 entfällt und das Arbeitsmedium so einen direk ten Kontakt zu den Bauelementen 3, also zur Wärmequelle, hat.
Der thermische Widerstand wird durch die Erfindung also im Vergleich zu bisherigen Lösungen verringert. Durch den großen Durchmesser des Elektronikgehäuses im Vergleich zu den bisher erhältlichen Vapor Chambers sind auch deutlich größere Dampf- und Flüssigkeitsströme möglich, die den Transport höherer Ab wärmeströme ermöglichen. Durch die Kühlung der kompletten Leiterplatte 2 können keine Hot Spots entstehen, die den Bau teilen 3 schaden. Die Wärme wird durch die sofortige Verdamp fung des Arbeitsmediums 9 verteilt und über das Nassdampfge biet zum Kondensator transportiert. Durch die erfindungsgemä ße Lösung wird die Anzahl der Wärmeübergänge auf das tech nisch absolut notwendige Minimum reduziert und ein maximal effizienter Wärmefluss gewährleistet, da nur Materialien zum Einsatz kommen, welche einen Kompromiss aus prinzipieller An wendungstauglichkeit für Kühlapplikationen und fertigungs technischer Verarbeitbarkeit darstellen.
Durch die Kondensation des Kühlmittels am Gehäusedeckel ist eine verbesserte Abführung der Wärme möglich, da eine wesent lich größere Oberfläche als bei den bisher verbauten Vapor Chamber Kühlern zur Verfügung steht. Die bisherige Konstruk tion machte weiterhin eine Luftkühlung über einen Kühlkörper und Kühlrippen auf der Oberfläche der Vapor Chamber erforder lich um, um ausreichend Wärme abführen zu können. Durch die größere Oberfläche und eine direkte Anbindung an bspw. die Rahmenkonstruktion aus Metall kann die Wärme auch ohne diese zusätzlichen Elemente effizient abgeführt werden. Dies ermög licht noch kompaktere Bauformen und weitere Miniaturisie rungsmöglichkeiten . Zudem kann durch eine beidseitige Beschichtung der Leiter platte mit der porösen Schicht und einem entsprechenden Ein bau im Gehäuse, erstmals eine beidseitige Kühlung einer Lei terplatte realisiert werden. Dieser könnte auch ein entschei dender Key-Enabler für neue Halbleitergenerationen mit erhöh ten Schalt- und Leistungsdichten sein, da eine beidseitige Kühlung einen massiven LeistungsSprung in der Wärmeabfuhr- technik darstellt.
Durch die Auswahl und das Aufträgen der porösen Schicht, kön nen gezielt die Eigenschaften des Kühlsystems, z.B. die Ar beitfluidpumpmenge pro Zeit beeinflusst und die erforderliche Kühlleistung eingestellt werden.
In Vapor Chambers -,,VCs" - und Heat Pipes -,,HPs"- kommen im Hinblick auf die vorhandenen geometrischen Rahmenbedingungen technisch anspruchsvolle MaterialStrukturen zum Einsatz. Es handelt sich um poröse Schichten auf der Innenseite von dün nen Metallrohren. Da HP generell keine allzu hohen Kosten verursachen dürfen, müssen die Prozesse und Verfahren, die zur Herstellung dieser Strukturen zum Einsatz kommen, so kos tengünstig und damit einfach wie möglich gehalten werden. Die Folge ist, dass die Strukturen zwar prinzipiell ihre Funktion erfüllen, jedoch in keine Weise optimiert sind. Dies betrifft nicht nur das Porenvolumen, die Porosität oder die mittleren Porendurchmesser, sondern auch die Isolation des kühleren Me dienrücktransports gegenüber der wärmeren Dampfphase.
Durch den Wegfall der geometrischen Begrenzungen können nun andere Materialien und Verfahren zur Erzeugung der Porosität zur Anwendung kommen, die neben deutlich vereinfachten App1i- kationsbedingungen eine örtlich besser aufgelöste Abscheidung der porösen Schicht und eine deutlich feinere Justage der Po- rositätseigenschaften z.B. die Schichtdicke, die bei der HP und der VC starkbegrenzt ist, Porenvolumina, ein mittlerer Kanaldurchmesser, die Benetzbarkeit -> diese beeinflusst am Ende die Fluidfördergeschwindigkeit und die gesamte Förder menge.
Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße Konzept zusätzli che Tuning-Möglichkeiten über die Einstellung weiterer Ober flächeneigenschaften, die aufgrund der geometrischen Offen heit und Zugänglichkeit des Konzepts problemlos über übliche Beschichtungsverfahren erreicht werden können. Es handelt sich beispielsweise um die gezielte Einstellung der Benetz barkeit unterschiedlicher Flächen. Während Verdampfungsflä chen bevorzugt hydrophil ausgestaltet sein sollen (dies be deutet eine verbesserte Benetzung, Vermeidung von Siedeverzü gen und damit wieder besseren Wärmeübergang), sind Kondensa tionsflächen hydrophob auszugestalten. Die bewirkt ein Auf brechen des Kondensatfi1ms und damit einen verbesserter Wär meübergang an dieser Grenzfläche um einen Faktor bis zu 10.000.
Die Umwandlung des Gehäuses in eine gleichzeitige VC-Kühlung ermöglicht eine Hochleistungskühllösung mit geringen Kosten. Das Konzept einer gehäuseintegrierten VC bedingt, dass alle Bereiche gut zugänglich sind (keine engen Rohre). Somit kön nen konventionelle Verfahren (Beschichtung, Montage, ...) ver wendet werden. Das steigert die Produktquälität und senkt die Kosten. Da keine Wärmeleitpaste mehr benötigt wird, kann die Zuverlässigkeit weiter gesteigert werden.
Last but not least ergeben sich Vorteile bei Anwendungen, bei denen starke Vibrationen auftreten können. Hier ist eine klassische HP als Kühlkörper kritisch zu sehen, da die pseu- do-geklebten Interfaces zum Teil versagen.
Beim Stand der Technik gelangt die abzuführende die Wärme aus dem elektronischen, optoelektrischen und/oder elektrischen Bauteil zunächst in die Wärmeleitpaste und dann über das Ge häuse in die Vapor Chamber und dort in das Arbeitsfluid. Bei der vorliegenden Erfindung gelangt die abzuführende Wärme di rekt aus dem Chip in das Arbeitsfluid. Durch die Erfindung wird erstmals eine Vorrichtung zur Wärme ableitung von in einem Elektronikgehäuse angeordneten elekt ronischen Bauteilen angegeben, die nicht ausschließlich auf primäre Wärmeableitung über eine Wärmeleitpaste setzt. Viel mehr ist vorgesehen, dass die Wärmeableitung über ein Ar beitsmedium, das im Elektronikgehäuse durch Verdampfen und Kondensieren Kühlleistung erbringt, erfolgt.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Wärmeableitung von in einem Elektro nikgehäuse (1) angeordneten elektronischen Bauelemen ten (3), die Abwärme über die Verdampfungsenthalpie eines Arbeitsmediums ableitet, wobei
Mittel (7,8) zum Transport eines Kondensats des Ar beitsmediums (9) von einer kalten Stelle im Elektro nikgehäuse zu den elektrischen, optoelektrischen und/ oder elektronischen und Abwärme produzierenden Bauelementen (3) hin umfasst und diese Mittel (7,8) zum Transport des Kondensats zumindest zum Teil durch eine Oberfläche realisiert sind, die Klebstoff und/ oder Lack mit darauf ausgerichtete Fasern, die beispielsweise in Form eines „beflockten Teppichs" vorliegen, umfasst.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die elektroni schen Bauelemente (3) auf einer Leiterplatte (2) in dem Elektronikgehäuse (1) angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Lei terplatte (2) Teil des Elektronikgehäuses (1) ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Wand des Elektronikgehäuses zumindest zum Teil metallisch ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Wand des Elektronikgehäuses zumindest zum Teil aus Faserverbundwerkstoff und/oder aus Komposit- werkstof f ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Arbeitsmedium ein Kältemittel ist, das einen Siedepunkt im Arbeitsbereich von Elektronik, also 10°C bis 200°C, hat.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Arbeitsmedium ein nicht entflammbares oder schwer entflammbares Kältemittel ist, das einen GWP-Wert kleiner 170 hat.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Arbeitsmedium ein Fluid ist, das einen Siedepunkt bei Normaldruck von 10°C bis 200°C hat.
9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei auf der Innenseite des Gehäuses teilweise oder ganz ein beflockter Teppich mit oder ohne Strukturie rung vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei auf der Innenseite des Gehäuses teilweise oder ganz eine Belegung mit einer Kleber- und/oder Lack schicht vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der beflockte Teppich durchgängig oder in Form von Mustern und/oder freien Bereichen vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die in dem Elektronikgehäuse (1) angeordneten elektronischen Bauelemente (3) mit einem Schutz- Lackbeschichtung überzogen sind, die in ungehärtetem Zustand als Klebstoff für die Beflockung dient.
13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Mittel zum Transport des Kondensats (7,8) wei terhin offene Poren in Keramiken, Schäumen und/oder Kompositwerkstoffen umfassen.
14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Mittel zum Transport des Kondensats (7,8) zu sätzlich Kanäle umfassen.
15. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Leiterplatte (2) Teil des Elektronikgehäu ses (1) ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4047198A (en) * 1976-04-19 1977-09-06 Hughes Aircraft Company Transistor cooling by heat pipes having a wick of dielectric powder
AU2001285013A1 (en) * 2001-08-17 2003-03-03 Honeywell International Inc. Thermal transfer devices using heat pipes
DE102006028372A1 (de) * 2005-06-17 2007-02-01 Behr Gmbh & Co. Kg Wärmeübertrager, insbesondere Sorptions-, Reaktions- und/oder Wärmerohr
US8176972B2 (en) * 2006-08-31 2012-05-15 International Business Machines Corporation Compliant vapor chamber chip packaging
US20100117209A1 (en) * 2007-02-28 2010-05-13 Bezama Raschid J Multiple chips on a semiconductor chip with cooling means

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