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Patents

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Publication numberDE3528291 A1
Publication typeApplication
Application numberDE19853528291
Publication date19 Feb 1987
Filing date7 Aug 1985
Priority date7 Aug 1985
Also published asDE3528291C2
Publication number19853528291, 853528291, DE 3528291 A1, DE 3528291A1, DE-A1-3528291, DE19853528291, DE3528291 A1, DE3528291A1, DE853528291
InventorsRainer Gumbsheimer
ApplicantKernforschungsz Karlsruhe
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Arrangement for cooling electronic components
DE 3528291 A1
Abstract
It is difficult to define the necessary cooling power for a large electronic system with sufficient accuracy, as the compact construction which is aimed for in modern devices demands. The dissipated power of electronic components is known, but only the power parts which are directly provided with heat sinks can be effectively and calculably cooled. For this reason, the cooling system is usually over-dimensioned, which has many disadvantages. However, the space required for the cooling units, and the noise level, can no longer be ignored in large systems. The arrangement according to the invention for cooling electronic components 2 which are fitted to boards 1 makes it possible to conduct away dissipated heat from all components 2, differentially and predictably. Bulk material 11 transfers the heat from the components 2 to the heat sinks 4, 5 by the shortest route, and enables the cooling system to be more effectively used. <IMAGE>
Claims(5)  translated from German
1. Anordnung zur Kühlung elektronischer Bauelemente ( 2 ) auf mit diesen bestückten Platinen ( 1 ), wobei die Bauelemente ( 2 ) in Abstand von einem als Kühlkörper ( 4 , 5 und 7 ) dienenden Gehäuse ( 3 ) umgeben sind und der Zwischenraum zwischen Kühlkörper und den Bauelementen ( 2 ) bzw. der Platine ( 1 ) mit einem Feststoff ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum mit Schüttgut ( 11 ) ausgefüllt ist. 1. An arrangement for cooling electronic components (2) on these assembled boards (1), wherein the construction elements (2) at a distance from one of a heat sink (4, 5 and 7) serving housing (3) are surrounded, and the gap between the heat sink is completed and the components (2) or the board (1) having a solid, characterized in that the intermediate space with bulk material (11) is filled.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sand mit einer Körnung bis 500 µm als Schüttgut ( 11 ) eingebracht ist. 2. Arrangement according to claim 1, characterized in that sand with a grain size up to 500 microns as a bulk material (11) is introduced.
3. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß Glasperlen in der Größenordnung bis 500 µm als Schütt gut ( 11 ) eingebracht sind. 3. The assembly of claim 1 characterized in that glass beads in the order to 500 microns as bulk good (11) are introduced.
4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bestückte Platine ( 1 ) beidseitig, sowohl die Bestückungsseite als auch die Rückseite, vom Schüttgut ( 11 ) umgeben ist. 4. Arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the assembled printed circuit board (1), both the component side and the back side, from the bulk material (11) is surrounded on both sides.
5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Platinen ( 1 ) und Kühlkörper ( 8 ) in einem gemeinsamen Gehäuse ( 3 ) parallel zueinander und abwechselnd so angeordnet sind, daß sich zwischen zwei Platinen ( 1 ) jeweils ein Kühlkörper ( 8 ) befindet und die Zwischen räume mit dem Schüttgut ( 11 ) ausgefüllt sind. 5. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that several circuit boards (1) and heat sink (8) in a common housing (3) parallel to each other and alternately arranged are such that, between two circuit boards (1) each have a heat sink ( 8) and the intermediate spaces with the bulk material (11) are filled.
Description  translated from German

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kühlung elektroni scher Bauelemente auf mit diesen bestückten Platinen, wobei die Bauelemente in Abstand von einem als Kühlkörper dienenden Gehäuse umgeben sind und der Zwischenraum zwischen Kühlkörper und den Bauelementen bzw. der Platine mit einem Schüttgut ausgefüllt ist. The invention relates to an arrangement for cooling electronic components on shear using this assembled boards, wherein the components are surrounded at a distance by a casing serving as heat sink and the gap between the heat sink and the components and the board is filled with a bulk material.

Zum Schutz elektronischer Anlagen und deren Funktionssicher heit muß die durch die Verlustleistung elektronischer Bau elemente erzeugte Wärme abgeführt werden. To protect electronic systems and their safety function, the heat elements generated by the power loss of electronic construction must be removed. Im günstigsten Falle reicht die Luftzirkulation innerhalb der Geräte aus. In the best case, the air circulation is sufficient within the device. Zu hohe Temperaturen einzelner Bauelemente oder auch Bau gruppen werden mittels Kühlkörper reduziert. At high temperatures of individual components or construction groups be reduced by cooling the body. Reicht die Vergrößerung der Kühlflächen mittels Kühlkörpern nicht aus, so werden Gebläse eingesetzt um den Luftstrom zu verstärken oder man weicht auf Kühlkörper aus, die mit flüssigen Medien gekühlt werden. Is insufficient the enlargement of the cooling surfaces by means of heat sinks, such blowers are used to amplify the air flow to one or softens heat sink, which are cooled with liquid media.

Die angestrebte hohe Packdichte der Bauelemente bei der heutigen kompakten Bauweise fordert eine bestmögliche Wärmeabfuhr aller Bauelemente, auch derjenigen, die von der Größe und der Form her mit Kühlkörpern nicht versehen werden können, die einzeln eine geringe Verlustleistung aufweisen, aber in der Masse auf engstem Raum den Bedarf hoher Kühlleistung erzwingen. The desired high packing density of the components in today's compact design calls for maximum heat dissipation of all components, including those that can not be provided by the size and shape of her with heat sinks, which individually have a low power loss, but in the mass confined space the need for high performance cooling force.

Schränke für 19′′-Geräteeinheiten, die mit ihren Ein schüben und Baugruppenträgern sehr viele bestückte Platinen dicht gepackt aufnehmen können, werden vorzugsweise mit 19′′-Lüftereinschüben für große Luftmengen ausgestattet, die einen hohen Geräuschpegel haben. Cabinets for 19 '' - equipment units boosts with their A and racks lot of printed circuit board assemblies can include densely packed, preferably with 19 '' - equipped fan trays for large volumes of air, which have a high noise level. Bei den unberechenbaren Strömungswiderständen der bestückten Platinen ist es kaum möglich, die Luftstromverteilung innerhalb der Geräteein heiten abzuschätzen. With the unpredictable flow resistances of the assembled boards, it is hardly possible to estimate the air flow distribution within the devices will use units. Um partielle Wärmestaus zu vermeiden, werden die Kühlsysteme überdimensioniert, was ua mit einem erhöhten Geräuschpegel und hohem Raumbedarf verbunden ist. To avoid partial heat accumulation, the cooling systems are oversized, which is associated with an increased noise level, inter alia, high space requirements.

Für eine elektronische Anlage eines Neutrinoprojektes wurde bei der Dimensionierung der Luftkühlung nach dem Stande der Technik ein notwendiger Volumenstrom von mindestens 18.500 m³/h bei einer Druckdifferenz von mindestens 400 Pa und einem Geräuschpegel von ca. 110 dB ermittelt. For an electronic system of a neutrino project a necessary flow rate of at least 18,500 m³ / h was measured at a pressure difference of at least 400 Pa and a noise level of approximately 110 dB at the dimensioning of cooling air according to the prior art.

Bekannt ist die Methode, kleinere kompakte Schaltungseinhei ten in ein als Kühlkörper dienendes Gehäuse einzugießen, wobei die Wärmeübertragung von den Bauelementen zum Kühl körper über die Vergußmasse erfolgt. Well known is the method that smaller compact Schaltungseinhei th pour into serving as a heat sink housing, the heat transfer from the components is carried to the cooling body on the casting compound. Diese Methode, sinn voll bei der Herstellung kompakter Bauteile mit wenigen Anschlüssen, bleibt auf kleine Schaltungseinheiten beschränkt und ist bei größeren Einheiten, wie den Baugruppenträgern in 19′′-Schränken nicht praktikabel. This method makes full in the manufacture of compact components with few connections, is limited to small circuit units and is in larger units, such as the racks in 19 '' - not practical cabinets. Bei Großanlagen muß auch die Wartungs- und Reparaturfreundlichkeit beachtet werden. For large systems, the maintenance and ease of repair must be considered. Die Wahrscheinlichkeit, eine bestückte Platine austauschen zu müssen, ist groß und schließt die Verwendung der schwer entfernbaren Vergußmassen aus. The probability of having to replace an assembled board is large and includes the use of difficult to remove from casting compounds.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die gattungsgemäße Anlage ein Kühlsystem bereitzustellen, das bei beengten Raumverhältnisse eine hohe Packdichte der elektronischen Bauelemente er möglicht, wobei vor allem aus Lärmschutzgründen die Grenz werte der Geräuschbelastung von Personen, die in unmittel barer Nähe arbeiten, noch deutlich unterschritten werden sollten. The invention has for its object to provide a cooling system for the generic system, which in cramped conditions, a high packing density of the electronic components it allows, and particularly from noise protection, the boundary values of the noise exposure of people who work in the direct vicinity, yet clearly should be maintained.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei der Kühlanordnung der eingangs bezeichneten Art gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruches 1 gelöst. The problem underlying the invention is achieved in the cooling arrangement of the type designated in accordance with the characterizing feature of claim 1.

Die übrigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung wieder. The other claims give advantageous developments and embodiments of the invention.

Die Anordnung gemäß der Erfindung ermöglicht in vorteil hafter Weise die bestmögliche Packdichte der Bauelemente bei ausreichender Kühlung, weil die Verlustwärme auf kürzestem Wege über das Schüttgut auf die Kühlkörper über tragen wird. The arrangement according to the invention advantageously allows the best possible packing density of the components with sufficient cooling because the heat loss will take the shortest route through the bulk of the heat sink above. Bei der Kühlung einer Großanlage kommt es darauf an, die Wärme vom Ort des Entstehens auf dem kürzesten Wege abzuführen. When cooling a large system, it is important to remove the heat from the point of origin by the shortest route. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß jeder Platine je nach Verlustleistung ein entsprechender Kühlkörper zugeordnet wird und damit die Kühlleistung innerhalb einer großen Anlage dem Bedarf entsprechend auf kleinere Einheiten verteilt werden kann. The advantage of the invention is that each circuit board is assigned to a corresponding power loss depending on the heat sink, and thus the cooling capacity can be distributed throughout a large facility according to need on smaller units. Einheiten mit großer Verlustleistung heizen nicht mehr die Mehrzahl der anderen ebenfalls gekühlten Einheiten mit geringerer Verlustleistung, weil die Wärme vorort mittels Kühlkörper abtransportiert wird. Units with high power dissipation not heat up the majority of the other well-cooled units with lower power dissipation because the heat is carried away on the spot by means of cooling the body. Das Auftreten von Wärme staus wird weitgehend vermieden. The occurrence of heat congestion is largely avoided. Die Wärmekapazität des Schüttgutes vermindert größere Temperaturschwankungen der Bauelemente. The heat capacity of the bulk material reduces temperature fluctuations of the components. Bei Verwendung eines Kühlsystems, sei es mit flüssigem oder gasförmigem Medium, reicht die Wärmekapazi tät aus, um auf ein redundantes Kühlsystem umzuschalten, ohne die Anlage ausschalten zu müssen. When using a cooling system, be it with liquid or gaseous medium, the Wärmekapazi ity ranges from to switch to a redundant cooling system without having to turn off the system. Bei Luftkühlung kann das Luftführungssystem einer Großanlage durch entsprechend geformte Kühlkörper genauer, dh bedarfsgerecht, ausge staltet werden. With air cooling the air duct system of a large system, by suitably shaped heatsink more precisely, as required, be staltet. Die Kühlung einer Großanlage wird damit effektiver und die zu installierende Kühlleistung kann genauer bestimmt und damit reduziert werden. The cooling of a large system is so effective and the cooling capacity to be installed can be determined more accurately and thus reduced.

Ausführungsvarianten gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden anhand der Figuren näher erläutert. Embodiments of the invention are illustrated schematically in the drawings and will be described in greater detail with reference to FIGS.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine bestückte Platine 1 mit dem die Bauelemente 2 umgebenden Gehäuse 3 , das in viel fältiger Weise mit Kühlprofilen 4 , 5 versehen werden kann sowie das zwischen der Platine 1 und dem als Kühlkörper dienende Gehäuse 3 die Bauelemente 2 umgebende Schüttgut 11 . Fig. 1 shows a cross-sectional assembled printed circuit board 1 with the surrounding components 2 case 3 can be provided in many der thorough manner with cooling sections 4, 5 and the interface between the board 1 and serves as a heat sink housing 3, the components 2 surrounding bulk material 11th Bauteile innerhalb des Schüttgutes 11 können ebenfalls mit geeigneten Kühlkörpern 6 versehen sein. Components within the bulk material 11 can also be provided with suitable heat sinks 6.

Fig. 2 zeigt eine Platine 1 , deren Gehäuse 3 mit einem Luftkanal 7 versehen ist. Fig. 2 shows a board 1, the housing 3 is provided with an air duct 7.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt der wechselweisen Anordnung von Platinen 1 und Kühlkörpern 8 , wie sie z. B. in Bau gruppenträgern oder Einschüben 9 von 19′′-Schränken Anwendung findet, wobei die Kühlkörper 8 an einen Kühl kreislauf 10 angeschlossen sind. Fig. 3 shows a detail of the alternating arrangement of plates 1 and heat sinks 8 as group-makers, for example, in construction or slots 9 of 19. '' - Cabinets shall apply, with the heat sink 8 are connected to a cooling circuit 10. Bei dieser Anordnung werden die bestückten Platinen 1 auf einer gemeinsamen Rückwand 12 eingesetzt. In this arrangement, the assembled boards 1 are inserted on a common rear wall 12. Nach dem Einsetzen der Platinen 1 und der Kühlkörper 8 , wird der ganze 19′′-Einschub 9 mit dem Schüttgut 11 ausgefüllt. After the insertion of the sinkers 1 and the heat sink 8, the whole 19 '' is - insertion 9 filled with the bulk material 11. Vor einer Wartung oder etwaigen Reparatur wird das Schüttgut 11 einfach abgesaugt. Before servicing or repair any bulk material 11 is just sucked.

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt einer Anordnung von Platinen 1 in einem 19′′-Einschub 9 bei Luftkühlung. Fig. 4 shows a portion of an array of bars 1 in a 19 '' - rack 9 for air cooling. Bei dieser Anordnung werden Platinen 1 mit eigenen mit Schüttgut gefüllten Kühlgehäusen 3 verwendet, deren Kühlprofile wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, den Kühlbedürfnissen angepaßt werden können. With this arrangement, circuit boards 1 are used with their own filled with bulk refrigeration cases 3, the cooling sections as shown in FIGS. 1 and 2, the cooling needs to be adjusted.

Fig. 5 zeigt ein 19′′-Rack mit einer weiteren Möglichkeit des Anschlusses einer Kühlleitung 13 , wobei eine Seite der verwendeten 19′′-Kassetten 14 als Kühlfläche 15 ausge bildet ist. Fig. 5 shows a 19 '' - with a further rack possibility of connecting a cooling pipe 13, with one side of the used 19 '' - cassette 14 is as a cooling surface 15 is formed.

Über Laschen 16 ist eine einfache thermische Kontaktierung 17 möglich. About 16 tabs is a simple thermal contact 17 possible.

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Legal Events
DateCodeEventDescription
19 Feb 1987OP8Request for examination as to paragraph 44 patent law
7 Jul 1988D2Grant after examination
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