Sinnvoll, effektiv und zuverlässig Kühlkonzepte für Electronic-Packaging-Systeme

Die parallele Anordnung der Steckkarten bei Systemen wie VMEbus, Compact-PCI, MicroTCA und AdvancedTCA ermöglicht meist eine optimierte und ausreichende Luftkühlung. Die thermischen Anforderungen für die Kühlung der Boards bzw. der kompletten Systeme...

Sinnvoll, effektiv und zuverlässig

Die parallele Anordnung der Steckkarten bei Systemen wie VMEbus, Compact-PCI, MicroTCA und AdvancedTCA ermöglicht meist eine optimierte und ausreichende Luftkühlung. Die thermischen Anforderungen für die Kühlung der Boards bzw. der kompletten Systeme sind in den Spezifikationen der PICMG für CompactPCI, MicroTCA und AdvancedTCA sowie der VITA für VMEbus festgelegt.

Von Dr.-Ing. Adam Pawlowski

Die Verlustleistungswerte in Electronic-Packaging-Systemen haben mittlerweile eine Größenordnung erreicht, welche eine aktive Kühlung unumgänglich machen. In der Regel handelt es sich dabei um luftgekühlte Systeme. Gegenwärtig kann eine solche Luftkühlung auf drei Arten realisiert werden:

  • Mit ungeregelten Ventilatoren: Die Ventilatoren werden mit konstanter Drehzahl betrieben. Diese sehr preiswerte Lösung ist besonders geeignet für die Systeme, die sowohl thermisch als auch hinsichtlich der Geräuschentwicklung unkritisch sind.
  • Mit einfach temperaturgeregelten Ventilatoren: Diese effiziente und geräuschoptimierte Lösung ist für schon etwas anspruchsvollere Systeme geeignet.
  • Mit Shelf Manager: Dieser regelt die Ventilator-Drehzahl und sorgt für den sonstigen Informationsaustausch über den aktuellen thermischen Zustand des Systems gemäß einem vorher festgelegten Algorithmus. Damit ist eine sehr wirkungsvolle und genau auf den Arbeitspunkt abgestimmte Regelung der Luftkühlung möglich. Sie ist für leistungsstarke und thermisch kritische Systeme besonders gut geeignet. Diese Art von Regelung erlaubt eine vorausschaubare Beeinflussung der Temperaturentwicklung in Systemen, indem die zu erwartenden Ventilatoren-Drehzahlen gemäß den Temperaturgradienten im Voraus ermittelt und eingestellt werden.

Unter bestimmten Bedingungen, bei hohen Packungsdichten und bei grenzwertigen Leistungsaufnahmen werden die im System eingesetzten Boards mehr oder weniger direkt mittels Wasser gekühlt. Diese Art des Wärmetransports für Electronic-Packaging-Systeme hat aber noch nicht die nötige technische Reife erreicht, um standardmäßig in gewöhnlichen Applikationen angewandt zu werden, und beschränkt sich noch auf einzelne Projekte.