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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Anordnung und ein
Verfahren zum Abführen
von Wärme,
die durch elektronische Vorrichtungen erzeugt wird. Im Spezielleren
betrifft die Erfindung Strukturen und Verfahren zum Absorbieren
und Abführen
von Wärme,
die durch elektronische Vorrichtungen erzeugt wird.
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Hintergrund
der Erfindung
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Wärme, die
durch elektronische Vorrichtungen während eines normalen Betriebes
erzeugt wird, kann eine Überhitzung
und einen Defekt einer Vorrichtung verursachen, wenn sie nicht von
der Vorrichtung weg geleitet wird. Darüber hinaus muss auch eine durch
elektronische Vorrichtungen erzeugte transiente erhöhte Wärme abgeführt werden,
obwohl die meisten elektronischen Vorrichtungen kurze Zeitdauern
erhöhter
Temperatur verkraften können,
sodass die transiente Wärmeenergie über ein
Zeitintervall abgeführt
werden kann. Beispiele von Wärmeabführstrukturen
und -materialien umfassen Kühlkörper, Vergussmassen,
Grenzflächenmaterialien
und Wärmerohre.
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Kühlkörper sorgen
für eine
gute Leitung von Wärmeenergie
weg von elektronischen Vorrichtungen, indem sie genügend thermische
Leitfähigkeit und
spezifische Wärme
bereitstellen. Kühlkörper stellen
allgemein auch eine große
Masse und Oberfläche
bereit, um absorbierte Wärme
in die Umgebung abzustrahlen, z. B. durch Verwendung von Kühlrippen
oder anderen Flächen
für einen
Strahlungswärmeaustausch.
Kühlkörper bestehen
oft aus Aluminium und sind oft direkt an einer Fläche der elektro nischen
Vorrichtung angebracht, oder mit einer dünnen Schicht aus Grenzflächenmaterial
zwischen der elektronischen Vorrichtung und dem Kühlkörper, um
eine gute Wärmekopplung
sicherzustellen. Um das Strahlungsvermögen und/oder die Konvektion
von Wärmeenergie
von ruhender Luft in die Umgebung zu ergänzen, kann ein Gebläse über die Kühlrippen
gelenkt werden wodurch der Betrag von Wärmeenergie, den der Kühlkörper absorbieren
und in die Umgebungsluft abstrahlen kann, erhöht wird.
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Wärmerohre
bestehen allgemein aus einem abgedichteten Rohr, das eine Flüssigkeit
enthält.
Die Innenflächen
des Rohres können
ein poröses
Kapillarmaterial mit Dochtwirkung umfassen, das die Flüssigkeit
aufnimmt. Wärmeenergie
wird absorbiert und entlang der Länge des Rohres geleitet. Wärme wird entlang
der Länge
des Rohres durch den Prozess einer Verdampfung der Flüssigkeit
an einem Segment des Rohres, das Wärme absorbiert, eine Strömung des
Gases zu einem kühleren
Segment, eine Kondensation des Gases zu einer Flüssigkeit und ein Aufsaugen
der Flüssigkeit
durch Dochtwirkung durch das poröse
Kapillarmaterial zurück
zu dem Wärme absorbierenden
Segment geleitet.
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Wärmerohre
sind allgemein effizient beim Leiten von stationärer Wärmeenergie weg von elektronischen
Vorrichtungen. Allerdings kann eine transiente Wärmeenergie über der Kapazität eines
Wärmerohres
einen Zustand verursachen, der als Austrocknung bezeichnet wird,
in dem das Wärmerohr weit
weniger effizient bei einer Wärmeübertragung wird
und seine Funktion aufgibt. Eine Austrocknung tritt auf, wenn d
e gesamte oder die meiste der in dem Wärmerohr enthaltenen Flüssigkeit
im Dampfzustand bleibt und eine reduzierte Kondensation und Aufsaugung
der Flüssigkeit
durch Dochtwirkung durch das poröse
Kapillarmaterial auf tritt, um Wärmeenergie
von dem Wärme
absorbierenden Segment entlang der Länge des Rohres zu transportieren.
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Die
US 5 949 648 offenbart eine
Wärmestrahlungsvorrichtung,
die in der Lage ist, eine elektromagnetische Störung zu reduzieren, umfassend eine
Leiterplatte, die mit einer CPU und mehr als einem Wärme abführenden
IC (oder Chipsatz) angeordnet ist, und eine Umhausung, die aus einem
oberen und einem unteren wärmeleitenden
Gehäuse
zusammengesetzt ist, um die Leiterplatte zu umgeben. Die Wärmestrahlungsvorrichtung
umfasst ferner ein Wärmerohr.
Ein Ende des Wärmerohres
ist zwischen dem oberen/unteren wärmeleitenden Gehäuse und der
CPU befestigt, um mit der CPU zusammen mit dem oberen/unteren wärmeleitenden
Gehäuse
in Kontakt zu stehen, um die Wärme
zu dem anderen Ende des Wärmerohres
zu leiten und die Wärme kräftig abzustrahlen.
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Verguss-
oder Verkapselungsmaterial kann für eine Absorption von transienter
Wärmeenergieabfuhr
von elektronischen Vorrichtungen verwendet werden. Zwei Mechanismen
dieses Materials absorbieren transiente Wärmeenergie: inhärente spezifische
Wärme und
latente Wärme,
wenn das Material einen Phasenwechsel erfährt. Im Fall eines Verkapselungsmaterials
sorgt ein Fest-zu-Fest- oder ein Fest-zu-Flüssig-Phasenwechsel des Materials
für eine
hohe latente Wärmeabsorption,
um Wärme schnell
zu absorbieren oder von einer elektronischen Vorrichtung weg zu
transportieren. Vorteilhafterweise können solche Materialien auch
eine elektrisch isolierende Eigenschaft bereitstellen, sodass sie
in direktem Kontakt mit einem elektrischen Kreis stehen können.
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Solche
Verkapselungsmaterialien, die einen Fest-zu-Flüssig-Phasenwechsel vorsehen,
benötigen
eine geschlossene Barriere, um das Material in seinem flüssigen Zustand
einzuschließen.
Zusätzlich,
während
solch ein Material die Wärmeübertragung
einer seltenen periodischen, transienten Wärmeenergie effektiv aufnehmen
kann, stellt das Material allein keinen weiteren Weg bereit, um
die Wärme weg
von dem Verkapselungsmaterial zu transportieren. Somit bleibt, sobald
das Material genug Wärmeenergie
absorbiert, um einen Phasenwechsel des gesamten Feststoffs zu einer
Flüssigkeit
zu bewirken, keine zusätzliche
Wärmeübertragungskapazität übrig.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist in ihren verschiedenen Aspekten in den
beiliegenden Ansprüchen
dargelegt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Abführen
von Wärme von
elektronischen Hochleistungsvorrichtungen. Die erfindungsgemäße Anordnung
umfasst ein Hochstromsubstrat, wie z. B. eine Leiterplatte, die
eine elektronische Vorrichtung trägt, ein Wärmerohr, das mit der elektronischen
Vorrichtung und einem Anordnungsgehäuse, das auch einen Kühlkörper bildet, thermisch
gekoppelt ist, und ein Material zur Unterdrückung thermischer Transienten,
das mit der elektronischen Vorrichtung und dem Wärmerohr thermisch gekoppelt
sein kann.
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Elektronische
Hochleistungsvorrichtungen in Verbindung mit Hochstromleiterplatten
erzeugen während
eines normalen und transienten Betriebes Wärme, die eine Überhitzung
und einen Defekt einer Vorrichtung verursachen kann, wenn die Wärmeenergie
von der elektronischen Vorrichtung nicht ausreichend weggeleitet
wird. Die Kombination einer Verwendung passiver Wärmerohre
mit einem Material zur Unterdrückung
thermischer Transienten, um Wärme
von elektronischen Vorrichtungen auf Hoch stromleiterplatten abzuführen, stellt
eine effiziente, kostengünstige
und kompakte Konstruktion bereit. Anwendungen wie in Automobilen
wie z. B. Energieumwandlungs- oder Motorsteuerungs-Leistungsgeräte erfordern
eine kostengünstige,
kompakte und zuverlässige
Wärmeabfuhr
wie die durch die vorliegende erfindungsgemäße Anordnung bereitgestellte.
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Vorteilhafterweise
stellt das Material zur Unterdrückung
thermischer Transienten eine ausgezeichnete Übertragung von transienter
Wärmeenergie
weg von der elektronischen Vorrichtung bereit, während das Wärmerohr eine effiziente Übertragung von
stationärer
Wärmenenergie
von der elektronischen Vorrichtung und eine Übertragung von Wärmeenergie
von dem Material zur Unterdrückung
thermischer Transienten über
eine Zeitspanne bereitstellt, sodass das Material wieder in einen
festen Zustand zurückkehren
und eine erneuerte Absorption transienter Wärmeenergie bereitstellen kann.
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Ein
Substrat, das in der Lage sein kann, einen Hochstrom zu transportieren,
und eine elektronische Hochleistungsvorrichtung, die an dem Substrat angebracht
ist, können
von einer/m zweischaligen Umkapselung oder Gehäuse eingehüllt sein. Das Gehäuse kann
auch als ein Kühlkörper dienen,
der gerippte Flächen
zum Abführen
von Wärme
an die umgebende Atmosphäre
umfasst. Wärmerohre
können
zwischen der elektronischen Vorrichtung und dem Gehäuse derart
angeordnet sein, dass ein erstes Segment des Wärmerohres mit der elektronischen
Vorrichtung in thermischem Kontakt steht und ein zweites Segment
des Wärmerohres
fest in Kontakt mit dem Gehäuse
gehalten ist.
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Wärmeenergie
kann von der elektronischen Vorrichtung in das erste Segment des
Wärmerohres hinein
und aus dem zweiten Segment des Wärmerohres hinaus und in das
Gehäuse
hinein geleitet werden. Ein elastomeres oder anderes zusammendrückbares
Material kann zwischen dem Gehäuse und
dem ersten Segment des Wärmerohres
angeordnet sein, um einen festen thermischen Kontakt zwischen dem
ersten Segment des Wärmerohres und
der elektronischen Vorrichtung sicherzustellen. Zusätzlich kann
ein thermisch leitfähiges
Kopplungselement verwendet werden, um das erste Segment des Wärmerohres
an die elektronische Vorrichtung zu koppeln oder um die elektronische
Vorrichtung an das Gehäuse
zu koppeln. Zum Beispiel kann ein sattelförmiges Kopplungselement verwendet
werden, um eine thermische Kopplung eines Wärmerohres mit kreisförmigem Querschnitt
mit einer allgemein ebenen Fläche
einer elektronischen Vorrichtung unterzubringen. Darüber hinaus
kann ein thermisch leitfähiges
Kopplungselement verwendet werden, um das zweite Segment des Wärmerohres
an das Gehäuse
zu koppeln. Das thermisch leitfähige
Kopplungselement kann auch einteilig mit dem Gehäuse oder einem anderen Kühlkörper sein.
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Das
Substrat, das die elektronische Vorrichtung trägt, kann z. B. eine Hochstromleiterplatte
sein wie die durch das US-Patent Nr. 6 535 396, veröffentlicht
am 18. März
2003 an Degenkolb et. al. und dem Anmelder der vorliegenden Erfindung
erteilt, offenbarte. Das Gehäuse
kann auch eine Fläche
umfassen, die in thermischem Kontakt mit der elektronischen Vorrichtung
steht. Beispielsweise kann sich ein Sockel oder ein anderer Vorsprung
von dem Gehäuse
zu einer Fläche
der elektronischen Vorrichtung erstrecken.
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Eine
weitere Wärmeabfuhr,
insbesondere von transienter Wärmeenergie,
kann auch durch ein Material zur Unterdrückung thermischer Transienten erfolgen,
das auch als ein Verkapselungsmaterial dienen kann. Das Material
zur Unterdrückung
thermischer Transienten kann in Kontakt mit einem beliebigen oder
allen von der elektronischen Vorrichtung, dem Wärmerohr, dem Substrat und dem
Gehäuse stehen.
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Solch
ein Material zur Unterdrückung
thermischer Transienten ist durch die US-Patentanmeldung mit der
Serien-Nr. 10/075 981 mit dem Titel „Thermally-Capacitive Phase
Change Encapsulant for Electronic Devices", die dem Anmelder der vorliegenden
Erfindung erteilt wurde, offenbart. Dieses beispielhafte Material
umfasst Metalllegierungspartikel, die für eine Wärmeabsorption durch einen Fest-zu-Flüssig-Phasenwechsel
sorgen, während
es ein Basismaterial aufweist, das die Form eines halbfesten Gels
beibehält,
sodass die geschmolzenen Metallpartikel von der Gesamtmaterialstruktur
umhüllt
sind, ohne dass eine physikalisch geschlossene Barriere erforderlich
ist.
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In
einer Form davon sieht die vorliegende Erfindung eine elektronische
Anordnung vor die umfasst: ein Substrat; eine elektronische Vorrichtung, die
eine erste, eine zweite und eine dritte Fläche aufweist, wobei die elektronische
Vorrichtung von dem Substrat getragen ist; ein Wärmerohr mit einem ersten und
einem zweiten Segment, wobei das erste Segment mit der ersten Fläche der
elektronischen Vorrichtung thermisch gekoppelt ist; und ein Material zur
Unterdrückung
thermischer Transienten, das mit zumindest der zweiten Fläche der
elektronischen Vorrichtung gekoppelt ist, wobei das Material eine Komponente
aufweist, die in der Lage ist, Wärmeenergie
durch einen Phasenwechsel von einem Feststoff zu einer Flüssigkeit
zu absorbieren, und das Material in sich geschlossen ist.
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In
einer noch weiteren Form davon sieht die vorliegende Erfindung ein
Verfahren zum Wegleiten von Wärme
von einer elektronischen Vorrichtung vor, das die Schritte umfasst:
thermisches Koppeln des Wärmerohres
zwischen der elektronischen Vorrichtung und einem Kühlkörper und
Kop peln eines Materials zur Unterdrückung thermischer Transienten
an die elektronische Vorrichtung und das Wärmerohr.
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Vorteilhafterweise
sieht die vorliegende Erfindung eine Hochleistungskühlung für einen
korrekten Betrieb und eine zuverlässige Leistung von Höchststrom-
und Energieabführelektronik
vor. Darüber
hinaus kann die vorliegende Erfindung nur passive Wärmeabführmaterialien
und -anordnungen verwenden, wodurch die Kosten, die Komplexität und der
Platzbedarf von externen mechanischen Pumpen, Fluidkühlern und
einer zugehörigen
Fluidaufnahme und Rohrleitungen beseitigt sind.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine
Querschnittsansicht einer ersten beispielhaften elektronischen Anordnung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine
perspektivische Explosionsdarstellung der in 1 gezeigten
ersten beispielhaften elektronischen Anordnung ist; und
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3 eine
perspektivische Explosionsdarstellung einer zweiten beispielhaften
elektronischen Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist.
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In
den verschiedenen Ansichten bezeichnen entsprechende Bezugsziffern
durchwegs entsprechende Teile. Obwohl die Zeichnungen Ausführungs formen
der vorliegenden Erfindung darstellen, sind die Zeichnungen nicht
notwendigerweise maßstabgetreu
und bestimmte Merkmale können übertrieben sein,
um die vorliegende Erfindung besser zu veranschaulichen und zu erklären. Die
hierin dargelegten erläuternden
Beispiele veranschaulichen Ausführungsformen
der Erfindung, und diese erläuternden Beispiele
sollen den Umfang der Erfindung in keiner Weise einschränken.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Die
unten offenbarten Ausführungsformen sollen
nicht erschöpfend
sein oder die Erfindung auf die in der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung offenbarten exakten Formen beschränken. Die Ausführungsformen
sind vielmehr derart gewählt
und beschrieben, dass der Fachmann ihre Lehren nutzen kann.
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Die 1 und 2 zeigen
eine erste beispielhafte elektronische Anordnung 10, die
eine Wärmeabfuhr
für eine
erste elektronische Vorrichtung 12 und eine zweite elektronische
Vorrichtung 14 bereitstellt. Elektronische Vorrichtungen 12 und 14 sind von
entgegengesetzten Seiten eines Substrats 16 getragen, das
Hochstromleiter 18 umfassen kann. Die elektronischen Vorrichtungen 12 und 14 und
das Substrat 16 können
von einem Gehäuse 20 umgeben sein.
Das Gehäuse 20 kann
einen ersten Gehäuseabschnitt 22 und
einen zweiten Gehäuseabschnitt 24 umfassen.
Wärmeabführelemente
der ersten elektronischen Anordnung 10 umfassen ein erstes
Wärmerohr 26 mit
einem ovalen Querschnitt, ein zweites Wärmerohr 28 mit einem
kreisförmigen
Querschnitt, einen ersten Sockel 30, einen zweiten Sockel 32, thermische
Kopplungselemente 56 und ein Material 34 zur Unterdrückung thermischer
Transienten. Die Sockel 30 und 32 können an
den zweiten Gehäuseabschnitt 24 bzw.
den ersten Gehäuseabschnitt 22 gekoppelt
oder einteilig damit gebildet sein.
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1 ist
eine Querschnittsansicht einer ersten beispielhaften elektronischen
Anordnung 10, die zwei beispielhafte Wärmeabführkonfigurationen veranschaulicht.
Auf der linken Seite ist eine Vorrichtung 14 mit einem
Sockel 32, einem thermischen Kopplungselement 56,
einem Wärmerohrsockel 30,
einem Wärmerohr 28 und
einem Material 34 zur Unterdrückung thermischer Transienten
thermisch gekoppelt. Auf der rechten Seite ist eine Vorrichtung 12 gezeigt, die
mit einem Sockel 30, einem Wärmerohr 28 und einem
Material 34 zur Unterdrückung
thermischer Transienten thermisch gekoppelt ist. 2 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung einer ersten elektronischen
Anordnung 10, die nur die erste beispielhafte Wärmeabführkonfiguration,
die auf der linken Seite von 1 veranschaulicht
ist, umfasst. Die beispielhaften Anordnungen 10 können alternativ eine
oder beide beispielhaften Konfigurationen umfassen.
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Das
Substrat 16 kann z. B. eine Hochstromleiterplatte wie die
in dem US-Patent
Nr. 6 535 396, auf das oben verwiesen wurde, offenbarte sein, die ein
segmentiertes, leitfähiges
Bus-Substrat aufweist, oder das Substrat 16 kann eine typische
Leiterplatte mit Leitern 18 sein, die in der Lage sind,
den Hochstrom bereitzustellen, der für Komponenten benötigt wird,
die Wärmeenergie
erzeugen, die abgeführt
werden muss. Elektronische Vorrichtungen 12 und 14 können auf
herkömmliche
Weise an dem Substrat 16 angebracht sein, wie in den 1 und 2 gezeigt, oder
durch andere im Stand der Technik bekannte Verfahren angebracht
sein wie z. B. an der Oberfläche
angebracht oder in einem Chipträger
angebracht. Darüber
hinaus können
die Vorrichtungen 12 und 14 an entgegengesetzten
Seiten des Substrats 16, wie in den 1 und 2 gezeigt,
oder auf einer Seite des Substrats 16 angebracht sein.
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Die
erste elektronische Vorrichtung 12 umfasst drei Flächen, im
Speziellen eine erste Fläche 36,
eine zweite Fläche 38 und
eine dritte Fläche 40; die
erste elektronische Vorrichtung 12 kann jedoch in Abhängigkeit
vom Aufbau der Komponente weniger oder zusätzliche Flächen aufweisen.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 und 2 ist eine
erste elektronische Vorrichtung 12 mit einem ersten Wärmerohr 26 thermisch
gekoppelt. Im Speziellen ist die erste Fläche 36 der ersten
elektronischen Vorrichtung 12 mit dem Wärmerohr 26 thermisch
gekoppelt. Die thermische Kopplung kann durch einen direkten physikalischen
Kontakt zwischen dem Wärmerohr 26 und
der ersten Fläche 36 erfolgen
oder kann durch ein/e anderes Material oder Struktur, z. B. ein
thermisch leitfähiges
Grenzflächen-Vergussmaterial 27 vorgesehen
sein, welches keine die thermische Leitfähigkeit begrenzende physikalischen
Spalte zwischen dem Wärmerohr 26 und
der ersten Fläche 36 gewährleistet.
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Das
erste Wärmerohr 26 kann
einen abgeflachten, ovalen Querschnitt für eine Kopplung mit der ersten
Fläche 36 umfassen.
Der abgeflachte Querschnitt des Wärmerohres 26 sorgt
für eine
größere ebene
Kontaktfläche
als die, welche durch den kreisförmigen
Querschnitt des zweiten Wärmerohres 28 bereitgestellt
wird. Es sind auch andere Querschnittsformen und -anordnungen des
Wärmerohres 26 möglich, z.
B. ein rechteckiger Querschnitt. Die Wärmerohre 26 und 28 sind
derart dimensioniert, dass sie genügend Wärmekapazität bereitstellen, um sowohl
die stationäre
Wärmeenergie
der elektronischen Vorrichtung 12 oder 14 verkraften
wie auch Wärmekapazität bereitzustellen,
um die transiente Wärmeenergie
von der Vorrichtung 12 oder 14, die von dem Material 34 zur
Unterdrückung
thermischer Transienten absorbiert wird, über eine Zeitspanne zu absorbieren
und zu übertragen.
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Eine
Elastomerfeder 42 kann zwischen dem ersten Gehäuseabschnitt 22 und
dem ersten Wärmerohr 26 angeordnet
sein, um für
eine Kraft gegen das Wärmerohr 26 zu
sorgen und es in festem thermischem Kontakt mit der ersten elektronischen
Vorrichtung 12 zu halten. Die Elastomerfeder 42 kann
z. B. ein elastisches Polymermaterial oder ein anderes zusammendrückbares
Material sein, das elastisch gegenüber Wärmeenergie ist und diese unter
Umständen
leitet. Wie in den 1 und 2 gezeigt,
kann in dem ersten Gehäuseabschnitt 22 eine
Ausnehmung 44 gebildet sein, die die Elastomerfeder 42 aufnimmt,
wodurch die Feder in Position und Ausrichtung mit dem Wärmerohr 26 und
der elektronischen Vorrichtung 12 gehalten ist.
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Unter
kurzer Bezugnahme auf 2 umfasst ein Wärmerohr 28 ein
erstes Segment 50 und ein zweites Segment 52.
Das Wärmerohr 28 kann ähnlich dem
Wärmerohr 26 sein,
mit der Ausnahme, dass das Wärmerohr 28 einen
kreisförmigen
anstelle eines abgeflachten, ovalen Querschnitts entlang des Segments 50 umfasst.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf 1 steht
das erste Segment 50 des Wärmerohres 26 in Kontakt
mit der ersten elektronischen Vorrichtung 12 und absorbiert
Wärme,
die von der ersten elektronischen Vorrichtung 12 abgegeben wird.
Das Wärmerohr 26 leitet
die absorbierte Wärmeenergie
entlang der Länge
des Wärmerohres 26 zu
dem zweiten Segment 52 (in 1 nicht
gezeigt), das mit dem ersten Gehäuseabschnitt 22 oder
einem/r anderen Kühlkörper oder
Abführvorrichtung, der/die
Wärme von
dem Wärmerohr 26 absorbiert,
in Kontakt stehen kann.
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Die
erste Vorrichtung 12 kann teilweise oder als Ganzes von
einem Verkapselungsmaterial 34 wie z. B. einem Material
zur Unterdrückung
thermischer Transienten umhüllt
sein, das mit der ersten Vorrichtung 12 thermisch gekoppelt
ist und eine Absorption von anhaltender und tran sienter Wärmeenergie
bereitstellt. Bestimmte Materialien zur Unterdrückung thermischer Transienten
sind besonders geeignet, um transiente Wärmeenergie zu absorbieren,
indem sie einen Phasenwechsel des Materials nutzen, wie z. B. das
durch die US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 10/075 981, auf die oben verwiesen
wurde, offenbarte Verkapselungsmittel.
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Das
Material 34 zur Unterdrückung
thermischer Transienten kann mit der zweiten Fläche 38 der ersten
elektronischen Vorrichtung 12 gekoppelt sein und kann,
wie in 1 gezeigt, auch mit weiteren Abschnitten der ersten
elektronischen Vorrichtung 12 in Kontakt stehen, z. B.
mit der ersten Fläche 36 und Vorrichtungsverbindungsleitungen 37,
die auch Wärme
von der Vorrichtung 12 an das Material 34 abführen können. Zusätzlich kann
das Material 34 zur Unterdrückung thermischer Transienten
auch in Kontakt mit weiteren Komponenten der ersten elektronischen Anordnung 10,
z. B. dem Substrat 16, dem ersten Wärmerohr 26 und dem
Sockel 30, stehen. Durch Bereitstellen eines thermischen
Kontakts zwischen dem Material 34 zur Unterdrückung thermischer Transienten
und dem ersten Wärmerohr 26 sorgt
das Wärmerohr 26 vorteilhafterweise
für einen
Weg der Wärmeenergie
weg von der Vorrichtung 12 und dem Material 34,
sodass das Material 34 in eine Festphase zurückkehren
und Wärmekapazität zur Absorption von
transienter Wärmeenergie
von der Vorrichtung 12 zurückgewinnen kann. Das Material 34 zur
Unterdrückung
thermischer Transienten kann auch dem Zweck dienen, die erste elektronische
Vorrichtung 12 von der Umgebung zu isolieren.
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Ein
thermisch leitfähiges
Kopplungselement wie z. B. der erste Sockel 30 kann in
thermischem Kontakt mit der zweiten Fläche 40 der ersten
elektronischen Vorrichtung 12 stehen. In einer ersten beispielhaften
elektronischen Anordnung 10 sind der erste Sockel 30 und
der zweite Sockel 32 einteilig mit dem zweiten Gehäuseabschnitt 24 bzw.
dem ersten Gehäuseabschnitt 22 gebildet.
Der Sockel 30 kann sich durch eine Öffnung 17, die durch
das Substrat 16 definiert ist, hindurch erstrecken und
mit der zweiten Fläche 40 oder
einem anderen Abschnitt der ersten elektronischen Vorrichtung 12 thermisch
gekoppelt sein. Alternativ kann der Sockel 30 durch das Substrat 16 oder
ein anderes Material, das zu einer ausreichenden Wärmeleitung
in der Lage ist, thermisch gekoppelt sein. Auch ein thermisch leitfähiges Grenzflächenmaterial 31 kann
zwischen der Vorrichtung 12 und dem Sockel 30 vorgesehen
sein, um eine gute thermische Leitfähigkeit sicherzustellen.
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Der
Sockel 30 sorgt für
einen Wärmeleitweg weg
von der ersten elektronischen Vorrichtung 12 und kann auch
eine mechanische Unterstützung
für das
Substrat 16 und/oder die erste elektronische Vorrichtung 12,
z. B. gegen die Federkraft der Elastomerfeder 42, bereitstellen.
Der Sockel 30 und der zweite Gehäuseabschnitt 24 wie
auch der Sockel 32 und der erste Gehäuseabschnitt 22 können aus
Aluminium, Aluminiumguss, Magnesium oder einem anderen im Wesentlichen
steifen Material, das in der Lage ist, Wärme von elektronischen Hochleistungsvorrichtungen
abzuführen,
hergestellt sein.
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Die
zweite elektronische Vorrichtung 14 ist an dem Substrat 16 der
ersten beispielhaften elektronischen Anordnung 10 auf einer
Seite angebracht, die der entgegengesetzt ist, auf der die erste
elektronische Vorrichtung 12 angebracht ist. Diese Konfiguration
lässt in
vorteilhafter Weise zu, dass das zweite Wärmerohr 28, das an
die zweite elektronische Vorrichtung 14 thermisch gekoppelt
ist, bequem in der Nähe
des zweiten Gehäuseabschnitts 24 angeordnet und
mit diesem thermisch gekoppelt werden kann, während das erste Wärmerohr 26 mit
dem ersten Gehäuseabschnitt 22 thermisch
gekoppelt ist, wodurch eine Wärmeabfuhr
von den Wärmeroh ren 26 und 28 zwischen
den zwei Gehäuseabschnitten 22 und 24 aufgeteilt
ist.
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Darüber hinaus
ist das thermische Kopplungselement 56 zwischen dem zweiten
Wärmerohr 28 und
der zweiten elektronischen Vorrichtung 14 angeordnet. Das
thermische Kopplungselement 56 sorgt für eine thermische Kopplung
zwischen dem kreisförmigen
Querschnitt des Wärmerohres 28 und der
ebenen Fläche
der zweiten elektronischen Vorrichtung 14, wodurch die
thermische Kontaktfläche besser
ist als wenn das zweite Wärmerohr 28 direkt mit
der zweiten elektronischen Vorrichtung 14 in Kontakt stehen
würde.
Ein thermisch leitendes Grenzflächenmaterial 57 kann
zwischen dem Wärmerohr 28 und
dem thermischen Kopplungselement 56 vorgesehen sein, um
physikalische Spalte zu minimieren und für eine gute thermische Leitfähigkeit
zwischen den Komponenten zu sorgen.
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Die
Elastomerfeder 42, die in einem zweiten Federsitz 46 des
zweiten Gehäuseabschnitts 24 sitzt, hält das zweite
Wärmerohr 28 und
das thermische Kopplungselement 56 in thermischem Kontakt
mit einer ersten Seite der zweiten elektronischen Vorrichtung 14.
Der Sockel 32, der in der ersten beispielhaften elektronischen
Anordnung 10 einteilig mit dem ersten Gehäuseabschnitt 22 gebildet
ist, ist mit der zweiten elektronischen Vorrichtung 14 an
einer dem zweiten Wärmerohr 28 entgegengesetzten
Seite gekoppelt. Der Sockel 32 kann einen thermischen Leitweg
wie auch eine mechanische Unterstützung des Substrats 16 und/oder
der zweiten elektronischen Vorrichtung 14 bereitstellen.
Um einen thermischen Kontakt zwischen der Vorrichtung 14 und
dem ersten Gehäuseabschnitt 22 zu
erreichen, kann sich der Sockel 32 auch durch eine der
durch das Substrat 16 definierten Öffnungen 17 hindurch
erstrecken.
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3 zeigt
eine perspektivische Explosionsdarstellung einer zweiten beispielhaften
elektronischen Anordnung 100. Die zweite beispielhafte
elektronische Anordnung 100 umfasst auch Wärmerohre 48,
die zwischen elektronischen Vorrichtungen 112 und entweder
einem ersten Gehäuseabschnitt 122 oder
einem zweiten Gehäuseabschnitt 124 eines
Gehäuses 120 gekoppelt
sind. Die elektronische Anordnung 100 kann auch weitere
Wärmeabführvorrichtungen
umfassen, z. B. ähnlich
der ersten beispielhaften elektronischen Anordnung 100,
d. h., ein Material zur Unterdrückung
thermischer Transienten (nicht gezeigt) und Wärmeübertragungssockel (nicht gezeigt).
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Ein
wesentlicher Unterschied in der zweiten beispielhaften elektronischen
Anordnung 100 besteht darin, dass ein Wärmerohr 48 mit einer
Fläche der
elektronischen Vorrichtung 112 von einer Seite einer Substrats 116 gekoppelt
sein kann, die einem Hauptkörper
der elektronischen Vorrichtung 112, d. h., der Seite der
Vorrichtung 112, die einer durch das Substrat 116 definierten Öffnung 117 zugewandt
ist, entgegengesetzt ist. Zum Beispiel kann ein thermisches Kopplungselement 156 in
der Öffnung 117 und zwischen
Verbindungsleitungen 137 der elektronischen Vorrichtung 112 angeordnet
sein und somit durch eine Seite des Substrats 116, die
der elektronischen Vorrichtung 112 entgegengesetzt ist,
hindurch vorstehen. Bei dieser Anordnung kann ein thermisches Kopplungselement 156 mit
den Vorrichtungen 112 und einem Wärmerohr 48 thermisch
gekoppelt sein. Das thermische Kopplungselement 156 kann auch
derart geformt sein, dass die Oberfläche in Kontakt mit dem Wärmerohr 48 maximiert
ist, z. B. kann das thermisches Kopplungselement 156 eine
gekrümmte
Aufnahme zum Aufnehmen eines ersten Segments 50 eines Wärmerohres 48 aufweisen,
wie in 2 gezeigt.
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Eine
Elastomerfeder 142 kann in einer Ausnehmung 146 und 144 des
ersten Gehäuseabschnitts 122 bzw.
des zweiten Gehäuseabschnitts 124 aufgenommen
sein. Die Elastomerfeder 142 kann verwendet werden, um
ein Wärmerohr 48 mit einem
thermischen Kopplungselement 156 und/oder einer elektronischen
Vorrichtung 112 fest thermisch zu koppeln. Auf der dem
Wärmerohr 48 entgegengesetzten
Seite kann die elektronische Vorrichtung 112 auch mit dem
ersten Gehäuseabschnitt 122 oder dem
zweiten Gehäuseabschnitt 124 oder
einem Sockel (nicht gezeigt) wie z. B. dem Sockel 30 oder 32 der 1 und 2 oder
einer weiteren Wärmeabführvorrichtung,
die damit gekoppelt oder unabhängig
davon ist, thermisch gekoppelt sein.
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Um
ferner eine effektive Wärmeabfuhr
bereitzustellen, können
die Gehäuseabschnitte 122 und 124 auch
Kühlrippen 158 bzw. 160 umfassen,
um Wärme
von den Gehäuseabschnitten 122 und 124 in die
umgebende Atmosphäre
abzustrahlen. Wie aus 2 ersichtlich ist, stellen die
Gehäuseabschnitte 122 und 124 nicht
nur eine Wärmeabfuhr
bereit, sondern können
auch für
eine Hülle,
Verpackung oder einen anderen Schutz der Komponenten der zweiten beispielhaften
elektronischen Anordnung 100 sorgen, da die Gehäuseabschnitte 122 und 124 ein zweischaliges
Gehäuse 120 bereitstellen,
dass die verschiedenen Komponenten umhüllt.
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Entweder
die erste oder die zweite beispielhafte elektronische Anordnung 10 und 100 können auch
Vorrichtungen umfassen, die mehr als ein Wärmerohr, das mit jeder Vorrichtung
gekoppelt ist, aufweisen. Im Speziellen kann jede Vorrichtung ein
Wärmerohr,
das mit entgegengesetzten Seiten gekoppelt ist, oder mehr als ein
Wärmerohr
aufweisen, das mit einer einzigen Seite gekoppelt ist, wodurch eine
größere Wärmeabfuhr
für die
Vorrichtung bereitgestellt wird, als ein einziges ähnlich dimensioniertes
Wärmerohr
bereitstellen könnte.
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Obwohl
der Gegenstand in den beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wurde,
wird einzusehen sein, dass verschiedene Abwandlungen daran vorgenommen
werden können,
ohne von dem beabsichtigten und eigentlichen Umfang der Erfindung
abzuweichen. Es wird demgemäß einzusehen sein,
dass andere elektronische Anordnungen, die eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beinhalten, in den durch die beiliegenden
Ansprüche definierten
Umfang der Erfindung fallen können.