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DE102018111534A1 - Device for dissipating heat from a printed circuit board - Google Patents

Device for dissipating heat from a printed circuit board Download PDF

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DE102018111534A1
DE102018111534A1 DE102018111534.2A DE102018111534A DE102018111534A1 DE 102018111534 A1 DE102018111534 A1 DE 102018111534A1 DE 102018111534 A DE102018111534 A DE 102018111534A DE 102018111534 A1 DE102018111534 A1 DE 102018111534A1
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DE
Germany
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circuit board
heat
printed circuit
conducting element
underside
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Application number
DE102018111534.2A
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German (de)
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DE102018111534B4 (en
Inventor
Stefan Götz
Michael Bauer
Sven Lill
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Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
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    • H10W40/228
    • H10W70/685

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  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Structure Of Printed Boards (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Abführen von Wärme aus einer Leiterplatte (2) mit einer Leiterplatte (2), die mindestens ein an einer Oberfläche (6) der Leiterplatte (2) angeordnetes elektrisches Bauelement (10) aufweist, mit mindestens einem oberhalb der Leiterplatte (2) angeordneten Kühlelement (15) zum Abführen von Wärme an die Umgebungsluft oder ein Kühlmedium, welches eine ebene Unterseite aufweist und mit mindestens einem Wärmeleitelement (12) zum Ableiten von Wärme aus der Leiterplatte (2) zu dem Kühlelement (15), wobei das Kühlelement (15) mit einer Oberseite (21) des Wärmeleitelements (12) wärmeleitend verbunden ist, wobei die Oberseite (21) des Wärmeleitelements (12) und die Oberseite des Bauelements (10) in identischem Abstand von der Oberfläche (6) der Leiterplatte (2) angeordnet sind, so dass das Kühlelement (15) auch mit der Oberseite des Bauelements (10) wärmeleitend verbunden ist.The invention relates to a device (1) for removing heat from a printed circuit board (2) having a printed circuit board (2) which has at least one electrical component (10) arranged on a surface (6) of the printed circuit board (2) above the printed circuit board (2) arranged cooling element (15) for dissipating heat to the ambient air or a cooling medium, which has a flat bottom and at least one heat conducting element (12) for dissipating heat from the printed circuit board (2) to the cooling element (15 ), wherein the cooling element (15) with a top side (21) of the heat conducting element (12) is thermally conductively connected, wherein the top (21) of the heat conducting element (12) and the top of the device (10) at an identical distance from the surface (6 ) of the printed circuit board (2) are arranged so that the cooling element (15) is also thermally conductively connected to the upper side of the component (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abführen von Wärme aus einer Leiterplatte mit einer Leiterplatte, die mindestens ein an einer Oberfläche der Leiterplatte angeordnetes elektrisches Bauelement aufweist, mit mindestens einem oberhalb der Leiterplatte angeordneten Kühlelement zum Abführen von Wärme an die Umgebungsluft oder ein Kühlmedium, welches eine ebene Unterseite aufweist und mit einem Wärmeleitelement zum Ableiten von Wärme aus der Leiterplatte zu dem Kühlelement, wobei das Kühlelement mit einer Oberseite des Wärmeleitelements wärmeleitend verbunden ist.The invention relates to a device for dissipating heat from a printed circuit board with a printed circuit board having at least one arranged on a surface of the printed circuit board electrical component, with at least one arranged above the circuit board cooling element for dissipating heat to the ambient air or a cooling medium, which having flat bottom and with a heat conducting element for dissipating heat from the circuit board to the cooling element, wherein the cooling element is thermally conductively connected to an upper side of the heat conducting element.

Eine derartige Vorrichtung mit einer Leiterplatte, an deren Oberfläche mehrere Bauelemente angeordnet sind, ist beispielsweise aus der EP 0 989 794 A2 bekannt. Diese Vorrichtung weist mehrere Wärmeleitelemente auf, die ähnlich wie die Bauelemente auf der Oberfläche der Leiterplatte angeordnet und verlötet sind. Die Wärmeleitelemente stehen insofern nach oben von der Leiterplatte ab und überragen in ihrer Höhe sämtliche auf der Leiterplatte angeordnete Bauelemente. An den Oberseiten der Wärmeleitelemente ist ein plattenförmiges Kühlelement wärmeleitend mit den Wärmeleitelementen verbunden. Über das Kühlelement kann die aus der Leiterplatte über die Wärmeleitelemente abgeleitete Wärme an die Umgebungsluft abgegeben werden.Such a device with a printed circuit board, on whose surface a plurality of components are arranged, is for example from the EP 0 989 794 A2 known. This device has a plurality of heat conducting elements, which are arranged and soldered on the surface of the circuit board similar to the components. The heat-conducting elements are so far upwards from the circuit board and project in height all arranged on the circuit board components. On the upper sides of the heat-conducting a plate-shaped cooling element is thermally conductively connected to the heat-conducting elements. Via the cooling element, the heat dissipated from the printed circuit board via the heat conducting elements can be released to the ambient air.

Allerdings hat sich in der Praxis herausgestellt, dass es insbesondere bei leistungselektronischen Leiterplatten, die hohe Ströme schalten und/oder führen, zu einem Hitzestau in der Leiterplatte kommen kann. Hierdurch kann die Funktionsfähigkeit der Bauelemente beeinträchtigt werden.However, it has been found in practice that heat build-up in the printed circuit board can occur, especially in power electronic printed circuit boards which switch and / or guide high currents. As a result, the functionality of the components can be impaired.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, die Kühlung einer leistungselektronischen Leiterplatte zu verbessern.Against this background, the task arises to improve the cooling of a power electronic circuit board.

Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art wird zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagen, dass die Oberseite des Wärmeleitelements und die Oberseite des Bauelements in identischem Abstand von der Oberfläche der Leiterplatte angeordnet sind, so dass das Kühlelement auch mit der Oberseite des Bauelements wärmeleitend verbunden ist.In a device of the type mentioned is proposed to solve the problem that the top of the heat conducting element and the top of the device are arranged at an identical distance from the surface of the circuit board, so that the cooling element is thermally conductively connected to the top of the device.

Erfindungsgemäß ist die Höhe des Wärmeleitelements über der Leiterplatte an die Höhe des Bauelements über der Leiterplatte angepasst, so dass die Abstände der Oberseite des Wärmeleitelements und der Oberseite des Bauelements von der Oberfläche der Leiterplatte identisch sind. Unter identischen Abständen werden dabei Abstände verstanden, deren Differenz kleiner als 1 mm, bevorzugt kleiner als 0,5 mm, besonders bevorzugt kleiner als 0,1 mm ist. Hierdurch wird es möglich, dass die ebene Unterseite des Kühlelements sowohl in wärmeleitendem Kontakt mit der Oberseite des Wärmeleitelements als auch in wärmeleitendem Kontakt mit der Oberseite des Bauelementes stehen kann. Über die wärmeleitende Verbindung von Bauelement und Kühlelement kann Wärme aus dem Bauelement nach oben in das Kühlelement abgeleitet werden. Der durch die Oberseite des Bauelements abgeführte Anteil an Wärme reduziert die Wärme, die durch die Leiterplatte abgeführt werden muss, so dass die Kühlung der Leiterplatte erleichtert wird.According to the invention, the height of the heat-conducting element above the printed circuit board is adapted to the height of the component above the printed circuit board, so that the distances of the upper side of the heat-conducting element and the upper side of the component from the surface of the printed circuit board are identical. By identical distances are meant distances whose difference is less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm, particularly preferably less than 0.1 mm. This makes it possible that the flat underside of the cooling element can be in both thermally conductive contact with the top of the heat conducting element as well as in heat-conducting contact with the top of the device. Heat can be dissipated from the component upwards into the cooling element via the heat-conducting connection between component and cooling element. The amount of heat dissipated through the top of the device reduces the heat that must be dissipated through the circuit board to facilitate cooling of the circuit board.

Bevorzugt weist das Wärmeleitelement Kupfer oder Aluminium oder Messing, insbesondere CuZn40AI2 oder CuZn39Pb3, oder Phosphor-Bronze auf. Hierdurch kann ein leichtes, gut lötbares Wärmeleitelement erhalten werden, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Besonders bevorzugt ist das Wärmeleitelement aus Kupfer ausgebildet und beispielsweise verzinnt, um die Lötbarkeit und den Schutz vor Korrosion zu verbessern. Alternativ kann das Wärmeleitelement aus verkupfertem und/oder verzinntem Aluminium gebildet sein. Weiter alternativ ist das Wärmeleitelement aus, insbesondere verzinntem, Messing ausgebildet. The heat-conducting element preferably comprises copper or aluminum or brass, in particular CuZn40Al2 or CuZn39Pb3, or phosphor bronze. In this way, a light, easily solderable heat-conducting element can be obtained, which has a high thermal conductivity. Particularly preferably, the heat conducting element is formed of copper and tinned, for example, to improve the solderability and protection against corrosion. Alternatively, the heat-conducting element can be formed from copper-plated and / or tinned aluminum. Further alternatively, the heat-conducting element is made of, in particular tinned, brass.

Weitere Alternativen sehen vor, dass das Wärmeleitelement aus CuZn40AI2 oder CuZn39Pb3 oder aus, insbesondere verzinnter, Phosphor-Bronze gebildet ist.Other alternatives provide that the heat-conducting element of CuZn40AI2 or CuZn39Pb3 or, in particular tinned, phosphor bronze is formed.

Über das Kühlelement kann Wärme an die Umgebungsluft oder ein insbesondere flüssiges Kühlmedium abgeführt werden. Bevorzugt ist das Kühlelement mit mindestens einem Leitelement, beispielsweise einem Rohr oder einem Schlauch, oder einem Wärmetauscher oder Kompressor verbunden. Das Kühlelement kann als Kühlplatte oder als Wärmeableitelement oder als Heatpipe ausgebildet sein. Derartige Wärmableitelemente oder Heatpipes können Wärme zu einem Kühlkörper oder einer weiteren Kühlplatte ableiten.Heat can be dissipated to the ambient air or in particular a liquid cooling medium via the cooling element. Preferably, the cooling element is connected to at least one guide element, for example a pipe or a hose, or a heat exchanger or compressor. The cooling element may be formed as a cooling plate or as a heat sink or as a heat pipe. Such Wärmableitelemente or heat pipes can dissipate heat to a heat sink or another cooling plate.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine der Oberseite gegenüberliegende Unterseite des Wärmeleitelements auf der Oberfläche des Leiterplatte aufliegt, so dass das Bestücken der Leiterplatte mit dem Wärmeleitelement nach Art eines SMD (Surface Mounted Device)-Bauelements erfolgen kann. Bevorzugt sind das Wärmeleitelement und die Leiterplatte, insbesondere ein Leiter oder ein Leiterpad der Leiterplatte über eine Lötverbindung mit der Unterseite des Wärmeleitelements verbunden.According to an advantageous embodiment, it is provided that an underside of the heat-conducting element which lies opposite the upper side rests on the surface of the printed circuit board, so that the loading of the printed circuit board with the heat-conducting element can take place in the manner of an SMD (Surface Mounted Device) component. The heat-conducting element and the printed circuit board, in particular a conductor or a conductor pad of the printed circuit board, are preferably connected to the underside of the heat-conducting element via a solder connection.

Bevorzugt weist die Unterseite des Wärmeleitelements mehrere Vertiefungen auf. Über die Vertiefungen kann die Grenzfläche zwischen der Unterseite des Wärmeleitelements und einem Lot, insbesondere einer Lötpaste, vergrößert werden. Die Vertiefungen ermöglichen ferner, dass Gase und Lösungsmittel, die beim Löten innerhalb des Lots entstehen, verbessert abgeführt werden können, so dass die Gefahr von unerwünschten Gaseinschlüssen an der Grenzfläche zwischen Wärmeleitelement und Lot verringert wird. Besonders bevorzugt weist die Unterseite mehrere parallel verlaufende Nuten auf. Derartige Vertiefungen können kostengünstig gefertigt werden. Alternativ können die Vertiefungen als punktuelle Ausnehmungen in der Unterseite ausgebildet sein, die beispielsweise einen runden oder mehreckigen Querschnitt aufweisen.Preferably, the underside of the heat-conducting element has a plurality of depressions. About the wells, the interface between the bottom of the heat conducting element and a solder, in particular a solder paste can be increased. The Recesses also allow gases and solvents resulting from brazing inside the braze to be removed more efficiently, thus reducing the risk of undesirable gas inclusions at the interface between the heat conduction member and the braze. Particularly preferably, the underside has a plurality of parallel grooves. Such depressions can be manufactured inexpensively. Alternatively, the recesses may be formed as punctiform recesses in the bottom, which for example have a round or polygonal cross-section.

Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, wenn eine Kontaktfläche der Leiterplatte, auf welcher die Unterseite des Wärmeleitelements aufliegt, mehrere Vertiefungen aufweist, insbesondere, mehrere Bohrungen. Die Vertiefungen in der Leiterplatte können beispielsweise als „blind vias“, insbesondere in einem Leiter oder in einem Leiterpad der Leiterplatte, ausgestaltet sein. Durch diese Vertiefungen in der Leiterplatte kann die Grenzfläche zwischen Leiterplatte und Lot vergrößert und Raum zur Aufnahme unerwünschter Lotnebenprodukte, beispielsweise beim Löten entstehender Gase, geschaffen werden.Alternatively or additionally, it is preferred if a contact surface of the printed circuit board, on which the underside of the heat-conducting element rests, has a plurality of depressions, in particular, a plurality of bores. The depressions in the printed circuit board can be configured, for example, as "blind vias", in particular in a conductor or in a printed circuit board of the printed circuit board. Through these recesses in the circuit board, the interface between the printed circuit board and solder can be increased and space for receiving unwanted Lotproducts, for example, when soldering gases produced, created.

Die der Unterseite gegenüberliegende Oberseite des Wärmeleitelements ist bevorzugt eben ausgebildet, so dass die ebene Unterseite des Kühlkörpers flächig an dieser anliegen kann.The underside of the upper side of the heat-conducting element is preferably flat, so that the flat underside of the heat sink can lie flat against this.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Leiterplatte ein innerhalb der Leiterplatte angeordnetes Einlageelement aufweist, welches wärmeleitend mit dem Wärmeleitelement verbunden ist. Das Einlageelement kann beispielsweise als Kupfer-Inlay ausgestaltet sein. Bevorzugt erstreckt sich das Einlageelement parallel zu der Oberfläche der Leiterplatte. Beispielsweise kann das Einlageelement plattenförmig ausgebildet sein. Das Einlageelement weist bevorzugt eine Dicke in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der Leiterplatte auf, die größer ist als 1 mm, insbesondere im Bereich von 2 mm bis 5 mm liegt. Das Einlageelement kann ein vorgefertigtes Einlageelement sein, dass in die Leiterbahnplatte eingesetzt oder eingepresst oder eingegossen ist. Bevorzugt ist das Einlageelement über senkrecht zur Oberfläche der Leiterplatte verlaufende Leiterbahnen, beispielsweise metallisierte Vias, wärmeleitend mit dem an der Oberfläche angeordneten Wärmeleitelement verbunden.According to an advantageous embodiment, it is provided that the printed circuit board has an insert element arranged within the printed circuit board, which is connected in a heat-conducting manner to the heat-conducting element. The insert element can be designed, for example, as a copper inlay. Preferably, the insert element extends parallel to the surface of the circuit board. For example, the insert element may be plate-shaped. The insert element preferably has a thickness in a direction perpendicular to the surface of the printed circuit board, which is greater than 1 mm, in particular in the range of 2 mm to 5 mm. The insert element may be a prefabricated insert element that is inserted into the printed circuit board or pressed or cast. The insert element is preferably connected in a heat-conducting manner to the conductor tracks, for example metallized vias, which run perpendicular to the surface of the printed circuit board, to the heat-conducting element arranged on the surface.

In diesem Zusammenhang hat es sich eine Ausgestaltung als vorteilhaft erwiesen, bei welcher an der Oberseite der Leiterplatte eine bis zu dem Einlageelement reichende Ausnehmung angeordnet ist und das Wärmeleitelement in der Ausnehmung angeordnet ist. Die Ausnehmung kann ein Fenster in der Oberfläche bilden, welches das Kontaktieren des innerhalb der Leiterplatte angeordneten Einlageelements ermöglicht. Insofern kann die Unterseite des Wärmeleitelements unterhalb einer Ebene der Oberfläche der Leiterplatte angeordnet sein. Das Wärmeleitelement und das Einlageelement sind bevorzugt über eine Lötverbindung verbunden.In this context, it has proven to be an advantageous embodiment, in which on the upper side of the circuit board, a reaching to the insert element recess is arranged and the heat-conducting element is arranged in the recess. The recess may form a window in the surface, which allows the contacting of the insert element arranged within the printed circuit board. In this respect, the underside of the heat-conducting element can be arranged below a plane of the surface of the printed circuit board. The heat-conducting element and the insert element are preferably connected via a solder connection.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Wärmeleitelement an seiner Unterseite mehrere Stifte auf, die jeweils in einer Ausnehmung in der Leiterplatte angeordnet sind. Über die Stifte kann die Ableitung der Wärme aus der Leiterplatte in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche der Leiterplatte verbessert werden. Die Ausnehmung kann als Sackloch oder Durchgangsloch, insbesondere Sackbohrung oder Durchgangsbohrung ausgebildet sein.According to an advantageous embodiment, the heat-conducting element has on its underside a plurality of pins which are each arranged in a recess in the printed circuit board. Via the pins, the dissipation of heat from the circuit board in a direction perpendicular to the surface of the circuit board can be improved. The recess may be formed as a blind hole or through hole, in particular blind hole or through hole.

Bevorzugt verlaufen die Stifte von einer Oberfläche an einer Oberseite der Leiterplatte bis zu einer Oberfläche auf einer Unterseite der Leiterplatte und stehen an der Unterseite aus der Leiterplatte heraus. Optional können die Stifte an der Unterseite über eine Lötverbindung mit der Leiterplatte verbunden sein.Preferably, the pins extend from a surface on an upper side of the printed circuit board to a surface on an underside of the printed circuit board and stand out of the printed circuit board at the lower side. Optionally, the pins on the underside may be connected to the circuit board via a solder connection.

Bevorzugt ist es, wenn die Stifte über eine Presspassung mit der Leiterplatte verbunden sind, so dass eine Lötverbindung zur Befestigung und wärmeleitenden Verbindung des Wärmeleitelements nicht zwingend erforderlich ist. Der Querschnitt der Stifte und der entsprechenden Ausnehmung kann derart gewählt sein, dass sich eine Kante eines Stifts beim Einpressen in eine Leiterbahn oder ein metallisiertes Via der Leiterplatte einschneidet, so dass eine elektrische und/oder wärmeleitende Verbindung zwischen dem Stift und der Leiterbahn bzw. dem Via hergestellt wird. Die Stifte des Wärmeleitelements können einen anderen Querschnitt aufweisen als die jeweilige Ausnehmung, in welche die Stifte eingebracht sind. Bevorzugt weisen die Stifte einen Querschnitt mit mehreren Kanten auf, welche sich beim Einbringen der Stifte in die Ausnehmungen in eine Innenwandung der jeweiligen Ausnehmung einschneiden. Die Ausnehmungen können einen runden Querschnitt aufweisen. Beispielsweise kann der Querschnitt der Stifte mehreckig, insbesondere viereckig, fünfeckig, sechseckig, siebeneckig oder achteckig sein.It is preferred if the pins are connected via a press fit with the circuit board, so that a solder joint for fastening and heat-conducting connection of the heat-conducting element is not absolutely necessary. The cross-section of the pins and the corresponding recess may be selected such that an edge of a pin cuts into a printed circuit or a metallized via of the printed circuit board during pressing, so that an electrical and / or heat-conducting connection between the pin and the printed circuit or Via is made. The pins of the heat-conducting element may have a different cross-section than the respective recess into which the pins are inserted. Preferably, the pins have a cross section with a plurality of edges, which incise when inserting the pins in the recesses in an inner wall of the respective recess. The recesses may have a round cross-section. For example, the cross section of the pins may be polygonal, in particular quadrangular, pentagonal, hexagonal, heptagonal or octagonal.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Stifte einen sternförmigen Querschnitt aufweisen. Hierdurch kann ein Querschnitt der Stifte beispielsweise mit spitzen Kantenwinkeln erhalten werden, die sich verbessert in die Innenwandung der jeweiligen Ausnehmung einpressen lassen.It has proved to be particularly advantageous if the pins have a star-shaped cross section. In this way, a cross section of the pins can be obtained, for example, with acute edge angles, which can be pressed into the inner wall of the respective recess improved.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Wärmeleitelement einen auf der Oberfläche der Leiterplatte aufliegenden Auflageteil aufweist und die Stifte des Wärmeleitelements als von dem Auflageteil separate Stifte ausgebildet sind. Hierdurch kann auf eine kostengünstige Fertigung des Wärmeleitelements ermöglicht werden, bei der ein Zerspanen oder Fräsen der Stifte und des Auflageteils als monolithisches Teil nicht erforderlich ist.An advantageous embodiment provides that the heat-conducting element has a resting on the surface of the circuit board support member and the pins of the heat-conducting element are formed as separate from the support member pins. hereby can be made possible on a cost-effective production of the Wärmeleitelements in which a chipping or milling of the pins and the support member is not required as a monolithic part.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen der Oberseite des Wärmeleitelements und der Unterseite des Kühlelements ein wärmeleitendes, elektrisch isolierendes Isolierelement angeordnet. Über das Isolierelement kann das Kühlelement galvanisch gegenüber dem Wärmeleitelement isoliert werden. Das Isolierelement kann als Platte oder als Folie ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Dicke der Platte im Bereich kleiner als 2 Millimeter. Ein als Folie ausgebildetes Isolierelement hat vorteilhafterweise eine Dicke im Bereich von 10 bis 900 Mikrometer, bevorzugt im Bereich von 20 bis 100 Mikrometer.According to a preferred embodiment, a heat-conducting, electrically insulating insulating element is arranged between the upper side of the heat-conducting element and the underside of the cooling element. About the insulating element, the cooling element can be galvanically isolated from the heat conducting element. The insulating element may be formed as a plate or as a foil. Preferably, the thickness of the plate is in the range of less than 2 millimeters. An insulating element formed as a film advantageously has a thickness in the range of 10 to 900 micrometers, preferably in the range of 20 to 100 micrometers.

Bevorzugt weist die Leiterplatte eine Leiterbahn auf, die elektrisch leitend mit dem Wärmeleitelement verbunden ist, wobei die Leiterbahn kein elektrisches Signal führt und gegenüber sämtlichen signalführenden Leiterbahnen der Leiterplatte elektrisch isoliert ist. Über eine Leiterbahn nach Art einer Insel kann eine Isolierung des Wärmeleitelements und des Kühlelements gegenüber den Leiterbahnen der Leiterplatte und/oder gegenüber einem Einlageelement der Leiterplatte ermöglicht werden, wobei die Isolierung in der Leiterplatte vorgesehen ist. Es ist möglich, die meist nötige galvanische Trennung zwischen zu kühlender Elektronik und/oder Leiterplatte und dem Kühlelement in die Leiterplatte zu verlegen. Galvanische Trennungen, auch als Isolationen bezeichnet, stellen in Kühlsystemen in der Regel einen Flaschenhals dar, da zwar einerseits eine hohe thermische jedoch eine geringe elektrische Leitfähigkeit benötigt wird. Die in vielen Leitern sehr effektive elektronische Wärmeleitfähigkeit kann entsprechend nicht verwendet werden und entsprechende Isolationsmaterialien müssen auf andere Wärmeleitmechanismen, beispielsweise phononische Wärmeleitung zurückgreifen. Auf ein thermisch leitfähiges aber elektrisch isolierendes Plättchen, Pad oder alternativ eine Folie, die in der Regel einen thermischen wie elektrischen Kompromiss darstellen aber konventionell für eine galvanische Isolierung vonnöten ist, kann dabei sogar verzichtet werden. Stattdessen kann die galvanische Trennung dadurch erfolgen, dass die Leiterbahn auf der Leiterplatte, an die sich das Wärmeleitelement im Sinne der Erfindung elektrisch und thermisch kontaktiert, von anderen Leiterbahnen der Leiterplatte isoliert ist, insbesondere von solchen Leiterbahnen, die Signale führen, zu welchen eine galvanische Trennung gewünscht ist. Es ist dadurch möglich, zur Isolierung Methoden und Verfahren einzusetzen, die im Leiterplattenprozess vorgesehen sind. Zur Isolation gegenüber anderen Leiterbahnen auf anderen Ebenen oder Metallisierungslagen der Leiterplatte kann das Leiterplattenmaterial, in der Regel zumeist FR4, beispielsweise in der Form einer mit Harz präimprägnierten Gewebematte (dem Fachmann als Prepreg layer bekannt) oder Kernmaterials, dienen. Die galvanische Isolation zu anderen Leiterbahnen auf derselben Ebene oder Metallisierungslage der Leiterplatte kann ebenso nach Leiterplattendesignmethoden, insbesondere der Einhaltung von Abständen und die Einführung von Fräsungen, erfolgen. Abstände der Leiterbahnen auf der Leiterplatte, an die sich das Wärmeleitelement im Sinne der Erfindung elektrisch und thermisch kontaktiert, zu anderen Leiterbahnen können entsprechend sehr einfach nach den dem Fachmann bekannten Regeln und Abstände für Kriechstrecken und Isolationsabstände in Schaltungen nach der Norm EN 60664-1:2007 erfolgen. Eine Verringerung der notwendigen Abstände kann ferner durch eine Beschichtung der Ebene mit Isolationsmaterialen, beispielsweise Polyurethanen, Epoxiden, Silikonen und ähnlichen Kunststoffen erwirkt werden. Eine elektrische Isolation auf der Leiterplatte kann deutlich kontrollierter und dünner ausgestaltet werden als in einer Folie, einem Pad oder Plättchen zwischen zwei zumeist mechanisch nicht unmittelbar verbundenen, sondern meist durch Druck zusammengehaltenen Oberflächen nach dem Stand der Technik, die oder das somit in der Regel auch geometrische Toleranzen ausgleichen muss. Entsprechend ist ein sehr viel geringerer Wärmewiderstand möglich, da der Wärmewiederstand näherungsweise mit abnehmender Dicke abfällt. Ferner können bei einer Isolation auf der Leiterplatte für die Isolation Materialien mit höherer thermischer Leitfähigkeit, beispielsweise mit hohen Keramikkonzentrationen gefüllte Materialien, eingesetzt werden, die für Folien, Pads und dergleichen im Stand der Technik zu brüchig wären.Preferably, the circuit board has a conductor track which is electrically conductively connected to the heat-conducting element, wherein the conductor track does not conduct an electrical signal and is electrically insulated from all signal-carrying conductor tracks of the printed circuit board. About an interconnect in the manner of an island insulation of the heat-conducting element and the cooling element relative to the conductor tracks of the circuit board and / or against a liner element of the circuit board can be made possible, wherein the insulation is provided in the circuit board. It is possible to lay the most necessary electrical isolation between electronics to be cooled and / or printed circuit board and the cooling element in the circuit board. Galvanic separations, also referred to as insulation, are usually a bottleneck in refrigeration systems because, on the one hand, high thermal but low electrical conductivity is required. The very effective in many conductors electronic thermal conductivity can not be used accordingly and appropriate insulation materials must resort to other Wärmeleitmechanismen, such as phononic heat conduction. On a thermally conductive but electrically insulating plate, pad or alternatively a film, which are usually a thermal and electrical compromise but conventionally required for galvanic isolation, can even be dispensed with. Instead, the galvanic isolation can take place in that the conductor track on the circuit board, to which the heat conducting element in the sense of the invention electrically and thermally contacted, is isolated from other conductor tracks of the circuit board, in particular of such traces, the signals lead to which a galvanic Separation is desired. It is thus possible to use for isolation methods and procedures that are provided in the PCB process. For isolation from other conductors on other levels or Metallisierungslagen the circuit board, the printed circuit board material, usually usually FR4 , for example in the form of a resin preimpregnated fabric mat (known to those skilled in the art as a prepreg layer) or core material. The galvanic isolation to other interconnects on the same level or metallization of the circuit board can also be done by PCB design methods, in particular the maintenance of distances and the introduction of milling. Distances of the tracks on the circuit board to which the heat-conducting electrically and thermally contacted in the context of the invention, to other tracks can accordingly very easily according to the rules and distances known to those skilled in the art for creepage distances and isolation distances in circuits according to Standard EN 60664-1: 2007 respectively. A reduction of the necessary distances can also be obtained by coating the plane with insulating materials, for example polyurethanes, epoxies, silicones and similar plastics. An electrical insulation on the circuit board can be made much more controlled and thinner than in a film, a pad or plate between two mostly mechanically not directly connected, but mostly held together by pressure surfaces according to the prior art, the or thus usually also must compensate for geometric tolerances. Accordingly, a much lower thermal resistance is possible because the heat resistance decreases approximately with decreasing thickness. Furthermore, in the case of an insulation on the printed circuit board for the insulation, materials with higher thermal conductivity, for example materials filled with high ceramic concentrations, which would be too brittle for films, pads and the like in the prior art, can be used.

In einer Richtung parallel zu der Oberfläche der Leiterplatte kann die elektrisch leitend mit dem Wärmeleitelement verbundene Leiterbahn einen Abstand nach Art einer Kriechstrecke von den anderen Leiterbahnen aufweisen. In einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche der Leiterplatte kann ebenfalls ein Abstand gegenüber den anderen Leiterbahnen vorgesehen sein.In a direction parallel to the surface of the circuit board, the electrically conductive connected to the heat conducting element conductor track may have a distance in the manner of a creepage distance from the other conductor tracks. In a direction perpendicular to the surface of the circuit board may also be provided a distance from the other conductor tracks.

Bevorzugt ist das Wärmeleitelement wärmeleitend und/oder elektrisch leitend mit mehreren ersten Leiterbahnen in verschiedenen Ebenen der Leiterplatte verbunden, wobei zwischen den ersten Leitbahnen mehrere zweite Leiterbahnen angeordnet sind, die elektrisch von den ersten Leiterbahnen isoliert sind. Insofern wird bevorzugt eine im Querschnitt der Leiterplatte kammartige Struktur der Leiterbahnen gebildet. Dieser kammartige Querschnittsaufbau vergrößert die wärmeleitende aber elektrisch isolierende Grenzfläche zwischen den ersten und den zweiten Leiterbahnen, so dass die Wärmeübertragung zwischen den ersten und zweiten Leiterbahnen vergrößert wird und die ersten und zweiten Leiterbahnen galvanisch voneinander getrennt sind. Im Gegensatz zum Stand der Technik kann bei einer Ausformung der Isolation in der Leiterplatte die Querschnittsfläche der Isolation, über die der Wärmestrom fließen muss, systematisch vergrößert werden. Während nach dem Stand der Technik Oberflächen von Kühlelement und zu kühlendem Element in der Regel begrenzt sind, kann die elektrisch isolierende Oberfläche, über die der Wärmestrom fließen muss, bei einer Ausformung der Isolation in der Leiterplatte beispielsweise durch geometrisch ineinandergreifende aber elektrisch isolierte vertikale oder horizontale Kammstrukturen der Metallisierungsfläche auf der Leiterplatte, an die sich das Wärmeleitelement elektrisch und thermisch kontaktiert, und zumindest einer anderen Metallisierungsfläche um Größenordnungen erhöht werden. Der Wärmewiderstand, der sich invers proportional zur Größe des Querschnittes des Wärmestromes verhält, sinkt somit.Preferably, the heat-conducting element is thermally conductive and / or electrically connected to a plurality of first interconnects in different levels of the circuit board, wherein between the first interconnects a plurality of second interconnects are arranged, which are electrically isolated from the first interconnects. In this respect, a comb-like structure of the printed conductors is preferably formed in the cross section of the printed circuit board. This comb-like cross-sectional structure increases the heat-conducting but electrically insulating interface between the first and the second conductor tracks, so that the heat transfer between the first and second conductor tracks is increased and the first and second conductor tracks are galvanically separated from one another. in the In contrast to the prior art, when the insulation in the printed circuit board is formed, the cross-sectional area of the insulation over which the heat flow must flow can be systematically increased. While according to the prior art surfaces of the cooling element and element to be cooled are generally limited, the electrically insulating surface over which the heat flow must flow, for example, by a geometrically interlocking but electrically isolated vertical or horizontal shaping of the insulation in the circuit board Comb structures of the metallization on the circuit board, to which the heat conduction electrically and thermally contacted, and at least one other metallization be increased by orders of magnitude. The thermal resistance, which is inversely proportional to the size of the cross section of the heat flow, thus decreases.

Bevorzugt sind die ersten Leiterbahnen und die zweiten Leiterbahnen überlappend angeordnet, so dass die ersten Leiterbahnen und die zweiten Leiterbahnen eine parallel zu der Oberfläche der Leiterplatte angeordnete Überlappungsfläche bilden.Preferably, the first interconnects and the second interconnects are arranged overlapping, so that the first interconnects and the second interconnects form an overlapping surface arranged parallel to the surface of the circuit board.

Als vorteilhaft hat sich eine Ausgestaltung herausgestellt, bei welcher die Leiterplatte ein Substrat und zumindest bereichsweise in dem Substrat angeordnete Partikel aus einem keramischen Material, beispielsweise aus ZnO, Ti2O5, ZrO2, aufweist. Derartige Partikel können die phononische thermische Leitfähigkeit des Substrats zumindest bereichsweise erhöhen.An embodiment has proven to be advantageous in which the printed circuit board has a substrate and at least partially disposed in the substrate particles of a ceramic material, for example ZnO, Ti2O5, ZrO2. Such particles can at least partially increase the phononic thermal conductivity of the substrate.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Leiterbahn einen Abstand von sämtlichen signalführenden Leiterbahnen der Leiterplatte aufweist, der weniger als 150 µm, besonders bevorzugt weniger als 100 µm beträgt; oder dass die ersten Leiterbahnen einen Abstand von den zweiten Leiterbahnen aufweisen, der weniger als 150 µm, besonders bevorzugt weniger als 100 µm beträgt.According to an advantageous embodiment it is provided that the conductor has a distance from all signal-carrying conductor tracks of the printed circuit board, which is less than 150 microns, more preferably less than 100 microns; or that the first interconnects have a distance from the second interconnects which is less than 150 μm, more preferably less than 100 μm.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zwischen der Oberseite des Wärmeleitelements und der Unterseite des Kühlelements ein wärmeleitendes Toleranzausgleichselement angeordnet ist. Das Toleranzausgleichselement kann als Pad, Folie, Plättchen oder als wärmeleitende Paste ausgestaltet sein. Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Isolation zwischen dem Wärmeleitelement und dem Kühlelement in der Leiterplatte realisiert ist. Über das Toleranzausgleichselement kann ein geometrischer Toleranzausgleich des Überganges zwischen dem Wärmeleitelement und dem Kühlelement ermöglicht werden, beispielsweise aber nicht notwendigerweise ausschließlich durch eine Elastizität des Materials. Es ist nicht erforderlich, dass das Toleranzausgleichselement elektrisch isolierend ausgebildet ist.According to an advantageous embodiment, it is provided that a heat-conducting tolerance compensation element is arranged between the upper side of the heat-conducting element and the underside of the cooling element. The tolerance compensation element can be configured as a pad, foil, plate or as a heat-conducting paste. Such a configuration is particularly advantageous when the insulation between the heat conducting element and the cooling element is realized in the circuit board. About the tolerance compensation element, a geometric tolerance compensation of the transition between the heat conducting element and the cooling element can be made possible, for example, but not necessarily exclusively by an elasticity of the material. It is not necessary that the tolerance compensation element is designed to be electrically insulating.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert werden. Hierin zeigt:

  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Schnittdarstellung;
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Schnittdarstellung;
  • 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Schnittdarstellung;
  • 4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Wärmeleitelements in einer perspektivischen Darstellung;
  • 5 weitere Ausführungsbeispiele von Wärmeleitelementen in einer Ansicht von unten;
  • 6 weitere Ausführungsbeispiele von Wärmeleitelementen in einer Schnittdarstellung;
  • 7 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Schnittdarstellung;
  • 8 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Stifts eines Wärmeleitelements und einer entsprechenden Ausnehmung in der Leiterplatte in einer schematischen Schnittdarstellung;
  • 9 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Stifts eines Wärmeleitelements und einer entsprechenden Ausnehmung in der Leiterplatte in einer schematischen Schnittdarstellung;
  • 10 weitere Ausführungsbeispiele von Stiften eines Wärmeleitelements in einer perspektivischen Darstellung;
  • 11 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Schnittdarstellung;
  • 12 verschiedene Ausführungsbeispiele von separat ausgebildeten Stiften des Wärmeleitelements in einer perspektivischen Darstellung;
  • 13 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Explosionsdarstellung;
  • 14 ein Detail eines siebten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Darstellung; und
  • 15 ein Detail eines achten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Darstellung;
  • 16 ein neuntes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Explosionsdarstellung;
  • 17 ein Detail eines neunten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Darstellung;
  • 18 ein Detail eines neunten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Darstellung;
  • 19 ein zehntes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Explosionsdarstellung;
  • 20 ein Detail eines zehnten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Darstellung;
  • 21 ein Detail eines zehnten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Darstellung;
  • 22 ein Detail eines zehnten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Darstellung;
  • 23 ein elftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Schnittdarstellung;
  • 24 ein Detail eines elften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer perspektivischen Darstellung;
  • 25 ein zwölftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Schnittdarstellung.
Further details and advantages of the invention will be explained below with reference to the embodiments illustrated in the figures. Hereby shows:
  • 1 a first embodiment of a device according to the invention in a sectional view;
  • 2 a second embodiment of a device according to the invention in a sectional view;
  • 3 a third embodiment of a device according to the invention in a sectional view;
  • 4 a first embodiment of a Wärmeleitelements in a perspective view;
  • 5 further embodiments of Wärmeleitelementen in a view from below;
  • 6 further embodiments of Wärmeleitelementen in a sectional view;
  • 7 A fourth embodiment of a device according to the invention in a sectional view;
  • 8th a first embodiment of a pin of a Wärmeleitelements and a corresponding recess in the circuit board in a schematic sectional view;
  • 9 a second embodiment of a pin of a Wärmeleitelements and a corresponding recess in the circuit board in a schematic sectional view;
  • 10 further embodiments of pins of a Wärmeleitelements in a perspective view;
  • 11 a fifth embodiment of a device according to the invention in a sectional view;
  • 12 various embodiments of separately formed pins of the heat conducting element in a perspective view;
  • 13 a sixth embodiment of a device according to the invention in a perspective exploded view;
  • 14 a detail of a seventh embodiment of a device according to the invention in a perspective view; and
  • 15 a detail of an eighth embodiment of a device according to the invention in a perspective view;
  • 16 a ninth embodiment of a device according to the invention in an exploded perspective view;
  • 17 a detail of a ninth embodiment of a device according to the invention in a perspective view;
  • 18 a detail of a ninth embodiment of a device according to the invention in a perspective view;
  • 19 A tenth embodiment of a device according to the invention in an exploded perspective view;
  • 20 a detail of a tenth embodiment of a device according to the invention in a perspective view;
  • 21 a detail of a tenth embodiment of a device according to the invention in a perspective view;
  • 22 a detail of a tenth embodiment of a device according to the invention in a perspective view;
  • 23 an eleventh embodiment of a device according to the invention in a sectional view;
  • 24 a detail of an eleventh embodiment of a device according to the invention in a perspective view;
  • 25 a twelfth embodiment of a device according to the invention in a sectional view.

Die Schnittdarstellung in 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Abführen von Wärme aus einer Leiterplatte 2, die als leistungselektronische Leiterplatte ausgestaltet ist. Die Leiterplatte 2 weist ein Substrat 5 aus einem elektrisch isolierenden Material auf. Das Substrat kann aus einem Epoxidharz und Glasfasern enthaltenden Verbundwerkstoff, beispielsweise aus einem FR-4-Verbundwerkstoff, bestehen. Im Inneren der Leiterplatte 2, an der Oberflächen 6 der Oberseite und an der Oberfläche 7 der Unterseite der Leiterplatte 2 sind mehrere Leiterbahnen 3 aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere aus Kupfer, angeordnet. Über diese Leiterbahnen 3 werden leistungselektronische Signale geführt. Die Leiterbahnen 3 sind auf verschiedenen Lagen der Leiterplatte 2 angeordnet, die parallel zu den Oberflächen 6, 7 der Leiterplatte 2 verlaufen. In einer Richtung senkrecht zu den Oberflächen 6, 7 der Leiterplatte sind die Leiterbahnen 2 elektrisch über Vias 4 verbunden.The sectional view in 1 shows a first embodiment of a device according to the invention 1 for dissipating heat from a circuit board 2 , which is designed as a power electronic circuit board. The circuit board 2 has a substrate 5 made of an electrically insulating material. The substrate may be composed of an epoxy resin and glass fiber-containing composite material, for example, a FR-4 composite material. Inside the circuit board 2 , on the surfaces 6 the top and the surface 7 the bottom of the circuit board 2 are several tracks 3 made of an electrically conductive material, in particular of copper. About these tracks 3 Power electronic signals are led. The tracks 3 are on different layers of the circuit board 2 arranged parallel to the surfaces 6 . 7 the circuit board 2 run. In a direction perpendicular to the surfaces 6 . 7 the circuit board are the tracks 2 electrically via vias 4 connected.

An den Oberflächen 6, 7 der Leiterplatte sind mehrere elektrische Bauelemente 10 angeordnet. Die Bauelemente 10 können als leistungselektronische Schalter, beispielsweise als MOSFETs (engl. metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) oder als IGBTs (engl. insulated-gate bipolar transistor) ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können Bauelemente 10 vorgesehen sein, die als passive Bauelemente ausgebildet sind, beispielsweise als Widerstand, Kondensator oder Induktivität. Die Bauelemente 10 sind als SMD-Bauelemente ausgebildet, die mittels Oberflächenmontage (SMT, engl. surface-mounting technology) auf einer der Oberflächen 6, 7 der Leiterplatte verlötet sind.On the surfaces 6 . 7 the printed circuit board are several electrical components 10 arranged. The components 10 can be designed as power electronic switches, for example, as metal oxide (MOSFETs) or as IGBTs (insulated gate bipolar transistor). Alternatively or additionally, components may be used 10 be provided, which are designed as passive components, for example as a resistor, capacitor or inductor. The components 10 are formed as SMD components by means of surface mounting (SMT, surface mounting technology) on one of the surfaces 6 . 7 the circuit board are soldered.

Beim Betrieb der leistungselektronischen Leiterplatte 2 wird insbesondere durch das Schalten der Bauelemente 10 Wärmeenergie freigesetzt, die an die Umgebung abgeführt werden muss, um ein Überhitzen der Bauelemente 10 zu verhindern. Die Wärmeleitung erfolgt dabei unter anderem über die mit dem jeweiligen Bauelement 10 verbundenen Leiterbahnen 2 und Vias 4 sowie durch das Substrat 5 der Leiterplatte 2. In 1 ist ein beispielhafter Wärmepfad durch mehrere Pfeile W angedeutet.During operation of the power electronic circuit board 2 in particular by the switching of the components 10 Heat energy released, which must be dissipated to the environment, to overheat the components 10 to prevent. The heat conduction takes place, inter alia, via the with the respective component 10 connected interconnects 2 and vias 4 as well as through the substrate 5 the circuit board 2 , In 1 is an exemplary heat path indicated by several arrows W.

Zum Abführen der Wärme an die Umgebungsluft oder ein Kühlmedium weist die Vorrichtung ein Kühlelement 15 auf, das oberhalb einer Oberfläche 6 der Leiterplatte angeordnet ist. Das Kühlelement 15 kann beispielsweise als Kühlplatte ausgebildet sein. Es weist an seiner der Leiterplatte 2 zugewandten Unterseite eine ebene Fläche auf.For discharging the heat to the ambient air or a cooling medium, the device has a cooling element 15 on top of a surface 6 the circuit board is arranged. The cooling element 15 may be formed, for example, as a cooling plate. It indicates at its the circuit board 2 facing bottom on a flat surface.

Um eine wärmeleitende Verbindung zwischen der Leiterplatte 2 und dem Kühlelement 15 zu erhalten, sind mehrere Wärmeleitelemente 12 zum Ableiten von Wärme aus der Leiterplatte 2 zu dem Kühlelement 15 vorgesehen. Die Unterseite des Kühlelements 15 ist hierzu mit einer Oberseite der Wärmeleitelemente 12 wärmeleitend verbunden. Zwischen der Oberseite des Wärmeleitelements 12 und der Unterseite des Kühlelements 15 ist ein wärmeleitendes, elektrisch isolierendes Isolierelement 14 angeordnet, welches als dünne Platte oder als Folie ausgestaltet ist.To create a thermally conductive connection between the circuit board 2 and the cooling element 15 To obtain, are several heat conducting elements 12 for dissipating heat from the circuit board 2 to the cooling element 15 intended. The underside of the cooling element 15 is this with an upper side of the heat conducting elements 12 thermally conductive connected. Between the top of the heat conducting element 12 and the underside of the cooling element 15 is a heat-conducting, electrically insulating insulating element 14 arranged, which is designed as a thin plate or as a foil.

Um eine verbesserte Ableitung von Wärme zu ermöglichen, sind die Oberseite des Wärmeleitelements 12 und die Oberseite eines Bauelements 10 auf der Oberfläche 6 der Leiterplatte 2 in identischem Abstand von der Oberfläche 6 der Leiterplatte 2 angeordnet. Hierdurch kann erreicht werden, dass das Kühlelement 15 auch mit der Oberseite des Bauelements 10 wärmeleitend verbunden ist. Sind mehrere Bauelemente verschiedener Höhe auf der Leiterplatte 2 vorgesehen, wo wird bevorzugt die Höhe des Wärmeleitelements 2 derart gewählt, dass die Oberseite des höchsten Bauelements 10 auf der Oberfläche 6 der Leiterplatte 2 in identischem Abstand von der Oberfläche 6 der Leiterplatte 2 angeordnet ist. Die Höhe der Bauelemente 10 bzw. die Höhe der Oberseite der Wärmeleitelemente über der Oberfläche 6 liegt bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 Millimeter und 10 Millimeter und besonders bevorzugt zwischen 1 Millimeter und 5 Millimeter.To allow for improved dissipation of heat, are the top of the heat conducting element 12 and the top of a device 10 on the surface 6 the circuit board 2 at an identical distance from the surface 6 the circuit board 2 arranged. This can be achieved that the cooling element 15 also with the top of the device 10 is thermally conductively connected. Are several components of different height on the circuit board 2 provided, where is preferred, the height of the heat conducting element 2 chosen such that the top of the highest component 10 on the surface 6 the circuit board 2 at an identical distance from the surface 6 the circuit board 2 is arranged. The height of the components 10 or the height of the top of the Wärmeleitelemente above the surface 6 is preferably in a range between 1 millimeter and 10 millimeters, and more preferably between 1 millimeter and 5 millimeters.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Wärmeleitelemente 12 als SMD-Bauelemente ausgebildet. Die Unterseite der Wärmeleitelemente 12 liegt auf der Oberfläche 6 der Leiterplatte 2 auf und ist mit dieser über eine Lötverbindung 13 verbunden. Die Lötverbindung kann beispielsweise mittels Reflow-Löten oder Wellenlöten erzeugt sein. According to the first embodiment, the heat-conducting elements 12 designed as SMD components. The underside of the heat-conducting elements 12 lies on the surface 6 the circuit board 2 on and is with this over a solder joint 13 connected. The solder joint can be produced for example by means of reflow soldering or wave soldering.

Das in 2 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zum Abführen von Wärme aus einer Leiterplatte 2 ähnelt dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass die Erläuterungen zu dem ersten Ausführungsbeispiel auch auf das zweite Ausführungsbeispiel zutreffen. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel weist die die Leiterplatte 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein innerhalb der Leiterplatte 2 angeordnetes Einlageelement 8 auf, welches wärmeleitend mit dem Wärmeleitelement 12 verbunden ist. Das Einlageelement 8 ist als vorgefertigtes Einlageelement 8, insbesondere als Kupfer aufweisendes Einlageelement, ausgestaltet und in das Substrat 5 eingegossen oder eingepresst. Das an der Oberfläche 6 angeordnete Wärmeleitelement 12 ist über mehrere Vias 4 wärmeleitend mit dem Einlageelement 8 verbunden. Die Vias 4 verbinden das Einlageelement 8 elektrisch und wärmeleitend mit einer als Pad ausgestalteten Leiterbahn 3 an der Oberfläche 6 der Leiterplatte 2, mit welcher das Wärmeleitelement 12 über eine Lötverbindung 13 verbunden ist.This in 2 shown second embodiment of a device 1 for dissipating heat from a circuit board 2 is similar to the first embodiment, so that the explanations to the first embodiment also apply to the second embodiment. In contrast to the first embodiment, which has the circuit board 2 according to the second embodiment, a within the circuit board 2 arranged insert element 8th on, which conducts heat with the heat conducting element 12 connected is. The insert element 8th is as a prefabricated insert element 8th , in particular as a copper-containing insert element, configured and in the substrate 5 poured or pressed. The on the surface 6 arranged heat conducting element 12 is over several vias 4 thermally conductive with the insert element 8th connected. The vias 4 connect the insert element 8th electrically and thermally conductive with a designed as a pad trace 3 on the surface 6 the circuit board 2 , with which the heat-conducting element 12 via a solder joint 13 connected is.

Das in 3 gezeigte dritte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zum Abführen von Wärme aus einer Leiterplatte 2 ähnelt dem zweiten Ausführungsbeispiel, so dass die Erläuterungen zu dem zweiten Ausführungsbeispiel auch auf das dritte Ausführungsbeispiel zutreffen. Anders als bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist bei dem dritten Ausführungsbeispiel an der Oberseite 6 der Leiterplatte 2 eine bis zu dem Einlageelement 8 reichende Ausnehmung 9 angeordnet. Das Wärmeleitelement 12 ist in dieser Ausnehmung 9 angeordnet und elektrisch sowie wärmeleitend mit dem Einlageelement verbunden. Die Unterseite des Wärmeleitelements 12 ist daher unterhalb der Ebene der Oberfläche 6 der Leiterplatte 2 angeordnet. Das Wärmeleitelement 12 und das Einlageelement 8 sind bevorzugt über eine Lötverbindung verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind keine Vias zwischen dem Einlageelement 8 und dem Wärmeleitelement 12 erforderlich. Das Wärmeleitelement 12 weist eine Höhe auf, die größer ist als die Höhe des insbesondere größten Bauelements 10 auf der Oberfläche 6 der Leiterplatte 2. Insofern sind die Oberseite des Wärmeleitelements 12 und die Oberseite des Bauelements 10 auch bei diesem Ausführungsbeispiel in identischem Abstand von der Oberfläche 6 der Leiterplatte 2 angeordnet.This in 3 shown third embodiment of a device 1 for dissipating heat from a circuit board 2 is similar to the second embodiment, so that the explanations to the second embodiment also apply to the third embodiment. Unlike the second embodiment, in the third embodiment, at the top 6 the circuit board 2 one to the insert element 8th reaching recess 9 arranged. The heat-conducting element 12 is in this recess 9 arranged and electrically and thermally conductively connected to the insert element. The underside of the heat-conducting element 12 is therefore below the plane of the surface 6 the circuit board 2 arranged. The heat-conducting element 12 and the insert element 8th are preferably connected via a solder joint. In this embodiment, there are no vias between the insert element 8th and the heat conducting element 12 required. The heat-conducting element 12 has a height that is greater than the height of the particular largest component 10 on the surface 6 the circuit board 2 , In this respect, the top of the heat conducting element 12 and the top of the device 10 also in this embodiment at an identical distance from the surface 6 the circuit board 2 arranged.

Anhand der Darstellungen in 4, 5 und 6 sollen verschiedene Ausgestaltungen von Wärmeleitelementen 12 erläutert werden, die bei den Ausführungsbeispielen gemäß 1, 2 und 3 Anwendung finden können.Based on the illustrations in 4 . 5 and 6 are different embodiments of Wärmeleitelementen 12 to be explained in the embodiments according to 1 . 2 and 3 Application can be found.

Die Darstellung in 4 zeigt ein Wärmeleitelement 12 mit einer ebenen Oberseite 21. Die Unterseite 22 des Wärmeleitelements weist Vertiefungen 23 auf, die als parallel verlaufende Nuten ausgestaltet sind. Die Nuten verlaufen parallel zu einer Seitenkante des Wärmeleitelements 12. Durch die Vertiefungen 23 wird die Grenzfläche zwischen der Unterseite 22 des Wärmeleitelements 12 und einem Lot, insbesondere einer Lötpaste, vergrößert. Die Vertiefungen 23 ermöglichen ferner, dass Gase, die beim Löten innerhalb des Lots entstehen, verbessert abgeführt werden können. Alternativ kann eine Kontaktfläche der Leiterplatte 2, auf welcher die Unterseite 22 des Wärmeleitelements 12 aufliegt, mehrere Vertiefungen aufweisen, insbesondere mehrere Bohrungen.The representation in 4 shows a heat conducting element 12 with a flat top 21 , The bottom 22 the Wärmeleitelements has depressions 23 on, which are designed as parallel grooves. The grooves extend parallel to a side edge of the heat-conducting element 12 , Through the depressions 23 becomes the interface between the bottom 22 the Wärmeleitelements 12 and a solder, in particular a solder paste, enlarged. The wells 23 also allow gases generated during soldering inside the solder to be dissipated in an improved manner. Alternatively, a contact surface of the circuit board 2 on which the bottom 22 the Wärmeleitelements 12 rests, have a plurality of wells, in particular a plurality of holes.

In 5a ist eine Aufsicht auf die Unterseite 22 eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Wärmeleitelements 12 gezeigt. Die Unterseite weist als Nuten ausgestaltete Vertiefungen auf, die parallel zu einer Seitenkante des Wärmeleitelements 12 ausgerichtet sind.In 5a is a top view on the bottom 22 a further embodiment of a heat conducting element 12 shown. The underside has wells designed as grooves which are parallel to a side edge of the heat-conducting element 12 are aligned.

Die 5b zeigt eine Aufsicht auf die Unterseite 22 eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Wärmeleitelements 12, bei welchem als parallel verlaufende Nuten ausgestaltete Vertiefungen 23 vorgesehen sind, die einen spitzen Winkel mit einer Seitenkante des Wärmeleitelements 12 einschließen, insbesondere einen Winkel im Bereich von 10° bis 45°.The 5b shows a view of the underside 22 a further embodiment of a heat conducting element 12 in which depressions designed as parallel grooves 23 are provided which an acute angle with a side edge of the heat conducting element 12 include, in particular an angle in the range of 10 ° to 45 °.

In 5c ist eine Aufsicht auf die Unterseite 22 eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Wärmeleitelements 12 gezeigt. Die Vertiefungen 23 sind als parallel verlaufende Nuten ausgebildet und in mehrere, insbesondere zwei, Bereiche unterteilt, in denen die Vertiefungen 23 verschiedene Ausrichtungen aufweisen. Die Vertiefungen 23 in einem ersten Bereich sind quer zu den Vertiefungen 23 in einem zweiten Bereich angeordnet.In 5c is a top view on the bottom 22 a further embodiment of a heat conducting element 12 shown. The wells 23 are formed as parallel grooves and divided into several, in particular two, areas in which the recesses 23 have different orientations. The wells 23 in a first area are transverse to the depressions 23 arranged in a second area.

Die 5d zeigt eine weitere Aufsicht auf die Unterseite 2 eines Ausführungsbeispiels eines Wärmeleitelements 12, wobei punktförmige Vertiefungen mit einem runden Querschnitt vorgesehen sind. Die Vertiefungen 23 können beispielsweise als Sacklöcher ausgebildet sein. Die Vertiefungen 23 können ein rundes, konisches oder eckiges Tiefenprofil aufweisen.The 5d shows another view of the underside 2 an embodiment of a heat conducting element 12 , wherein punctiform depressions are provided with a round cross-section. The wells 23 For example, they may be formed as blind holes. The wells 23 can have a round, conical or angular depth profile.

In 6a ist ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Wärmeleitelements 12, welches eine ebene Oberseite 21 und eine ebene Unterseite 23 aufweist. Im Inneren des Wärmeleitelementes 12 sind zur Material- und/oder Gewichtsreduktion innenliegende Ausnehmungen vorgesehen.In 6a is a cross section of an embodiment of a heat conducting element 12 which is a flat top 21 and a flat bottom 23 having. Inside the heat-conducting element 12 are provided for material and / or weight reduction internal recesses.

Die 6b zeigt einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Wärmeleitelements 12, welches eine ebene Oberseite 21 und eine Unterseite 23 mit mehrere Ausnehmungen 23 aufweist, die ein rechteckiges Tiefenprofil aufweisen.The 6b shows a cross section of an embodiment of a Wärmeleitelements 12 which is a flat top 21 and a bottom 23 with several recesses 23 having a rectangular depth profile.

Die 6c zeigt einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Wärmeleitelements 12, welches eine ebene Oberseite 21 und eine Unterseite 23 mit mehrere Ausnehmungen 23 aufweist, die ein dreieckiges Tiefenprofil aufweisen.The 6c shows a cross section of an embodiment of a Wärmeleitelements 12 which is a flat top 21 and a bottom 23 with several recesses 23 having a triangular depth profile.

In der 7 ist ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gezeigt, welches dem ersten Ausführungsbeispiel ähnelt, so dass die Erläuterungen zu dem ersten Ausführungsbeispiel auch auf das vierte Ausführungsbeispiel zutreffen. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel weist das Wärmeleitelement 12 an seiner Unterseite mehrere Stifte 25 auf, die jeweils in einer Ausnehmung 26 in der Leiterplatte 2 angeordnet sind. Die Stifte 25 sind einstückig mit einem Auflageteil 25 des Wärmeleitelements 12 ausgebildet, der auf der Oberfläche 6 der Leiterplatte 2 aufliegt. Die Stifte 25 verlaufen von der Oberfläche 6 an einer Oberseite der Leiterplatte 2 bis zu der Oberfläche 7 auf der Unterseite der Leiterplatte 2 und stehen an der Unterseite der Leiterplatte 2 aus dieser hervor. Optional können die Stifte 25 an der Oberfläche 7 der Unterseite über eine Lötverbindung mit der Leiterplatte 2, insbesondere mit einer Leiterbahn 3, elektrisch leitend und wärmeleitend verbunden sein.In the 7 is a fourth embodiment of a device according to the invention 1 which is similar to the first embodiment, so that the explanations on the first embodiment also apply to the fourth embodiment. In contrast to the first embodiment, the heat conducting element 12 several pins on its underside 25 on, each in a recess 26 in the circuit board 2 are arranged. The pencils 25 are integral with a support part 25 the Wärmeleitelements 12 trained on the surface 6 the circuit board 2 rests. The pencils 25 run from the surface 6 on an upper side of the printed circuit board 2 up to the surface 7 on the bottom of the circuit board 2 and stand at the bottom of the circuit board 2 out of this. Optionally, the pins 25 on the surface 7 the bottom via a solder connection to the circuit board 2 , in particular with a conductor track 3 be electrically conductive and thermally conductively connected.

Bevorzugt sind die Stifte 24 des in 7 gezeigten Wärmeleitelements 12 mittels Presspassung mit der Leiterplatte 2 verbunden. Wie in 8 und 9 dargestellt ist, ist der Querschnitt der Stifte 24 und der entsprechenden Ausnehmung 26 in der Leiterplatte 2 derart gewählt, dass sich eine oder mehrere Kanten des Stifts 24 beim Einpressen in eine Leiterbahn 3 oder ein metallisiertes Via 4 der Leiterplatte 2 einschneidet und dabei eine elektrische und/oder wärmeleitende Verbindung zwischen dem Stift 24 und der Leiterbahn 3 bzw. dem Via 4 hergestellt wird. Der Querschnitt des Stifts 24 ist dabei jeweils anders ausgebildet als der Querschnitt der jeweiligen Ausnehmung 26, in welche der Stift 24 eingebracht ist. 8 zeigt einen Stift 24 mit rechteckigem Querschnitt, der in eine Ausnehmung 26 mit rundem Querschnitt eingebracht ist. 9 zeigt einen Stift 24 mit sternförmigem Querschnitt, der in eine Ausnehmung 26 mit rundem Querschnitt eingebracht ist.The pins are preferred 24 of in 7 shown heat conducting element 12 by means of interference fit with the circuit board 2 connected. As in 8th and 9 is shown is the cross section of the pins 24 and the corresponding recess 26 in the circuit board 2 chosen such that one or more edges of the pen 24 when pressed into a track 3 or a metallized via 4 the circuit board 2 cuts in and doing an electrical and / or thermally conductive connection between the pin 24 and the track 3 or the Via 4 will be produced. The cross section of the pen 24 is in each case designed differently than the cross section of the respective recess 26 into which the pen 24 is introduced. 8th shows a pen 24 with rectangular cross section, which is in a recess 26 is introduced with a round cross-section. 9 shows a pen 24 with a star-shaped cross section, which is in a recess 26 is introduced with a round cross-section.

In 10 sind verschiedene sternförmige Querschnitte von Stiften 24 dargestellt, die beim einem Wärmeleitelement 12 zum Einsatz kommen können, welches zur Montage mittels Presspassung in der Leiterplatte 2 geeignet ist.In 10 are different star-shaped cross sections of pins 24 shown in the case of a heat-conducting element 12 can be used, which for mounting by means of interference fit in the circuit board 2 suitable is.

Die 11 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zum Abführen von Wärme aus einer Leiterplatte 2, welches auf dem vierten Ausführungsbeispiel basiert. Die Erläuterungen zu dem vierten Ausführungsbeispiel treffen daher auch auf das fünfte Ausführungsbeispiel zu. Im Unterschied zu dem vierten Ausführungsbeispiel weist das Wärmeleitelement 12 einen auf der Oberfläche 6 der Leiterplatte 2 aufliegenden Auflageteil 25 auf und die Stifte 24 des Wärmeleitelements 12 sind als von dem Auflageteil 25 separate Stifte 24 ausgebildet. Die separat ausgebildeten Stifte 24 sind in Ausnehmungen in dem Auflageteil 25 des Wärmeleitelements 12 getrieben.The 11 shows a fifth embodiment of a device 1 for dissipating heat from a circuit board 2 which is based on the fourth embodiment. The explanations on the fourth embodiment therefore apply to the fifth embodiment. In contrast to the fourth embodiment, the heat-conducting element 12 one on the surface 6 the circuit board 2 resting support part 25 on and the pins 24 the Wärmeleitelements 12 are as of the pad part 25 separate pens 24 educated. The separately formed pens 24 are in recesses in the support part 25 the Wärmeleitelements 12 driven.

12 zeigt verschiedene Varianten von separaten Stiften 24, die bei einer Vorrichtung 1 nach dem Fünften Ausführungsbeispiel Verwendung finden können. Die Stifte 24 weisen bevorzugt jeweils ein konisch geformtes erstes Ende 27. Ein zweites Ende 28 der Stifte 24, das dem konischen, ersten Ende 27 gegenüberliegt, kann entweder ebenfalls konisch oder rechtwinklig ausgebildet sein. Die Stifte 24 werden bevorzugt mit dem konische, ersten Ende 27 in die Leiterplatte 2 eingetrieben. 12 shows different variants of separate pins 24 that with a device 1 Can be used according to the fifth embodiment. The pencils 24 each preferably have a conically shaped first end 27 , A second end 28 of the pens 24 that the conical, first end 27 opposite, may also be formed either conical or rectangular. The pencils 24 are preferred with the conical first end 27 in the circuit board 2 driven.

In 13 ist ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung gezeigt. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Leiterplatte 2, an deren Oberfläche 6 mehrere identische elektrische Bauelemente 10, beispielsweise MOSFETs oder IGBTs, angeordnet sind. Ferner sind mehrere Wärmeleitelemente 12 auf der Oberfläche 6 der Leiterplatte 2 angeordnet. Die Oberseiten der Wärmeleitelemente 12 und die Oberseiten der Bauelemente 10 sind in identischem Abstand von der Oberfläche 6 der Leiterplatte 2 angeordnet, so dass durch die Oberseiten der Wärmeleitelemente 12 und der Bauelemente 10 eine Ebene gebildet wird, auf der ein plattenförmiges Kühlelement 15 angeordnet wird. Optional kann an der Unterseite des Kühlelements 15 ein in der 13 nicht gezeigtes Isolierelement vorgesehen sein, dass das Kühlelement 15 galvanisch von dem Wärmeleitelement 12 trennt, das Kühlelement 15 und das Wärmeleitelement 12 aber wärmeleitend verbindet.In 13 is a sixth embodiment of a device according to the invention 1 shown in a perspective exploded view. The device 1 includes a printed circuit board 2 , on the surface 6 several identical electrical components 10 , For example, MOSFETs or IGBTs are arranged. Furthermore, several heat conducting elements 12 on the surface 6 the circuit board 2 arranged. The tops of the heat-conducting elements 12 and the tops of the components 10 are at an identical distance from the surface 6 the circuit board 2 arranged so that through the tops of the heat conducting elements 12 and the components 10 a plane is formed on which a plate-shaped cooling element 15 is arranged. Optionally can be attached to the bottom of the cooling element 15 an Indian 13 Not shown insulating be provided that the cooling element 15 galvanic of the heat conducting element 12 separates, the cooling element 15 and the heat-conducting element 12 but connects thermally conductive.

Die 14 zeigt ein Detail eines siebten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Dargestellt ist der Übergangsbereich zwischen der Leiterplatte 2 und einem Wärmeleitelement 12. Es ist erkennbar, dass die Leiterplatte 2 eine als Pad ausgebildete Leiterbahn 3' aufweist, die elektrisch leitend mit dem Wärmeleitelement 12 verbunden ist. Diese Leiterbahn 3' ist an der Oberfläche 6 der Leiterplatte 2 angeordnet, führt kein elektrisches Signal und ist gegenüber sämtlichen signalführenden Leiterbahnen 3 der Leiterplatte 2 elektrisch isoliert. In Richtung der Ebene der Leiterplatte 2 ist die mit dem Wärmeleitelement 12 kontaktierte Leiterbahn 3' um einen ersten Abstand a von den signalführenden Leiterbahnen 3 entfernt angeordnet, in einer zur Ebene der Leiterplatte 2 senkrechten Richtung um einen zweiten Abstand b. Insofern bildet die Leiterbahn 3' eine von den anderen Leiterbahnen 3 galvanisch getrennte Insel, so dass eine Isolierung zwischen Wärmeleitelement 12 und Kühlelement 15, wie etwa bei den sechs vorhergehenden Ausführungsbeispielen, nicht erforderlich ist, um eine elektrische Isolation des Kühlkörpers 15 von der Leiterplatte 2 zu ermöglichen.The 14 shows a detail of a seventh embodiment of a device according to the invention 1 , Shown is the transition region between the circuit board 2 and a heat conducting element 12 , It can be seen that the circuit board 2 a trained as a pad trace 3 ' has, which is electrically conductive with the heat conducting element 12 connected is. This track 3 ' is on the surface 6 the circuit board 2 arranged, carries no electrical signal and is opposite to all the signal-carrying conductor tracks 3 the circuit board 2 electrically isolated. Towards the plane of the circuit board 2 is the one with the heat conducting element 12 contacted trace 3 ' by a first distance a from the signal-carrying conductor tracks 3 arranged away in a plane to the circuit board 2 vertical direction by a second distance b. In this respect forms the conductor track 3 ' one of the other tracks 3 galvanically isolated island, allowing isolation between heat conducting element 12 and cooling element 15 As in the six previous embodiments, is not required to provide electrical insulation of the heat sink 15 from the circuit board 2 to enable.

Gemäß der Darstellung in 14 wird eine Unterseite des Wärmeleitelements 12 über eine Lötverbindung mit der elektrisch isolierten Leiterbahn 3' verbunden. Gemäß einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels kann vorgesehen sein, dass das Wärmeleitelement 12 mehrere Stifte 24 aufweist, die in Ausnehmungen in der Leiterplatte 2 eingebracht sind. Bei einer derartigen Abwandlung muss unterhalb der elektrisch isolierten Leiterbahn 3' in der Leiterplatte 2 ein ausreichend großer Freiraum vorgesehen werden, in welchem keine signalführenden Leiterbahnen 3 angeordnet sind.As shown in 14 becomes a bottom of the heat conducting element 12 via a solder joint with the electrically insulated conductor track 3 ' connected. According to a modification of this embodiment, it can be provided that the heat-conducting element 12 several pens 24 which, in recesses in the circuit board 2 are introduced. In such a modification must be below the electrically insulated conductor 3 ' in the circuit board 2 a sufficiently large space can be provided, in which no signal-carrying tracks 3 are arranged.

Die Abstände zwischen der nicht-signalführenden Leiterbahn 3' und den signalführenden Leiterbahnen 3 sind derart gewählt, dass die Vorgaben der Norm EN 60664-1:2007 eingehalten werden, insbesondere hinsichtlich der vorgegebenen Kriechstrecken (sofern der Abstand entlang einer Oberfläche verläuft) und der vorgegebenen Luftstrecken (sofern der Abstand nicht entlang einer führenden Oberfläche verläuft). Insbesondere werden diese Abstände gemäß den Vorgaben der Tabelle F4 sowie des Kapitels 6.2 der Norm EN 60664-1:2007 gewählt.The distances between the non-signal-carrying track 3 ' and the signal-carrying tracks 3 are chosen to comply with the requirements of EN 60664-1: 2007, in particular with regard to the specified creepage distance (if the distance runs along a surface) and the specified clearances (if the distance does not run along a leading surface). In particular, these distances are in accordance with the specifications of Table F4 and the chapter 6.2 the standard EN 60664-1: 2007.

Das in 15 gezeigte achte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zum Abführen von Wärme aus einer Leiterplatte 2 ähnelt dem siebten Ausführungsbeispiel, so dass die Erläuterungen zu dem siebten Ausführungsbeispiel auch auf das achte Ausführungsbeispiel zutreffen. Gemäß 15 ist das Wärmeleitelement 12 wärmeleitend und/oder elektrisch leitend mit mehreren ersten Leiterbahnen 3', 30 in verschiedenen Ebenen der Leiterplatte 2 verbunden. Zwischen den ersten Leitbahnen 3', 30 sind mehrere zweite Leiterbahnen 3, 30 angeordnet, die elektrisch von den ersten Leiterbahnen 3', 30 isoliert sind. Zwischen den ersten Leiterbahnen 3', 30' und den zweiten Leiterbahnen 3, 30 sind flächige Wärmeleitungsbereiche gebildet, über welche Wärme beispielsweise von den zweiten Leiterbahnen 3, 30 über das Substrat 5 zu ersten Leiterbahnen 3', 30' geleitet werden kann. Dieser im Querschnitt kammartige Aufbau vergrößert die wärmeleitende aber elektrisch isolierende Grenzfläche zwischen den ersten und den zweiten Leiterbahnen 3, 3', 30, 30', so dass die Wärmeübertragung zwischen den ersten und zweiten Leiterbahnen 3, 3', 30, 30' vergrößert wird und die ersten und zweiten Leiterbahnen 3, 3', 30, 30' galvanisch voneinander getrennt sind.This in 15 shown eighth embodiment of a device 1 for dissipating heat from a circuit board 2 is similar to the seventh embodiment, so that the explanation of the seventh embodiment also applies to the eighth embodiment. According to 15 is the heat conducting element 12 thermally conductive and / or electrically conductive with a plurality of first conductor tracks 3 ' . 30 in different levels of the circuit board 2 connected. Between the first interconnects 3 ' . 30 are several second tracks 3 . 30 arranged electrically from the first tracks 3 ' . 30 are isolated. Between the first tracks 3 ' . 30 ' and the second tracks 3 . 30 planar heat conduction regions are formed, via which heat, for example, from the second conductor tracks 3 . 30 over the substrate 5 to first tracks 3 ' . 30 ' can be directed. This cross-sectional comb structure increases the heat-conducting but electrically insulating interface between the first and the second conductor tracks 3 . 3 ' . 30 . 30 ' , so that the heat transfer between the first and second conductor tracks 3 . 3 ' . 30 . 30 ' is enlarged and the first and second tracks 3 . 3 ' . 30 . 30 ' are galvanically separated from each other.

Die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen 1 zum Abführen von Wärme aus einer Leiterplatte 2 umfassen jeweils eine Leiterplatte 2, die mindestens ein an einer Oberfläche 6 der Leiterplatte 2 angeordnetes elektrisches Bauelement 10 aufweist, ein oberhalb der Leiterplatte 2 angeordnetes Kühlelement 15 zum Abführen von Wärme an die Umgebungsluft oder ein Kühlmedium, welches eine ebene Unterseite aufweist und ein Wärmeleitelement 12 zum Ableiten von Wärme aus der Leiterplatte 2 zu dem Kühlelement 15, wobei das Kühlelement 15 mit einer Oberseite 21 des Wärmeleitelements 12 wärmeleitend verbunden ist. Um eine verbesserte Kühlung zu ermöglichen, sind die Oberseite 21 des Wärmeleitelements 12 und die Oberseite des Bauelements 10 in identischem Abstand von der Oberfläche 6 der Leiterplatte 2 angeordnet, so dass das Kühlelement 15 auch mit der Oberseite des Bauelements 10 wärmeleitend verbunden ist.The devices described above 1 for dissipating heat from a circuit board 2 each include a circuit board 2 that have at least one on a surface 6 the circuit board 2 arranged electrical component 10 has, one above the circuit board 2 arranged cooling element 15 for dissipating heat to the ambient air or a cooling medium, which has a flat bottom and a heat conducting element 12 for dissipating heat from the circuit board 2 to the cooling element 15 , wherein the cooling element 15 with a top 21 the Wärmeleitelements 12 is thermally conductively connected. To allow for improved cooling, the top is 21 the Wärmeleitelements 12 and the top of the device 10 at an identical distance from the surface 6 the circuit board 2 arranged so that the cooling element 15 also with the top of the device 10 is thermally conductively connected.

16 stellt ein neuntes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dar, bei dem ein Wärmeleitelement 12 auf eine Leiterbahn 3 vorzugsweise mit Lot elektrisch und thermisch leitend aufgebracht ist. Zu diesem Zweck ist die Leiterbahn 3 vorzugsweise in der Form eines Pads 31 von Lötstopplack und anderen Leiterbahnbeschichtungen freigestellt, um eine unmittelbare elektrische und thermische Verbindung mit der Leiterbahn 3 zu erlauben. Das aus dem Lötstopplack und anderen Beschichtungen freigestellte Pad 31 bildet vorzugsweise die Form der auf der Platine aufliegenden Fläche des Wärmeleitelementes 12 nach, um im Lötprozess eine Selbstausrichtung des Wärmeleitelementes 12 auf dem Pad durch die Oberflächenspannung zu ermöglichen. Die Leiterbahn 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel elektrisch und thermisch leitend mit einem Bauelement 10 verbunden. Diese elektrisch und thermisch leitende Verbindung besteht, beispielsweise mit dem Drain-, Collector- oder Substratanschluss eines vorzugsweise oberflächenmontierten Leistungstransistors. Aufgrund der elektrisch nicht isolierten Verbindung des Wärmeleitelementes 12 mit dem Bauelement 10 über die Leiterbahn 3 sollte in diesem Ausführungsbeispiel bevorzugt eine galvanisch isolierendes Isolierelement, beispielsweise eine Folie, ein Pad oder ein Plättchen zwischen der der Leiterplatte 2 abgewandten Oberfläche des Wärmeleitelementes 12 vorgesehen werden, die elektrische Ströme und eine galvanische Verbindung zu einem darauf aufliegenden Kühlelement, insbesondere einer Kühlplatte, unterbindet. Dieses Kühlelement ist aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit in 16 nicht dargestellt. 16 illustrates a ninth embodiment of a device according to the invention, in which a heat-conducting element 12 on a track 3 preferably applied with solder electrically and thermally conductive. For this purpose, the conductor track 3 preferably in the form of a pad 31 from solder resist and other trace coatings exposed to an immediate electrical and thermal connection with the trace 3 to allow. The pad freed from the soldermask and other coatings 31 preferably forms the shape of the surface resting on the board of the heat-conducting element 12 after, in the soldering process, a self-alignment of the heat conducting element 12 on the pad due to the surface tension. The conductor track 3 is in this embodiment electrically and thermally conductive with a device 10 connected. This electrically and thermally conductive connection consists, for example, with the drain, collector or substrate connection of a preferably surface-mounted power transistor. Due to the electrically non-insulated connection of the heat-conducting element 12 with the component 10 over the track 3 In this exemplary embodiment, a galvanically insulating insulating element, for example a foil, a pad or a plate should preferably be inserted between the printed circuit board 2 remote surface of the heat conducting element 12 are provided, the electric currents and a galvanic connection to a resting thereon cooling element, in particular a cooling plate, prevents. This cooling element is in for better clarity 16 not shown.

17 und 18 stellen beispielhaft ein oberflächenmontierbares Wärmeleitelement 12 dieses dar, welches in dem Ausführungsbeispiel nach 16 zur Anwendung kommen kann. Die der Leiterplatte 2 abgewandte Oberseite 21 des Wärmeleitelementes 12 in 17, die bevorzugt unmittelbaren oder über ein galvanisch isolierendes Isolierelement mittelbaren thermischen und mechanischen Kontakt zu einem nicht gezeigten Kühlelement aufweist, ist dabei vorzugsweise wie dargestellt mit glatter ebener Oberfläche ausgestaltet. Die in 18 dargestellte der Leiterplatte 2 und dem Pad 31 zugewandte Oberfläche 22 des Wärmeleitelementes 12 weist Vertiefungen oder Nuten 23 auf, die ähnlich den Ausführungsbeispielen in 4 bis 6 im Lötprozess entstehende Gase und Lösungsmittel aufnehmen und/oder abführen können. 17 and 18 exemplify a surface mountable heat conducting element 12 this is, which in the embodiment according to 16 can be used. The circuit board 2 opposite top 21 the Wärmeleitelementes 12 in 17 which preferably has direct or via a galvanically insulating insulating indirect thermal and mechanical contact with a cooling element, not shown, is preferably configured as shown with a smooth flat surface. In the 18 illustrated the circuit board 2 and the pad 31 facing surface 22 the Wärmeleitelementes 12 has depressions or grooves 23 on, similar to the embodiments in 4 to 6 absorb and / or remove gases and solvents produced during the soldering process.

19 stellt ein zehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, das insofern dem neunten Ausführungsbeispiel ähnelt, dass zumindest ein Wärmeleitelement 12 mit eine Leiterbahn 3 einer Leiterplatte 2 kontaktiert und über die Leiterbahn 3 in elektrisch und thermisch leitender Verbindung mit einem Bauelement 10 steht, beispielsweise mit dem Drain-, Collector- oder Substratanschluss eines vorzugsweise oberflächenmontierten Leistungstransistors. Im Gegensatz zum oberflächenmontierten Wärmeleitelement 12 des neunten Ausführungsbeispiels in 16 bis 18 ist das Wärmeleitelement 12 im zehnten Ausführungsbeispiel wie in 19 dargestellt über eine Durchsteckmontage mit Verlötung (vom Fachmann auch als through-hole-Montage bezeichnet) oder eine Presspassung (vom Fachmann auch als pressfit-Montage bezeichnet) durch vorzugsweise metallisierte Bohrungen oder Ausnehmungen 26 elektrisch und thermisch leitend montiert. Die Metallisierung der Bohrungen oder Ausnehmungen 26 ist vorzugsweise elektrisch und thermisch leitend mit der Leiterbahn 3 verbunden. 19 illustrates a tenth embodiment of the invention, which is similar to the ninth embodiment in that at least one heat conducting element 12 with a trace 3 a circuit board 2 contacted and via the track 3 in electrically and thermally conductive connection with a component 10 is, for example, with the drain, collector or substrate connection of a preferably surface-mounted power transistor. In contrast to the surface-mounted heat-conducting element 12 of the ninth embodiment in 16 to 18 is the heat conducting element 12 in the tenth embodiment as in 19 represented by a through-hole mounting with soldering (also referred to by a person skilled in the art as through-hole mounting) or an interference fit (also referred to by the person skilled in the art as pressfit mounting) through preferably metallized bores or recesses 26 mounted electrically and thermally conductive. The metallization of the holes or recesses 26 is preferably electrically and thermally conductive with the conductor track 3 connected.

20 und 21 stellen Wärmeleitelemente 12 für Durchsteckmontage oder Presspassung perspektivisch dar, wie sie beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel nach 19 Verwendung finden können. Die der Leiterplatte 2 zugewandte Unterseite 22 des Wärmeleitelementes 12 in 20 weist Stifte 24 auf, die ähnlich den Ausführungsbeispielen in 7 bis 12 in die Ausnehmungen 26 der Leiterplatte 2 greifen und dort durch Presspassung oder Durchsteckmontage mit Verlötung befestigt werden. Vorzugsweise weist die Leiterbahn 3 zwischen den Bohrungen oder Ausnehmungen 26 ein durch Freistellung von Lötstopplack und anderen Beschichtungen freigestelltes Pad auf, sodass zusätzlich zur thermischen und elektrischen Verbindung zwischen den Stiften 24 des Wärmeleitelementes 12 und der Leiterbahn 3 ferner eine durch unmittelbaren mechanischen Kontakt vermittelte thermisch und elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der der Leiterplatte 2 zugewandten Oberfläche des Wärmeleitelementes 12 und der Leiterbahn 2 an der Stelle des Pads vorliegt. 20 and 21 make heat conducting elements 12 for through-mount or press fit in perspective, as for example in the embodiment according to 19 Can be used. The circuit board 2 facing underside 22 the Wärmeleitelementes 12 in 20 has pens 24 on, similar to the embodiments in 7 to 12 in the recesses 26 the circuit board 2 grip and be fixed there by press-fitting or push-through mounting with soldering. Preferably, the conductor track 3 between the holes or recesses 26 a pad freed by the release of solder mask and other coatings, so that in addition to the thermal and electrical connection between the pins 24 the Wärmeleitelementes 12 and the track 3 Furthermore, a mediated by direct mechanical contact thermally and electrically conductive connection between the circuit board 2 facing surface of the heat conducting element 12 and the track 2 is present at the location of the pad.

22 stellt die dem Wärmeleitelement 12 abgewandte Seite der Leiterplatte 2 dar. Die Stifte 24 des Wärmeleitelementes 12 stehen hierbei vorzugsweise geringfügig, vorzugsweise 0.5 Millimeter bis 5 Millimeter aus den Ausnehmungen 26 hervor, um entweder eine Verlötung bei Durchsteckmontage zu erlauben oder bei Presspassung den mechanischen Halt zu verbessern. Auf der dem Wärmeleitelement 12 abgewandte Seite der Leiterplatte 2 kann vorzugsweise eine Leiterbahn 3 vorliegen, die elektrisch und thermisch leitend mit dem Wärmeleitelement 12 verbunden ist. Diese Leiterbahn 3 kann ferner ähnlich des achten Ausführungsbeispiels genutzt werden, um eine ineinandergreifende Kammstruktur mit einer Leiterbahn 3' mit erhöhter Grenzfläche für die thermische Leitung auszuformen. 22 represents the heat conducting element 12 opposite side of the circuit board 2 dar. The pins 24 the Wärmeleitelementes 12 in this case are preferably slightly, preferably 0.5 millimeters to 5 millimeters from the recesses 26 to either allow soldering in through-hole mounting or to improve mechanical retention when press-fit. On the heat conducting element 12 opposite side of the circuit board 2 may preferably be a conductor track 3 present, the electrically and thermally conductive with the heat conducting element 12 connected is. This track 3 Further, similar to the eighth embodiment, it may be utilized to provide an interdigitated comb structure with a trace 3 ' form with increased interface for thermal conduction.

23 stellt ein elftes Ausführungsbeispiel dar, bei dem jene Leiterbahn 3', mit der ein zugehöriges Wärmeleitelement 12 elektrisch und thermisch verbunden ist, von signalführenden Leiterbahnen 3 elektrisch isoliert ist. In diesem elften Ausführungsbeispiel der Erfindung bilden die galvanisch isolierte Leiterbahn 3' und signalführende Leiterbahnen 3 einander überlappende Kammstrukturen, um den Querschnitt des Wärmepfades zwischen beiden zu erhöhen. Dabei überlappen die isolierte Leiterbahn 3' und zumindest eine signalführende Leiterbahn 3 auf unterschiedlichen Metallisierungsebenen, so dass diese übereinander verlaufen und eine wesentliche Überlappungsfläche bilden. Das isolierende Material der Leiterplatte 2, beispielsweise ein Glasfaserverbundwerkstoff, isoliert die Leiterbahnen 3' und die signalführenden Leiterbahnen 3 voneinander galvanisch, stellt allerdings aufgrund des geringen Abstandes der Metallisierungsebenen voneinander einen Wärmepfad mit hohem Querschnitt und kurzem Weg bereit. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Ebenen beträgt vorzugsweise weniger als 150 µm, besonders bevorzugt weniger als 100 µm. Das Material der Leiterplatte kann beispielsweise lokal mit Partikeln aus keramischen Materialien wie ZnO, Ti2O5, ZrO2 oder mit ähnlichen Materialien mit hoher phononischer thermischer Leitfähigkeit gefüllt sein. 24 stellt diese ineinandergreifenden aber elektrisch voneinander isolierten Kammstrukturen der isolierten Leiterbahn 3' und der signalführenden Leiterbahn 3 beispielhaft in einem durchsichtigen Schema dar. Die hohe Regelmäßigkeit der Kammstrukturen in 24 ist dabei nicht notwendig, sondern alleine eine erhöhte, hier horizontale Überlappung der isolierten Leiterbahn 3' und der signalführenden Leiterbahn 3 auf unterschiedlichen Ebenen der Leiterplatte 2. Die elektrisch und thermisch miteinander zu verbindenden Ebenen der Leiterbahn 3' können über Vias 4 verbunden werden, die eine elektrische und damit auch elektronisch getragene thermische Leitfähigkeit zwischen den angeschlossenen Metallisierungsebenen bereitstellen. Die Abstände zwischen den isolierten Leiterbahnen 3' und signalführenden Leiterbahnen 3 werden vorzugsweise nach der Norm EN 60664-1:2007 so gewählt, dass die vorgegebenen Isolationsspannungen und ggf. 23 illustrates an eleventh embodiment in which that trace 3 ' , with the associated heat-conducting element 12 electrically and thermally connected, of signal-carrying conductors 3 is electrically isolated. In this eleventh embodiment of the invention form the galvanically insulated conductor track 3 ' and signal-carrying tracks 3 overlapping comb structures to increase the cross section of the heat path between the two. The insulated conductor track overlaps 3 ' and at least one signal-carrying conductor track 3 on different levels of metallization, so that they run over each other and form a substantial overlap surface. The insulating material of the circuit board 2 , For example, a fiberglass composite, insulated the tracks 3 ' and the signal-carrying tracks 3 galvanic to each other, however, due to the small distance of the metallization levels of each other a heat path with high cross-section and short path ready. The distance between two adjacent planes is preferably less than 150 μm, more preferably less than 100 μm. For example, the material of the circuit board may be locally filled with particles of ceramic materials such as ZnO, Ti 2 O 5 , ZrO 2, or similar materials of high phononic thermal conductivity. 24 provides these interlocking but electrically isolated comb structures of the isolated trace 3 ' and the signal carrying trace 3 exemplified in a transparent scheme. The high regularity of the comb structures in 24 is not necessary, but alone an increased, here horizontal overlap of the insulated conductor track 3 ' and the signal carrying trace 3 on different levels of the circuit board 2 , The electrically and thermally interconnected levels of the conductor track 3 ' can via vias 4 be connected, the one provide electrical and thus electronically supported thermal conductivity between the connected metallization levels. The distances between the insulated tracks 3 ' and signal-carrying tracks 3 are preferably selected according to the standard EN 60664-1: 2007 in such a way that the specified insulation voltages and, if necessary,

Teilentladungsfreiheit bei gegebener Spannung erreicht werden. Ferner wird vorzugsweise die Dicke des Materials, beispielsweise einem Glasfaserverbundwerkstoff, der Leiterplatte zwischen den isolierten Leiterbahnen 3' und signalführenden Leiterbahnen 3 auf unterschiedlichen Metallisierungsebenen vorzugsweise so gewählt, dass sie einerseits für hohe Wärmeleitung so dünn wie möglich ist, andererseits aber gerade dick genug, um eine vorgegebene Isolationsspannung (dem Fachmann auch als dielectric strength bekannt) bereitzustellen. Für eine erhöhte Lebensdauer kann der dünnstmöglichen Dicke für die Einhaltung der Isolationsspannung zudem eine Sicherheitsmarge zugeschlagen werden.Teilentladungsfreiheit be achieved at a given voltage. Further, preferably, the thickness of the material, such as a fiberglass composite, the circuit board between the insulated tracks 3 ' and signal-carrying tracks 3 On different levels of metallization preferably chosen so that it is as thin as possible for high heat conduction, on the other hand, but just thick enough to provide a predetermined isolation voltage (known to those skilled in the art as dielectric strength). For a longer life, the thinnest possible thickness for compliance with the insulation voltage also a safety margin can be added.

Im vorstehend beschriebenen elften Ausführungsbeispiel sind die mit zumindest einem Wärmeleitelement 12 elektrisch und thermisch verbundenen galvanisch getrennten Leiterbahnen 3' von signalführenden Leiterbahnen 3 galvanisch getrennt und damit eine in der Regel benötigte galvanische Trennung zwischen Kühlelement 15 und zu kühlenden Bauelementen 10 und/oder Leiterbahnen 3 und/oder Leiterplatten 2 praktisch in die Leiterplatte 2 verlegt. Entsprechend ist keine weitere galvanisch isolierende Einrichtung zwischen dem Wärmeleitelement 12 und einem Kühlelement 15 mehr nötig.In the eleventh embodiment described above, those with at least one heat conducting element 12 electrically and thermally connected galvanically isolated tracks 3 ' of signal-carrying conductors 3 galvanically isolated and thus usually required electrical isolation between the cooling element 15 and components to be cooled 10 and / or tracks 3 and / or printed circuit boards 2 practically in the circuit board 2 laid. Accordingly, no further galvanically insulating device between the heat-conducting element 12 and a cooling element 15 more necessary.

Die 25 zeigt ein zwölftes Ausführungsbeispiel dargestellt, welches auf dem elften Ausführungsbeispiel basiert. Zusätzlich ist gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel mindestens ein Kühlelement 15 thermisch mittelbar oder unmittelbar mit mindestens einem Wärmeleitelement 12 verbunden. Vorzugsweise liegt in diesem Ausführungsbeispiel keine galvanische Trennung zwischen dem Kühlelement 15, dem Wärmeleitelement 12 und der isolierten Leiterbahn 3' vor. Wenn die dem Wärmeleitelement 12 zugewandte Oberfläche des Kühlelementes 15 über ausreichende Ausdehnung verfügt, um ebenfalls über Bauelemente 10 zu reichen, ist die Höhe des Wärmeleitelementes 12 vorzugsweise zumindest so hoch wie die Höhe des Bauelementes 10, um geometrische Kollisionen zu vermeiden. Besonders bevorzugt entspricht die Höhe des Wärmeleitelementes 12 der Höhe des Bauelementes 10, um beiden eine thermisch leitende Anbindung an das Kühlelement 15 zu ermöglichen. Ein optionales Toleranzausgleichselement 32 zwischen dem mindestens einen Wärmeleitelement 12 bzw. gegebenenfalls auch dem mindestens einen Bauelement 10, und dem Kühlelement 15 beispielsweise ein Pad, eine Folio oder ein Plättchen mit gewisser Elastizität oder eine Paste mit gewisser Viskosität, kann Höhentoleranzen und Oberflächenrauigkeiten ausgleichen, um einen möglichst luft- und gasfreien thermisch leitfähigen Kontakt zwischen Kühlelement 15 und Wärmeleitelement 12 bzw. gegebenenfalls auch dem mindesten einen Bauelement 10 herzustellen. Vorzugsweise ist das Toleranzausgleichselement 32 nicht galvanisch isolierend. Besonders bevorzugt ist ein Toleranzausgleichselement 32, das elektrisch leitfähig ist und damit auch elektronisch getragene thermische Leitfähigkeit aufweist. Die elektronisch getragene thermische Leitfähigkeit erlaubt bei den meisten bekannten Materialien eine deutlich höhere thermische Leitfähigkeit als bei allein phononisch getragener thermischer Leitfähigkeit von elektrisch isolierenden Materialien, insbesondere bei Materialien mit vertretbaren Kosten oder Elastizität.The 25 shows a twelfth embodiment shown, which is based on the eleventh embodiment. In addition, according to the twelfth embodiment, at least one cooling element 15 thermally indirectly or directly with at least one heat conducting element 12 connected. Preferably, there is no galvanic separation between the cooling element in this embodiment 15 , the heat-conducting element 12 and the insulated trace 3 ' in front. When the the heat conducting element 12 facing surface of the cooling element 15 has sufficient extent to also about components 10 to reach is the height of the heat conducting element 12 preferably at least as high as the height of the component 10 to avoid geometric collisions. Particularly preferably, the height of the heat-conducting element corresponds 12 the height of the component 10 to give both a thermally conductive connection to the cooling element 15 to enable. An optional tolerance compensation element 32 between the at least one heat conducting element 12 or possibly also the at least one component 10 , and the cooling element 15 For example, a pad, a folio or a plate with a certain elasticity or a paste with a certain viscosity, can compensate for height tolerances and surface roughness, in order air-and gas-free thermally conductive contact between the cooling element 15 and heat conducting element 12 or possibly also the at least one component 10 manufacture. Preferably, the tolerance compensation element 32 not galvanically insulating. Particularly preferred is a tolerance compensation element 32 , which is electrically conductive and thus also has electronically supported thermal conductivity. The electronically supported thermal conductivity allows a much higher thermal conductivity in the case of most known materials than with solely phononically supported thermal conductivity of electrically insulating materials, in particular with materials of justifiable cost or elasticity.

Auch bei den in 23 und 25 gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Abstände zwischen der nicht-signalführenden Leiterbahn 3' und den signalführenden Leiterbahnen 3 sind derart gewählt, dass die Vorgaben der Norm EN 60664-1:2007 eingehalten werden, insbesondere hinsichtlich der vorgegebenen Kriechstrecken (sofern der Abstand entlang einer Oberfläche verläuft) und der vorgegebenen Luftstrecken (sofern der Abstand nicht entlang einer führenden Oberfläche verläuft). Insbesondere werden diese Abstände gemäß den Vorgaben der Tabelle F4 sowie des Kapitels 6.2 der Norm EN 60664-1:2007 gewählt.Also with the in 23 and 25 The embodiments shown are the distances between the non-signal-carrying conductor track 3 ' and the signal-carrying tracks 3 are chosen in such a way that the specifications of the Standard EN 60664-1: 2007 are complied with, in particular with regard to the predetermined creepage distances (if the distance runs along a surface) and the predetermined clearances (if the distance does not run along a leading surface). In particular, these distances are in accordance with the specifications of Table F4 and the chapter 6.2 of the Standard EN 60664-1: 2007 selected.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0989794 A2 [0002]EP 0989794 A2 [0002]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Norm EN 60664-1:2007 [0022, 0068]Standard EN 60664-1: 2007 [0022, 0068]

Claims (18)

Vorrichtung zum Abführen von Wärme aus einer Leiterplatte (2) - mit einer Leiterplatte (2), die mindestens ein an einer Oberfläche (6) der Leiterplatte (2) angeordnetes elektrisches Bauelement (10) aufweist, - mit mindestens einem oberhalb der Leiterplatte (2) angeordneten Kühlelement (15) zum Abführen von Wärme an die Umgebungsluft oder ein Kühlmedium, welches eine ebene Unterseite aufweist und - mit mindestens einem Wärmeleitelement (12) zum Ableiten von Wärme aus der Leiterplatte (2) zu dem Kühlelement (15), wobei das Kühlelement (15) mit einer Oberseite (21) des Wärmeleitelements (12) wärmeleitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (21) des Wärmeleitelements (12) und die Oberseite des Bauelements (10) in identischem Abstand von der Oberfläche (6) der Leiterplatte (2) angeordnet sind, so dass das Kühlelement (15) auch mit der Oberseite des Bauelements (10) wärmeleitend verbunden ist.Device for dissipating heat from a printed circuit board (2) - comprising a printed circuit board (2) having at least one electrical component (10) arranged on a surface (6) of the printed circuit board (2), with at least one above the printed circuit board (2 ) arranged with cooling element (15) for dissipating heat to the ambient air or a cooling medium, which has a flat bottom and - with at least one heat conducting element (12) for dissipating heat from the printed circuit board (2) to the cooling element (15), wherein the Cooling element (15) with an upper side (21) of the Wärmeleitelements (12) is thermally conductively connected, characterized in that the upper side (21) of the Wärmeleitelements (12) and the upper side of the component (10) at an identical distance from the surface (6) the circuit board (2) are arranged, so that the cooling element (15) is also connected to the upper side of the device (10) thermally conductive. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Oberseite (21) gegenüberliegende Unterseite (22) des Wärmeleitelements (12) auf der Oberfläche des Leiterplatte (2) aufliegt.Device after Claim 1 , characterized in that one of the upper side (21) opposite underside (22) of the heat-conducting element (12) rests on the surface of the printed circuit board (2). Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite (22) des Wärmeleitelements (12) mehrere Vertiefungen (23) aufweist, insbesondere mehrere parallel verlaufende Nuten.Device after Claim 2 , characterized in that the underside (22) of the heat-conducting element (12) has a plurality of recesses (23), in particular a plurality of parallel grooves. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktfläche der Leiterplatte (2), auf welcher die Unterseite (22) des Wärmeleitelements (12) aufliegt, mehrere Vertiefungen aufweist, insbesondere mehrere Bohrungen.Device after Claim 2 , characterized in that a contact surface of the printed circuit board (2), on which the underside (22) of the heat-conducting element (12) rests, has a plurality of recesses, in particular a plurality of bores. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2) ein innerhalb der Leiterplatte (2) angeordnetes Einlageelement (8) aufweist, welches wärmeleitend mit dem Wärmeleitelement (12) verbunden ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit board (2) comprises a valve disposed within the circuit board (2) insert element (8) which is thermally conductively connected to the heat-conducting element (12). Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberseite (6) der Leiterplatte (2) eine bis zu dem Einlageelement (8) reichende Ausnehmung (9) angeordnet ist und das Wärmeleitelement (12) in der Ausnehmung (9) angeordnet ist.Device after Claim 5 , characterized in that on the upper side (6) of the printed circuit board (2) up to the insert element (8) reaching recess (9) is arranged and the heat conducting element (12) in the recess (9) is arranged. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (12) an seiner Unterseite (22) mehrere Stifte (24) aufweist, die jeweils in einer Ausnehmung (26) in der Leiterplatte (2) angeordnet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heat conducting element (12) having a plurality of pins (24) on its underside (22) which are each arranged in a recess (26) in the printed circuit board (2). Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (24) von einer Oberfläche (6) an einer Oberseite der Leiterplatte (2) bis zu einer Oberfläche (7) auf einer Unterseite der Leiterplatte (2) verlaufen und an der Unterseite der Leiterplatte (2) herausstehen.Device after Claim 7 , characterized in that the pins (24) extend from a surface (6) on an upper side of the printed circuit board (2) to a surface (7) on an underside of the printed circuit board (2) and protrude from the underside of the printed circuit board (2) , Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (24) über eine Presspassung mit der Leiterplatte (2) verbunden sind.Device according to one of Claims 7 or 8th , characterized in that the pins (24) are connected via a press fit with the printed circuit board (2). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (24) einen sternförmigen Querschnitt aufweisen.Device according to one of Claims 7 to 9 , characterized in that the pins (24) have a star-shaped cross section. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (12) einen auf der Oberfläche (6) der Leiterplatte (2) aufliegenden Auflageteil (25) aufweist und die Stifte (24) des Wärmeleitelements (12) als von dem Auflageteil (25) separate Stifte ausgebildet sind.Device according to one of Claims 7 to 10 , characterized in that the heat-conducting element (12) has a resting on the surface (6) of the printed circuit board (2) supporting part (25) and the pins (24) of the heat-conducting element (12) as from the support member (25) separate pins are formed , Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Oberseite (21) des Wärmeleitelements (12) und der Unterseite des Kühlelements (15) ein wärmeleitendes, elektrisch isolierendes Isolierelement (14) angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a heat-conducting, electrically insulating insulating element (14) is arranged between the upper side (21) of the heat-conducting element (12) and the underside of the cooling element (15). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2) eine Leiterbahn (3') aufweist, die elektrisch leitend mit dem Wärmeleitelement (12) verbunden ist, wobei die Leiterbahn (3') kein elektrisches Signal führt und gegenüber sämtlichen signalführenden Leiterbahnen (3) der Leiterplatte (2) elektrisch isoliert ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the printed circuit board (2) has a conductor track (3 '), which is electrically conductively connected to the heat conducting element (12), wherein the conductor track (3') carries no electrical signal and to all signal-carrying conductor tracks (3) of the printed circuit board (2) is electrically insulated. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (12) wärmeleitend und/oder elektrisch leitend mit mehreren ersten Leiterbahnen (30') in verschiedenen Ebenen der Leiterplatte (12) verbunden ist, wobei zwischen den ersten Leitbahnen (30') mehrere zweite Leiterbahnen (30) angeordnet sind, die elektrisch von den ersten Leiterbahnen (30) isoliert sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-conducting element (12) is thermally conductive and / or electrically conductively connected to a plurality of first printed conductors (30 ') in different planes of the printed circuit board (12), wherein between the first interconnects (30') a plurality of second conductor tracks (30) are arranged, which are electrically isolated from the first conductor tracks (30). Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Leiterbahnen (30') und die zweiten Leiterbahnen (30) überlappend angeordnet sind, so dass die ersten Leiterbahnen (30') und die zweiten Leiterbahnen (30) eine parallel zu der Oberfläche (6) der Leiterplatte (2) angeordnete Überlappungsfläche bilden.Device after Claim 14 , characterized in that the first interconnects (30 ') and the second interconnects (30) are arranged overlapping, so that the first interconnects (30') and the second interconnects (30) parallel to the surface (6) of the circuit board ( 2) arranged overlap surface. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahn (3') einen Abstand von sämtlichen signalführenden Leiterbahnen (3) der Leiterplatte (2) aufweist, der weniger als 150 µm, besonders bevorzugt weniger als 100 µm beträgt; oder dass die ersten Leiterbahnen (30') einen Abstand von den zweiten Leiterbahnen (30') aufweisen, der weniger als 150 µm, besonders bevorzugt weniger als 100 µm beträgt.Device according to one of Claims 13 to 15 , characterized in that the conductor track (3 ') has a distance from all signal-carrying conductor tracks (3) of the printed circuit board (2), the less than 150 microns, more preferably less than 100 microns; or that the first conductor tracks (30 ') have a distance from the second conductor tracks (30') which is less than 150 μm, particularly preferably less than 100 μm. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Oberseite (21) des Wärmeleitelements (12) und der Unterseite des Kühlelements (15) ein wärmeleitendes Toleranzausgleichselement (32) angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that between the upper side (21) of the heat-conducting element (12) and the underside of the cooling element (15), a heat-conducting tolerance compensation element (32) is arranged. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2) ein Substrat (5) und zumindest bereichsweise in dem Substrat (5) angeordnete Partikel aus einem keramischen Material, beispielsweise aus ZnO, Ti2O5, ZrO2, aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit board (2) comprises a substrate (5) and at least partially in the substrate (5) arranged particles of a ceramic material, for example ZnO, Ti 2 O 5 , ZrO 2 ,
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