DE102024201399A1

DE102024201399A1 - Electronic assembly

Info

Publication number: DE102024201399A1
Application number: DE102024201399.4A
Authority: DE
Inventors: Marius Graf; Istvan Smitko; Jan Sakschewski; Holger Braun
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2024-02-15
Filing date: 2024-02-15
Publication date: 2025-08-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Baugruppe (100; 100a bis 100c), mit einem als Leiterplatte (12; 12a; 12b) ausgebildeten Schaltungsträger (10), der auf einer ersten Seite (14) mit dem Schaltungsträger (10) verbundene Bauelemente (16) aufweist, wobei der Schaltungsträger (10) und zumindest ein Teil der Bauelemente (16) von einer starren, aus Kunststoff bestehenden und mit dem Schaltungsträger (10) verbundenen Masse (36) überdeckt sind, und wobei der Schaltungsträger (10) auf einer der ersten Seite (14) gegenüberliegenden zweiten Seite (18) des Schaltungsträgers (10) zumindest mittelbar mit einer Kühleinrichtung (22) wärmeleitend verbunden und mittels wenigstens eines mechanischen Elements (37; 38) in Richtung der Kühleinrichtung (22) kraftbeaufschlagt ist. The invention relates to an electronic assembly (100; 100a to 100c) comprising a circuit carrier (10) designed as a printed circuit board (12; 12a; 12b) which has, on a first side (14), components (16) connected to the circuit carrier (10), wherein the circuit carrier (10) and at least some of the components (16) are covered by a rigid mass (36) made of plastic and connected to the circuit carrier (10), and wherein the circuit carrier (10) is, on a second side (18) of the circuit carrier (10) opposite the first side (14), at least indirectly connected in a heat-conducting manner to a cooling device (22) and is subjected to a force in the direction of the cooling device (22) by means of at least one mechanical element (37; 38).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine elektronische Baugruppe, die sich durch besonders vorteilhafte mechanische Eigenschaften im Zusammenhang mit der Kühlung von wärmeerzeugenden Bauelementen auszeichnet.The invention relates to an electronic assembly which is characterized by particularly advantageous mechanical properties in connection with the cooling of heat-generating components.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 10 2020 135 099 A1 ist eine elektronische Baugruppe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Die bekannte elektronische Baugruppe zeichnet sich durch einen Schaltungsträger in Form einer Leiterplatte aus, auf deren Oberseite Bauelemente, insbesondere auch wärmeerzeugende Bauelemente, angeordnet sind. Auf der Oberseite der Leiterplatte ist ein rahmenförmiges Gehäuse angeordnet, das in seinem zentralen Bereich eine Öffnung aufweist, in der die Bauelemente auf der Leiterplatte befestigt sind. Der zentrale Bereich ist darüber hinaus mit einer Masse vergossen, die u.a. dem Schutz der Bauelemente sowie der Erhöhung der Steifigkeit der Leiterplatte dienen kann. Auf der Unterseite der Leiterplatte ist ein Wärmeübertragungselement angeordnet, mit dem der Schaltungsträger mit einer Kühleinrichtung in wärmeleitendem Kontakt verbunden ist. Zur Gewährleistung des wärmeleitenden Kontakts ist die Leiterplatte über Schraubverbindungen mit der Kühleinrichtung mechanisch verbunden bzw. verspannt.From the DE 10 2020 135 099 A1 an electronic assembly having the features of the preamble of claim 1 is known. The known electronic assembly is characterized by a circuit carrier in the form of a printed circuit board, on the upper side of which components, in particular heat-generating components, are arranged. A frame-shaped housing is arranged on the upper side of the printed circuit board, which housing has an opening in its central area in which the components are fastened to the printed circuit board. The central area is also encapsulated with a compound which can serve, among other things, to protect the components and increase the rigidity of the printed circuit board. A heat transfer element is arranged on the underside of the printed circuit board, with which the circuit carrier is connected to a cooling device in heat-conducting contact. To ensure heat-conducting contact, the printed circuit board is mechanically connected or clamped to the cooling device via screw connections.

Aus der DE 10 2018 207 966 A1 ist darüber hinaus eine Leiterplatte bekannt, die einen mehrlagigen Aufbau aufweist. Einige der Lagen sind als Versteifungslagen ausgebildet und bestehen beispielsweise aus einem Epoxidharz. Die Versteigungslagen sind dabei innerhalb des Querschnitts der Leiterplatte angeordnet.From the DE 10 2018 207 966 A1 Furthermore, a printed circuit board with a multilayer structure is known. Some of the layers are designed as stiffening layers and consist, for example, of an epoxy resin. The stiffening layers are arranged within the cross-section of the circuit board.

Zuletzt ist aus der DE 10 2017 208 322 A1 der Anmelderin bekannt, ein Elektronikmodul mit einem Moldkörper auszubilden, wobei innerhalb des Moldkörpers eine der Versteifung des Elektronikmoduls dienende streben- bzw. gitterförmige Stützkontur angeordnet ist.Most recently, the DE 10 2017 208 322 A1 The applicant is aware of the possibility of forming an electronic module with a molded body, wherein a strut-shaped or grid-shaped support contour serving to stiffen the electronic module is arranged within the molded body.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße elektronische Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass deren die Bauelemente tragende Leiterplatte einerseits mechanisch besonders stabil bzw. biegesteif ausgebildet ist, und andererseits einen optimierten Wärmeübergang von wenigstens einem wärmeerzeugenden Bauelement in eine Kühleinrichtung ermöglicht wird.The electronic assembly according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that its circuit board carrying the components is, on the one hand, mechanically particularly stable or rigid, and, on the other hand, enables an optimized heat transfer from at least one heat-generating component to a cooling device.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, aus dem Stand der Technik an sich bekannte Versteifungselemente bzw. Stützkonturen im Zusammenhang mit einer auf der Seite der Kühleinrichtung vorgesehenen Anordnung des wenigstens einen wärmeerzeugenden Bauelements vorzusehen. Dadurch wird einerseits beim Verspannen bzw. Befestigen der Leiterplatte mit der Kühleinrichtung die Biegesteifigkeit der Leiterplatte maximiert, und anderseits ein direkter Wärmeübergang von dem wenigstens einen wärmeerzeugenden Bauelement in die Kühleinrichtung ermöglicht.The invention is based on the idea of providing stiffening elements or support contours known from the prior art in conjunction with an arrangement of the at least one heat-generating component provided on the side of the cooling device. This maximizes the flexural rigidity of the circuit board when clamping or securing it to the cooling device, and enables direct heat transfer from the at least one heat-generating component to the cooling device.

Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen weist daher eine elektronische Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 einen in Form einer Leiterplatte ausgebildeten Schaltungsträger auf. Der Schaltungsträger weist auf einer ersten Seite mit dem Schaltungsträger verbundene Bauelemente auf, wobei der Schaltungsträger und zumindest ein Teil der Bauelemente von einer starren, aus Kunststoff bestehenden und mit dem Schaltungsträger verbundenen Masse überdeckt sind, und wobei der Schaltungsträger auf der der ersten Seite abgewandten zweiten Seite mit einer Kühleinrichtung wärmeleitend verbunden und mittels wenigstens eines mechanischen Elements in Richtung der Kühleinrichtung kraftbeaufschlagt ist. Die erfindungsgemäße elektronische Baugruppe zeichnet sich dadurch aus, dass der Schaltungsträger auf der zweiten Seite wenigstens ein wärmeerzeugendes Bauelement aufweist, das mit der Kühleinrichtung verbunden ist.Against the background of the above explanations, an electronic assembly with the features of claim 1 therefore has a circuit carrier in the form of a printed circuit board. The circuit carrier has components connected to the circuit carrier on a first side, wherein the circuit carrier and at least some of the components are covered by a rigid mass made of plastic and connected to the circuit carrier, and wherein the circuit carrier is connected to a cooling device in a heat-conducting manner on the second side facing away from the first side and is subjected to force in the direction of the cooling device by means of at least one mechanical element. The electronic assembly according to the invention is characterized in that the circuit carrier has at least one heat-generating component on the second side, which is connected to the cooling device.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous further developments of the electronic assembly according to the invention are listed in the subclaims.

Eine besonders einfache Möglichkeit der Versteifung, die es ermöglicht, auf separate, ebene Versteifungsschichten insbesondere im Querschnitt der Leiterplatte zu verzichten, sieht vor, dass die auf der ersten Seite der Leiterplatte angeordnete Masse ein Harz ist. Unter einem Harz wird insbesondere ein eine relativ große Härte bzw. Festigkeit aufweisendes Epoxidharz verstanden.A particularly simple stiffening option, which makes it possible to dispense with separate, flat stiffening layers, especially in the cross-section of the circuit board, involves the mass arranged on the first side of the circuit board being a resin. A resin is understood, in particular, to be an epoxy resin with a relatively high degree of hardness or strength.

In Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags kann es insbesondere dann, wenn das Harz ein relativ dünnflüssiges Harz ist, vorgesehen sein, dass das Harz von einer dammartigen Wand seitlich umgeben ist. In diesem Fall wird die Dosierung des Harzes in einfacher Art und Weise dadurch ermöglicht, dass nach der Befestigung bzw. Anordnung der dammartigen Wand der von der Wand umschlossene Innenraum mit dem Harz ausgegossen wird.In a further development of the last suggestion, especially when the resin is relatively thin, it can be provided that the resin is laterally surrounded by a dam-like wall. In this case, the resin can be metered easily by filling the interior space enclosed by the wall with resin after the dam-like wall has been secured or positioned.

Eine weitere, besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung, bei der besonders günstige mechanische Eigenschaften erzielbar sind, sieht vor, dass der Schaltungsträger zusammen mit den Bauelementen und der Masse in einem mit der Kühleinrichtung nicht verbundenen Zustand gewölbt ausgebildet ist, und dass das wenigstens eine mechanische Element eine der Wölbung entgegengesetzte Kraft auf den Schaltungsträger ausübt, sodass zumindest der Beriech des Schaltungsträgers, der mit der Kühleinrichtung verbunden ist, im mit der Kühleinrichtung montierten Zustand eben ausgebildet.A further, particularly preferred embodiment of the invention, in which particularly favorable mechanical properties can be achieved, provides that the circuit carrier, together with the components and the mass, is curved in a state not connected to the cooling device, and that the at least one mechanical element exerts a force on the circuit carrier that is opposite to the curvature, so that at least the area of the circuit carrier that is connected to the cooling device is flat in the state mounted with the cooling device.

Um insbesondere eine homogene Krafteinleitung von dem Schaltungsträger in die Kühleinrichtung zu ermöglichen, ist es vorgesehen, dass mehrere, als Befestigungsschrauben ausgebildete mechanische Elemente vorgesehen sind, die den Schaltungsträger insbesondere in Randbereichen des Schaltungsträgers mit der Kühleinrichtung verbinden. Dadurch, dass ein zentraler Bereich des Schaltungsträgers ohne Befestigungsschrauben versehen ist, kann der zentrale Bereich zur Ausbildung des Layouts bzw. zur Anordnung der elektronischen Bauelemente in optimaler Art und Weise genutzt werden.In order to enable a homogeneous transfer of force from the circuit carrier to the cooling device, several mechanical elements designed as fastening screws are provided, which connect the circuit carrier to the cooling device, particularly in the edge areas of the circuit carrier. Because a central area of the circuit carrier is free of fastening screws, the central area can be optimally used to create the layout or arrange the electronic components.

In einer ersten Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags kann es vorgesehen sein, dass die Befestigungsschrauben außerhalb der Masse angeordnet sind. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass zumindest eine Befestigungsschraube im Bereich der Masse angeordnet ist und mittels eines hülsenförmigen Distanzelements den Schaltungsträger gegen die Kühleinrichtung verspannt.In a first refinement of the last proposal, it can be provided that the fastening screws are located outside the ground. Alternatively, it can also be provided that at least one fastening screw is located in the area of the ground and clamps the circuit board against the cooling device by means of a sleeve-shaped spacer element.

Damit die elektronische Baugruppe nicht zusätzlich in einem separaten Gehäuse angeordnet werden muss, damit die Baugruppe gegenüber dem Einfluss von Medien geschützt ist, kann es darüber hinaus in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Schaltungsträger auf der der Kühleinrichtung zugewandten Seite mittels eines randseitig umlaufenden Dichtelements gegen die Kühleinrichtung abgedichtet ist.In order to avoid the electronic assembly having to be additionally arranged in a separate housing so that the assembly is protected against the influence of media, it can furthermore be provided in a further embodiment of the invention that the circuit carrier is sealed against the cooling device on the side facing the cooling device by means of a sealing element running around the edge.

In Weiterbildung dieses Vorschlags ist das Dichtelement bevorzugt in einem einen U-förmigen Querschnitt aufweisenden Ausnehmung angeordnet ist. Diese Ausnehmung kann entweder in einem separaten Element ausgebildet sein, oder aber monolithisch mit der Kühleinrichtung, beispielsweise durch ein additive Fertigung der Kühleinrichtung.In a further development of this proposal, the sealing element is preferably arranged in a recess with a U-shaped cross-section. This recess can either be formed in a separate element or monolithically with the cooling device, for example, through additive manufacturing of the cooling device.

Eine optimierte Wärmeübertragung bzw. Wirksamkeit der Kühleinrichtung wird dadurch erzielt, dass die Kühleinrichtung auf der dem Schaltungsträger zugewandten Seite eben ausgebildet ist. Dadurch wird eine große Wärmeübertragungsfläche von dem wenigstens einen wärmezeugenden Bauelement in die Kühleinrichtung gewährleistet.Optimized heat transfer and effectiveness of the cooling device is achieved by the cooling device being flat on the side facing the circuit board. This ensures a large heat transfer surface from the at least one heat-generating component to the cooling device.

Eine bevorzugte konstruktive Ausbildung der Kühleinrichtung sieht vor, dass diese als sogenannte Vaporchamber ausgebildet ist, bei der ein verdampfbares Kältemittel in einem Kanal der Kühleinrichtung angeordnet ist und im Bereich des wärmeerzeugenden Bauteils verdampft und in einem anderen Bereich der Kühleinrichtung kondensiert.A preferred structural design of the cooling device provides that it is designed as a so-called vapor chamber, in which an evaporable coolant is arranged in a channel of the cooling device and evaporates in the region of the heat-generating component and condenses in another region of the cooling device.

Zuletzt kann es je nach konkreter Ausgestaltung des Layouts bzw. der erforderlichen Kraftbeaufschlagung in Richtung der Kühleinrichtung auch vorgesehen sein, dass die Masse wenigstens einen Teilbereich des Schaltungsträgers freilässt, in dem Bauelemente und/oder Befestigungselemente angeordnet sind.Finally, depending on the specific design of the layout or the required application of force in the direction of the cooling device, it can also be provided that the mass leaves free at least a partial area of the circuit carrier in which components and/or fastening elements are arranged.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention and from the drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

1 until 4 show cross-sections through differently designed electronic components,
5 a view towards the plane VV of the 4 and
6 and 7 Top views of different geometries of resin reinforcement elements used to stiffen the circuit board.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.Identical elements or elements with the same function are provided with the same reference numbers in the figures.

In der 1 ist eine elektronische Baugruppe 100 dargestellt, die Bestandteil eines nicht dargestellten Steuergeräts, beispielsweise eines Steuergeräts für Kfz-Anwendungen, ist.In the 1 an electronic assembly 100 is shown, which is a component of a control unit not shown, for example a control unit for automotive applications.

Die elektronische Baugruppe 100 weist einen Schaltungsträger 10 in Form einer Leiterplatte 12 auf, die gemäß dem Stand der Technik insbesondere auch als mehrlagige Leiterplatte 12 ausgebildet sein kann. Die Leiterplatte 12 dient der Anordnung einer elektronischen Schaltung, die auf einer ersten Seite 14 der Leiterplatte 12 mehrere elektrische bzw. elektronische Bauelemente 16 umfasst. Auf der der ersten Seite 14 gegenüberliegenden zweiten Seite 18 der Leiterplatte 12 ist darüber hinaus wenigstens ein wärmeerzeugendes Bauelement 20 angeordnet.The electronic assembly 100 comprises a circuit carrier 10 in the form of a printed circuit board 12, which, according to the prior art, can also be designed, in particular, as a multilayer printed circuit board 12. The printed circuit board 12 serves to arrange an electronic circuit comprising a plurality of electrical or electronic components 16 on a first side 14 of the printed circuit board 12. Furthermore, at least one heat-generating component 20 is arranged on the second side 18 of the printed circuit board 12, opposite the first side 14.

Bei dem wärmeerzeugenden Bauelement 20 handelt es sich beispielsweise um einen Leistungshalbleiter o.ä., der im dargestellten Ausführungsbeispiel als flaches, eine konstante Dicke bzw. Höhe aufweisendes Bauelement 20 dargestellt ist. Während die auf der ersten Seite 14 der Leiterplatte 12 angeordneten Bauelemente 16 bezüglich ihrer Wärmeerzeugung unkritisch sind, ist das auf der zweiten Seite 18 der Leiterplatte 12 angeordnete wenigstens eine Bauelement 20 durch zusätzliche Kühlmaßnahmen beim Betrieb zu kühlen, um eine ordnungsgemäße Funktion der Baugruppe 100 zu gewährleisten. Hierzu dient eine Kühleinrichtung 22, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als flache Kühleinrichtung 22 mit wenigstens einem Kanal 24 zur Ausbildung eines sogenannten Vaporchampers 26 ausgebildet ist. Alternativ kann die Kühleinrichtung 22 in an sich bekannter Art und Weise jedoch beispielsweise auch Kühlrippen o.ä. Elemente aufweisen.The heat-generating component 20 is, for example, a power semiconductor or similar, which in the illustrated embodiment example, is shown as a flat component 20 having a constant thickness or height. While the components 16 arranged on the first side 14 of the circuit board 12 are uncritical with regard to their heat generation, the at least one component 20 arranged on the second side 18 of the circuit board 12 must be cooled by additional cooling measures during operation in order to ensure proper functioning of the assembly 100. A cooling device 22 is used for this purpose, which in the illustrated embodiment is designed as a flat cooling device 22 with at least one channel 24 for forming a so-called vapor chamber 26. Alternatively, the cooling device 22 can, however, also have, for example, cooling fins or similar elements in a manner known per se.

Die Kühleinrichtung 22 überdeckt im dargestellten Ausführungsbeispiel das wenigstens eine wärmeerzeugende Bauelement 20 vollständig und ragt seitlich zumindest bis zu den Randbereichen der Leiterplatte 12. Um einen wärmeleitenden Kontakt zwischen dem wenigstens einen wärmeerzeugenden Bauelement 20 und der auf der Seite des wenigstens einen wärmeerzeugenden Bauelements 20 eben ausgebildeten Kühleinrichtung 22 zu ermöglichen, ist darüber hinaus typischerweise zwischen dem wenigstens einen wärmeerzeugenden Bauelement 20 und der Kühleinrichtung 22 ein Wärmeübertragungsmedium 28, beispielsweise ein Wärmeleitkleber, angeordnet.In the illustrated embodiment, the cooling device 22 completely covers the at least one heat-generating component 20 and projects laterally at least as far as the edge regions of the circuit board 12. In order to enable a heat-conducting contact between the at least one heat-generating component 20 and the cooling device 22 formed flat on the side of the at least one heat-generating component 20, a heat transfer medium 28, for example a heat-conductive adhesive, is also typically arranged between the at least one heat-generating component 20 and the cooling device 22.

Die Leiterplatte 12 weist im Bereich der ersten Seite 14 darüber hinaus einen die meisten oder alle Bauelemente 16 seitlich umgebenden Damm 30 mit einer Wand 32 auf. Die Wand 32 bzw. der Damm 30 ist mit der ersten Seite 14 der Leiterplatte 12 verbunden, beispielsweise verklebt. Der von der Wand 32 umschlossene Innenraum 34 ist von einer Masse 36 ausgefüllt, die insbesondere als Epoxidharz-Masse ausgebildet ist, und die im ausgehärteten Zustand eine relativ hohe Festigkeit bzw. Härte aufweist. Die Masse 36 überdeckt die Bauelemente 16 innerhalb des Innenraums 34 und weist eine Höhe h auf.In the region of the first side 14, the circuit board 12 further comprises a dam 30 with a wall 32 that laterally surrounds most or all of the components 16. The wall 32 or the dam 30 is connected, for example, glued, to the first side 14 of the circuit board 12. The interior space 34 enclosed by the wall 32 is filled with a mass 36, which is particularly formed as an epoxy resin mass and which, when cured, has a relatively high strength or hardness. The mass 36 covers the components 16 within the interior space 34 and has a height h.

Über eine Menge der Dosierung der Masse 36 bzw. der Höhe h lässt sich die der Versteifung der Leiterplatte 12 dienende Masse 36 dem jeweiligen Anwendungsfall anpassen.By adjusting the amount of mass 36 or the height h, the mass 36 used to stiffen the printed circuit board 12 can be adapted to the respective application.

Um eine sichere Anlage bzw. einen wärmeleitenden Kontakt zwischen dem wenigstens einen wärmeerzeugenden Bauelement 20 und der ihr zugewandten (Unter-) Seite der Kühleinrichtung 22 zu ermöglichen, ist die Leiterplatte 12 im Bereich der Masse 36, vorzugsweise zentriert zum wenigstens einen wärmeerzeugenden Bauelement 20, mit einer Druckkraft F in Richtung der Kühleinrichtung 22 kraftbeaufschlagt. Die Erzeugung der Druckkraft F kann beispielsweise durch ein Federelement 37 in Form einer Druckfeder erfolgen, das unmittelbar auf die Masse 36 einwirkt, und das sich beispielsweise an einer nicht dargestellten Gehäusewand der Baugruppe 100 auf der der Masse 36 abgewandten Seite abstützt.In order to enable secure contact or heat-conducting contact between the at least one heat-generating component 20 and the (under) side of the cooling device 22 facing it, the circuit board 12 is subjected to a compressive force F in the direction of the cooling device 22 in the region of the mass 36, preferably centered relative to the at least one heat-generating component 20. The compressive force F can be generated, for example, by a spring element 37 in the form of a compression spring, which acts directly on the mass 36 and which is supported, for example, on a housing wall (not shown) of the assembly 100 on the side facing away from the mass 36.

Die in der 2 dargestellte Baugruppe 100a zeichnet sich dadurch aus, dass die Leiterplatte 12 außerhalb der Wand 32 mittels mehrerer Befestigungsschrauben 38 mit der Kühleinrichtung 22 verbunden ist bzw. die Leiterplatte 12 in Richtung der Kühleinrichtung 22 verspannt. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn vor der Befestigung der Leiterplatte 12 der Kühleinrichtung 22 die Leiterplatte 12 zusammen mit den Bauelementen 16 und 20 sowie der Masse 36 eine gewölbte Form aufweist, was durch die gestrichelt dargestellte Linie 40 verdeutlicht sein soll, die die Mittelebene der Leiterplatte 12 repräsentiert. Durch das Befestigen der Leiterplatte 12 an der Kühleinrichtung 22 mittels der Befestigungsschrauben 38 wird die Wölbung reduziert, derart, dass im Idealfall die Leiterplatte 12 vollständig eben ausgebildet ist, jedoch zumindest im Bereich zwischen dem wenigstens einen wärmeerzeugenden Bauelement 20 und der Kühleinrichtung 22, um eine flächige Anlage des Bauelements 20 an der Kühleinrichtung 22 bzw. eine Spaltminimierung zwischen den genannten Elementen zu erzielen.The 2 The assembly 100a shown is characterized in that the printed circuit board 12 is connected to the cooling device 22 outside the wall 32 by means of several fastening screws 38 or the printed circuit board 12 is clamped in the direction of the cooling device 22. It is particularly preferred if, before the printed circuit board 12 is fastened to the cooling device 22, the printed circuit board 12, together with the components 16 and 20 as well as the mass 36, has a curved shape, which is intended to be illustrated by the dashed line 40, which represents the center plane of the printed circuit board 12. By fastening the circuit board 12 to the cooling device 22 by means of the fastening screws 38, the curvature is reduced such that, ideally, the circuit board 12 is completely flat, but at least in the area between the at least one heat-generating component 20 and the cooling device 22, in order to achieve a flat contact of the component 20 with the cooling device 22 or to minimize the gap between the aforementioned elements.

Bei der in der 3 dargestellten Baugruppe 100b sind die Befestigungsschrauben 38 nicht außerhalb der Wand 32 bzw. der Masse 36 angeordnet, sondern innerhalb des von der Wand 32 umschlossenen Bereichs. Hierzu sind die Befestigungsschrauben 38 innerhalb hülsenförmiger Distanzelemente 42 geführt, sodass sich deren Schraubköpfe an den Distanzelementen 32 axial abstützen können.In the 3 In the assembly 100b shown, the fastening screws 38 are not arranged outside the wall 32 or the mass 36, but rather within the area enclosed by the wall 32. For this purpose, the fastening screws 38 are guided within sleeve-shaped spacers 42 so that their screw heads can be axially supported on the spacers 32.

Ergänzend wird erwähnt, dass es nicht erforderlich ist, alle Befestigungsschrauben 32 innerhalb des von der Wand 32 umschlossenen Bereichs anzuordnen. Vielmehr können Befestigungsschrauben 38 in Abänderung des in der 3 dargestellten Ausführungsbeispiels zumindest teilweise auch außerhalb der Wand 32, wie bei der Baugruppe 100a, angeordnet sein.It should be noted that it is not necessary to arrange all fastening screws 32 within the area enclosed by the wall 32. Instead, fastening screws 38 can be arranged in a modification of the 3 illustrated embodiment can also be arranged at least partially outside the wall 32, as in the assembly 100a.

Die in der 4 und 5 dargestellte Baugruppe 100c zeichnet sich in Modifikation zur Baugruppe 100b dadurch aus, dass die Leiterplatte 12 einen Steckeranschluss 44 zur elektrischen Kontaktierung der Baugruppe 100c aufweist. Insbesondere bildet die Baugruppe 100c eine Einheit aus, die gegenüber äußeren Medieneinflüssen nicht zusätzlich geschützt werden muss. Hierzu ist vorgesehen, dass in dem Zwischenraum 46 zwischen der Kühleinrichtung 22 und der Leiterplatte 12 eine randseitig an der Leiterplatte 12 umlaufende Dichtung 48 angeordnet ist, die im Ausführungsbeispiel in einer im Querschnitt U-förmigen Ausnehmung 50 angeordnet ist.The 4 and 5 The assembly 100c shown is distinguished in a modification of the assembly 100b by the fact that the printed circuit board 12 has a plug connection 44 for electrically contacting the assembly 100c. In particular, the assembly 100c forms a unit that does not require additional protection against external media influences. For this purpose, it is provided that in the space 46 between the cooling device 22 and the printed circuit board 12, a a seal 48 is arranged around the circuit board 12, which in the exemplary embodiment is arranged in a recess 50 with a U-shaped cross section.

Zur Ausbildung der Ausnehmung 50 kann entweder ein separates Element 52 vorgesehen sein, das mit der Kühleinrichtung 22 verbunden ist, oder aber ein monolithisch mit der Kühleinrichtung 22 ausgebildetes Element. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Kühleinrichtung 22 durch ein additives Druckverfahren, beispielsweise im sogenannten SLM-Verfahren, hergestellt ist.To form the recess 50, either a separate element 52 connected to the cooling device 22 or an element formed monolithically with the cooling device 22 can be provided. This can be achieved, for example, by producing the cooling device 22 using an additive printing process, for example, the so-called SLM process.

In der 5 ist die Dichtkontur 54 dargestellt, die außerhalb von Durchgangsöffnungen 56 für die Befestigungsschrauben 38 in der Leiterplatte 12 verläuft. Dadurch ist eine umlaufend abgedichtete Anordnung des Zwischenraums 46 realisiert.In the 5 The sealing contour 54 is shown, which runs outside of the through-holes 56 for the fastening screws 38 in the printed circuit board 12. This creates a circumferentially sealed arrangement of the intermediate space 46.

Zuletzt sind in den 6 und 7 Draufsichten aus Richtung der ersten Seite 14 auf Leiterplatten 12a, 12b mit Verstärkungselementen 58, 60 dargestellt. Die Verstärkungselemente 58, 60 sind insbesondere als vorgefertigte Bauteile ausgebildet und mit der Leiterplatte 12a, 12b verbunden, beispielsweise durch Verkleben mit der Masse 36, die in der Darstellung der 6 und 7 nicht dargestellt ist, ebenso wie die Bauelemente 16.Most recently, in the 6 and 7 Top views from the direction of the first side 14 of printed circuit boards 12a, 12b with reinforcing elements 58, 60 are shown. The reinforcing elements 58, 60 are designed in particular as prefabricated components and are connected to the printed circuit board 12a, 12b, for example by gluing with the mass 36, which in the illustration of the 6 and 7 is not shown, as are the components 16.

Bei der Leiterplatte 12a mit dem Verstärkungselement 58 ist erkennbar, dass dieses der Versteifung der Leiterplatte 12a durch Erhöhung des Widerstandsmoments dient, wobei durch Kraftbeaufschlagung bzw. Befestigung außerhalb des Versteifungselements 58 die Befestigung der Leiterplatte 12a mit der nicht gezeigten Kühleinrichtung 22 erfolgt. Das Versteifungselement 58 weist insbesondere vier, seitlich abragende Armbereiche 62 und einen zentralen, ohne Verstärkungselement 58 ausgebildeten Bereich 64 auf. Die Befestigung der Leiterplatte 12a mit der Kühleinrichtung 22 mittels der Befestigungsschrauben 38 erfolgt außerhalb des Versteifungselements 58 über Durchgangsöffnungen 66 in der Leiterplatte 12a.In the case of the printed circuit board 12a with the reinforcing element 58, it can be seen that this serves to stiffen the printed circuit board 12a by increasing the section modulus, wherein the fastening of the printed circuit board 12a with the cooling device 22 (not shown) takes place by applying force or fastening outside the stiffening element 58. The stiffening element 58 has, in particular, four laterally projecting arm regions 62 and a central region 64 formed without a reinforcing element 58. The fastening of the printed circuit board 12a with the cooling device 22 by means of the fastening screws 38 takes place outside the stiffening element 58 via through openings 66 in the printed circuit board 12a.

Demgegenüber ist das Versteifungselement 60 bei der Leiterplatte 12b als vollflächiges Versteifungselement 60 ausgebildet, d.h., dass auch der zentrale Bereich 64 mit dem Material des Verstärkungselements 60 versehen ist. Die Krafteinleitung auf das Verstärkungselement 60 erfolgt in dem zentralen Bereich 64 mittels des lediglich symbolisch dargestellten Federelements 37. Die außerhalb des Verstärkungselements 60 dargestellten Durchgangsöffnungen 66 in der Leiterplatte 12b können der Abstützung der Leiterplatte 12b gegenüber der Kühleinrichtung 22 dienen. Hierzu können Distanzhülsen o.ä. Elemente vorgesehen sein, die über Durchgangsöffnungen 66 mittels nicht dargestellter Befestigungsschrauben fixiert werden können.In contrast, the stiffening element 60 in the circuit board 12b is designed as a full-surface stiffening element 60, i.e., the central region 64 is also provided with the material of the reinforcing element 60. The force is introduced into the reinforcing element 60 in the central region 64 by means of the spring element 37, which is only symbolically shown. The through-openings 66 in the circuit board 12b shown outside the reinforcing element 60 can serve to support the circuit board 12b relative to the cooling device 22. For this purpose, spacer sleeves or similar elements can be provided, which can be fixed via through-openings 66 using fastening screws (not shown).

Die soweit beschriebene elektronische Baugruppe 100, 100a bis 100c kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es insbesondere nicht erforderlich, dass die Masse 36, insbesondere dann, wenn ein separates Gehäuse zur Einkapselung der Baugruppe 100 vorgesehen ist, vollständig mit der Masse 36 im Bereich der Bauelemente 16 ausgefüllt ist. Vielmehr können auch Bereiche auf der ersten Seite 14 der Leiterplatte 12 von der Masse 36 ausgespart sein, um in diesen Bereichen beispielsweise Bauelemente 16 anzuordnen.The electronic assembly 100, 100a to 100c described so far can be modified or altered in a variety of ways without deviating from the inventive concept. In particular, it is not necessary for the mass 36 to be completely filled with the mass 36 in the area of the components 16, especially if a separate housing is provided for encapsulating the assembly 100. Rather, areas on the first side 14 of the printed circuit board 12 can also be left free of the mass 36 in order to arrange components 16 in these areas, for example.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10 2020 135 099 A1 [0002]
DE 10 2018 207 966 A1 [0003]
DE 10 2017 208 322 A1 [0004]

Claims

Electronic assembly (100; 100a to 100c), with a circuit carrier (10) designed as a printed circuit board (12; 12a; 12b), which has components (16) connected to the circuit carrier (10) on a first side (14), wherein the circuit carrier (10) and at least some of the components (16) are covered by a rigid mass (36) made of plastic and connected to the circuit carrier (10), and wherein the circuit carrier (10) is at least indirectly connected in a heat-conducting manner to a cooling device (22) on a second side (18) of the circuit carrier (10) opposite the first side (14) and is subjected to force in the direction of the cooling device (22) by means of at least one mechanical element (37; 38), characterized in that the circuit carrier (10) has at least one heat-generating component on the second side (18). (20) which is connected to the cooling device (22).

Assembly according to Claim 1 , characterized in that the mass (36) is a resin, in particular an epoxy resin.

Assembly according to Claim 1 or 2 , characterized in that the mass (36) is laterally surrounded by a dam-like wall (32).

Assembly according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the circuit carrier (10) together with the components (16, 20) and the mass (36) is curved in the state not connected to the cooling device (22), and in that the at least one mechanical element (38) exerts a force opposite to the curvature, so that at least the region of the circuit carrier (10) which is connected to the cooling device (22) is flat in the assembled state.

Assembly according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that several mechanical elements (38) designed as fastening screws are provided which connect the circuit carrier (10) to the cooling device (22), in particular in edge regions of the circuit carrier (10).

Assembly according to Claim 5 , characterized in that the fastening screws are arranged outside the mass (36).

Assembly according to Claim 5 , characterized in that at least one fastening screw is arranged in the region of the mass (36) and clamps the circuit carrier (10) against the cooling device (22) by means of a sleeve-shaped spacer element (42).

Assembly according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that the circuit carrier (10) is sealed against the cooling device (22) on the side facing the cooling device (22) by means of a sealing element (48) running around the edge.

Assembly according to Claim 8 , characterized in that the sealing element (48) is arranged in a recess (50) which is U-shaped in cross section.

Assembly according to one of the Claims 1 until 9 , characterized in that the cooling device (22) is flat on the side facing the circuit carrier (10) at least in the region of the at least one heat-generating component (20)

Assembly according to one of the Claims 1 until 10 , characterized in that the cooling device (22) is designed as a vapor chamber (26).

Assembly according to one of the Claims 1 until 11 , characterized in that the mass (36) leaves free at least a partial area of the circuit carrier (10) in which components (16) and/or fastening elements are arranged.