DE102005034546A1

DE102005034546A1 - Module with cooling device, has melt-body retained in number of cooling chambers

Info

Publication number: DE102005034546A1
Application number: DE200510034546
Authority: DE
Inventors: Roberto Dipl.-Ing. Schlenker (FH); Georg Dipl.-Ing. Dorfinger; Bernhard Dipl.-Ing. Eichhorn (FH)
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Aumovio Microelectronic GmbH
Priority date: 2005-07-23
Filing date: 2005-07-23
Publication date: 2007-01-25

Abstract

A module or unit (1) has a number of electrical components or units and is provided with a cooling device designed for using the heat of a melt-body (2) which is retained in a number of cooling chambers (8, 14, 20, 23, 25, 26). The melt-body (2) is specifically made of wax.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Baugruppe mit einer Anzahl elektrischer Komponenten und mit einer Kühlvorrichtung.The The invention relates to an assembly with a number of electrical Components and with a cooling device.

Die in einer Baugruppe mit einer Anzahl elektrischer Komponenten erzeugte Verlustleistung kann diese bis zur Fehlfunktion und/oder Zerstörung erwärmen. Sie wird deshalb abgeführt. Bisher werden derartige Baugruppen mit einer herkömmlichen Kühleinrichtung gekühlt, die insbesondere aus einem Kupferblech und/oder Aluminium-Kühlkörper besteht. Insbesondere dienen auf die einzelnen Komponenten aufgebrachte Kühlkörper aus Aluminium zur Aufnahme der Verlustwärme dieser Komponenten und Abgabe an die Umgebung, während beispielsweise ein Kupferblech, welches auf der der Bestückungsseite entgegengesetzten Seite einer eine Anzahl elektrischer Komponenten tragenden Leiterplatte angebracht ist, zur Aufnahme der der Leiterplatte zugeführten Wärme und Abgabe an die Umgebung dient. Das Kupferblech kann die Wärme auch an einen Kühlkörper aus Aluminium leiten, der seinerseits die Wärme speichert und kontinuierlich an die Umgebung abgibt.The generated in an assembly with a number of electrical components Power loss can heat up to malfunction and / or destruction. she is therefore removed. So far, such assemblies with a conventional cooling device cooled, which consists in particular of a copper sheet and / or aluminum heat sink. In particular, heat sinks applied to the individual components are used Aluminum for absorbing the heat loss of these components and Delivery to the environment while For example, a copper sheet, which on the assembly side opposite side of a number of electrical components carrying circuit board is mounted, for receiving the circuit board supplied Heat and Delivery to the environment serves. The copper sheet can also apply the heat a heat sink Aluminum, which in turn stores the heat and continuously to the environment.

Jede Kühleinrichtung wird ihrerseits durch die Umgebung gekühlt. Sie speichert die durch Verlustleistung erzeugte Verlustwärme und gibt sie kontinuierlich an die Umgebung ab. Durch die Überlagerung von Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr kommt es bei konstanter Verlustwärmezufuhr zur Einstellung eines thermischen Gleichgewichtes auf einem niedrigeren Temperaturniveau als ohne Kühleinrichtung.each cooling device is in turn cooled by the environment. She saves those Power loss generates lost heat and gives it continuously to the environment. By the overlay of heat and heat dissipation it comes with a constant loss of heat to set a thermal equilibrium at a lower one Temperature level as without cooling device.

Die den Baugruppen jeweils zugeordneten Kühleinrichtungen sind dabei üblicherweise hinsichtlich Materialwahl, Dimensionierung, Positionierung und dergleichen derart ausgestaltet, dass in sämtlichen auslegungsbedingt erwarteten Betriebszuständen eine für die jeweilige Baugruppe oder deren Komponen ten vorgegebene zulässige Höchsttemperatur in jedem Fall sicher unterschritten bleibt.The The assemblies respectively associated cooling devices are usually in terms of material selection, dimensioning, positioning and the like designed in such a way that in all due to design-related expected operating conditions one for the respective module or their components have the specified permissible maximum temperature in each case safely undercut.

Gerade bei Baugruppen oder Komponenten, bei denen mit Lastspitzen mit kurzzeitiger Verlustwärmezufuhr gerechnet werden muss, wie insbesondere bei Schaltvorgängen von Transistoren, führt dies dazu, dass sich die Auslegung der Kühlvorrichtung an lediglich kurzfristig und vorübergehend auftretende Zuständen orientieren muss, wohingegen die Kühlvorrichtungen für die überwiegend auftretenden Betriebsphasen überdimensioniert sind. Dadurch können Herstellungs- und Materialaufwand derartiger Kühlvorrichtungen unerwünscht hoch sein.Just in assemblies or components where with peak loads with short-term Loss of heat must be expected, especially in switching operations of Transistors, leads this in that the interpretation of the cooling device to only short-term and temporary occurring states whereas the cooling devices are for the most part Oversize operating phases occurring are. Thereby can Manufacturing and material costs of such cooling devices undesirably high be.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Baugruppe mit einer Kühlvorrichtung anzugeben, welche auch beim erwarteten Auftreten von Lastspitzen eine besonders kompakte Bauweise ermöglicht.Of the Invention is therefore based on the object, an assembly with a Indicate cooling device which is a special one even in the expected occurrence of load peaks compact design allows.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kühlvorrichtung gelöst, welche zur Nutzung der Schmelzwärme fester Stoffe in einer oder mehreren Kühlkammern zur Kühlung ausgelegt ist.These The object is achieved by a cooler solved, which to use the heat of fusion solid substances in one or more cooling chambers designed for cooling is.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die Verlustwärme von Lastspitzen kurzzeitig gespeichert und anschließend an die Umgebung abgegeben werden kann, ohne die Temperatur der Kühlvorrichtung wesentlich zu erhöhen. Einer herkömmlichen Kühleinrichtung zugeführte Verlustleistung dient zur Temperaturerhöhung dieser Kühleinrichtung. Um die Temperatur bei Lastspitzen nicht oder nur geringfügig zu erhöhen, wird ein Verlustwärme aufnehmender Vorgang gesucht, der die Temperatur nicht oder langsamer weiter ansteigen lässt. Ein solcher Prozess ist das Schmelzen eines festen Stoffes, des so genannten Schmelzkörpers. Während des Schmelzens wird die Temperatur nicht oder nur in geringerem Maße erhöht als dies ohne Schmelzkörper der Fall wäre, da Schmelzwärme zur Phasenumwandlung benötigt wird.The Invention goes from consideration from that the heat loss of peak loads temporarily stored and then on the environment can be discharged without the temperature of the cooling device significantly increase. A conventional one cooling device supplied Power loss serves to increase the temperature of this cooling device. In order to increase the temperature at peak loads not or only slightly, is a loss of heat absorbing Action sought, the temperature does not continue or slower rise. One such process is the melting of a solid, the so-called enamel body. While melting, the temperature is not or only to a lesser extent Dimensions increased as this without Melting body of Case would be because heat of fusion needed for phase transformation becomes.

In einer derartigen Kühlvorrichtung wird die Verlustwärme von Baugruppen mit elektrischen Komponenten einem oder mehreren Schmelzkörpern zugeführt, sie also auch zum Schmelzen fester Körper anstatt ausschließlich zur Erhöhung der Temperatur der Kühlvorrichtung verwendet. Schmilzt ein fester Körper, so nimmt er Schmelzwärme auf, die bei einem reinen Stoff nicht zur Temperaturerhöhung, sondern ausschließlich zur Phasenumwandlung verwendet wird. Erst nach vollständiger Verflüssigung steigt die Temperatur bei weiterer Wärmezufuhr weiter an. Bei einem Stoffgemisch erhöht sich bei gleicher Wärmezufuhr während des Schmelzvorganges die Temperatur langsamer, als wenn keine Phasenumwandlung stattfinden würde.In such a cooling device will the heat loss of assemblies with electrical components one or more melting bodies supplied So they also for melting solid body instead of exclusively for increase the temperature of the cooling device used. Melts a solid body, so he takes heat of fusion on, in a pure substance not to increase the temperature, but exclusively is used for phase transformation. Only after complete liquefaction If the temperature continues to increase, the temperature continues to increase. At a Mixture increased at the same heat while the melting process the temperature slower than if no phase transformation would take place.

Der Grundgedanke des verwendeten Kühlkonzeptes ist, in die Kühlvorrichtung feste Körper einzubauen, deren Schmelzpunkt derart gewählt ist, dass das gewünschte Temperaturniveau infolge kurzzeitiger Lastspitzen nicht überschritten wird. Während der Lastspitze wird dem Schmelzkörper Verlustwärme zugeführt, die bei Erreichen der Schmelztemperatur bei Verwendung eines reinen Stoffes als Schmelzkörper vollständig zur Phasenumwandlung anstatt zur Temperaturerhöhung verwendet wird. Hierdurch wird der Schmelzkörper teilweise geschmolzen. Nach Abklingen der Lastspitze bleibt die Temperatur der Kühlvorrichtung trotz verminderter Verlustwärmezufuhr zunächst auf dem Niveau der Schmelztemperatur, da zunächst Erstarrungswärme an die Umgebung abgegeben wird. Erst wenn der Schmelzkörper vollständig erstarrt ist, sinkt die Temperatur der Kühlvorrichtung wieder.The basic idea of the cooling concept used is to incorporate solid bodies into the cooling device whose melting point is selected such that the desired temperature level is not exceeded as a result of short-term peak loads. During the load peak, the melting body heat loss is supplied to the ver completely when converting the melting temperature when using a pure substance as a melting body for phase transformation instead of increasing the temperature is used. As a result, the melting body is partially melted. After the load peak has subsided, the temperature of the cooling device, despite reduced heat loss, initially remains at the level of the melting temperature, since solidification heat is first released to the environment. Only when the melting body is completely solidified, the temperature of the cooling device drops again.

Als Material für den Schmelzkörper findet vorteilhafterweise Wachs Verwendung.When Material for the enamel body is advantageously used wax.

In vorteilhafter Anordnung ist die Kühlvorrichtung zur Abführung der Verlustwärme einer Leiterplatte auf der der Bestü ckungsseite gegenüberliegenden Seite einer Leiterplatte angebracht. Die von den elektrischen Komponenten der Baugruppe erzeugte Verlustwärme wird zunächst von der Leiterplatte aufgenommen, welche die Wärme dann an die Kühlvorrichtung weitergibt.In Advantageous arrangement, the cooling device for discharging the heat loss a printed circuit board on the opposite side of the loading Side of a circuit board attached. The of the electrical components the module generated waste heat will be first taken from the circuit board, which then transfers the heat to the cooling device passes.

Die Kühlvorrichtung umfasst vorteilhafterweise ein Kühlblech, welches auf der der Bestückungsseite der Leiterplatte entgegengesetzten Seite angebracht ist und zweckmäßigerweise durch Formgebung des Kühlblechs erzeugte Hohlräume als Kühlkammern zur Aufnahme von Schmelzkörpern aufweist. Die Einbringung von Schmelzkörpern in die Hohlräume ist sowohl in fester als auch in heißer flüssiger Form möglich. Letztere Methode hat den Vorteil, dass heiße flüssige Schmelzkörper nach dem Einbringen erstarren und dabei eine formschlüssige Verbindung und somit einen besonders guten thermischen Kontakt mit dem Kühlblech bereits vor dem ersten durch Verlustwärme bedingten Schmelzen bilden. Hierdurch ist ein guter thermischer Kontakt zwischen Kühlblech und Schmelzkörper und somit die volle Funktionsfähigkeit der Schmelzkörper bereits vor dem ersten durch Zufuhr von Verlustwärme im laufenden Betrieb eintretenden Schmelzen gewährleistet.The cooler advantageously comprises a cooling plate, which on the component side the circuit board opposite side is attached and conveniently by shaping the cooling plate generated cavities as cooling chambers for the absorption of enamel bodies having. The introduction of enamel bodies in the cavities is possible both in solid and in hot liquid form. Latter Method has the advantage that hot liquid enamel body after the introduction solidify while doing a positive connection and thus a particularly good thermal contact with the heat sink already form before the first caused by heat loss melts. This is a good thermal contact between the heat sink and enamel bodies and thus the full functionality the enamel body already before the first entering by supply of heat loss during operation Ensures melting.

Das Kühlblech ist vorteilhafterweise nach Einbringen der Schmelzkörper in die Hohlräume mit einer Laminatfolie abgedichtet, welche für einen sicheren Halt der Schmelzkörper in den Hohlräumen sorgt.The heatsink is advantageously after introduction of the fusible material in the cavities sealed with a laminate film, which for a secure hold of the fusible body in ensures the cavities.

Diese Laminatfolie dient zweckmäßigerweise gleichzeitig als Klebeverbindung mit der Leiterplatte und stellt so einen guten thermischen Kontakt zwischen Kühlblech und Leiterplatte her.These Laminated foil is expediently used at the same time as an adhesive connection with the circuit board and provides so a good thermal contact between the heat sink and PCB ago.

In besonders vorteilhafter Weise enthält das Kühlblech auf der der Leiterplatte zugewandten Seite Ausbuchtungen, die derart dimensioniert sind, dass sie eine kraftschlüssige Verbindung mit Bohrungen in der Leiterplatte bilden. Hierdurch wird das Kühlblech starr mit der Leiterplatte verbunden. Außerdem ist es bei entsprechender Platzierung der elektrischen Komponenten auf der Leiterplatte möglich, die Ausbuchtungen mit Schmelzkörpern derart auszustatten, dass diese mit den elektrischen Komponenten in direktem Kontakt stehen und so eine direkte Kühlung der elektrischen Komponenten ohne Erwärmung der Leiterplatte ermöglichen.In Particularly advantageously, the cooling plate contains on the circuit board facing side bulges that are sized in such a way that they are a non-positive Make connection with holes in the circuit board. This will the cooling plate rigid connected to the circuit board. Besides, it is at appropriate Placement of the electrical components on the circuit board possible, the Bulges with enamel bodies equip such that these with the electrical components in direct contact and so a direct cooling of the electrical components without heating enable the circuit board.

Der Schmelzkörper ist in vorteilhafter Weise in ein Trägermaterial eingebracht, wodurch insbesondere eine leichtere Handhabbarkeit und Formbarkeit ermöglicht wird. Der Schmelzpunkt des Trägermaterials liegt dabei höher als der des Schmelzkörpers. Als Trägermaterial ist zweckmäßigerweise insbesondere Filz vorgesehen.Of the melting body is advantageously introduced into a carrier material, whereby in particular easier handling and moldability is made possible. The melting point of the carrier material is higher than that of the enamel body. When support material is expediently especially felt provided.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann der Schmelzkörper in einer auf der der Bestückungsseite gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte anzubringenden Kühlkammer eingebracht sein, die als offener Behälter ausgeführt ist. Insbesondere kann dabei die Anbringung direkt unterhalb von einer Ausbuchtung des Kühlblechs erfolgen, um das für Schmelzkörper bereitstehende Volumen für die direkte Kühlung elektrischer Komponenten zu vergrößern und so die Leistungsfähigkeit der Schmelzköperkühlung zu steigern. Die Anbringung eines derartigen Behälters kann zu jedem Zeitpunkt, also insbesondere nach einem Funktionstest einer Baugruppe bei Feststellung weiteren Kühlbedarfs, erfolgen.In Another advantageous embodiment, the fusible in one on the component side opposite Be introduced side of the circuit board to be mounted cooling chamber, as an open container accomplished is. In particular, the attachment can be directly below a bulge of the cooling plate take place to that for enamel body ready Volume for the direct cooling electrical components to increase and so the performance the Schmelzköperkühlung too increase. The attachment of such a container can at any time, So in particular after a functional test of an assembly when detected further cooling demand, respectively.

Der offene Behälter kann als Topf ausgeführt sein. Der Topf besteht wegen der Wärmeausdehnung des Schmelzkörpers zweckmäßigerweise aus einem elastischen Material, insbesondere aus Silikon-Gummi. Durch die Elastizität des Topfes ist gewährleistet, dass durch die Wärmeausdehnung des Schmelzkörpers keine übermäßigen Materialspannungen entstehen, so das die Funktionalität des Topfes erhalten bleibt. Er weist in vorteilhafter Ausgestaltung eine breite Randfläche zum Verkleben mit dem oder Anschweißen an das Kühlblech auf.Of the open containers can be designed as a pot. The pot exists because of the thermal expansion of the fusible body expediently made of an elastic material, in particular of silicone rubber. By the elasticity the pot is guaranteed that by the thermal expansion of the fusible body no excessive material tension arise, so that the functionality of the pot is maintained. He has in an advantageous embodiment, a wide edge surface Gluing with or welding to the cooling plate on.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann der Schmelzkörper auch in einer als separater geschlossener Behälter ausgebildeten Kühlkammer eingebracht werden, der auch nachträglich insbesondere an dem Kühlblech angebracht werden kann, um von dort von der Leiterplatte aufgenommene Verlustwärme aufzunehmen. Dieser Behälter kann auch aus einem Trägermaterial, insbesondere Filz, bestehen und benötigt dann keine Wandung.In Another advantageous embodiment of the enamel body also placed in a cooling chamber formed as a separate closed container be, which also later in particular on the cooling plate can be attached to from there recorded by the circuit board heat loss take. This container can also be made of a carrier material, especially felt, exist and then requires no wall.

Alternativ oder zusätzlich kann der Schmelzkörper zweckmäßigerweise auch in Form von Kleinstteilen in einer Vergussmasse enthalten sein. Die Vergussmasse dient als Matrix für Schmelzkörper. Sie ist ein zähflüssiges Material, welches mit dem Körper, in den es eingebracht wird, eine formschlüssige Verbindung bildet und nach dem Ausbringen dauerelastisch bleibt. Hierdurch kann sich der Schmelzkörper während des Phasenüberganges ausdehnen, ohne dass unzulässige Materialspannungen entstehen.Alternatively or additionally, the melting body may expediently also be contained in the form of very small parts in a casting compound. The potting compound serves as a matrix for enamel bodies. It is a viscous material which forms a positive connection with the body into which it is introduced and remains permanently elastic after application. This may cause the Expand fusible material during the phase transition without creating undue material stresses.

Als Material für die Vergussmasse wird zweckmäßigerweise Silikon verwendet.When Material for the potting compound is expediently Silicone used.

Eine direkte Kühlung der elektrischen Komponenten einer Baugruppe ist vorteilhafterweise auch von der Bestückungsseite der Leiterplatte aus möglich. Hierzu wird der Schmelzkörper beispielsweise in Form von Vergussmasse in einen offenen Behälter, insbesondere aus einem elastischen Material, eingebracht und dieser sodann auf der Bestückungsseite angebracht.A direct cooling the electrical components of an assembly is also advantageous from the component side the PCB from possible. For this purpose, the enamel body for example in the form of potting compound in an open container, in particular made of an elastic material, introduced and this then on the component side appropriate.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist eine Kühlung mit Schmelzkörper im Innern der Leiterplatte in einer Kühlschicht möglich, indem zwischen zwei Leiterbahnebenen ein geeignet dimensionierter Hohlraum als Kühlkammer zur Aufnahme eines insbesondere in einer Vergussmasse eingebetteten Schmelzkörpers vorgesehen und dieser dort eingebracht wird. Die von der Leiterplatte aufgenommene Verlustwärme wird bei Erreichen des Schmelzpunktes dieses Schmelzkörpers zum Schmelzen verwendet und die Leiterplattentemperatur somit auf einem niedrigeren Niveau gehalten als ohne Kühlschicht. Als Trägermaterial für den Schmelzkörper kann insbesondere elastisches Material gewählt werden, um die Wärmeausdehnung des Schmelzkörpers aufzufangen.In Particularly advantageous embodiment is a cooling with fusible material in Inside the circuit board in a cooling layer possible by between two Leiterbellenbenen a suitably sized cavity as a cooling chamber intended to receive a particularly embedded in a potting compound enamel body and this is introduced there. The loss of heat absorbed by the PCB is when melting point of this melting body used for melting and the circuit board temperature is thus kept at a lower level as without cooling layer. When support material for the melting body In particular elastic material can be selected to thermal expansion of the fusible body catch.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann die Kühlvorrichtung durch in das Gehäuse oder den Gehäusedeckel eingegossene Vergussmasse, welche den Schmelzkörper in Form von Kleinstteilen enthält, realisiert werden. Die Vergussmasse kann die von der Baugruppe ausgehende Wärme in diesem Fall durch Wärmestrahlung aufnehmen.In Another advantageous embodiment, the cooling device through in the casing or the housing cover cast encapsulant, which the enamel body in the form of very small parts contains will be realized. The potting compound can emanate from the module Heat in this case by heat radiation take up.

Das Kühlblech kann in zweckmäßiger Ausgestaltung einen Ausläufer aufweisen, der in die Vergussmasse im Gehäuse oder Gehäusedeckel ragt. Über diesen Ausläufer wird die Verlustwärme zum Schmelzkörper in der Vergussmasse geleitet. In diesem Fall kann die von der Baugruppe ausgehende Wärme auch über Wärmeleitung statt nur über Wärmestrahlung von der Vergussmasse aufgenommen werden.The heatsink can in an appropriate embodiment a spur have, in the potting compound in the housing or housing cover protrudes. about this spur will the heat loss to the enamel body passed in the potting compound. In this case, that of the assembly outgoing heat also over heat conduction instead of just over thermal radiation be absorbed by the potting compound.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Nutzung eines Schmelzprozesses zu Kühlzwecken eine Zwischenspeicherung der Verlustwärme von Lastspitzen ohne oder mit nur geringfügiger Temperaturerhöhung der Kühlvorrichtung für eine Baugruppe mit elektrischen Komponenten und somit eine vergleichsweise kompakte Bauweise einer solchen Baugruppe erreichbar sind. Die direkte Kühlung elektrischer Komponenten durch eine Bohrung in der Leiterplatte ist möglich. In einigen vorgestellten Bauformen können die Schmelzkörper sowohl während der Serienfertigung als auch nachträglich eingebaut werden. Beim Einbringen in heißer flüssiger Form in die Hohlräume des Kühlblechs oder Behälters entsteht beim Erstarren des Schmelzkörpers eine formschlüssige Verbindung und somit ein enger thermischer Kontakt bereits vor dem ersten durch Verlustwärme bedingten Schmelzen, welcher einen guten Wirkungsgrad der Kühlung garantiert.The particular advantages of the invention are that by using a melting process for cooling purposes an intermediate storage of the heat loss from load peaks without or with only minor ones Temperature increase of cooler for one Assembly with electrical components and thus a comparatively compact Construction of such an assembly can be achieved. The direct cooling electrical Components through a hole in the circuit board is possible. In In some of the designs presented, the enamel bodies can both while series production as well as retrofitted. When introducing in hotter liquid Form in the cavities of the heat sink or container arises during the solidification of the fusible a positive connection and thus a close thermal contact already before the first heat loss conditional melting, which guarantees a good cooling efficiency.

Schmelzkörper zur Aufnahme von Verlustwärme können insbesondere auf beiden Seiten der Leiterplatte, im Innern der Leiterplatte als Kühlungsschicht sowie im Gehäuse oder Gehäusedeckel untergebracht werden. Die Kühlvorrichtung ist zudem serientauglich und kosteneffizient und ermöglicht eine hohe Flexibilität der Formgebung der Baugruppe insgesamt.Melting body for Absorption of heat loss can especially on both sides of the PCB, inside the PCB as a cooling layer as well as in the housing or housing cover be housed. The cooling device is also suitable for serial production and cost-efficient and enables one high flexibility the overall shape of the assembly.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:One embodiment The invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:

1 eine mit diversen Schmelzkörpern gekühlte Baugruppe im Schnitt, 1 an assembly cooled with various fusible elements in section,

2 einen offenen Behälter (unten) mit dem dazugehörigen Schmelzkörper (oben) in perspektivischer Ansicht, und 2 an open container (below) with the associated fusible element (top) in a perspective view, and

3 ein Kühlblech vor dem Einbringen in eine Leiterplatte im Schnitt. 3 a cooling plate before insertion into a circuit board in the section.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Same Parts are provided with the same reference numerals in all figures.

1 zeigt eine Baugruppe 1, die mit diversen Schmelzkörpern 2, welche insbesondere aus Wachs bestehen, gekühlt wird. Sie umfasst eine Leiterplatte 4, an der auf der der Bestückungsseite gegenüberliegenden Seite ein Kühlblech 6 angebracht ist. In das Kühlblech 6 ist durch Formgebung ein Hohlraum 8 auf der der Leiterplatte abgewandten Seite zur Aufnahme eines Schmelzkörpers 2 eingearbeitet. Der Hohlraum 8 ist mit einer Laminatfolie 10 abgedichtet. 1 shows an assembly 1 , with various enamel bodies 2 , which consist in particular of wax, is cooled. It includes a printed circuit board 4 , on the side opposite the component side a cooling plate 6 is appropriate. In the cooling plate 6 is a cavity by shaping 8th on the side facing away from the circuit board for receiving a fusible element 2 incorporated. The cavity 8th is with a laminate foil 10 sealed.

Das Kühlblech 6 hat insbesondere die Aufgabe, die in den Bauelementen 12 erzeugte und von der Leiterplatte 4 aufgenommene sowie auch die in der Leiterplatte 4 entstehende Verlustwärme aufzunehmen und an die Umgebung abzugeben oder an einen weiteren Kühlkörper weiterzuleiten. Hierzu ist ein optimaler thermischer Kontakt zwischen Leiterplatte 4 und Kühlblech 6 erforderlich. Die Laminatfolie 10 dient auch als Klebeverbindung zwischen Leiterplatte 4 und Kühlblech 6 und gewährleistet somit einen guten thermischen Kontakt.The heat sink 6 in particular has the task in the components 12 generated and from the circuit board 4 recorded as well as in the circuit board 4 absorb heat loss and dissipate it to the environment or forward it to another heat sink. This is an optimal thermal contact between the circuit board 4 and cooling plate 6 required. The laminate film 10 also serves as an adhesive connection between the printed circuit board 4 and cooling plate 6 and thus ensures good thermal contact.

Die Schmelzkörper 2 haben die Aufgabe, bei einer durch die Wahl ihres Materials festgelegten Temperatur die Aufnahme weiterer Verlustwärme, das Halten oder den langsameren Anstieg dieser Temperatur zu bewirken. Dies geschieht, indem die zugeführte Verlustwärme bei reinen Stoffen vollständig und bei Stoffgemischen teilweise zur Verflüssigung anstatt ausschließlich zur Temperaturerhöhung verwendet wird. Hierdurch werden insbesondere durch Schaltvorgänge elektronischer Bauelemente auftretende Verlustwärmespitzen ohne oder nur mit geringfügiger Temperaturerhöhung aufgefangen. In den Schaltpausen erstarrt der Schmelzkörper wieder, die Erstarrungswärme wird an die Umgebung abgegeben.The enamel bodies 2 have the task, at a temperature determined by the choice of their material, the absorption of further heat loss, the holding or the slower rise of this temperature to cause. This is done by the supplied heat loss in pure substances completely and in mixtures of substances partly for liquefaction rather than exclusively for increasing the temperature is used. As a result, loss heat peaks occurring in particular by switching operations of electronic components are absorbed without or only with a slight increase in temperature. During the switching breaks, the fusible material solidifies again, the heat of solidification is released to the environment.

In vorteilhafter Weise ist das Kühlblech 6 mit einer Ausbuchtung 14 auf der der Leiterplatte 4 zugewandten Seite versehen, welche ebenfalls zur Aufnahme eines Schmelzkörpers 2 dient. Hierdurch ist eine direkte Kühlung eines entsprechend platzierten Bauelementes 16 auf der Leiterplatte 2 durch eine Bohrung 18 in der Leiterplatte 2 möglich. Die Verlustwärme des Bauelements 16 wird direkt dem Kühlblech 6 und damit dem Schmelzkörper 2 in der Ausbuchtung 14 zugeführt, erwärmt also nicht wesentlich die Leiterplatte 4.Advantageously, the cooling plate 6 with a bulge 14 on the circuit board 4 facing side, which also for receiving a fusible link 2 serves. As a result, a direct cooling of a correspondingly placed component 16 on the circuit board 2 through a hole 18 in the circuit board 2 possible. The heat loss of the device 16 gets directly to the heat sink 6 and thus the enamel body 2 in the bulge 14 supplied, so does not significantly heat the circuit board 4 ,

Die Bohrung 18 dient gleichzeitig zur Fixierung des Kühlblechs 6 an der Leiterplatte 4. Werden mehrere Ausbuchtungen 14 und eine entsprechende Anzahl von Bohrungen 18 verwendet, so ergibt sich eine zusätzliche Verdrehsicherheit des Kühlblechs 6 gegenüber der Leiterplatte 4.The hole 18 at the same time serves to fix the cooling plate 6 on the circuit board 4 , Be several bulges 14 and a corresponding number of holes 18 used, this results in an additional security against rotation of the cooling plate 6 opposite the circuit board 4 ,

Der Schmelzkörper 2 ist in vorteilhafter Weise in ein Trägermaterial eingebracht, wodurch insbesondere eine leichtere Handhabbarkeit und Formbarkeit ermöglicht wird. Als Trägermaterial ist zweckmäßigerweise Filz vorgesehen.The enamel body 2 is advantageously introduced into a carrier material, whereby in particular easier handling and moldability is made possible. As a carrier material felt is conveniently provided.

Optional ist der Raum einer Ausbuchtung 14 durch eine als offener Behälter 20 ausgebildete Kühlkammer vergrößert, um einen größeren Schmelzkörper 2 zur direkten Kühlung des Bauelements 16 einzusetzen. Dies ist auch nach Einpressen des Kühlblechs 6 in die Leiterplatte 4 möglich. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass mehr Verlustwärme vom Schmelzkörper 2 gespeichert werden kann und somit nicht oder nur geringfügig zur Temperaturerhöhung beiträgt. Zur zusätzlichen Kühlung der Leiterplatte 4 werden als offene Behälter 20 ausgebildete Kühlkammern auch an anderen Stellen des Kühlblechs 6 angebracht.Optionally, the space of a bulge 14 by an open container 20 trained cooling chamber enlarged to a larger fusible link 2 for direct cooling of the device 16 use. This is also after pressing the cooling plate 6 in the circuit board 4 possible. By this measure it is achieved that more heat loss from the enamel body 2 can be stored and thus does not or only slightly contributes to the increase in temperature. For additional cooling of the printed circuit board 4 be as open containers 20 trained cooling chambers at other locations of the cooling plate 6 appropriate.

Gemäß 2 ist die als offener Behälter 20 ausgebildete Kühlkammer mit einem großflächigen Rand 21 zum Anbringen an die Leiterplatte 4 oder eine andere zu kühlenden Fläche versehen, der breiter ist als die Dicke der Wandung 22. Das Anbringen kann insbesondere durch Ankleben oder Anschweißen erfolgen. Die Wandung 22 des offenen Behälters 20 ist aus elastischem Material, insbesondere Silikon-Gummi, damit bei Wärmeausdehnung des Schmelzkörpers 2 keine Materialspannungen entstehen.According to 2 is that as an open container 20 trained cooling chamber with a large-scale edge 21 for attachment to the circuit board 4 or another surface to be cooled, which is wider than the thickness of the wall 22 , The attachment can be done in particular by gluing or welding. The wall 22 of the open container 20 is made of elastic material, in particular silicone rubber, so that upon thermal expansion of the body 2 no material stresses arise.

Gemäß 1 können Schmelzkörper 2 auch in geschlossene Behälter 23 eingebracht werden, welche ebenfalls zur Aufnahme von Verlustwärme vorgesehen sind. Geschlossene Behälter 23 können insbesondere bei Feststellung weiteren Kühlbedarfs während der Entwicklung nachträglich an die Leiterplatte 4 oder andere zu kühlende Flächen angebracht werden. Der geschlossene Behälter 23 kann auch aus einem Trägermaterial, insbesondere Filz, mit eingelagertem Schmelzkörper bestehen und benötigt damit keine Wandung.According to 1 can melt body 2 also in closed containers 23 are introduced, which are also provided to absorb heat loss. Closed containers 23 especially when finding additional cooling demand during development subsequently to the circuit board 4 or other surfaces to be cooled. The closed container 23 can also consist of a carrier material, in particular felt, with embedded fusible body and thus does not require a wall.

Der Schmelzkörper 2 ist vorteilhafterweise insbesondere in Form von Kleinstteilen in Vergussmasse 24 enthalten. Die Ver gussmasse 24 besteht aus elastischem Material, insbesondere Silikon, damit die Wärmeausdehnung des Schmelzkörpers nicht zu Materialspannungen führt.The enamel body 2 is advantageously in particular in the form of very small parts in potting compound 24 contain. The casting compound 24 consists of elastic material, in particular silicone, so that the thermal expansion of the fusible body does not lead to material stresses.

Die direkte Kühlung der elektrischen oder elektronischen Bauelemente 12 und 16 ist ferner durch Einbringen eines Schmelzkörpers 2 in einen insbesondere mit Vergussmasse 24 gefüllten als Kühlhaube 25 ausgebildeten Behälter auf der Bestückungsseite der Leiterplatte 4 möglich. Diese Art der direkten Kühlung hat den Vorteil, dass die Verlustwärme nicht erst die Leiterplatte 4 und das Kühlblech 6 durchdringen muss, aber den Nachteil, dass die Verlustwärme insbesondere bei integrierten Schaltkreisen zunächst die Moldmasse durchdringen muss.Direct cooling of electrical or electronic components 12 and 16 is also by introducing a fused body 2 in a particular with potting compound 24 filled as a cooling hood 25 trained container on the component side of the circuit board 4 possible. This type of direct cooling has the advantage that the heat loss is not just the circuit board 4 and the cooling plate 6 must penetrate, but the disadvantage that the heat loss, especially in integrated circuits must first penetrate the molding compound.

Um die Leiterplatte 4 mittels Schmelzwärme zu kühlen, werden eine oder mehrere Kühlschichten 26 innerhalb der Leiterplatte 4 verwendet, bei der der oder die Schmelzkörper 2 im Innern der Leiterplatte 4 zwischen den verschiedenen Leiterbahnebenen angeordnet werden. Der Hohlraum oder die Hohlräume zur Aufnahme von Schmelzkörpern, insbesondere in Form von elastischer Vergussmasse, muss bereits beim Design der Leiterplatte 4 berücksichtigt werden, die Schmelzkörper 2 müssen bei Konstruktion der Leiterplatte 4 eingebracht werden.To the circuit board 4 to cool by means of heat of fusion, become one or more cooling layers 26 inside the circuit board 4 used in which the one or more fusible elements 2 inside the circuit board 4 be arranged between the different interconnect levels. The cavity or cavities for receiving fusible bodies, in particular in the form of elastic potting compound, already has the design of the circuit board 4 to be taken into account, the enamel bodies 2 need in construction of the circuit board 4 be introduced.

Die den Schmelzkörper 2 enthaltende Vergussmasse 24 wird in flüssiger Form vorteilhafterweise in den Gehäusedeckel 30 oder den Boden des Gehäuses 32 eingebracht. Die Erwärmung der Schmelzkörper 2 erfolgt in diesem Fall insbesondere durch Wärmestrahlung.The the melting body 2 containing potting compound 24 is advantageously in liquid form in the housing cover 30 or the bottom of the case 32 brought in. The heating of the enamel body 2 takes place in this case, in particular by thermal radiation.

Der Vergussmasse 24 mit Schmelzkörper 2 in Form von Kleinstteilen im Boden des Gehäuses 32 wird außerdem über den Ausläufer 34 des Kühlbleches 6 dessen Wärme durch Wärmeleitung zugeführt. Sie kühlt ebenso weitere Baugruppen 36, wie anhand einer Spule mit Eisenkern gezeigt ist.The potting compound 24 with enamel body 2 in the form of very small parts in the bottom of the housing 32 will also be over the foothills 34 of the cooling plate 6 its heat supplied by heat conduction. It also cools other assemblies 36 as shown by a coil with iron core.

3 zeigt ein fertig geformtes Kühlblech 6 mit einem Hohlraum 8, einer Ausbuchtung 14 und einem Ausläufer 34 vor Einbringen in die Leiterplatte 4. Nach Einlegen eines festen oder Einfüllen eines heißen flüssigen Schmelzkörpers 2 in den Hohlraum 8 wird auf das Kühlblech 6 zunächst eine Laminatfolie 10 aufgeklebt. Das Einbringen eines Schmelzkörpers 2 in heißer flüssiger Form in einen Hohlraum 8 hat den Vorteil, dass der Schmelzkörper 2 beim Erkalten und damit Erstarren eine formschlüssige Verbindung mit dem Hohlraum 8 und damit mit dem Kühlblech 6 bildet und somit der optimale thermische Kontakt bereits vor der ersten Inbetriebnahme der Baugruppe gewährleistet ist. 3 shows a finished shaped cooling plate 6 with a cavity 8th , a bulge 14 and an offshoot 34 before insertion into the circuit board 4 , After inserting a solid or filling a hot liquid melted body 2 in the cavity 8th is on the heat sink 6 first a laminate film 10 glued. The introduction of a fusible body 2 in hot liquid form into a cavity 8th has the advantage that the enamel body 2 when cooling and thus solidifying a positive connection with the cavity 8th and therefore with the cooling plate 6 forms and thus the optimal thermal contact is guaranteed even before the first startup of the module.

Sodann wird eine Laminatfolie 10 aufgeklebt und anschließend das Kühlblech 6 von der der Bestückungsseite gegenüberliegenden Seite in die Leiterplatte 4 eingepresst. Die vor dem Pressvorgang leicht gewölbte Ausbuchtung 14 gelangt dabei in eine geeignet platzierte Bohrung 18 der Leiterplatte 4. Durch den Pressvorgang wird die Ausbuchtung 14 gestaucht, so dass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Kühlblech 6 und Leiterplatte 4 entsteht, die neben einer mechanischen Anbindung auch einen guten thermischen Kontakt des Kühlblechs 6 mit der Leiterplatte 4 innerhalb der Bohrung 18 gewährleistet. Durch die Laminatfolie 10 entsteht außerdem eine Klebeverbindung zwischen Kühlblech 6 und Leiterplatte 4, welche ebenfalls einen guten thermischen Kontakt gewährleistet. Werden mehrere Ausbuchtungen 14 im Kühlblech 6 mit mehreren geeignet platzierten Bohrungen 18 in der Leiterplatte 4 verwendet, so entsteht eine zusätzliche Verdrehsicherheit des Kühlblechs 6 gegenüber der Leiterplatte 4.Then, a laminate film 10 glued on and then the heat sink 6 from the opposite side of the component side in the circuit board 4 pressed. The slightly curved bulge before the pressing process 14 gets into a suitably placed hole 18 the circuit board 4 , By the pressing process, the bulge 14 compressed so that a frictional connection between the cooling plate 6 and circuit board 4 arises, in addition to a mechanical connection and a good thermal contact of the cooling plate 6 with the circuit board 4 inside the hole 18 guaranteed. Through the laminate film 10 also creates an adhesive bond between the heat sink 6 and circuit board 4 , which also ensures good thermal contact. Be several bulges 14 in the cooling plate 6 with several suitably placed holes 18 in the circuit board 4 used, it creates an additional security against rotation of the cooling plate 6 opposite the circuit board 4 ,

Da die Hohlräume 8 nach dem Aufkleben der Laminatfolie 10 nicht mehr zugänglich sind, muss das Einbringen der Schmelzkörper 2 in derartige Hohlräume vorher geschehen.Because the cavities 8th after sticking the laminate film 10 are no longer accessible, must be the introduction of the enamel body 2 previously done in such cavities.

Nach Bestückung mit über der Bohrung 18 platziertem Bauelement 16 und Verlötung steht das Kühlblech 6 dergestalt in di rektem Kontakt mit dem zu kühlenden Bauelement 16, dass ein optimaler Kühlwirkungsgrad gewährleistet ist. Die Ausbuchtung 14 ist hierzu mit dem Schmelzkörper 2 ausgefüllt. Die Verlustwärme wird vom Kühlblech 4 aufgenommen und direkt dem Schmelzkörper 2 zugeführt. Alternativ oder zusätzlich kann sie vom Schmelzkörper 2 im Hohlraum 8 und/oder über den Ausläufer 34 des Kühlblechs 6 Vergussmasse 28 im Gehäusedeckel 30 oder Boden des Gehäuses 32 zugeführt werden.After fitting with over the hole 18 placed component 16 and soldering is the cooling plate 6 in such a way in direct contact with the component to be cooled 16 in that optimum cooling efficiency is ensured. The bulge 14 is this with the enamel body 2 filled. The heat loss is from the heat sink 4 taken up and directly to the enamel body 2 fed. Alternatively or additionally, it may be from the fusible body 2 in the cavity 8th and / or over the spur 34 of the cooling plate 6 potting compound 28 in the housing cover 30 or bottom of the housing 32 be supplied.

11: Baugruppemodule
22: Schmelzkörpermelting body
44: Leiterplattecircuit board
66: Kühlblechheatsink
88th: Hohlraum des Kühlblechs 6 auf der der LeiterplatteCavity of the cooling plate 6 on the circuit board
: 4 abgewandten Seite 4 opposite side
1010: Laminatfolielaminate film
1212: elektrisches oder elektronisches Bauelementelectrical or electronic component
1414: Ausbuchtung des Kühlblechs 6 auf der der LeiterBulge of the cooling plate 6 on the ladder
: platte 4 zugewandten Seiteplate 4 facing side
1616: durch die Ausbuchtung 14 direkt gekühltes elektrithrough the bulge 14 directly cooled electr
: sches oder elektronisches BauelementMOORISH or electronic component
1818: Bohrung in der Leiterplatte 4 zur Aufnahme derHole in the circuit board 4 to accommodate the
: Ausbuchtung 14 bulge 14
2020: offener Behälteropen container
2121: Rand des offenen Behälters 20 Edge of the open container 20
2222: Wandung des offenen Behälters 20 Wall of the open container 20
2323: geschlossener Behälterclosed container
2424: Vergussmassepotting compound
2525: Kühlhaubecool hood
2626: Kühlschichtcooling layer
3030: Gehäusedeckelhousing cover
3232: Gehäusecasing
3434: Ausläufer des Kühlblechs 6 Extension of the cooling plate 6
3636: Spule mit EisenkernKitchen sink with iron core

Claims

Assembly ( 1 ) with a number of electrical components and with a cooling device, which is used to utilize the heat of fusion of one in a number of cooling chambers ( 8th . 14 . 20 . 23 . 25 . 26 . 28 ) held enamel body ( 2 ) is designed.

Assembly ( 1 ) according to claim 1, wherein the melting body ( 2 ) consists of wax.

Assembly ( 1 ) according to claim 1, wherein a part of the cooling device on the side opposite to the component side of a printed circuit board carrying electrical components ( 4 ) of the assembly is mounted.

Assembly ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, whose cooling device is a cooling plate ( 6 ) with cavities formed to form cooling chambers ( 8th ).

Assembly ( 1 ) according to claim 4, wherein the cavities ( 8th ) with a laminate film ( 10 ) are sealed.

Assembly ( 1 ) according to claim 4 or 5, wherein an adhesive bond between the heat sink ( 6 ) and the printed circuit board ( 4 ) with a laminate film ( 10 ) is made.

Assembly ( 1 ) according to one of claims 4 to 6, in which bulges ( 14 ) of the cooling plate ( 6 ) for cooling directly with components ( 16 ) stay in contact.

Assembly ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, wherein in a number of the cooling chambers, a carrier material is introduced, which is designed to receive the solid material.

Assembly ( 1 ) according to claim 8, wherein the felt is provided as a carrier material.

Assembly ( 1 ) according to one of Claims 1 to 9, in which a number of the cooling chambers each have a container (1) open on one side ( 20 ).

Assembly ( 1 ) according to claim 10, wherein the open container ( 20 ) consists of an elastic material.

Assembly ( 1 ) according to one of claims 1 to 11, in which a number of the cooling chambers are filled with the retrofitable intermediate product ( 23 ) is trained.

Assembly ( 1 ) according to one of claims 1 to 12, wherein a number of the cooling chambers by potting compound ( 24 ), which contains minute parts of the solid, is formed.

Assembly ( 1 ) according to claim 13, wherein the potting compound ( 24 ) consists of silicone.

Assembly ( 1 ) according to one of claims 1 to 14, in the potting compound ( 24 ) in a housing part ( 30 . 32 ) is poured.

Assembly ( 1 ) according to claim 15 in conjunction with claim 3, wherein at the cooling plate ( 6 ) an offshoot ( 34 ) is molded into the potting compound ( 24 protrudes.

Assembly ( 1 ) according to one of claims 1 to 16, wherein a number of the cooling chambers ( 25 ) at least one of the electrical components ( 12 . 16 ) from the component side of the printed circuit board ( 4 ) encloses.

Assembly ( 1 ) according to one of claims 1 to 17 with a cooling layer formed as a cooling chamber ( 26 ), which penetrate into the interior of a printed circuit board ( 4 ) is incorporated.