WO2024110620A1 - Kühlvorrichtung, fahrzeug, verfahren zum herstellen einer kühlvorrichtung und verfahren zum betreiben einer kühlvorrichtung - Google Patents

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Maximilian Olpp
Sven ZINNÄCKER
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    • H05K7/20845—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for automotive electronic casings
    • H05K7/20854—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure

Definitions

  • Cooling device vehicle, method for producing a cooling device and method for operating a cooling device
  • the present invention relates to a cooling device, a vehicle, a method for operating a cooling device and a method for manufacturing a cooling device.
  • Cooling devices are known that can minimize a thermal gap for compressing a heat accumulator by using springs.
  • the present invention provides an improved cooling device, an improved vehicle, an improved method for operating a cooling device and an improved method for producing a cooling device according to the main claims.
  • Advantageous embodiments emerge from the subclaims and the following description.
  • a cooling device has a circuit board device, a housing device and a latent heat accumulator.
  • An electronic component is arranged on the circuit board device.
  • the housing device is designed to dissipate heat generated during operation of the electronic component.
  • the housing device has at least one element that generates a restoring force.
  • the housing device is arranged on the circuit board device.
  • the latent heat accumulator is arranged between the circuit board device and the housing device in such a way that the heat generated during operation of the electronic component is dissipated via the element that generates a restoring force.
  • the cooling device can be installed inside a vehicle, for example.
  • the circuit board device can have a circuit board and at least the electronic component.
  • the circuit board device can be manufactured inexpensively
  • the housing device can be implemented in a space-saving manner and arranged on the circuit board device in a way that optimizes the installation space.
  • the element that generates a restoring force can be porous or foamed and can also be manufactured inexpensively.
  • the element that generates a restoring force can be, for example, a foam element, a viscous element that generates a restoring force or a TIM (thermal interface material) element.
  • a foam element is referred to as an example.
  • the latent heat storage device can advantageously be arranged between the circuit board device and the housing device so that the latent heat storage device can reliably and quickly dissipate or absorb heat.
  • the approach presented here is based on the finding that the use of the latent heat storage device in conjunction with the foam element allows heat generated during operation of the electronic component to be efficiently and quickly dissipated. This is based specifically on the fact that the foam element is pressed in during manufacture of the cooling device in such a way that it reliably presses the latent heat storage device onto the electronic component, so that very good thermal contact between the latent heat storage device and the housing device can be ensured. In this way, advantageous cooling or heat dissipation from the electrical component can be ensured.
  • the use of the latent heat storage device which is advantageously in direct contact with the electronic component, enables a large amount of heat to be quickly absorbed in the immediate vicinity of the electronic component.
  • the housing device can have a cooling element.
  • the cooling element can be designed as a heat sink and can thus, for example, dissipate heat reliably and quickly so that overheating of the electronic component can be avoided.
  • the cooling element can be arranged between the latent heat storage and the foam element. Due to this arrangement, the cooling element can work reliably and efficiently and ensure rapid heat dissipation from the latent heat storage.
  • the housing device can have a heat distributor that can be arranged on the foam element.
  • the heat distributor can optimally act as a heat sink and in this way enable efficient heat dissipation from the electronic component.
  • the heat spreader can be designed to release the heat into an environment of the cooling device.
  • the heat spreader can, for example, protect the electronic component from overheating.
  • the foam element can be designed to exert a force on the latent heat storage when heated. This allows the latent heat storage to be reliably compressed. In addition, as the foam element heats up, the pressure on the latent heat storage can increase, so that heat dissipation via the latent heat storage can be improved. In this way, by increasing the heat dissipation capacity when the temperature of the electronic component increases, positive feedback and thus self-regulating heat dissipation can be enabled.
  • the foam element can be designed as a thermally conductive foam element.
  • the foam element can thus conduct heat reliably and efficiently, for example to the heat distributor.
  • the foam element can be designed to expand when heated. Additionally or alternatively, the foam element can change its state and additionally or alternatively its shape. By expanding, the foam element can advantageously transfer the force to the latent heat storage device.
  • the latent heat storage device comprises a heat storage material which can be designed to melt at a temperature of 50 to 70 degrees Celsius, in particular to melt at over 60 degrees Celsius.
  • a Material of the latent heat storage at this melting temperature so that overheating of the electronic component can be avoided.
  • such an embodiment has a high heat absorption capacity in the immediate vicinity of the electronic component, so that this component can be reliably protected from overheating.
  • the housing device can have a housing element that is arranged on the circuit board device.
  • the components between the housing element and the circuit board device can thus be advantageously protected from external influences, for example from dust and dirt. This enables the individual components to have a long service life.
  • a vehicle has an embodiment of a cooling device mentioned herein.
  • the advantages of the approach described here can also be realized very efficiently by such an embodiment.
  • a method for producing an embodiment of a cooling device mentioned herein comprises a step of providing a circuit board device, a housing device and a latent heat storage device.
  • the method comprises a step of arranging the latent heat storage device between the circuit board device and the housing device in order to produce the cooling device.
  • the approach presented here also creates a device that is designed to carry out, control or implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices.
  • This embodiment of the invention in the form of a device can also solve the problem underlying the invention quickly and efficiently.
  • a device can be an electrical device that processes electrical signals, for example sensor signals, and outputs control signals depending thereon.
  • the device may have one or more suitable interfaces that are hard- and/or software-based.
  • the interfaces can be part of an integrated circuit in which the functions of the device are implemented.
  • the interfaces can also be their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces can be software modules that are present on a microcontroller alongside other software modules, for example.
  • An embodiment of the approach presented here is particularly favorable as a method for operating a variant of a cooling device presented here, wherein the method has a step of activating the electronic component and a step of dissipating heat generated during operation of the activated electronic component via the foam element. Reliable and efficient heat dissipation from the electronic component can also be achieved by such an embodiment.
  • a computer program product with program code which can be stored on a machine-readable medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out or control the steps of the method according to one of the embodiments described above when the program is executed on a computer or device.
  • a machine-readable medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory
  • Fig. 1 is a representation of an embodiment of a cooling device
  • Fig. 2 is a schematic representation of an embodiment of a vehicle
  • Fig. 3 is a flow chart of an embodiment of a method for producing a cooling device
  • Fig. 4 is a block diagram of an embodiment of an apparatus for producing a cooling device
  • Fig. 5 is a flow chart of an embodiment of a method for operating a cooling device.
  • Fig. 1 shows an illustration of an embodiment of a cooling device 100.
  • the cooling device 100 is installed, for example, inside a vehicle.
  • the cooling device 100 has a circuit board device 105, a housing device 110 and a latent heat storage device 115.
  • the circuit board device 105 has a circuit board 120 and an electronic component 125 that is arranged on the circuit board 120.
  • the circuit board device 105 is arranged on the housing device 110, wherein the housing device 110 has a foam element 130 and additionally, for example, an optional heat distributor 150 and a cooling element 140.
  • the cooling element can be designed, for example, as a simply designed metal body that may have ribs.
  • the latent heat storage device 115 is arranged between the circuit board device 105 and the housing device 110, more precisely between the electronic component 125 and the cooling element 140.
  • the cooling element 140 is arranged or clamped between the foam element 130 and the latent heat storage device 115.
  • the housing device 110 forms, for example, a housing element 155 which is, for example, U-shaped, wherein the circuit board 120 is arranged, for example, at the ends of the U-shaped housing element 155 such that an opening of the U-shaped housing element 115 is covered by the circuit board 120 or closed in a fluid-tight manner.
  • the foam element 130, the cooling element 140, the latent heat storage device 115 and the electronic component 125 are thus protected from external influences.
  • a Heat distributor 150 for example as a special layer or inlay, arranged within the housing element 155.
  • heat 160 is generated in an operating state of the electronic component 125.
  • the cooling device 100 is designed to dissipate this heat 160 to an environment outside the cooling device 100 using the foam element 130.
  • the heat 160 rises, for example, from the circuit board device 105 or the electronic component 125 in the direction of the housing device 110.
  • An arrow shows an example of a direction of the heat 160.
  • the heat 160 passes through the latent heat storage device 115.
  • the latent heat storage device 115 is designed such that a heat storage material located therein (for example a special salt or paraffin such as dipotassium hydrogen phosphate hexahydrate or sodium acetate trihydrate) melts at a heat of only 60 degrees Celsius, for example, or at a heat of over 60 degrees Celsius.
  • the heat 160 then passes through the cooling element 140, which transfers the heat 160 to the foam element 130.
  • the foam element 130 is designed to be thermally conductive, for example, and thus transfers the heat 160 to the heat distributor 150 in the housing element 155.
  • the heat distributor 150 in turn releases the heat 160 to an environment of the cooling device 100.
  • the foam element 130 is designed, for example, to expand under the influence of the heat 160 or when it increases. In addition, the foam element 130 can change from a soft state to a solid state under the influence of the heat 160. Due to the expansion of the foam element 130, the foam element 130 exerts a force 145 on the cooling element 140, which is transferred from the cooling element 140 to the latent heat storage device 115. An arrow in Fig. 1 shows an example of the direction of the force 145. The heat storage material of the latent heat storage device 115 has previously melted under the influence of the heat 160. Now the force 145 emanating from the foam element 130 acts on the latent heat storage device 115, so that the latent heat storage device 115 is compressed.
  • a gap between the latent heat accumulator 115 and the cooling element 140 and/or a gap between the latent heat accumulator 115 and the circuit board device 105 is minimized as much as possible so that thermal contact can be improved, for example.
  • overheating of the circuit board device 105 or the electronic component 125 is avoided, for example.
  • the latent heat storage device 115 or the material of the latent heat storage device 115 melts at a temperature of more than 60 degrees Celsius.
  • the material of the latent heat storage device 115 is compressed to a minimum bond line thickness. This creates an optimized thermal gap.
  • the force 145 required to compress the latent heat storage device 115 to the minimum bond line thickness is provided by the foam element 130.
  • the approach presented here enables improved cooling of the electronic component 125, which can also be referred to as a system-on-a-chip, or SoC for short, using the latent heat storage device 115, which can also be referred to as phase change material, and the thermally conductive foam element 130, which can also be referred to as foam, with integrated tolerance compensation.
  • the latent heat storage device 115, the heat distributor, which can also be referred to as a heat spreader, and the foam element 130 are combined in a stack-up.
  • the latent heat storage device 115 is pressed to at least one bond line thickness, which can also be referred to as bond line thickness, or BLT for short.
  • the force 145 required for this is provided by the thermally conductive foam element 130.
  • the approach presented here thus enables an improvement in the cooling performance by compensating for the tolerances and pressing the latent heat storage device 115 to a minimum bond line thickness.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of an embodiment of a vehicle 200 with a cooling device 100.
  • the cooling device 100 is similar or corresponds to the cooling device from Fig. 1.
  • Fig. 3 shows a flow chart of an embodiment of a method 300 for producing a cooling device.
  • the cooling device is similar or corresponds to the cooling device from Fig. 1 and/or Fig. 2.
  • the method 300 includes a step 305 of providing a circuit board device, a housing device and a latent heat storage device.
  • the method 300 includes a step 310 of arranging the latent heat storage device between the circuit board device and the housing device to produce the cooling device.
  • Fig. 4 shows a block diagram of an embodiment of a device 400 for producing a cooling device.
  • the device 400 is designed to carry out the method from Fig. 3 or a similar method.
  • the device 400 has a unit 405 for providing and a unit 410 for arranging.
  • the unit 405 for providing is designed to carry out and/or control the step of providing.
  • the unit 410 for arranging is designed to carry out and/or control the step of arranging.
  • Fig. 5 shows a flow chart of a method 500 for operating a variant of a cooling device presented here, wherein the method 500 has a step of activating 510 the electronic component and a step of dissipating 520 a heat generated during operation of the activated electronic component via the foam element.
  • an embodiment includes an “and/or” link between a first feature and a second feature, this can be read as meaning that the embodiment according to one embodiment has both the first feature and the second feature and according to another embodiment has either only the first feature or only the second feature.

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Abstract

Eine Kühlvorrichtung (100) weist eine Leiterplatteneinrichtung (105), einen Gehäuseeinrichtung (110) und einen Latentwärmespeicher (115) auf. An der Leiterplatteneinrichtung (105) ist ein elektronisches Bauelement (125) angeordnet. Die Gehäuseeinrichtung (110) ist zum Abführen von einer im Betrieb des elektronischen Bau- elements (125) entstehenden Wärme (160) ausgebildet. Dabei weist die Gehäuseeinrichtung (110) zumindest ein eine Rückstellkraft erzeugendes Element (130) auf. Die Gehäuseeinrichtung (110) ist an der Leiterplatteneinrichtung (105) angeordnet. Der Latentwärmespeicher (115) ist zwischen der Leiterplatteneinrichtung (105) und der Gehäuseeinrichtung (110) derart angeordnet, dass die im Betrieb des elektronischen Bauelements (125) entstehende Wärme (160) über das eine Rückstellkraft erzeugende Element (130) abgeleitet wird.

Description

Kühlvorrichtung, Fahrzeug, Verfahren zum Herstellen einer Kühlvorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Kühlvorrichtung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung, ein Fahrzeug, auf ein Verfahren zum Betreiben einer Kühlvorrichtung und auf ein Verfahren zum Herstellen einer Kühlvorrichtung.
Es sind Kühlvorrichtungen bekannt, die unter der Verwendung von Federn einen thermischen Spalt zur Verpressung eines Wärmespeichers minimieren können.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Kühlvorrichtung, ein verbessertes Fahrzeug, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Kühlvorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Kühlvorrichtung gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine Kühlvorrichtung geschaffen werden kann, die eine zuverlässige und schnelle Kühlung eines elektrischen Bauelements bewirken kann.
Eine Kühlvorrichtung weist eine Leiterplatteneinrichtung, einen Gehäuseeinrichtung und einen Latentwärmespeicher auf. An der Leiterplatteneinrichtung ist ein elektronisches Bauelement angeordnet. Die Gehäuseeinrichtung ist zum Abführen von einer im Betrieb des elektronischen Bauelements entstehenden Wärme ausgebildet. Dabei weist die Gehäuseeinrichtung zumindest ein eine Rückstellkraft erzeugendes Element auf. Die Gehäuseeinrichtung ist an der Leiterplatteneinrichtung angeordnet. Der Latentwärmespeicher ist zwischen der Leiterplatteneinrichtung und der Gehäuseeinrichtung derart angeordnet, dass die im Betrieb des elektronischen Bauelements entstehende Wärme über das eine Rückstellkraft erzeugende Element abgeleitet wird.
Die Kühlvorrichtung kann beispielsweise innerhalb eines Fahrzeugs verbaut sein. Die Leiterplatteneinrichtung kann eine Leiterplatte und zumindest das elektronische Bauelement aufweisen. Die Leiterplatteneinrichtung kann kostengünstig hergestellt werden. Die Gehäuseeinrichtung kann platzsparend realisiert werden und an der Leiterplatteneinrichtung entsprechend bauraumoptimiert angeordnet werden. Das eine Rückstellkraft erzeugende Element kann porös oder aufgeschäumt sein und ebenfalls kostengünstig hergestellt werden. Das eine Rückstellkraft erzeugende Element kann beispielsweise ein Schaumelement, ein eine Rückstellkraft erzeugendes viskoses Element oder ein TIM-(thermal interface material) Element sein. Im Weiteren wird beispielhaft von einem Schaumelement gesprochen. Der Latentwärmespeicher kann vorteilhaft zwischen der Leiterplatteneinrichtung und der Gehäuseeinrichtung angeordnet werden, sodass der Latentwärmespeicher zuverlässig und schnell Wärme ableiten oder aufnehmen kann.
Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass durch die Verwendung des Latentwärmespeichers in Verbindung mit dem Schaumelement im Betrieb des elektronischen Bauelementes entstehende Wäre effizient und schnell abgeführt werden kann. Dies basiert speziell darauf, dass das Schaumelement bei der Herstellung der Kühlvorrichtung derart eingepresst wird, dass es den Latentwärmespeicher zuverlässig auf das elektronische Bauelement drückt, sodass ein sehr guter thermischer Kontakt zwischen dem Latentwärmespeicher und der Gehäuseeinrichtung sichergestellt werden kann. Auf diese Weise kann eine vorteilhafte Kühlung bzw. Wärmeabfuhr von dem elektrischen Bauelement sichergestellt werden. Besonders durch die Verwendung des Latentwärmespeichers, der vorteilhafterweise in direktem Kontakt mit dem elektronischen Bauelement steht, kann eine schnelle Aufnahme einer großen Menge von Wärme in unmittelbarer Nähe elektronischen Bauelementes erreicht werden.
Die Gehäuseeinrichtung kann ein Kühlelement aufweisen. Das Kühlelement kann als ein Kühlkörper ausgebildet sein und so beispielsweise die Wärme zuverlässig und schnell ableiten, sodass ein Überhitzen des elektronischen Bauelements vermieden werden kann.
Das Kühlelement kann zwischen dem Latentwärmespeicher und dem Schaumelement angeordnet sein. Aufgrund dieser Anordnung kann das Kühlelement zuverlässig und effizient wirken und eine schnelle Wärmeabfuhr vom Latentwärmespeicher sicherstellen.
Die Gehäuseeinrichtung kann einen Wärmeverteiler aufweisen, der an dem Schaumelement angeordnet sein kann. Der Wärmeverteiler kann optimal als Wärmesenke wirken und auf diese Weise eine effiziente Wärmeabfuhr vom elektronischen Bauelement ermöglichen.
Der Wärmeverteiler kann ausgebildet sein, um die Wärme in eine Umgebung der Kühlvorrichtung abzugeben. Somit kann der Wärmeverteiler beispielsweise das elektronische Bauelement vor einer Überhitzung schützen.
Das Schaumelement kann ausgebildet sein, um bei Erwärmung eine Kraft auf den Latentwärmespeicher auszuüben. Somit kann der Latentwärmespeicher zuverlässig komprimiert werden. Zusätzlich kann bei einer zunehmenden Erwärmung des Schaumelementes eine Zunahme des Drucks auf den Latentwärmespeicher erfolgen, sodass eine Verbesserung der Wärmeabfuhr über den Latentwärmespeicher erreicht werden kann. Auf diese Weise kann durch die Erhöhung der Wärmeabfuhrkapazität bei Erhöhung der Temperatur des elektronischen Bauelementes eine positive Rückkopplung und somit eine selbstregulierende Wärmeabfuhr ermöglicht werden.
Das Schaumelement kann als ein thermisch leitfähiges Schaumelement ausgebildet sein. Somit kann das Schaumelement zuverlässig und effizient Wärme leiten, beispielsweise zu dem Wärmeverteiler.
Das Schaumelement kann ausgebildet sein, um sich bei einer Erwärmung auszudehnen zu bewirken. Zusätzlich oder alternativ kann das Schaumelement seinen Zustand und zusätzlich oder alternativ seine Form ändern. Durch die Ausdehnung kann das Schaumelement die Kraft vorteilhaft auf den Latentwärmespeicher übertragen.
Der Latentwärmespeicher ein Wärmspeichermaterial aufweist, das ausgebildet sein kann, um bei einer Temperatur von 50 bis 70 Grad Celsius zu schmelzen, insbesondere bei über 60 Grad Celsius zu schmelzen. Vorteilhafterweise verflüssigt sich ein Material des Latentwärmespeichers bei dieser Schmelztemperatur, sodass eine Überhitzung des elektronischen Bauelements vermieden werden kann. Zusätzlich weist eine solche Ausführungsform eine hohe Wärmeaufnahmekapazität in unmittelbarer Nähe des elektronischen Bauelementes auf, sodass dieses Bauelement zuverlässig vor einer Überhitzung geschützt werden kann.
Die Gehäuseeinrichtung kann ein Gehäuseelement aufweisen, das an der Leiterplattenvorrichtung angeordnet ist. Somit können die Komponenten zwischen dem Gehäuseelement und der Leiterplattenvorrichtung vorteilhaft vor äußeren Einflüssen geschützt werden, beispielweise vor Staub und Verschmutzung. Dadurch eine Langlebigkeit der einzelnen Komponenten ermöglicht werden.
Ein Fahrzeug weist eine Ausführungsform einer hierin genannten Kühlvorrichtung auf. Auch durch eine solche Ausführungsform können die Vorteile des hier beschriebenen Ansatzes sehr effizient realisiert werden.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Ausführungsform einer hierin genannten Kühlvorrichtung umfasst einen Schritt des Bereitstellens einer Leiterplatteneinrichtung, einer Gehäuseeinrichtung und eines Latentwärmespeichers. Zusätzlich umfasst das Verfahren einen Schritt des Anordnens des Latentwärmespeichers zwischen der Leiterplatteneinrichtung und der Gehäuseeinrichtung, um die Kühlvorrichtung herzustellen. Auch durch eine solche Ausführungsform können die Vorteile des hier beschriebenen Ansatzes sehr effizient realisiert werden.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Eine Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt.
Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Besonders günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes als Verfahren zum Betreiben einer Variante einer hier vorgestellten Kühlvorrichtung, wobei das Verfahren einen Schritt des Aktivierens des elektronischen Bauelementes und einen Schritt des Abführens einer beim Betrieb des aktivieren elektronischen Bauelementes entstehenden Wärme über das Schaumelement aufweist. Auch durch eine solches Ausführungsform kann eine zuverlässige und effiziente Wärmeabfuhr von dem elektronischen Bauelement erreicht werden.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kühlvorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs;
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen einer Kühlvorrichtung;
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Herstellen einer Kühlvorrichtung; und Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer Kühlvorrichtung.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kühlvorrichtung 100. Die Kühlvorrichtung 100 ist beispielsweise innerhalb eines Fahrzeugs verbaut.
Die Kühlvorrichtung 100 weist eine Leiterplatteneinrichtung 105, eine Gehäuseeinrichtung 110 und einen Latentwärmespeicher 115 auf. Die Leiterplatteneinrichtung 105 weist eine Leiterplatte 120 und ein elektronisches Bauelement 125 auf, das an der Leiterplatte 120 angeordnet ist. Die Leiterplatteneinrichtung 105 ist an der Gehäuseeinrichtung 110 angeordnet, wobei die Gehäuseeinrichtung 110 ein Schaumelement 130 und zusätzlich beispielsweise einen optionalen Wärmeverteiler 150 und ein Kühlelement 140 aufweist. Das Kühlelement kann vorliegend beispielsweise als ein einfach ausgestalteter Metallkörper, der eventuell Rippen aufweist, ausgestaltet sein. Der Latentwärmespeicher 115 ist zwischen der Leiterplatteneinrichtung 105 und der Gehäuseeinrichtung 110 angeordnet, genauer gesagt zwischen dem elektronischen Bauelement 125 und dem Kühlelement 140. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Kühlelement 140 zwischen dem Schaumelement 130 und dem Latentwärmespeicher 115 angeordnet oder eingeklemmt.
Die Gehäuseeinrichtung 110 bildet beispielhaft ein Gehäuseelement 155 aus, das beispielsweise U-förmig ausgeformt ist, wobei die Leiterplatte 120 beispielhaft derart an den Enden des U-förmigen Gehäuseelements 155 angeordnet ist, dass eine Öffnung des U-förmigen Gehäuseelements 115 von der Leiterplatte 120 verdeckt oder fluiddicht verschlossen ist. Somit sind das Schaumelement 130, das Kühlelement 140, der Latentwärmespeicher 115 und das elektronische Bauelement 125 vor äußeren Einflüssen geschützt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Wärmeverteiler 150, beispielsweise als spezielle Lage oder Inlay, innerhalb des Gehäuseelements 155 angeordnet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel entsteht in einem Betriebszustand des elektronischen Bauelements 125 Wärme 160. Die Kühlvorrichtung 100 ist ausgebildet, um diese Wärme 160 unter Verwendung des Schaumelements 130 an eine Umgebung außerhalb der Kühlvorrichtung 100 abzuführen.
Die Wärme 160 steigt beispielsweise ausgehend von der Leiterplatteneinrichtung 105 bzw. dem elektronischen Bauelement 125 in Richtung Gehäuseeinrichtung 110. Ein Pfeil zeigt beispielhaft einen Richtungsverlauf der Wärme 160 an.
Die Wärme 160 passiert dabei den Latentwärmespeicher 115. Der Latentwärmespeicher 115 ist derart ausgebildet, dass ein darin befindliches Wärmespeichermaterial (beispielsweise ein spezielles Salz oder Paraffin wie z. B. Dikaliumhydrogenphos- phat-Hexahydrat oder Natriumacetat-Trihydrat) bei einer Wärme von lediglich beispielhaft 60 Grad Celsius oder bei einer Wärme von über 60 Grad Celsius schmilzt. Die Wärme 160 passiert nachfolgend das Kühlelement 140, das die Wärme 160 zu dem Schaumelement 130 weiterleitet. Das Schaumelement 130 ist beispielsweise thermisch leitfähig ausgebildet und leitet somit die Wärme 160 an den Wärmeverteiler 150 in dem Gehäuseelement 155 weiter. Der Wärmeverteiler 150 wiederum gibt die Wärme 160 an eine Umgebung der Kühlvorrichtung 100 ab.
Das Schaumelement 130 ist beispielsweise ausgebildet, um sich unter dem Einfluss der Wärme 160 bzw. bei deren Zunahme auszudehnen. Zusätzlich kann das Schaumelement 130 unter Einfluss der Wärme 160 von einem weichen Zustand in einen festen Zustand übergeben. Aufgrund der Ausdehnung des Schaumelements 130 übt das Schaumelement 130 eine Kraft 145 auf das Kühlelement 140 aus, die von dem Kühlelement 140 auf den Latentwärmespeicher 115 übertragen wird. Ein Pfeil in der Fig. 1 zeigt beispielhaft einen Richtungsverlauf der Kraft 145 an. Das Wärmespeichermaterial des Latentwärmespeichers 115 ist unter Einfluss der Wärme 160 zuvor geschmolzen. Nun wirkt die von dem Schaumelement 130 ausgehende Kraft 145 auf den Latentwärmespeicher 115, sodass der Latentwärmespeicher 115 komprimiert wird. Dadurch wird beispielhaft ein Spalt zwischen dem Latentwärmespeicher 115 und dem Kühlelement 140 und/oder ein Spalt zwischen dem Latentwärmespeicher 115 und der Leiterplatteneinrichtung 105 möglichst minimiert, sodass ein thermischer Kontakt beispielsweise verbessert werden kann. Dadurch wird beispielhaft eine Überhitzung der Leiterplatteneinrichtung 105 bzw. des elektronischen Bauelementes 125 vermieden.
In anderen Worten ausgedrückt schmilzt der Latentwärmespeicher 115 bzw. das Material des Latentwärmespeichers 115 bei einer Temperatur von mehr als 60 Grad Celsius. Wenn das Material des Latentwärmespeichers 115 geschmolzen ist, wird es auf eine minimale Bondliniendicke komprimiert. Somit entsteht ein optimierter Wärmespalt. Die benötigte Kraft 145 für das Komprimieren des Latentwärmespeichers 115 auf die minimale Bondliniendicke wird von dem Schaumelement 130 bereitgestellt.
In anderen Worten ausgedrückt ermöglicht der hier vorgestellte Ansatz eine verbesserte Kühlung des elektronischen Bauelements 125, das auch als System-on-a-Chip, kurz SoC, bezeichnet werden kann, unter Verwendung des Latentwärmespeichers 115, der auch als Phase Change Material bezeichnet werden kann und des thermisch leitfähigem Schaumelements 130, das auch als Schaum bezeichnet werden kann, mit integriertem Toleranzausgleich. Der Latentwärmespeicher 115, der Wärmeverteiler, der auch als Heatspreader bezeichnet werden kann und das Schaumelement 130 werden in einem Stack-up kombiniert. Dadurch wird der Latentwärmespeicher 115 auf mindestens eine Bondliniendicke, die auch als Bond Line Thickness, kurz BLT, bezeichnet werden kann, verpresst. Die benötigte Kraft 145 hierfür wird von dem thermisch leitfähigen Schaumelement 130 zur Verfügung gestellt. Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht somit eine Verbesserung der Kühlleistung durch Ausgleich der Toleranzen und Verpressung des Latentwärmespeicheers 115 auf eine minimale Bondliniendicke.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs 200 mit einer Kühlvorrichtung 100. Die Kühlvorrichtung 100 ähnelt oder entspricht hierbei der Kühlvorrichtung aus Fig. 1. Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 300 zum Herstellen einer Kühlvorrichtung. Die Kühlvorrichtung ähnelt oder entspricht hierbei der Kühlvorrichtung aus Fig. 1 und/oder Fig. 2.
Das Verfahren 300 umfasst einen Schritt 305 des Bereitstellens einer Leiterplatteneinrichtung, einer Gehäuseeinrichtung und eines Latentwärmespeichers. Zusätzlich umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 310 des Anordnens des Latentwärmespeichers zwischen der Leiterplatteneinrichtung und der Gehäuseeinrichtung, um die Kühlvorrichtung herzustellen.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 400 zum Herstellen einer Kühlvorrichtung.
Die Vorrichtung 400 ist ausgebildet, um das Verfahren aus Fig. 3 oder ein ähnliches Verfahren auszuführen. Die Vorrichtung 400 weist eine Einheit 405 zum Bereitstellen und eine Einheit 410 zum Anordnen auf. Die Einheit 405 zum Bereitstellen ist ausgebildet, um den Schritt des Bereitstellens auszuführen und/oder anzusteuern. Die Einheit 410 zum Anordnen ist ausgebildet, um den Schritt des Anordnenes auszuführen und/oder anzusteuern.
Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Betreiben einer Variante einer hier vorgestellten Kühlvorrichtung, wobei das Verfahren 500 einen Schritt des Aktivierens 510 des elektronischen Bauelementes und einen Schritt des Abführen 520 einer beim Betrieb des aktivieren elektronischen Bauelementes entstehenden Wärme über das Schaumelement aufweist.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezugszeichen
Kühlvorrichtung
Leiterplatteneinrichtung
Gehäuseeinrichtung
Latentwärmespeicher
Leiterplatte elektronisches Bauelement
Schaumelement
Kühlelement
Kraft
Wärmeverteiler
Gehäuseelement
Wärme
Fahrzeug
Verfahren zum Herstellen einer Kühlvorrichtung
Schritt des Bereitstellens
Schritt des Anordnens
Vorrichtung zum Herstellen einer Kühlvorrichtung
Einheit zum Bereitstellen
Einheit zum Anordnen
Verfahren zum Betreiben einer Kühlvorrichtung
Schritt des Aktivierens
Schritt des Abführens

Claims

Patentansprüche
1. Kühlvorrichtung (100), die die folgenden Merkmale aufweist: eine Leiterplatteneinrichtung (105), an dem ein elektronisches Bauelement (125) angeordnet ist; eine Gehäuseeinrichtung (110) zum Abführen von einer im Betrieb des elektronischen Bauelements (125) entstehenden Wärme (160), wobei die Gehäuseeinrichtung (110) zumindest ein eine Rückstellkraft erzeugendes Element (130) aufweist, wobei die Gehäuseeinrichtung (110) an der Leiterplatteneinrichtung (105) angeordnet ist; und einen Latentwärmespeicher (115), der zwischen der Leiterplatteneinrichtung (105) und der Gehäuseeinrichtung (110) derart angeordnet ist, dass die im Betrieb des elektronischen Bauelements (125) entstehende Wärme (160) über das Schaumelement (130) abgeleitet wird.
2. Kühlvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 , wobei die Gehäuseeinrichtung (110) ein Kühlelement (140) aufweist.
3. Kühlvorrichtung (100) gemäß Anspruch 2, wobei das Kühlelement (140) zwischen dem Latentwärmespeicher (115) und dem Schaumelement (130) angeordnet ist.
4. Kühlvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Gehäuseeinrichtung (110) einen Wärmeverteiler (150) aufweist, der an dem Schaumelement (130) angeordnet ist, insbesondere wobei der Wärmeverteiler (150) ausgebildet ist, um die Wärme (160) in eine Umgebung der Kühlvorrichtung (100) abzugeben.
5. Kühlvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Schaumelement (130) ausgebildet ist, um bei Erwärmung eine Kraft (145) auf den Latentwärmespeicher (115) auszuüben.
6. Kühlvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Schaumelement (130) als ein thermisch leitfähiges Schaumelement (130) ausgebildet ist.
7. Kühlvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Schaumelement (130) ausgebildet ist, um sich bei einer Erwärmung auszudehnen und/oder um seinen Zustand und/oder seine Form zu ändern.
8. Kühlvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Latentwärmespeicher (115) ein Wärmspeichermatenal aufweist, das ausgebildet ist, um bei einer Temperatur von 50 bis 70 Grad Celsius zu schmelzen, insbesondere bei über 60 Grad Celsius zu schmelzen.
9. Kühlvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Gehäuseeinrichtung (110) ein Gehäuseelement (155) aufweist, das an der Leiterplatteneinrichtung (105) angeordnet ist.
10. Fahrzeug (200) mit einer Kühlvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 9.
11 . Verfahren (300) zum Herstellen einer Kühlvorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verfahren (300) die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen (305) einer Leiterplatteneinrichtung (105), einer Gehäuseeinrichtung (110) und eines Latentwärmespeichers (115); und
Anordnen (310) des Latentwärmespeichers (115) zwischen der Leiterplatteneinrichtung (105) und der Gehäuseeinrichtung (110), um die Kühlvorrichtung (100) herzustellen.
12. Vorrichtung (400), die ausgebildet ist, um die Schritte des Verfahrens (300) gemäß Anspruch 11 in entsprechenden Einheiten (405, 410) auszuführen und/oder an- zusteuern.
13. Verfahren (500) zum Betreiben einer Kühlvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verfahren (500) die folgenden Schritte aufweist:
Aktivieren (510) des elektronischen Bauelementes (125); und
Abführen (520) einer beim Betrieb des aktivieren elektronischen Bauelementes (125) entstehenden Wärme (160) über das Schaumelement (130).
14. Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung oder Ansteuerung der Schritte eines der Verfahren (300. 500) nach Anspruch 12 oder 13, wenn das Computer-Programmprodukt auf einer Vorrichtung (400) ausgeführt wird.
15. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.
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