DE10306130A1 - Electronic module for high frequency telecommunications, has screening and cooling, with insulating layer on components arranged in housing filled with liquid metal - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein elektronische Baugruppe, die mit Mitteln zur Abschirmung elektrischer und elektromagnetischer Felder sowie zur Ableitung der Verlustwärme versehen ist. Unter einer Baugruppe ist im Folgenden eine Anordnung von mehreren Bauteilen zur Realisierung einer elektronischen Schaltungsanordnung zu verstehen.The invention relates to an electronic Assembly using means for shielding electrical and electromagnetic Fields and for dissipating the heat loss is provided. Under one In the following, an assembly is an arrangement of several components to understand the realization of an electronic circuit arrangement.
Die Schirmung elektronischer Baugruppen gegen äußere elektromagnetische Felder sowie die Schirmung der Umgebung gegen die von elektronischen Baugruppen erzeugten elektromagnetischen Felder erfolgt in üblicher Weise durch Gehäuse oder Käfige, die entweder aus Metall bestehen oder eine leitende Schicht aufweisen. Dabei wird aus Kostengründen die gesamte Baugruppe geschirmt. Nur in besonderen Fällen erfolgt die Schirmung einzelner Komponenten der Baugruppe – insbesondere von Komponenten, die mit hohen Frequenzen betrieben werden. In diesen Fällen besteht das Gehäuse entweder aus einzelnen, durch Bleche oder Stege abgeteilten Kammern. Oder die Komponenten haben jeweils ein eigenes Metallgehäuse, wie es zum Beispiel HF-Transistoren, besonders störempfindliche Verstärkerbausteine oder Sende- bzw. Empfangskomponenten in der Telekommunikationstechnik aufweisen.The shielding of electronic assemblies against external electromagnetic Fields as well as the shielding of the environment against that of electronic Electromagnetic fields generated in assemblies takes place in the usual way Way through housing or cages, which either consist of metal or have a conductive layer. It is for cost reasons the entire assembly is shielded. Only done in special cases the shielding of individual components of the assembly - in particular of components that are operated at high frequencies. In these make there is the housing either from individual chambers separated by sheets or webs. Or the components each have their own metal housing, such as there are, for example, RF transistors, particularly noise-sensitive amplifier modules or transmitting or receiving components in telecommunications technology exhibit.
Baugruppen, bei deren Betrieb Verlustwärme entsteht, werden auf unterschiedliche Arten gekühlt: Stromschienen, Leistungshalbleiter und hochlastige Widerstände sind mit Kühlkörpern versehen, um die Wärme an die umgebende Luft oder an Kühlwasser abzugeben. Baugruppen oder Geräte werden auf Blechplatten montiert oder besitzen Anschlusselemente mit bewusst groß gewähltem Leitungsquerschnitt, um so die Wärme abzuleiten. In kritischen Fällen führen Heatpipes von den betreffenden Bauteilen die Wärme ab. Große Baugruppen, Geräte oder Schaltschränke weisen Lüfter oder eigene Kühlaggregate auf. Elektronische Rechner werden in der Regel mit mehreren Lüftern ausgestattet.Assemblies that generate heat loss during their operation are cooled in different ways: busbars, power semiconductors and heavy duty resistors are provided with heat sinks in order the heat to the surrounding air or cooling water leave. Assemblies or devices are mounted on sheet metal plates or have connection elements with a deliberately large cable cross-section, so much the warmth derive. In critical cases to lead Heat pipes remove the heat from the relevant components. Large assemblies, devices or cabinets have fans or own cooling units on. Electronic computers are usually equipped with several fans.
In wärmeempfindlichen Anwendungen, insbesondere bei besonders rauscharmen Verstärkern, kommt es darauf an, dass alle Bauteile einer Schaltungsanordnung sich auf gleichem Temperaturniveau befinden. Hierzu werden die temperaturkritischen Bauteile in bzw. auf einem Metallgehäuse befestigt, das aus Vollmaterial geformt ist. Müssen mehrere Bauteile temperaturgekoppelt sein, wird diesen eine gemeinsame, mit Wärmeleitpaste gefüllte Metallkappe übergesetzt.In heat sensitive applications, especially with particularly low-noise amplifiers, it is important that all components of a circuit arrangement are at the same temperature level. For this purpose, the temperature-critical components are in or on a metal housing attached, which is formed from solid material. Must have several components temperature-coupled a common metal cap filled with thermal paste is placed over them.
Bei der Kühlung kommt es auf einen guten Wärmetransport von der Wärmequelle zur Wärmesenke an. Dies wird durch Materialien mit guter Wärmeleitfähigkeit, mit Wärmeleitpasten oder Folien und mit großen Oberflächen an den Übergängen, wie beispielweise von der Oberfläche eines Kühlkörpers zur Umgebungsluft, erreicht.When it comes to cooling, good heat transfer is essential from the heat source to the heat sink on. This is due to materials with good thermal conductivity, with thermal pastes or foils and with big ones surfaces at the transitions like for example from the surface a heat sink to the ambient air, reached.
Die bekannten Schirmungsmaßnahmen sind durch auf die Baugruppen anzupassende unterschiedliche Gehäuse oder Käfige aufwändig in der Herstellung. Einzelne Bauteile einer Baugruppe beeinflussen sich gegenseitig über elektromagnetische Felder, und zwar um so häufige, je kleiner die Abmessungen der Baugruppen sind, insbesondere wenn Leistungsteile, Analogteile und Digitalteile immer näher angeordnet sind und immer höhere Schaltfrequenzen Anwendung finden. Bei schirmdichten Baugruppen bestehen häufig Probleme mit der Wärmeabfuhr. Bauteile müssen hinsichtlich ihrer Form und Einbaulage so beschaffen sein, das ein ausreichend guter thermischer Kontakt für die Wärmeübertragung zu einem Kühlblech, Kühlkörper oder Gehäuse besteht. Wird die Verlustwärme nur über die Umgebungsluft abgeführt werden, müssen im Allgemeinen zusätzlichen Bauraum beanspruchende Lüfter eingesetzt werden. Bei dem Trend zu immer kleiner werdenden Abmessungen und höheren Leistungen wird hier schnell die Grenze des Machbaren erreicht. Mit aufwändigen Heatpipes lässt sich für ein Bauteil oder für eine geringe Anzahl von Bauteilen Abhilfe schaffen. Ein gleichmäßiges Temperaturniveau für alle Bauteile einer komplexen Baugruppe lässt sich nur in beschränktem Umfang und mit erheblichem Aufwand erreichen.The well-known shielding measures are due to different housings or cages costly in production. Influence individual components of an assembly each other over electromagnetic fields, the more common the smaller the dimensions of the modules are, especially if power parts, analog parts and digital parts getting closer are arranged and always higher Switching frequencies are used. With shield-tight assemblies often exist Heat dissipation problems. Components must in terms of their shape and installation position sufficient thermal contact for heat transfer to a heat sink, Heatsink or casing consists. Will the heat loss only over the ambient air is removed Need to become generally additional Space-consuming fans be used. With the trend towards ever smaller dimensions and higher Performance quickly reaches the limit of what is feasible. With elaborate Heatpipes leaves for a component or for remedy a small number of components. An even temperature level for all components complex assembly only in limited Achieve scope and effort.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit vertretbarem Aufwand gleichzeitig die Schirmung und die gleichmäßige Kühlung einer elektronischen Baugruppe zu verbessern.The invention is therefore the object based, with reasonable effort at the same time the shielding and the uniform cooling of one improve electronic assembly.
Ausgehend von einer Baugruppe der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.Starting from an assembly of the the type mentioned is the object of the invention the characteristics of the independent Claim solved, while the dependent Claims advantageous Further developments of the invention can be found.
Innerhalb der erfindungsgemäßen Baugruppe sind alle Bauteile von Flüssigmetall umgeben. Die Form oder Bauart der Bauteile ist hierbei ohne Einfluss. Jedes Bauteil ist sowohl von der Bestückungsseite als auch von der Montage- oder Lötseite von Flüssigmetall umgeben, gleichgütig ob es sich hierbei um bedrahtete, anschluss- oder obertlächenverlötete Bauteile handelt. Auf diese Weise ist jedes vom Flüssigmetall umgebene Bauteil wirksam sowohl nach innen als auch außen sowie gegenüber den anderen Bauteilen der Baugruppe gegenüber elektrischen und elektromagnetischen Feldern geschirmt. Das die Baugruppe umgebende Gehäuse kann teilweise oder vollständig aus nichtleitendem Material bestehen, vorzugsweise einem spritzgießfähigen Kunststoff, ohne dass dies die Schirmeigenschaften der Baugruppe wesentlich beeinflusst. Das Flüssigmetall schafft in einfacher Weise zwischen allen Bauteilen wirksame Wärmebrücken. Damit liegen alle Bauteile im Wesentlichen auf gleicher Temperatur. Für das Gehäuse ist keine individuell an die jeweilige Raumform der Baugruppe bzw. bestimmter Bauteile anzupassende und damit teure Formgebung für die Schirmung und die Wärmeableitung erforderlich.Within the assembly according to the invention, all components are surrounded by liquid metal. The shape or design of the components has no influence. Each component is surrounded by liquid metal on the component side as well as on the assembly or soldering side, regardless of whether these are wired, connection-soldered or surface-soldered components. In this way, each component surrounded by the liquid metal is effectively shielded both internally and externally and from the other components of the assembly against electrical and electromagnetic fields. The housing surrounding the assembly can be made partially or completely of non-conductive material, preferably an injection-moldable plastic, without this having a significant influence on the shielding properties of the assembly. The liquid metal easily creates between all construction share effective thermal bridges. This means that all components are essentially at the same temperature. For the housing, there is no need for an individually adaptable and therefore expensive design for the shielding and heat dissipation to suit the particular spatial shape of the assembly or certain components.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht in der teilweisen Ausbildung des Gehäuses als Kühlkörper, insbesondere wenn der Kühlkörper als Deckel ausgebildet ist, der mit dem wannenartigen übrigen Teil des Gehäuses nach dem Befüllen mit Flüssigmall dicht verbunden ist. Als Kühlkörper kann ohne Weiteres ein handelsübliches Kaufteil verwendet werden. Zwischen Deckel und Gehäuseteil kann eine Schweiß-, Kleb- Press- oder Schraubverbindung vorgese hen sein. Durch die Anordnung einer Schicht aus wärmeleitfähigem Dichtungsmaterial zwischen Deckel und Gehäuseteil wird der im Allgemeinen aus Festmetall bestehende Kühlkörper sowohl elektrisch als auch chemisch vom Flüssigmetall isoliert. Vorzugsweise besteht das wannenartige Gehäuseteil aus Isolierstoff.An advantageous further development exists in the partial design of the housing as a heat sink, especially if the Heat sink as Cover is formed with the tub-like remaining part of the housing after filling dense with liquid mall connected is. Can be used as a heat sink easily a commercial one Purchase part can be used. Between the cover and the housing part can be a sweat, Adhesive, press or screw connection must be provided. By the arrangement a layer of thermally conductive sealing material between cover and housing part the heat sink, which is generally made of solid metal, is both electrically and chemically isolated from the liquid metal. Preferably consists of the tub-like housing part Insulating material.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht noch darin, im Flüssigmetall einen oder mehrere elastische Druckausgleichskörper zu lagern. Zum einen wird hierdurch ein Volumenausgleich gegenüber der thermisch bedingten Volumenänderung des Flüssigmetalls und zum anderen eine Verringerung der erforderlichen Flüssigmetallmenge bewirkt.A further development of the invention is still in the liquid metal to store one or more elastic pressure compensation bodies. For one thing hereby a volume compensation compared to the thermally induced volume change of the liquid metal and on the other hand a reduction in the amount of liquid metal required causes.
In vielen Fällen ist es vorteilhaft, dass das Flüssigmetall mit dem Bezugspotenzial (Masse) der Baugruppe in elektrischer Verbindung steht. Das kann in einfacher Weise über nicht isolierbeschichtete, mit dem Bezugspotenzialleiter verbundene Teiloberflächen der Baugruppe geschehen, vorzugsweise durch wenigsten einen unisolierten Kontaktstift, der vorzugsweise von einer Leiterplatte, auf der die übrigen Bauteile montiert sind, hervorsteht. Der Kontaktstift sollte aus einem gegenüber dem Flüssigmetall korrosionsbeständigen Material, beispielsweise aus Molybdän, bestehen.In many cases it is advantageous that the liquid metal with the reference potential (ground) of the module in electrical connection stands. This can be done in a simple way using non-insulated, partial surfaces of the Subassembly done, preferably by at least an uninsulated Contact pin, preferably from a circuit board on which the other components are mounted, protrudes. The contact pin should be opposite one Liquid metal corrosion resistant material, for example from molybdenum, consist.
Die Isolierschicht besteht vorzugsweise aus einem üblichen Schutzlack.The insulating layer is preferably made from a usual Protective varnish.
Als Flüssigmetall ist eine physiologisch unbedenkliche Legierung aus einer GaInSn-Legierung zu bevorzugen. Eine Legierung aus 660 Gewichtsanteilen Gallium, 205 Gewichtsanteilen Gallium und 135 Gewichtsanteilen Zinn ist bei Normaldruck im Temperaturbereich von 10 bis 2000°C flüssig und besitzt gute schirmende und wärmeleitende Eigenschaften.As a liquid metal one is physiological preferred safe alloy from a GaInSn alloy. An alloy of 660 parts by weight gallium, 205 parts by weight Gallium and 135 parts by weight of tin is at normal pressure in the temperature range from 10 to 2000 ° C liquid and has good shielding and heat-conducting properties.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigenMore details and advantages The invention will become apparent from the following, based on figures explained Embodiment. Show it
Nach
Nach
Wenigstens die im Inneren des Gehäuses
Das Flüssigmetall
Die Baugruppe
In etlichen Fällen mag es ausreichen, dass der
thermisch verursachte Volumenausgleich nicht durch Druckausgleichskörper
Die dichtende Verbindung zwischen
Deckel
Bei Bedarf reichen auch andere Bauteile, beispielsweise
von außen
zugängliche
Einstellmittel für
Widerstandspotentiometer, abgedichtet durch das Gehäuse
Claims (12)
Priority Applications (1)
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DE2003106130 DE10306130A1 (en) | 2003-02-14 | 2003-02-14 | Electronic module for high frequency telecommunications, has screening and cooling, with insulating layer on components arranged in housing filled with liquid metal |
Applications Claiming Priority (1)
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DE2003106130 DE10306130A1 (en) | 2003-02-14 | 2003-02-14 | Electronic module for high frequency telecommunications, has screening and cooling, with insulating layer on components arranged in housing filled with liquid metal |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=32747822
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DE2003106130 Ceased DE10306130A1 (en) | 2003-02-14 | 2003-02-14 | Electronic module for high frequency telecommunications, has screening and cooling, with insulating layer on components arranged in housing filled with liquid metal |
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2003
- 2003-02-14 DE DE2003106130 patent/DE10306130A1/en not_active Ceased
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