DE9308845U1

DE9308845U1 - Elektrische Schaltung

Info

Publication number: DE9308845U1
Application number: DE9308845U
Authority: DE
Original assignee: Blaupunkt Werke GmbH
Current assignee: Blaupunkt Werke GmbH
Priority date: 1993-06-14
Filing date: 1993-06-14
Publication date: 1993-08-12
Anticipated expiration: 2003-06-15

Description

R.-Nr. 2237

BLAUPUNKT-WERKE GMBH, 3200 Hildesheim

Elektrische Schaltung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung mit mindestens einem wärmeerzeugenden Bauelement, das mit Leiterbahnen auf einer Leiterplatte verbunden ist.

Befinden sich auf Leiterplatten Bauelemente mit relativ hoher Verlustleistung, so sind besondere Maßnahmen zur Abführung der Wärme erforderlich. Dazu ist es beispielsweise bekannt, diese Bauelemente auf Kühlkörper zu setzen, die gegebenenfalls mit dem Gehäuse verschraubt sind, wozu elektrische Leitungen zu dem auf dem Kühlkörper montierten Bauelement gesondert verlegt werden müssen.

Die Abführung der Wärme ist um so schwieriger, je höher der Grad der Miniaturisierung ist, was insbesondere bei einigen Modul-Bauformen gegeben ist. So sind beispielsweise Module bekannt, deren Kontaktierung mit der Leiterplatte über eine flächige Anordnung von Lotkugeln erfolgt, die als "Ball Grid Array" oder auch "Solder Grid Array" bekannt sind. Ein Verfahren zur Herstellung von solchen Ball Grid Arrays ist in der Patentanmeldung P 43 16 007.7. der Anmelderin beschrieben.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wärmeableitung von einem wärmeerzeugenden Bauelement und damit von der das Bauelement tragenden Leiterplatte in einfacher Weise zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf mindestens einer Leiterbahn im thermischen Einflußbereich des Bauelements ein Kühlkörper angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Schaltung hat den Vorteil der Realisierung mit den bei der Herstellung der Schaltung ohnehin erforderlichen Verfahren. Die zu kühlenden Bauelemente können einzelne Bauelemente, Baugruppen, Module oder integrierte Schaltungen sein. Dabei kann die Anzahl und die Dichte der Kühlkörper sowie ihre Anordnung gegenüber den zu kühlenden Bauelementen nach den Erfordernissen im einzelnen festgelegt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Kühlkörpers besteht darin, daß der Kühlkörper einen auf der Leiterbahn aufliegenden Schenkel und mindestens einen Wärme an die Umgebungsluft abgebenden Schenkel aufweist, der einen Winkel mit der Ebene der Leiterplatte bildet. Dabei ist vorzugsweise der Kühlkörper U-förmig ausgebildet.

Die Befestigung des Kühlkörpers auf der Leiterbahn kann in vielfältiger Weise erfolgen. Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Kühlkörper auf die Leiterbahn aufgeklebt ist. Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß der Kühlkörper auf die Leiterbahn gelötet ist.

Diese Ausführungsform kann in einfacher Weise dadurch realisiert werden, daß der Kühlkörper aus einem lötfähigen Werkstoff besteht, wobei die mit der Leiterbahn verbundene Fläche des Kühlkörpers unmittelbar mit Lot versehen ist. Bei

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den eingangs genannten Ball-Grid-Array-Modulen kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß das Lot auf Teile der Fläche, die nicht von einem Lötstopplack bedeckt sind, in Form von Lotkugeln aufgebracht ist.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden die Lotkugeln als Kugeln bezeichnet, auch wenn ihre Form beim fertigen Erzeugnis von der Kugelform abweicht.

Eine Weiterbildung der anderen Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß auf die mit der Leiterbahn verbundene Fläche des Kühlkörpers eine thermisch leitende, jedoch elektrisch isolierende Schicht und eine mit Lot benetzbare Schicht aufgebracht sind. Diese Weiterbildung ermöglicht einerseits die Verwendung eines nicht lötfähigen Werkstoffs für den Kühlkörper und andererseits eine elektrische Trennung des Kühlkörpers von der gelöteten Verbindung mit der bzw. den Leiterbahnen.

Bei dieser Weiterbildung kann vorgesehen sein, daß die Schichten von einer Leiterbahn-Folie aus einem Kunststoff, vorzugsweise Polyimid, und einer Kupferschicht gebildet werden.

Sofern der Kühlkörper nur eine Leiterbahn oder mehrere elektrisch miteinander verbundene Leiterbahnen überdeckt, kann diese Weiterbildung derart ausgeführt sein, daß die lötfähige Schicht vollflächig ausgebildet ist und mit, vorzugsweise rasterförmig angeordneten, Lotkugeln versehen ist.

Eine andere Ausführungsform dieser Weiterbildung besteht darin, daß auf der lötfähigen Schicht, vorzugsweise rasterförmig, Lotkugeln aufgebracht sind, wobei die zu Lotkugeln, die bezüglich der Struktur der Leiterplatte voneinander zu isolieren sind, gehörenden Bereiche der

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lötfähigen Schicht durch schmale Unterbrechungen voneinander isoliert sind. Dadurch ist eine thermische und eine mechanische Verbindung zwischen dem Kühlkörper und mehreren Leiterbahnen möglich, ohne die Leiterbahnen elektrisch zu verbinden. Durch die gegenüber der Gesamtfläche schmalen Unterbrechungen wird eine möglichst große Fläche für den Wärmeübergang erzielt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt: jeweils in geschnittener Darstellung:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel und Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich auf einer Leiterplatte 1 ein Bauelement 2, das gekühlt werden soll. Soweit es die elektrischen Anschlüsse zulassen, liegt das Bauelement 2 vollflächig auf einer Leiterbahn 3 auf. Auf diese ist mit Hilfe eines Klebers 4 ein Kühlkörper 5 aufgeklebt. Durch die gute Wärmeleitfähigkeit der aus Kupfer bestehenden Leiterbahn 3 erfolgt eine ausreichende Wärmeableitung vom Bauelement 2 zum Kühlkörper 5.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 besteht der Kühlkörper 6 aus einem lötfähigen Werkstoff. Seine Unterseite ist daher unmittelbar mit Hilfe von Lotkugeln 7 mit einer Leiterbahn 8 verbunden. Eine Schicht 9 aus Lötstopplack mit entsprechenden Aussparungen beschränkt die Benetzung mit Lot auf die dafür vorgesehenen Stellen. Dadurch wird die Ausbildung der Lotkugeln ermöglicht.

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Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Kühlkörper 10, der - wie der Kühlkörper 5 (Fig. 1) - nicht aus lötfähigem Werkstoff zu bestehen braucht. Wegen der guten Wärmeleitfähigkeit eignet sich beispielsweise Aluminium. Zur wärmeleitenden Verbindung mit Leiterbahnen ist die Unterseite des Kühlkörpers 10 mit einer Polyimid-Schicht und einer Kupferschicht versehen, auf welche Lotkugeln 12 bis 15 aufgebracht sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird davon ausgegangen, daß eine Wärmeableitung von drei Leiterbahnen 16 bis 18 erfolgen soll, die elektrisch voneinander isoliert bleiben müssen - beispielsweise eine Masseleitung und Signalleitungen. Die Kupferschicht ist daher durch schmale Unterbrechungen in drei Teile 19, 20, 21 unterteilt. Dadurch bleiben die Leiterbahnen 16, 17, 18 voneinander isoliert. Ein Wärmeübergang zwischen den Leiterbahnen und dem Kühlkörper 10 ist jedoch in ausreichendem Maße gewährleistet.

Claims

R.-Nr. 2237 BLAUPUNKT-WERKE GMBH, 3200 Hildesheim Ansprüche

1. Elektrische Schaltung mit mindestens einem wärmeerzeugenden Bauelement, das mit Leiterbahnen auf einer Leiterplatte verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einer Leiterbahn (3, 8, 16, 17, 18) im thermischen Einflußbereich des Bauelements (2) ein Kühlkörper (5, 6, 10) angeordnet ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (5, 6, 10) einen auf der Leiterbahn (3, 8, , 17, 18) aufliegenden Schenkel und mindestens einen Wärme an die Umgebungsluft abgebenden Schenkel aufweist, der einen Winkel mit der Ebene der Leiterplatte (1) bildet.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (5, 6, 10) U-förmig ausgebildet ist.

4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (5) auf die Leiterbahn (3) aufgeklebt ist.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (6, 10) auf die Leiterbahn (8, 16, 17, 18) gelötet ist.

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6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (6) aus einem lötfähigen Werkstoff besteht, wobei die mit der Leiterbahn (8) verbundene Fläche des Kühlkörpers (6) unmittelbar mit Lot (7) versehen ist.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot auf von einem Lötstopplack (9) nicht bedeckte Teile der Fläche in Form von Lotkugeln (7) aufgebracht ist.

8. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf die mit der Leiterbahn (16, 17, 18) verbundene Fläche des Kühlkörpers (10) eine thermisch leitende, jedoch elektrisch isolierende Schicht (11) und eine mit Lot benetzbare Schicht (19, 20, 21) aufgebracht sind.

9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten von einer Leiterbahn-Folie (11) aus einem Kunststoff, vorzugsweise Polyimid, und einer Kupferschicht (19, 20, 21) gebildet werden.

10. Schaltung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die lötfähige Schicht vollflächig ausgebildet ist und mit, vorzugsweise rasterförmig angeordneten, Lotkugeln versehen ist.

11. Schaltung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der lötfähigen Schicht, vorzugsweise rasterförmig, Lotkugeln (12 bis 15) aufgebracht sind, wobei die zu Lotkugeln, die bezüglich der Struktur der Leiterplatte voneinander zu isolieren sind, gehörenden Bereiche (19, 20, 21) der lötfähigen Schicht durch schmale Unterbrechungen voneinander isoliert sind.