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DE102018111534B4 - Device for dissipating heat from a circuit board - Google Patents

Device for dissipating heat from a circuit board Download PDF

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DE102018111534B4
DE102018111534B4 DE102018111534.2A DE102018111534A DE102018111534B4 DE 102018111534 B4 DE102018111534 B4 DE 102018111534B4 DE 102018111534 A DE102018111534 A DE 102018111534A DE 102018111534 B4 DE102018111534 B4 DE 102018111534B4
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Germany
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heat
circuit board
conducting element
conducting
conductor tracks
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DE102018111534.2A
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German (de)
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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

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, 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, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2) ein innerhalb der Leiterplatte (2) angeordnetes Einlageelement (8) aufweist, welches wärmeleitend mit dem Wärmeleitelement (12) verbunden ist. Device for dissipating heat from a printed circuit board (2)
- with 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 cooling element (15) arranged above the circuit board (2) for dissipating heat to the ambient air or a cooling medium which has a flat underside and
- with at least one heat-conducting element (12) for dissipating heat from the circuit board (2) to the cooling element (15), wherein the cooling element (15) is connected in a heat-conducting manner to an upper side (21) of the heat-conducting element (12), wherein the upper side (21) of the heat-conducting element (12) and the upper side of the component (10) are arranged at an identical distance from the surface (6) of the circuit board (2), so that the cooling element (15) is also connected in a heat-conducting manner to the upper side of the component (10), characterized in that the circuit board (2) has an insert element (8) arranged within the circuit board (2) which is connected in a heat-conducting manner to the heat-conducting element (12).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abführen von Wärme aus einer Leiterplatte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for dissipating heat from a printed circuit board according to the preamble of claim 1.

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 circuit board on whose surface several components are arranged is known, for example, from EP 0 989 794 A2 This device has several heat conducting elements that are arranged and soldered on the surface of the circuit board in a similar way to the components. The heat conducting elements protrude upwards from the circuit board and are higher than all the components arranged on the circuit board. A plate-shaped cooling element is connected to the heat conducting elements on the top of the heat conducting elements in a heat-conducting manner. The heat dissipated from the circuit board via the heat conducting elements can be released into the ambient air via the cooling element.

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 shown in practice that heat can build up in the circuit board, particularly in the case of power electronic circuit boards that switch and/or carry high currents. This can impair the functionality of the components.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Abführen von Wärme aus einer Leiterplatte ist aus der nachveröffentlichten DE 10 2018 109 920 A1 bekannt.A generic device for dissipating heat from a printed circuit board is known from the subsequently published EN 10 2018 109 920 A1 known.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Kühlung einer leistungselektronischen Leiterplatte zu verbessern.The object of the invention is 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 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.In a device of the type mentioned at the outset, it is proposed to solve the problem that the circuit board has an insert element arranged inside the circuit board, which is connected to the heat-conducting element in a heat-conducting manner. The insert element can be designed as a copper inlay, for example. The insert element preferably extends parallel to the surface of the circuit board. For example, the insert element can be plate-shaped. The insert element preferably has a thickness in a direction perpendicular to the surface of the circuit board that is greater than 1 mm, in particular in the range from 2 mm to 5 mm. The insert element can be a prefabricated insert element that is inserted into the circuit board, pressed into it or cast in it. The insert element is preferably connected to the heat-conducting element arranged on the surface in a heat-conducting manner via conductor tracks running perpendicular to the surface of the circuit board, for example metallized vias.

Die Oberseite des Wärmeleitelements und die Oberseite des Bauelements sind in identischem Abstand von der Oberfläche der Leiterplatte angeordnet, so dass das Kühlelement auch mit der Oberseite des Bauelements wärmeleitend verbunden ist. Dabei 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. The top of the heat-conducting element and the top of the component are arranged at an identical distance from the surface of the circuit board, so that the cooling element is also thermally connected to the top of the component. The height of the heat-conducting element above the circuit board is adapted to the height of the component above the circuit board, so that the distances between the top of the heat-conducting element and the top of the component from the surface of the circuit board are identical. Identical distances are understood to mean 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 for the flat underside of the cooling element to be in thermally conductive contact with the top of the heat-conducting element as well as in thermally conductive contact with the top of the component. Heat can be conducted upwards from the component into the cooling element via the thermally conductive connection between the component and the cooling element. The amount of heat dissipated through the top of the component reduces the amount of heat that must be dissipated through the circuit board, making it easier to cool 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. Weitere Alternativen sehen vor, dass das Wärmeleitelement aus CuZn40AI2 oder CuZn39Pb3 oder aus, insbesondere verzinnter, Phosphor-Bronze gebildet ist.The heat conducting element preferably comprises copper or aluminum or brass, in particular CuZn40AI2 or CuZn39Pb3, or phosphor bronze. This makes it possible to obtain a light, easily solderable heat conducting element that has a high thermal conductivity. The heat conducting element is particularly preferably made of copper and tinned, for example, to improve solderability and protection against corrosion. Alternatively, the heat conducting element can be made of copper-plated and/or tinned aluminum. As a further alternative, the heat conducting element is made of brass, in particular tinned. Further alternatives provide for the heat conducting element to be made of CuZn40AI2 or CuZn39Pb3 or of phosphor bronze, in particular tinned.

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. The cooling element is preferably connected to at least one conducting element, for example a pipe or a hose, or a heat exchanger or compressor. The cooling element can be designed as a cooling plate or as a heat dissipation element or as a heat pipe. Such heat dissipation elements 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 a bottom side of the heat conducting element opposite the top side rests on the surface of the circuit board, so that the The circuit board can be fitted with the heat-conducting element in the manner of an SMD (Surface Mounted Device) component. The heat-conducting element and the circuit board, in particular a conductor or a conductor pad of the 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.The underside of the heat-conducting element preferably has several recesses. The interface between the underside of the heat-conducting element and a solder, in particular a solder paste, can be enlarged via the recesses. The recesses also enable gases and solvents that arise within the solder during soldering to be removed more effectively, so that the risk of undesirable gas inclusions at the interface between the heat-conducting element and the solder is reduced. The underside particularly preferably has several parallel grooves. Such recesses can be manufactured inexpensively. Alternatively, the recesses can be designed as point-like recesses in the underside, which have, for example, 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 circuit board on which the underside of the heat-conducting element rests has several recesses, in particular several holes. The recesses in the circuit board can be designed, for example, as "blind vias", in particular in a conductor or in a conductor pad of the circuit board. These recesses in the circuit board can enlarge the interface between the circuit board and the solder and create space for absorbing undesirable solder by-products, for example gases generated during soldering.

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

Eine Ausgestaltung hat sich 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.A design has proven to be advantageous in which a recess extending to the insert element is arranged on the top side of the circuit board and the heat-conducting element is arranged in the recess. The recess can form a window in the surface which enables contact to be made with the insert element arranged inside the circuit board. In this respect, the underside of the heat-conducting element can be arranged below a plane of the surface of the circuit board. The heat-conducting element and the insert element are preferably connected via a soldered connection.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Wärmeleitelement an seiner Unterseite mehrere Stifte auf, die jeweils in einer weiteren 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 several pins on its underside, each of which is arranged in a further recess in the circuit board. The pins can be used to improve the dissipation of heat from the circuit board in a direction perpendicular to the surface of the circuit board. The recess can be designed as a blind hole or through hole, in particular a blind bore or through bore.

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 run from a surface on a top of the circuit board to a surface on a bottom of the circuit board and protrude from the circuit board at the bottom. Optionally, the pins on the bottom can 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 to the circuit board via a press fit, so that a solder connection for fastening and heat-conducting the heat-conducting element is not absolutely necessary. The cross-section of the pins and the corresponding recess can be selected such that an edge of a pin cuts into a conductor track or a metallized via of the circuit board when pressed in, so that an electrical and/or heat-conducting connection is established between the pin and the conductor track or the via. The pins of the heat-conducting element can have a different cross-section than the respective recess into which the pins are inserted. The pins preferably have a cross-section with several edges which cut into an inner wall of the respective recess when the pins are inserted into the recesses. The recesses can have a round cross-section. For example, the cross-section of the pins can be polygonal, in particular square, 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 proven to be particularly advantageous if the pins have a star-shaped cross-section. This makes it possible to obtain a cross-section of the pins with, for example, acute edge angles, which can be pressed more easily into the inner wall of the respective recess.

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 support part resting on the surface of the circuit board and the pins of the heat conducting element are designed as pins separate from the support part. This enables cost-effective production of the heat conducting element, in which machining or milling of the pins and the support part as a monolithic part is not necessary.

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 top of the heat-conducting element and the bottom of the cooling element. The cooling element can be galvanically insulated from the heat-conducting element via the insulating element. The insulating element can be designed as a plate or as a film. The thickness of the plate is preferably in the range of less than 2 millimeters. An insulating element designed 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. The circuit board preferably has a conductor track that is electrically connected to the heat-conducting element, whereby the conductor track does not carry an electrical signal and is electrically insulated from all signal-carrying conductor tracks of the circuit board. An island-type conductor track can be used to insulate the heat-conducting element and the cooling element from the conductor tracks of the circuit board and/or from an insert element of the circuit board, whereby the insulation is provided in the circuit board. It is possible to install the galvanic isolation that is usually required between the electronics to be cooled and/or the circuit board and the cooling element in the circuit board.

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.Galvanic separations, also referred to as insulations, generally represent a bottleneck in cooling systems, since high thermal conductivity is required on the one hand, but low electrical conductivity is required. The electronic thermal conductivity, which is very effective in many conductors, cannot be used accordingly, and corresponding insulation materials must rely on other heat conduction mechanisms, such as phononic heat conduction. A thermally conductive but electrically insulating plate, pad or alternatively a film, which usually represent a thermal and electrical compromise but are conventionally required for galvanic insulation, can even be dispensed with. Instead, the galvanic separation can be achieved by isolating the conductor track on the circuit board to which the heat-conducting element in the sense of the invention makes electrical and thermal contact from other conductor tracks on the circuit board, in particular from those conductor tracks that carry signals for which galvanic separation is desired. This makes it possible to use methods and processes for insulation that are provided for in the circuit board process. The circuit board material, usually FR4, can be used to insulate against other conductor tracks on other levels or metallization layers of the circuit board, for example in the form of a fabric mat pre-impregnated with resin (known to those skilled in the art as a prepreg layer) or core material. The galvanic insulation from other conductor tracks on the same level or metallization layer of the circuit board can also be achieved using circuit board design methods, in particular by maintaining distances and introducing milling. Distances between the conductor tracks on the circuit board, to which the heat-conducting element in the sense of the invention makes electrical and thermal contact, and other conductor tracks can be determined very easily using the rules and distances known to those skilled in the art for creepage distances and insulation distances in circuits according to the EN 60664-1:2007 standard. The necessary distances can also be reduced by coating the level with insulation materials, for example polyurethanes, epoxies, silicones and similar plastics. Electrical insulation on the circuit board can be designed in a much more controlled and thinner manner than in a film, pad or plate between two surfaces that are usually not directly mechanically connected but are usually held together by pressure according to the state of the art, which therefore usually also has to compensate for geometric tolerances. Accordingly, a much lower thermal resistance is possible, since the thermal resistance decreases approximately with decreasing thickness. Furthermore, with insulation on the circuit board, materials with higher thermal conductivity, for example materials filled with high ceramic concentrations, can be used for the insulation, which would be too brittle for films, pads and the like in the state of the art.

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 conductor track that is electrically connected to the heat-conducting element can have a distance from the other conductor tracks in the manner of a creepage distance. In a direction perpendicular to the surface of the circuit board, a distance from the other conductor tracks can also be provided.

Bevorzugt ist das Wärmeleitelement wärmeleitend und/oder elektrisch leitend mit mehreren ersten Leiterbahnen in verschiedenen Ebenen der Leiterplatte verbunden, wobei zwischen den ersten Leiterbahnen 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 connected in a heat-conducting and/or electrically conductive manner to a plurality of first conductor tracks in different levels of the circuit board, wherein a plurality of second conductor tracks are arranged between the first conductor tracks, which are electrically insulated from the first conductor tracks. In this respect, a comb-like structure of the conductor tracks is preferably formed in the cross section of the circuit board. This comb-like cross-sectional structure enlarges the heat-conducting but electrically insulating interface between the first and 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. are separated. In contrast to the prior art, when the insulation is formed in the circuit board, the cross-sectional area of the insulation, over which the heat flow must flow, can be systematically increased. While according to the prior art, the surfaces of the cooling element and the element to be cooled are generally limited, the electrically insulating surface, over which the heat flow must flow, can be increased by orders of magnitude when the insulation is formed in the circuit board, for example by geometrically interlocking but electrically insulated vertical or horizontal comb structures of the metallization surface on the circuit board, to which the heat-conducting element makes electrical and thermal contact, and at least one other metallization surface. The thermal resistance, which is inversely proportional to the size of the cross-section of the heat flow, is thus reduced.

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 conductor tracks and the second conductor tracks are arranged to overlap, so that the first conductor tracks and the second conductor tracks 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, Ti205, ZrO2, aufweist. Derartige Partikel können die phononische thermische Leitfähigkeit des Substrats zumindest bereichsweise erhöhen.A design has proven to be advantageous in which the circuit board has a substrate and particles made of a ceramic material, for example ZnO, Ti205, ZrO2, arranged at least in regions in the substrate. Such particles can increase the phononic thermal conductivity of the substrate at least in regions.

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 track has a distance from all signal-carrying conductor tracks of the circuit board that is less than 150 µm, particularly preferably less than 100 µm; or that the first conductor tracks have a distance from the second conductor tracks that is less than 150 µm, particularly 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, a heat-conducting tolerance compensation element is arranged between the top of the heat-conducting element and the bottom of the cooling element. The tolerance compensation element can be designed as a pad, film, plate or as a heat-conducting paste. Such a design is particularly advantageous when the insulation between the heat-conducting element and the cooling element is implemented in the circuit board. The tolerance compensation element can enable geometric tolerance compensation of the transition between the heat-conducting element and the cooling element, for example but not necessarily exclusively through elasticity of the material. It is not necessary for the tolerance compensation element 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 shown in the figures.
  • 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 heat conducting element in a perspective view;
  • 5 further embodiments of heat conducting elements in a view from below;
  • 6 further embodiments of heat conducting elements 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 heat-conducting element and a corresponding recess in the circuit board in a schematic sectional view;
  • 9 a second embodiment of a pin of a heat-conducting element and a corresponding recess in the circuit board in a schematic sectional view;
  • 10 further embodiments of pins of a heat conducting element 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 a perspective exploded 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 a perspective exploded 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 1 according to the invention 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 can consist of a composite material containing epoxy resin and glass fibers, for example an FR-4 composite material. Inside the circuit board 2, on the surface 6 of the top and on the surface 7 of the bottom of the circuit board 2, several conductor tracks 3 made of an electrically conductive material, in particular copper, are arranged. Power electronic signals are conducted via these conductor tracks 3. The conductor tracks 3 are arranged on different layers of the circuit board 2, which run parallel to the surfaces 6, 7 of the circuit board 2. In a direction perpendicular to the surfaces 6, 7 of the circuit board, the conductor tracks 2 are electrically connected via vias 4.

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.Several electrical components 10 are arranged on the surfaces 6, 7 of the circuit board. The components 10 can be designed as power electronic switches, for example as MOSFETs (metal-oxide-semiconductor field-effect transistors) or as IGBTs (insulated-gate bipolar transistors). Alternatively or additionally, components 10 can be provided that are designed as passive components, for example as resistors, capacitors or inductors. The components 10 are designed as SMD components that are soldered to one of the surfaces 6, 7 of the circuit board using surface mounting technology (SMT).

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.When the power electronic circuit board 2 is operated, in particular by switching the components 10, heat energy is released, which must be dissipated into the environment in order to prevent the components 10 from overheating. The heat is conducted, among other things, via the conductor tracks 2 and vias 4 connected to the respective component 10 and through the substrate 5 of the circuit board 2. In 1 An exemplary heat path is 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.
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 dissipate the heat into the ambient air or a cooling medium, the device has a cooling element 15 which is arranged above a surface 6 of the circuit board. The cooling element 15 can be designed as a cooling plate, for example. It has a flat surface on its underside facing the circuit board 2.
In order to obtain a thermally conductive connection between the circuit board 2 and the cooling element 15, several thermally conductive elements 12 are provided for dissipating heat from the circuit board 2 to the cooling element 15. For this purpose, the underside of the cooling element 15 is thermally conductively connected to an upper side of the thermally conductive elements 12. A thermally conductive, electrically insulating insulating element 14, which is designed as a thin plate or as a film, is arranged between the upper side of the thermally conductive element 12 and the underside of the cooling element 15.

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.In order to enable improved heat dissipation, the top of the heat-conducting element 12 and the top of a component 10 on the surface 6 of the circuit board 2 are arranged at an identical distance from the surface 6 of the circuit board 2. This makes it possible for the cooling element 15 to also be connected to the top of the component 10 in a heat-conducting manner. If several components of different heights are provided on the circuit board 2, the height of the heat-conducting element 2 is preferably selected such that the top of the highest component 10 on the surface 6 of the circuit board 2 is arranged at an identical distance from the surface 6 of the circuit board 2. The height of the components 10 or the height of the top of the heat-conducting elements above the surface 6 is preferably in a range between 1 millimeter and 10 millimeters and particularly 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 are designed as SMD components. The underside of the heat conducting elements 12 rests on the surface 6 of the circuit board 2 and is connected to it via a solder connection 13. The solder connection can be created, 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 The second exemplary embodiment of a device 1 for dissipating heat from a circuit board 2 shown is similar to the first exemplary embodiment, so that the explanations for the first exemplary embodiment also apply to the second exemplary embodiment. In contrast to the first exemplary embodiment, the circuit board 2 according to the second exemplary embodiment has an insert element 8 arranged within the circuit board 2, which is connected to the heat-conducting element 12 in a heat-conducting manner. The insert element 8 is designed as a prefabricated insert element 8, in particular as an insert element comprising copper, and is cast or pressed into the substrate 5. The heat-conducting element 12 arranged on the surface 6 is connected to the insert element 8 in a heat-conducting manner via a plurality of vias 4. The vias 4 connect the insert element 8 electrically and heat-conductingly to a conductor track 3 designed as a pad on the surface 6 of the circuit board 2, to which the heat-conducting element 12 is connected via a solder connection 13.

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 The third exemplary embodiment shown of a device 1 for dissipating heat from a circuit board 2 is similar to the second exemplary embodiment, so that the explanations for the second exemplary embodiment also apply to the third exemplary embodiment. Unlike in the second exemplary embodiment, in the third exemplary embodiment a recess 9 extending as far as the insert element 8 is arranged on the upper side 6 of the circuit board 2. The heat-conducting element 12 is arranged in this recess 9 and is electrically and heat-conductingly connected to the insert element. The underside of the heat-conducting element 12 is therefore arranged below the level of the surface 6 of the circuit board 2. The heat-conducting element 12 and the insert element 8 are preferably connected via a soldered connection. In this exemplary embodiment, no vias are required between the insert element 8 and the heat-conducting element 12. The heat conducting element 12 has a height that is greater than the height of the largest component 10 on the surface 6 of the circuit board 2. In this respect, the top side of the heat conducting element 12 and the top side of the component 10 are also arranged at an identical distance from the surface 6 of the circuit board 2 in this embodiment.

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 Various designs of heat conducting elements 12 are to be explained, which in the embodiments according to 1 , 2 and 3 can be applied.

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 side 21. The bottom side 22 of the heat conducting element has depressions 23 which are designed as parallel grooves. The grooves run parallel to a side edge of the heat conducting element 12. The depressions 23 increase the interface between the bottom side 22 of the heat conducting element 12 and a solder, in particular a solder paste. The depressions 23 also enable gases which are generated within the solder during soldering to be removed more effectively. Alternatively, a contact surface of the circuit board 2 on which the bottom side 22 of the heat conducting element 12 rests can have several depressions, in particular several 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 a plan view of the underside 22 of a further embodiment of a heat conducting element 12 is shown. The underside has recesses designed as grooves, which are aligned parallel to a side edge of the heat conducting element 12.

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 plan view of the underside 22 of a further embodiment of a heat conducting element 12, in which recesses 23 designed as parallel grooves are provided, which enclose an acute angle with a side edge of the heat conducting element 12, 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 a plan view of the underside 22 of a further embodiment of a heat conducting element 12 is shown. The recesses 23 are designed as parallel grooves and are divided into several, in particular two, areas in which the recesses 23 have different orientations. The recesses 23 in a first area are arranged transversely to the recesses 23 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 a further top view of the underside 2 of an embodiment of a heat conducting element 12, wherein point-shaped depressions with a round cross-section are provided. The depressions 23 can be designed as blind holes, for example. The depressions 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 has a flat upper side 21 and a flat lower side 23. Inside the heat conducting element 12, internal recesses are provided to reduce material and/or weight.

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 heat conducting element 12, which has a flat upper side 21 and a lower side 23 with several recesses 23, which have 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 heat conducting element 12, which has a flat upper side 21 and a lower side 23 with several recesses 23, which have 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 a fourth embodiment of a device 1 according to the invention is shown, which is similar to the first embodiment, so that the explanations for the first embodiment also apply to the fourth embodiment. In contrast to the first embodiment, the heat-conducting element 12 has a plurality of pins 25 on its underside, each of which is arranged in a recess 26 in the circuit board 2. The pins 25 are formed in one piece with a support part 25 of the heat-conducting element 12, which rests on the surface 6 of the circuit board 2. The pins 25 run from the surface 6 on an upper side of the circuit board 2 to the surface 7 on the underside of the circuit board 2 and protrude from the underside of the circuit board 2. Optionally, the pins 25 on the surface 7 of the underside can be connected to the circuit board 2, in particular to a conductor track 3, in an electrically conductive and heat-conducting manner via a soldered connection.

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.Preferably, the pins 24 of the 7 shown heat conducting element 12 is connected to the circuit board 2 by means of a press fit. As shown in 8th and 9 As shown, the cross section of the pins 24 and the corresponding recess 26 in the circuit board 2 is selected such that one or more edges of the pin 24 cuts into a conductor track 3 or a metallized via 4 of the circuit board 2 when pressed in, thereby creating an electrical and/or thermally conductive connection between the pin 24 and the conductor track 3 or the via 4. The cross section of the pin 24 is in each case different from the cross section of the respective recess 26 into which the pin 24 is inserted. 8th shows a pin 24 with a rectangular cross-section, which is inserted into a recess 26 with a round cross-section. 9 shows a pin 24 with a star-shaped cross-section, which is inserted into a recess 26 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 various star-shaped cross sections of pins 24 are shown, which can be used in a heat-conducting element 12 which is suitable for mounting by means of a press fit in the circuit board 2.

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 for the fourth embodiment therefore also apply to the fifth embodiment. In contrast to the fourth embodiment, the heat conducting element 12 has a support part 25 resting on the surface 6 of the circuit board 2 and the pins 24 of the heat conducting element 12 are designed as pins 24 separate from the support part 25. The separately designed pins 24 are driven into recesses in the support part 25 of the heat conducting element 12.

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 various variants of separate pins 24 that can be used in a device 1 according to the fifth embodiment. The pins 24 preferably each have a conical first end 27. A second end 28 of the pins 24, which is opposite the conical first end 27, can also be either conical or rectangular. The pins 24 are preferably driven into the circuit board 2 with the conical first end 27.

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 a sixth embodiment of a device 1 according to the invention is shown in a perspective exploded view. The device 1 comprises a circuit board 2, on the surface 6 of which several identical electrical components 10, for example MOSFETs or IGBTs, are arranged. Furthermore, several heat conducting elements 12 are arranged on the surface 6 of the circuit board 2. The tops of the heat conducting elements 12 and the tops of the components 10 are arranged at an identical distance from the surface 6 of the circuit board 2, so that a plane is formed by the tops of the heat conducting elements 12 and the components 10, on which a plate-shaped cooling element 15 is arranged. Optionally, a 13 An insulating element (not shown) may be provided which galvanically separates the cooling element 15 from the heat-conducting element 12, but connects the cooling element 15 and the heat-conducting element 12 in a heat-conducting manner.

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 1 according to the invention. Shown is the transition area between between the circuit board 2 and a heat-conducting element 12. It can be seen that the circuit board 2 has a conductor track 3' designed as a pad, which is electrically conductively connected to the heat-conducting element 12. This conductor track 3' is arranged on the surface 6 of the circuit board 2, does not carry an electrical signal and is electrically insulated from all signal-carrying conductor tracks 3 of the circuit board 2. In the direction of the plane of the circuit board 2, the conductor track 3' contacted with the heat-conducting element 12 is arranged a first distance a from the signal-carrying conductor tracks 3, and in a direction perpendicular to the plane of the circuit board 2 by a second distance b. In this respect, the conductor track 3' forms an island that is galvanically separated from the other conductor tracks 3, so that insulation between the heat-conducting element 12 and the cooling element 15, as in the six previous exemplary embodiments, is not required to enable electrical insulation of the heat sink 15 from the circuit board 2.

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.According to the presentation in 14 an underside of the heat conducting element 12 is connected to the electrically insulated conductor track 3' via a soldered connection. According to a modification of this embodiment, the heat conducting element 12 can have several pins 24 which are inserted into recesses in the circuit board 2. In such a modification, a sufficiently large free space must be provided below the electrically insulated conductor track 3' in the circuit board 2, in which no signal-carrying conductor 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 conductor track 3' and the signal-carrying conductor tracks 3 are selected such that the requirements of the standard EN 60664-1:2007 are met, in particular with regard to the specified creepage distances (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 selected in accordance with the requirements of Table F4 and Chapter 6.2 of 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 Leiterbahnen 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 The eighth embodiment of a device 1 for dissipating heat from a circuit board 2 shown is similar to the seventh embodiment, so that the explanations for the seventh embodiment also apply to the eighth embodiment. According to 15 the heat conducting element 12 is connected in a heat-conducting and/or electrically conductive manner to a plurality of first conductor tracks 3', 30 in different levels of the circuit board 2. A plurality of second conductor tracks 3, 30 are arranged between the first conductor tracks 3', 30 and are electrically insulated from the first conductor tracks 3', 30. Flat heat conduction regions are formed between the first conductor tracks 3', 30' and the second conductor tracks 3, 30, via which heat can be conducted, for example, from the second conductor tracks 3, 30 via the substrate 5 to the first conductor tracks 3', 30'. This comb-like structure in cross-section increases the heat-conducting but electrically insulating interface between the first and second conductor tracks 3, 3', 30, 30', so that the heat transfer between the first and second conductor tracks 3, 3', 30, 30' is increased and the first and second conductor 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 1 described above for dissipating heat from a circuit board 2 each comprise a circuit board 2 which has at least one electrical component 10 arranged on a surface 6 of the circuit board 2, a cooling element 15 arranged above the circuit board 2 for dissipating heat to the ambient air or a cooling medium which has a flat underside and a heat-conducting element 12 for dissipating heat from the circuit board 2 to the cooling element 15, wherein the cooling element 15 is connected in a heat-conducting manner to an upper side 21 of the heat-conducting element 12. In order to enable improved cooling, the upper side 21 of the heat-conducting element 12 and the upper side of the component 10 are arranged at an identical distance from the surface 6 of the circuit board 2, so that the cooling element 15 is also connected in a heat-conducting manner to the upper side of the component 10.

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 represents a ninth embodiment of a device according to the invention, in which a heat-conducting element 12 is applied to a conductor track 3, preferably with solder, in an electrically and thermally conductive manner. For this purpose, the conductor track 3 is preferably freed from solder resist and other conductor track coatings in the form of a pad 31 in order to allow a direct electrical and thermal connection to the conductor track 3. The pad 31 freed from the solder resist and other coatings preferably reproduces the shape of the surface of the heat-conducting element 12 resting on the circuit board in order to enable self-alignment of the heat-conducting element 12 on the pad by means of the surface tension during the soldering process. In this embodiment, the conductor track 3 is connected to a component 10 in an electrically and thermally conductive manner. This electrically and thermally conductive connection exists, 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 to the component 10 via the conductor track 3, a galvanically insulating insulation should preferably be used in this embodiment. A heat conducting element, for example a foil, a pad or a plate, can be provided between the surface of the heat conducting element 12 facing away from the circuit board 2, which prevents electrical currents and a galvanic connection to a cooling element resting thereon, in particular a cooling plate. For reasons of better clarity, this cooling element is shown in 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 represent an example of a surface-mountable heat conducting element 12 which in the embodiment according to 16 can be used. The upper side 21 of the heat conducting element 12 facing away from the circuit board 2 in 17 , which preferably has direct or indirect thermal and mechanical contact with a cooling element (not shown) via a galvanically insulating insulating element, is preferably designed with a smooth, flat surface as shown. The 18 The surface 22 of the heat conducting element 12 facing the circuit board 2 and the pad 31 shown in FIG. 1 has recesses or grooves 23 which are similar to the embodiments in 4 to 6 can absorb and/or remove gases and solvents generated 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 represents a tenth embodiment of the invention, which is similar to the ninth embodiment in that at least one heat conducting element 12 contacts a conductor track 3 of a circuit board 2 and is in electrically and thermally conductive connection with a component 10 via the conductor track 3, 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 the heat conducting element 12 in the tenth embodiment is as in 19 shown mounted in an electrically and thermally conductive manner via a through-hole mounting with soldering (also referred to by those skilled in the art as through-hole mounting) or a press fit (also referred to by those skilled in the art as press-fit mounting) through preferably metallized holes or recesses 26. The metallization of the holes or recesses 26 is preferably connected to the conductor track 3 in an electrically and thermally conductive manner.

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 show heat conducting elements 12 for through-hole mounting or press-fitting in perspective, as for example in the embodiment according to 19 The underside 22 of the heat conducting element 12 facing the circuit board 2 in 20 has pins 24 which are similar to the embodiments in 7 to 12 engage in the recesses 26 of the circuit board 2 and are secured there by press fitting or through-hole mounting with soldering. Preferably, the conductor track 3 has a pad between the holes or recesses 26 which is exposed by exposing solder resist and other coatings, so that in addition to the thermal and electrical connection between the pins 24 of the heat-conducting element 12 and the conductor track 3, there is also a thermally and electrically conductive connection mediated by direct mechanical contact between the surface of the heat-conducting element 12 facing the circuit board 2 and the conductor track 2 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 side of the circuit board 2 facing away from the heat conducting element 12. The pins 24 of the heat conducting element 12 preferably protrude slightly, preferably 0.5 millimeters to 5 millimeters, from the recesses 26 in order to either allow soldering in the case of through-hole mounting or to improve the mechanical hold in the case of a press fit. On the side of the circuit board 2 facing away from the heat conducting element 12, there can preferably be a conductor track 3 which is electrically and thermally conductively connected to the heat conducting element 12. This conductor track 3 can also be used in a similar way to the eighth embodiment to form an interlocking comb structure with a conductor track 3' with an increased interface for the 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. 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. 23 represents an eleventh embodiment in which the conductor track 3' to which an associated heat-conducting element 12 is electrically and thermally connected is electrically insulated from signal-carrying conductor tracks 3. In this eleventh embodiment of the invention, the galvanically insulated conductor track 3' and signal-carrying conductor tracks 3 form overlapping comb structures in order to increase the cross-section of the heat path between the two. The insulated conductor track 3' and at least one signal-carrying conductor track 3 overlap on different metallization levels so that they run over one another and form a significant overlapping area. The insulating material of the circuit board 2, for example a glass fiber composite material, galvanically insulates the conductor tracks 3' and the signal-carrying conductor tracks 3 from one another, but provides a heat path with a high cross-section and a short path due to the small distance between the metallization levels. The distance between two adjacent levels is preferably less than 150 µm, particularly preferably less than 100 µm. For example, the material of the circuit board can be locally filled with particles of ceramic materials such as ZnO, Ti 2 O 5 , ZrO 2 or similar materials with high phononic thermal conductivity. 24 represents these interlocking but electrically isolated comb structures of the isolated conductor track 3' and the signal-carrying conductor track 3 in a transparent diagram. The high regularity of the comb structures in 24 is not necessary, but only an increased, here horizontal overlap of the insulated conductor track 3' and the signal-carrying conductor track 3 on different levels of the circuit board 2. The levels of the conductor track 3' that are to be electrically and thermally connected to one another can be connected via vias 4, which provide electrical and thus electronically supported thermal conductivity between the connected metallization levels. The distances between the insulated conductor tracks 3' and signal-carrying conductor tracks 3 are preferably selected according to the standard EN 60664-1:2007 so that the specified insulation voltages and, if applicable, freedom from partial discharge are achieved at a given voltage. Furthermore, the thickness of the material, for example a glass fiber composite material, of the circuit board between the insulated conductor tracks 3' and signal-carrying conductor tracks 3 on different metallization levels is preferably selected so that it is as thin as possible for high heat conduction on the one hand, but on the other hand just thick enough to provide a predetermined insulation voltage (also known to those skilled in the art as dielectric strength). For an increased service life, a safety margin can also be added to the thinnest possible thickness to maintain the insulation voltage.

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, the galvanically isolated conductor tracks 3' that are electrically and thermally connected to at least one heat conducting element 12 are galvanically isolated from signal-carrying conductor tracks 3, and thus a generally required galvanic isolation between cooling element 15 and components 10 to be cooled and/or conductor tracks 3 and/or circuit boards 2 is practically installed in the circuit board 2. Accordingly, no further galvanically insulating device is required between the heat conducting element 12 and a cooling element 15.

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 which is based on the eleventh embodiment. In addition, according to the twelfth embodiment, at least one cooling element 15 is thermally connected directly or indirectly to at least one heat-conducting element 12. Preferably, in this embodiment, there is no galvanic separation between the cooling element 15, the heat-conducting element 12 and the insulated conductor track 3'. If the surface of the cooling element 15 facing the heat-conducting element 12 has sufficient expansion to also reach over components 10, the height of the heat-conducting element 12 is preferably at least as high as the height of the component 10 in order to avoid geometric collisions. Particularly preferably, the height of the heat-conducting element 12 corresponds to the height of the component 10 in order to enable both to have a thermally conductive connection to the cooling element 15. 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 foil or a plate with a certain elasticity or a paste with a certain viscosity, can compensate for height tolerances and surface roughness in order to produce a thermally conductive contact that is as free of air and gas as possible between the cooling element 15 and the heat-conducting element 12 or possibly also the at least one component 10. The tolerance compensation element 32 is preferably not galvanically insulating. A tolerance compensation element 32 that is electrically conductive and thus also has electronically supported thermal conductivity is particularly preferred. The electronically supported thermal conductivity allows a significantly higher thermal conductivity for most known materials than with purely phononically supported thermal conductivity of electrically insulating materials, in particular for materials with reasonable costs 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.Even in the 23 and 25 In the embodiments shown, the distances between the non-signal-carrying conductor track 3' and the signal-carrying conductor tracks 3 are selected such that the specifications of the standard EN 60664-1:2007 are met, in particular with regard to the specified creepage distances (if the distance runs along a surface) and the specified clearance distances (if the distance does not run along a leading surface). In particular, these distances are selected in accordance with the specifications of Table F4 and Chapter 6.2 of the standard EN 60664-1:2007.

Claims (17)

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, 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, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2) ein innerhalb der Leiterplatte (2) angeordnetes Einlageelement (8) aufweist, welches wärmeleitend mit dem Wärmeleitelement (12) verbunden ist.Device for dissipating heat from a circuit board (2) - with a circuit board (2) which has at least one electrical component (10) arranged on a surface (6) of the circuit board (2), - with at least one cooling element (15) arranged above the circuit board (2) for dissipating heat to the ambient air or a cooling medium which has a flat underside and - with at least one heat conducting element (12) for dissipating heat from the circuit board (2) to the cooling element (15), wherein the cooling element (15) is connected to an upper side (21) of the heat conducting element (12) is connected in a heat-conducting manner, wherein the upper side (21) of the heat-conducting element (12) and the upper side of the component (10) are arranged at an identical distance from the surface (6) of the circuit board (2), so that the cooling element (15) is also connected in a heat-conducting manner to the upper side of the component (10), characterized in that the circuit board (2) has an insert element (8) arranged within the circuit board (2) which is connected in a heat-conducting manner to the heat-conducting element (12). 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 according to Claim 1 , characterized in that a bottom side (22) of the heat-conducting element (12) opposite the top side (21) 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 according to 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 according to Claim 2 , characterized in that a contact surface of the 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 Ansprüche 1 bis 4, 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 according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that a recess (9) extending as far as the insert element (8) is arranged on the upper side (6) of the circuit board (2) and the heat-conducting element (12) is arranged in the recess (9). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (12) an seiner Unterseite (22) mehrere Stifte (24) aufweist, die jeweils in einer weiteren Ausnehmung (26) in der Leiterplatte (2) angeordnet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heat-conducting element (12) has on its underside (22) a plurality of pins (24), each of which is arranged in a further recess (26) in the circuit board (2). Vorrichtung nach Anspruch 6, 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 according to Claim 6 , characterized in that the pins (24) run from a surface (6) on an upper side of the circuit board (2) to a surface (7) on an underside of the circuit board (2) and protrude on the underside of the circuit board (2). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (24) über eine Presspassung mit der Leiterplatte (2) verbunden sind.Device according to one of the Claims 6 or 7 , characterized in that the pins (24) are connected to the circuit board (2) via a press fit. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (24) einen sternförmigen Querschnitt aufweisen.Device according to one of the Claims 6 until 8th , characterized in that the pins (24) have a star-shaped cross-section. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, 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 the Claims 6 until 9 , characterized in that the heat-conducting element (12) has a support part (25) resting on the surface (6) of the circuit board (2) and the pins (24) of the heat-conducting element (12) are designed as pins separate from the support part (25). 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 element (14) is arranged between the upper side (21) of the heat-conducting element (12) and the lower side 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 circuit board (2) has a conductor track (3') which is electrically conductively connected to the heat-conducting element (12), wherein the conductor track (3') does not carry an electrical signal and is electrically insulated from all signal-carrying conductor tracks (3) of the circuit board (2). 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 Leiterbahnen (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 connected in a heat-conducting and/or electrically conductive manner to a plurality of first conductor tracks (30') in different levels of the circuit board (12), wherein a plurality of second conductor tracks (30) are arranged between the first conductor tracks (30'), which are electrically insulated from the first conductor tracks (30'). Vorrichtung nach Anspruch 13, 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 according to Claim 13 , characterized in that the first conductor tracks (30') and the second conductor tracks (30) are arranged overlapping, so that the first conductor tracks (30') and the second conductor tracks (30) form an overlapping surface arranged parallel to the surface (6) of the circuit board (2). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, 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 the Claims 12 until 14 , characterized in that the conductor track (3') has a distance from all signal-carrying conductor tracks (3) of the circuit board (2) which is less than 150 µm, particularly preferably less than 100 µm; 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 a heat-conducting tolerance compensation element (32) is arranged between the upper side (21) of the heat-conducting element (12) and the lower side of the cooling element (15). 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) has a substrate (5) and particles made of a ceramic material, for example ZnO, Ti 2 O 5 , ZrO 2 , arranged at least in regions in the substrate (5).
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