Universeller Display-Controller für raue Umgebungen

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ISH Ingenieursozietät GmbH

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KWS Computersysteme GmbH

ibw Industrieberatung Siegfried Weigert

Zur thermischen Ankoppelung von Leiterplatte, Companion-Chip, Schaltreglern und anderen Hot Spots wird ein neuartiges Verfahren verwendet: Die Gehäusehohlräume im CPU-Abteil werden hierbei nach der Montage mit einem dauerelastischen, hoch wärmeleitfähigen Schaum vom Typ Keratherm GF 300 ausgespritzt. Ein dauerhaftes Verbinden mit der Platine wird durch Verwendung eines Trennmittels verhindert. Eine Unterfüllung der Bauelemente ist aufgrund der Bestückung in SMD-Technik ausgeschlossen, da hier das Mindestmaß für eine Spaltfüllung von etwa 0,3 bis 0,4 mm nicht erreicht wird.

Trotz Verguss zugänglich und reparierbar

Aufgrund der dauerelastischen Eigenschaften lässt sich das Material selbst bei einer Ösenbildung unter größeren, drahtbestückten Bauteilen wie etwa Dioden gut entfernen. Somit ist sichergestellt, dass die Platine trotz des thermischen Vergusses zugänglich und gut reparierbar bleibt. Durch die in die Masse eingebetteten Keramikfüllkörper mit ihrer guten thermischen Leitfähigkeit ist sichergestellt, dass auch kurzfristige Temperaturspitzen in den Bauteilen schnell aufgenommen und abgeleitet werden können. So ist zuverlässig gewährleistet, dass sich die Hot Spots nicht überhitzen.

Durch Konturfräsung wird erreicht, dass der Abstand zwischen den Hitze führenden Bauelementen und dem Gehäusedeckel möglichst gering bleibt (beim Companion genau 0,5 mm) (Bild 2). So ist das Spaltmaß einerseits groß genug, damit der Spalt vollständig und blasenfrei gefüllt werden kann und anderseits klein genug, um den thermischen Widerstand so gering wie möglich zu halten. Bild 3 zeigt den schematischen Aufbau des Systems, das Titelbild ein Foto eines realen Schnittmodels noch ohne Vergussmasse; jeweils ohne den Kühlrippen-Deckel.

Bild 4 zeigt reale Messwerte eines Testaufbaus mit jeweils 100% CPU-Auslastung bei 25 °C Umgebungstemperatur: Graph 1 und 2 zeigen die Temperatur an der offenen Platine, Graph 3 und 4 analog dazu die Temperatur im mit GF300 vergossenen Gehäuse. Graph 1 und 3 beziehen sich dabei jeweils auf die Oberflächentemperatur am Hot Spot; Graph 2 und 4 auf die Leiterplattentemperatur unter dem Hot Spot. Graph 5 zeigt die Oberflächentemperatur des Kühlkörpers.

x86-kompatibler Embedded-PC mit Hochleistungsgrafik

Gut zu sehen ist, dass durch das Vergießen mit GF300 der Temperaturanstieg stark verlangsamt wird und dass auch im Endzustand die Bauteiltemperatur deutlich niedriger ist. Da der Zustand mit maximaler Last nicht der normale Betriebszustand ist, heißt das, dass im realen Betrieb der Arbeitsbereich im linken Bereich des Diagramms liegen wird, in dem der Vorteil des Vergießens am größten ist.

Das Temperaturgefälle von der Bauteiloberfläche zum Kühlkörper beträgt an allen Punkten nur jeweils maximal 10 K, zur Umgebungstemperatur maximal 30 K, typischerweise 20 K oder weniger. Somit ist ohne weitere Maßnahmen ein sicherer Einsatz bei Umgebungstemperaturen bis 70 °C gewährleistet. Ein weiterer Vorteil der elastischen Vergussmasse auf Silikonbasis ist die gute Schwingungsdämpfung beim Einsatz unter rauen Industriebedingungen.

Elektrisch gesehen handelt es sich beim u!dic nicht nur um einen universellen Display-Controller, sondern um einen vollwertigen, x86-kompatiblen Embedded-PC mit On-Chip-Hochleistungsgrafik. Das neue Kühlkonzept und die hohe Energieeffizienz der AMD-Fusion-Prozessoren ermöglichen hochauflösende Anzeigesysteme jenseits von Full-HD mit bis zu 2560 x 1600 Pixel bei 60 Hz.

In Verbindung mit dem kompakten und robusten Aufbau „Made in Germany“ eignet sich das System für Anwendungen in rauen, unklimatisierten Umgebungen wie Industrieanlagen oder zum Einsatz in Fahrzeugausrüstung und Bahntechnik.

IP54-geschützt und bündig mit 10,4"-Display lieferbar

Mit entsprechender Touch-Technik (vorbereitete Option) ist ein Einsatz auch in öffentlichen Bereichen als Kiosk- oder Multimedia-Informationssystem möglich. Das u!dic-Gerät ist allseitig IP54 geschützt und passt mit seinen kompakten Abmessungen bündig unter ein 10,4"-Display (Bilder 5 und 6).

Standardausstattung für das langzeitverfügbare System sind: 1,6 GHz AMD T56 Dual Core Embedded-Prozessor mit APU für Grafik und Signalverarbeitung, 2 GByte Low Voltage DDR3-RAM, Echtzeituhr mit langlebiger Batterie (>15 Jahre), GBit-Ethernet, 4x USB 2.0, 2x USB 3.0, DVI, HD-Audio und ein 2,5"-SATA-Laufwerksschacht. Die Stromversorgung erfolgt über einen 10- bis 30-V-Weitbereichseingang.

Kundenspezifische Optionen wie etwa zusätzliche konventionelle serielle Schnittstellen (siehe vorne rechts auf Bild 2) oder PCM-RAM (benötigt keine Batterien) können einfach integriert werden. Weitere Optionen sind ein Displayrahmen zur Frontmontage sowie diverse Display-Touch- und Gehäusevarianten.

* * Dr. Gerald Kurtze ... ist geschäftsführender Gesellschafter der KWS Computersysteme in Ettlingen.

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