DD277165A1 - Anordnung zur waermeabfuehrung von elektronischen bauelementen mit definierter impedanz ihrer ein- und ausgaenge - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Waermeabfuehrung von elektronischen Bauelementen mit definierter Impedanz ihrer Ein- und Ausgaenge bei deren Montage auf Mehrebenen-Leiterplatten. Zwischen den elektronischen Bauelementen und der Leiterplatte ist eine thermisch und elektrisch leitende Platte angeordnet, die im Anschlussbereich der elektronischen Bauelemente Durchbrueche und im Bereich von Leiterbahnen auf der Bestueckungsebene Vertiefungen aufweist. Die Bauelemente beziehungsweise eine Kuehlvorrichtung sind thermisch mit der Platte gekoppelt, waehrend die Platte elektrisch mit den Masseflaechen der Leiterplatte verbunden ist. Figur

Description

Unterseiten der elektronischen Bauelemente hoher Verlustleistung als auch mit einer Kühlvorrichtung thermisch gekoppelt und mit ihren nicfitvertieften Flächen an ihrer der Leiterplatte zugewandten Seite mit den Massenflächen der Bestückungsebene elektrisch verbunden ist.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung geling· es, durch zusätzliche Leiterbahnen auf der Bestückungsebene die Packungsdichte der elektronischen Bauelemente zu verbessern und die von der nunmehr größeren Anzahl elektronischer Bauelemente mit hoher Verlustleistung in vermehrtem Umfang erzeugte Verlustwärme wirkungsvoll zu der Kühlvorrichtung abzuleiten. Trotz dieser Maßnahme werden Stoßstellen des Wellenwiderstandes von Leiterbahnen auf der Lc'ebene weitestgehend vermieden und auch für Leiterbahnen auf der Bestückungsebene definierte Wellenwiderstände gewährleistet.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt in einer schematischen Darstellung eine Platte P aus beidseitig verzinntem Kupfer zwischen der Bestückungsebene einer Leiterplatte L und der Unterseite eines elektronischen Bauelementes BE mit definierter Impedanz seiner Ein- und Ausgänge und mit hoher Verlustleistung, beispielsweise eines integrierten Schaltkreises eines schnellen Logiksystems mit relativ großem Integrationsgrad. Die Platte P enthält Durchbrüche Dundan ihrer der Leiterplatte L zugewandten Seite eine erste und eine zweite Vertiefung V';V" mit unterschiedlicher Tiefe. Die Lötebene der Leiterplatte L enthält eine erste Leiterbahn Lb', während die Bestückungsebene eine Masseflächn Mf aufweist, die für das Führen einer zweiten Leiterbahn Lb" und dreier Leiterbahnen Lb"' unterbrochen ist. Das Bauelement BE tnd eine Kühlvorrichtung Kv, in diesem Fall e^:n Kühlkörper, sind beispielsweise mittels Thermoleitkitt thermisch an die Platte P angekoppelt. Die verzinnte Platte P liegt kontaktgebend auf den ebenfalls verzinnten Masseflächen Mf auf

Die Funktion der Anordnung ist folgende.

Die auf der Bestückungsebene der Leiterplatte L vorgesehene Massefläche Mf ist zun. Führen von Leiterbahnen Lb"; Lb"' entsprechend unterbrochen. Um einen unerwünschten Kurzschluß zwischen der zweiten Leiterbahn Lb" und der Platte P zu verhindern, ist die Massepotential führenden Platte P mit einer ersten Vertiefung V versehen, die dem Verlauf der zweiten Leiterbahn Lb" folgt. Zum Gewährleisten eines definierten Wellenwiderstandes der zweiten Leiterbahn Lb" entsprechend der definierten Impedanz der Ein- und Ausgänge des angeschlossenen elektronischen Bauelementes BE ist die erste Vertiefung V mit einer bestimmten Tiefe ausgeführt, die in Verbindung mit der Breite der zweiten Leiterbahn Lb" und der resultierenden Dielektrizitätskonstante zu dem angestrebten Wert des Wellenwiderstandes führt.

Im Bereich der ersten Leiterbahn Lb' sind auf der Bestückungsebene der Leiterplatte L drei dritte Leiterbahnen Lb"' geführt, für die keine Forderungen bezüglich ihres Wellenwiderstandes gestellt sind. Die für sie unterbrochene Massefläche Mf diente ursprünglich zur Ausbildung eines definieren Wellenwiderstandes der ersten Leiterbahn Lb'. Das Entstehen von Stoßstelien in der ersten Leiterbahn Lb' für steile Signalflanken aufgrund von Änderungen des Wellenwiderstandes an den Unterbrechungsstellen der Massefläche Mf wird durch die Massepotential führende Platte P verhindert, die die betreffende Unterbrechungsstelle mit einer zweiten Vertiefung V" überbrückt. Diese zweite Vertiefung V" ist in einnr geringeren Tiefe ausgeführt, die einerseits gerade einen Kurzschluß der dritten Leiterbahnen Lb"' mit der Massepotential führende Platte P verhindert und anderseits auch für die Beibehaltung des definierten Wellenwiderstandes der ersten Leiterbahn Lb' sorgt. Der sich daraus ergebende etwas größere Abstand zwischen der ersten Leiterbahn Lb' und der Massepotential führenden Deckfläche der zweiten Vertiefung V" ist durch eine entsprechend größere Breite der ersten Leiterbahn Lb' ausgleichbar. Durch das Führen zusätzlicher Leiterbahnen Lb"; Lb"' auf der Bestückungsebene der Leiterplatte L ist eine höhere Packungsdichte elektronischer Bauelemente BE erreichbar. Der Anschluß der elektronischen Bauelemente BE wird durch die in der Platte P vorgesehenen Durchbrüche D ermöglicht. Die im Verhältnis zur Kupferbeschichtung der Leiterplatte L wesentlich dickere Platte P aus Kupfer ist in der Lage, die von den vermehrt vorhandenen elektronischen Bauelemente BE hoher Verlustleistung erzeugte Verlustwärme vollständig an die Kühlvorrichtung Kv am Rand der Leiterplatte L abzuführen. Als Kühlvorrichtung Kv kann in an sich bekannter Weise auch die Tragkonstruktion der Leiterplatte L dienen, also beispielsweise der zugehörige Baugruppenträger. Zur Verringerung des Wärmeübergangswiderstandes zwischen der Unterseite des elektronischen Bauelementes BE beziehungsweise der Kühlvorrichtung Kv und der Platte P ist ein Thermoleitkitt zu verwenden. Die Durchbrüche D und die Vertiefungen V7; V" sind zweckmäßigerweiso durch Ätzen herstellbar. Die dazu notwendigen Schablonen sind mit Hilfe eines Rechners und der entsprechenden peripheren Geräte anzufertigen, wobei die dazu notwendigen Daten mittels entsprechender Programme aus den ohnehin vorhandenen Daten der leiterplatte L ableitbar sind.

Claims (1)

1. Anordnung zur Wärmeabführung von elektronischen Bauelementen mit definierter Impedanz ihrer Ein- und Ausgänge bei deren Montage auf Mehrebenen-Leiterplatten mit zumindest einer Lötebene und einer Masseflächen aufweisenden Bestückungsebene, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Unterseiten der elektronischen Bauelemente (BE) und der Bestückungsebene der Leiterplatte (L) eine Platte (P) aus thermisch und elektrisch leitfähigem Material angeordnet ist, die im Bereich der Anschlüsse der elektronischen Bauelemente (BE) Durchbrüche (D) und im Bereich von Leiterbahnen (Lb"; Lb"') auf der Bestückungsebene an ihrer der Leiterplatte (L) zugewandten Seite Vertiefungen (V₁V") einer jeweils vorgegebenen Tiefe aufweist und die sowohl mit den Unterseiten der elektronischen Bauelemente (BE) hoher Verlustleistung als auch mit einer Kühlvorrichtung (Kv) thermisch gekoppelt und mit ihren nichtvertieften Flächen an ihrer der Leiterplatte (L) zugewandten Seite mit den Massenflächen der Bestückungsebene elektrisch verbunden ist.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Wärmeabführung von elektronischen Bauelementen mit definierter Impedanz ihrer Ein- und Ausgänge sowie hoher Verlustleistung bei deren Montage auf Mehrebenen-Leiterplatten.

   Charakteristik des bekannten Standes der Technik

   Bekannt ist eine Anordnung, bei der auf der Bestückungsebene einer Mehrebenen-Leiterplatte die Kupferbeschichtung großflächig auf dem Trägermaterial verbleibt und nur die Anschlußebene der elektronischen Bauelemente ausgespart sind. Elektronische Bauelemente mit relativ hoher Verlustleistung sind zur Ableitung der von ihnen erzeugten Verlustwärme mit ihrer Unterseite thermisch mit der Kupferschicht gekoppelt, über die die Wärme zum Rand der Leiterplatte und zur Gestellkonstruktion abgeleitet wird, vgl. MECL Systems Design Handbook, Motorola 1980.

   Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß infolge dieser Maßnahme auf der Bestückungsebene keine Leiterbahnführung beziehungsweise nur in geringem Maß möglich ist. Das steht einer weiteren Verbesserung der Packungsdichte der elektronischen Bauelemente auf der Leiterplatte störend entgegen. Weiterhin ist die zur Verfügung stehende Kupferschicht relativ dünn, so daß infolge des vergleichsweise hohen Wärmewiderstandes nur ein geringer Teil an Verlustwärme zum Leiterplattenrand ableitbar ist.

   Es ist weiter bekannt, den Wellenwiderstand von Leiterbahnen, die zu elektronischen Bauelementen mit einer definierten Impedanz ihrer Ein- und Ausgänge führen, an diese Impedanzen anzupassen. Dazu ist ebenfalls auf der Bestückungsebene der Leiterplatte eine Kupferschicht vorgesehen, die an Massenpotential angeschlossen ist. Der Wellenwiderstand einer Leiterbahn ist dann abhängig von ihrer Dicke und Breite sowie von dem Abstand zwischen Leiterbahn und Kupferschicht und von der Dieelektrizitätskonstante des Trägermaterials, vgl. MECL Motorola Semiconductors, 1971. Auch durch diese Maßnahme wird ein Vorsehen von Leiterbahnen auf der Bestückungsebene stark eingeschränkt. Muß infolge einer auf der Bestückungsebene vorgesehenen Leiterbahn die durchgängige Kupferschicht über eine gewisse Entfernung unterbrochen werden, entstehen für eine auf der Lötebene quer dazu verlaufenden Leiterbahn an den Unterbrechnungsstellen Wellenwiderstandsänderungen, die sich als Reflexionen auslösende Stoßstellen für steile Signalflanken störend bemerkbar machen. Bei einer sogenannten schnellen Logik, beispielsweise der emittergekoppelten Logik ECL, kann das durch das Auftreten von Doppelimpulsen zu Fehlfunktionen führen. Darüber hinaus ist es nicht möglich, auf diese Weise den Wellenwiderstand von Leiterbahnen auf der Bnstückungsebene zu beeinflussen.

   Ziel der Erfindung

   Ziel der Erfindung ist es, bei Gewährleistung eines definierten Wellenwiderstandes von Leiterbahnen die Packungsdichte elektronischer Bauelemente auf Mehrebenen-Leiterplatten zu erhöhen.

   Wesen der Erfindung

   Dor Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Anordnung zur Montage elektronischer Bauelemente mit definierter Impodanz ihror Ein- und Ausgänge und hoher Verlustleistung auf Mohrebenen-Loiterplatten mit zumindest einer Lötebene und oinor Massoflächo aufweisenden Bostückungsobene zu treffen, boi der trotz Gewährleistung definierter Wellenwiderstände für sowohl Loitorbahnon auf dor Lot- als auch auf der Bostückungsobeno dio Wärmeleitung verbessert ist. Erfindungsgomäß wird diose Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen den Unterseiten der elektronischen Bauelemente und der Bostückungsobeno dor Leiterplatte oino Platto aus thermisch und elektrisch leitfähigem Material angeordnet ist, die im Bereich dor Anschlüsso dor elektronischen Bauelomcnto Durchbrüche und im Boreich von Leitorbahnen auf dor Bestückungsebene an ihrer der Loitorplatto zugewandton Seite Vertiefungen oinor jewoils vorgegebenen Tiefe aufweist und die sowohl mit den