DE10131332A1 - Electrical circuit arrangement with heat-sink, has liner provided between heat -sink contact surface and contact surface of part over which heat-conducting connection is made - Google Patents

Electrical circuit arrangement with heat-sink, has liner provided between heat -sink contact surface and contact surface of part over which heat-conducting connection is made

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Abstract

An electric circuit arrangement has at least one heat-sink (5). The circuit arrangement between the contact-surface (4) of the heat-sink and the contact-surface of the part over which the heat-conducting connection exists, has a liner. An Independent claim is given for a method of manufacturing a circuit arrangement.

Description

Die Erfindung betrifft elektrische Schaltungsanordnung mit zumindest einem Kühlkörper und zumindest einem anderem Teil, insbesondere einem Bauelement oder einem Schaltungsträger, das mit dem Kühlkörper eine wärmeleitende Verbindung hat. The invention relates to electrical circuitry at least one heat sink and at least one other part, in particular a component or a circuit carrier, that has a heat-conducting connection with the heat sink.

Derartige Schaltungsanordnungen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Such circuit arrangements are from the prior art Technology well known.

Bei elektrischen Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art dienen Kühlkörper zur Abführung der in der Schaltungsanordnung entstehenden Verlustwärme. In der Regel ist der Kühlköper so in der Schaltungsanordnung angebracht, dass das zu kühlende Teil der Schaltungsanordnung in einem mittelbaren oder unmittelbaren Kontakt mit dem Kühlkörper steht. Das zu kühlende Teil, dabei wird es sich um ein elektrisches Bauelement handeln, hat also unmittelbaren oder mittelbaren Kontakt mit dem Kühlkörper. Die Wärmeübertragung kann dabei zum Beispiel über den Schaltungsträger erfolgen, auf welchem die elektrischen Bauelemente befestigt sind. In electrical circuit arrangements of the aforementioned Heat sinks are used for dissipation in the type Circuitry resulting heat loss. Usually the heat sink is installed in the circuit arrangement that the part of the circuit arrangement to be cooled is in one indirect or direct contact with the heat sink stands. The part to be cooled, it will be a act electrical component, so has immediate or indirect contact with the heat sink. The heat transfer can be done via the circuit board, for example, on which the electrical components are attached.

Der Kühlkörper besteht meistens aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung. Aluminiumlegierungen haben dabei den Vorteil, dass sie leicht sind und sich gut verarbeiten lassen, dass heißt, dass sich aus Aluminiumlegierungen gut Kühlkörper herstellen lassen, die sich gut mit der übrigen Schaltungsanordnung verbinden lassen. The heat sink usually consists of a metallic one Material, for example made of an aluminum alloy. Aluminum alloys have the advantage that they are light and can be processed well, that means that Have good heat sinks made from aluminum alloys, that connect well with the rest of the circuitry to let.

Der Kühlkörper hat dazu eine Kontaktfläche, über welche die Wärmeübertragung erfolgt und welche mit der übrigen Schaltungsanordnung verbunden ist. Der Kühlkörper wird dazu in der Regel mit seiner Kontaktfläche auf eine entsprechende Kontaktfläche an einem Teil der übrigen Schaltungsanordnung angeklebt oder angelötet. Zum Löten wird ein besonderes, spaltfüllendes Lot verwendet. Als Kleber findet hier ein spezieller Wärmeleitkleber Anwendung. Beide Maßnahmen führen dazu, dass die Kontaktflächen im wesentlichen vollflächig fest mit dem Kühlkörper verbunden sind, so dass eine Wärmeübertragung erfolgen kann. The heat sink has a contact surface through which the Heat transfer takes place and which with the rest Circuit arrangement is connected. The heat sink becomes this usually with its contact surface on a corresponding one Contact area on part of the rest of the circuit arrangement glued or soldered. Soldering is a special gap-filling solder used. As an adhesive here special thermal adhesive application. Both measures lead this means that the contact surfaces are essentially full-surface are firmly connected to the heat sink, so that a Heat transfer can take place.

Nachteil einer solchen vollflächigen Verbindung ist jedoch, dass es aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und damit unterschiedlichem Wärmeausdehnungsverhalten des Kühlkörpers einerseits und dem anderen Teil der Schaltungsanordnung andererseits an den Kontaktflächen zu Schubspannungen kommen kann, welche die Verklebung oder Verlötung oder gar die Schaltungsanordnung selbst beschädigen können. Sofern die Verklebung oder die Verlötung beschädigt wird, führt dies allzu oft zu einem verminderten Wärmetransport aus dem zu kühlenden Teil der Schaltungsanordnung und damit zu einer Überhitzung des zu kühlenden Teils, was zum Ausfall des zu kühlenden Teils der Schaltungsanordnung führen kann. However, the disadvantage of such a full-surface connection is that that it's due to different Coefficient of thermal expansion and thus different Thermal expansion behavior of the heat sink on the one hand and the other part of the circuit arrangement on the other hand to the Contact areas can come to shear stresses, which the Gluing or soldering or even the circuit arrangement can damage yourself. If the gluing or the All too often, soldering becomes damaged reduced heat transfer from the part of the to be cooled Circuit arrangement and thus to overheating of the cooling part, resulting in failure of the part of the cooling Circuit arrangement can lead.

Das Problem der bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten entstehenden Schubspannungen ist in der Druckschrift DE 197 30 865 A1 dahingehend gelöst worden, dass der Aluminiumlegierung des Kühlkörpers ein Stoff beigemischt wurde, welcher den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Kühlkörpers an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des anderen Teils der Schaltungsanordnung, welcher mit seiner Kontaktfläche an der Kontaktfläche des Kühlkörpers anliegt, angleicht. Dieser Vorschlag hat jedoch den Nachteil, dass je nach dem welchen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Teil der übrigen Schaltungsanordnung hat, an welchem die Kontaktfläche des Kühlkörpers anliegt, ein ganz bestimmter Stoff der Aluminiumlegierung beigemischt werden muss, um die Angleichung der Kühlkörper zur erzielen. Diese ist jedoch sehr aufwendig. Die aus der Druckschrift DE 197 30 865 A1 bekannte Lösung hat sich in der Vergangenheit daher nicht durchgesetzt. The problem of being different Thermal expansion coefficient resulting shear stresses is therefore solved in the publication DE 197 30 865 A1 been that the aluminum alloy of the heat sink is a substance Was added, which is the coefficient of thermal expansion of the heat sink to the coefficient of thermal expansion of other part of the circuit arrangement, which with its Contact surface on the contact surface of the heat sink, equalizes. However, this proposal has the disadvantage that ever according to which coefficient of thermal expansion the part of has other circuitry on which the contact surface of the heat sink, a very specific substance Aluminum alloy must be added to the Align the heat sink to achieve. However, this is very complex. The from the publication DE 197 30 865 A1 known solution has therefore not been in the past enforced.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung vorzuschlagen, bei welcher eine flächige Verbindung des Kühlkörpers mit einem Teil der übrigen Schaltungsanordnung ohne das Auftreten von Schubspannungen möglich ist und welche auch mit einem der gebräuchlichen Kühlkörper hergestellt werden kann. The invention is therefore based on the object Propose circuit arrangement in which a flat Connection of the heat sink with a part of the rest Circuit arrangement without the occurrence of shear stresses is possible and which one with one of the common ones Heatsink can be made.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schaltungsanordnung zwischen den Kontaktflächen des Kühlkörpers und den Kontaktflächen des Teils, über welche die wärmeleitende Verbindung besteht, eine Gleitschicht aufweist. Die Gleitschicht zwischen den Kontaktflächen muss dabei lediglich ein Gleiten im Mikrometerbereich ermöglichen. Dieses reicht aus, um den Kühlköper und das Teil der übrigen Schaltungsanordnung zu entkoppeln und so die ansonsten auftretenden Schubspannungen und die daraus möglicher resultierenden Beschädigungen der Schaltungsanordnung zu verhindern. This object is achieved in that the Circuit arrangement between the contact surfaces of the Heatsink and the contact surfaces of the part over which the there is a thermally conductive connection, has a sliding layer. The sliding layer between the contact surfaces must be only allow sliding in the micrometer range. This is enough to keep the heat sink and part of the rest Decouple circuit arrangement and so the otherwise occurring shear stresses and the possible ones resulting damage to the circuit arrangement prevent.

In einer vorteilhaften Ausführung weist die Schaltungsanordnung eine Umhüllung auf, welche die Bauelemente der Schaltungsanordnung vollständig umhüllen und von der Umgebung abkapseln. Dieses ist oftmals für Schaltungsanordnungen notwendig, die unter schwierigen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden, wie zum Beispiel in möglicherweise feuchten Umgebungen. Da die Umhüllung die Bauelemente weitgehend einschließt, nimmt sie auch einen Großteil der Verlustwärme auf, die in den Bauelementen entsteht. Die von der Umhüllung aufgenommene Verlustwärme muss dann an den Kühlkörper abgeführt werden. Daher hat die Umhüllung eine wärmeleitende Verbindung mit dem Kühlkörper. Um auch an dieser wärmeleitenden Verbindung Schubspannungen zu vermeiden, hat die Schaltungsanordnung zwischen den Kontaktflächen des Kühlkörpers und den Kontaktflächen der Umhüllung, über welche die wärmeleitende Verbindung besteht, eine Gleitschicht, ganz so wie sie bereits zuvor beschrieben worden ist. In an advantageous embodiment, the Circuit arrangement on an envelope, which the Completely envelop components of the circuit arrangement and encapsulate from the environment. This is often for Circuitry necessary under difficult Ambient conditions are used, such as in possibly humid environments. Since the wrapping the Largely includes components, it also takes one Most of the heat loss in the components arises. The heat loss absorbed by the casing must then be dissipated to the heat sink. Therefore, the Wrapping a thermally conductive connection with the heat sink. To shear stresses also on this heat-conducting connection to avoid, the circuit arrangement between the Contact surfaces of the heat sink and the contact surfaces of the Sheathing over which the thermally conductive connection is made, a sliding layer, just as described above has been.

Der Kühlkörper der Schaltungsanordnung kann gemäß der Erfindung eine oder mehrere Hinterschneidungen aufweisen, wobei die Umhüllung in die Hinterscheidung eingreift. Damit entsteht eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Kühlkörper und der Umhüllung, die eine Verbindung durch Verkleben oder Verlöten überflüssig macht. The heat sink of the circuit arrangement can according to the Invention have one or more undercuts, the wrapping intervening in the undercut. In order to a positive connection is created between the Heatsink and the enclosure that connects through Makes gluing or soldering unnecessary.

Erfindungsgemäß kann die Gleitschicht eine Lackschicht oder eine Trennmittelschicht sein. According to the invention, the sliding layer can be a lacquer layer or a release agent layer.

Zur Herstellung einer vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung wird auf die Kontaktflächen des Kühlkörpers oder/und des Teils eine Gleitschicht aufgetragen, bevor der Kühlkörper und das Teil miteinander verbunden werden. Sofern bei der Schaltungsanordnung eine Umhüllung vorgesehen ist, wird auf die Kontaktflächen des Kühlkörpers oder/und der Umhüllung eine Gleitschicht aufgetragen, bevor der Kühlkörper und die Umhüllung miteinander verbunden werden. Vorteilhaft wird dabei die Gleitschicht auf den Kühlkörper aufgetragen und die Umhüllung, die aus einem Duroplast bestehen kann, wird auf den Kühlkörper und die übrige Schaltungsanordnung aufgespritzt. To produce one described above Circuitry is on the contact areas of the Applied a sliding layer to the heat sink or / and the part, before connecting the heat sink and the part become. If an enclosure in the circuit arrangement is provided on the contact surfaces of the heat sink or / and applied a sliding layer to the covering before the heat sink and the casing connected together become. The sliding layer on the Heat sink applied and the wrapping that comes from a Thermoset can exist on the heat sink and the other circuitry sprayed on.

Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigt An exemplary embodiment is based on the drawing described. In it shows

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer Umhüllung. Fig. 1 shows a circuit arrangement according to the invention with an envelope.

Die in der Figur dargestellte Schaltungsanordnung weist einen Schaltungsträger 3 auf, auf dessen Oberseite verschiedene elektrische Bauelemente 2 angebracht sind. Diese elektrischen Bauelemente 2 sind untereinander über auf dem Schaltungsträger 3 vorgesehene (nicht dargestellte) Leiterbahnen verbunden, so dass die Schaltungsanordnung das gewünschte elektrische Verhalten hat. Weiter weist die Schaltungsanordnung einen Kühlkörper 5 auf, der mit dem Schaltungsträger 3 eine wärmeleitende Verbindung hat. Die Kontaktflächen 4, über welche diese wärmeleitende Verbindung hergestellt ist, ist bei dem Schaltungsträger 3 dessen Unterseite, bei dem Kühlkörper 5 dessen Oberseite. Der Kühlkörper 5 weist auf seiner Unterseite Kühlrippen auf, welche die in der Umgebung liegende Oberfläche des Kühlkörpers 5 vergrößern und so ein Abführen der vom Kühlkörper 5 aufgenommen Wärme an die Umgebung erleichtern. Die von dem Kühlkörper 5 aufgenommene Wärme stammt im Übrigen von den elektrischen Bauelementen 2 auf der Oberseite des Schaltungsträgers 3, die beim Betrieb der Schaltungsanordnung in den Bauelementen 2 als Verlustwärme entsteht. Die Verlustwärme wird von den Bauelementen 2 über die Schaltungsanordnung 3 an den Kühlkörper 5 geleitet. Die Schaltungsanordnung weist ferner eine Umhüllung 1 auf, welche die gesamte Oberseite des Schaltungsträgers 3 samt der darauf angebrachten Bauelemente 2 einhüllt und so von der Umgebung abkapselt. Der Kühlkörper 5 hat in seinem oberen Bereich Hinterschneidungen, in welche die Umhüllung 1 eingreift und so die gesamte Schaltungsanordnung miteinander verklammert. Da die Umhüllung 1 in einem unmittelbaren Kontakt mit den elektrischen Bauelementen 2 und auch in einem unmittelbaren Kontakt mit dem Schaltungsträger 3 steht, nimmt die Umhüllung 1 ebenfalls die von den Bauelementen 2 stammende Wärme auf, die an den Kühlkörper 5 abgeleitet werden muss. Deshalb besteht auch zwischen der Umhüllung 1 und dem Kühlkörper 5 eine wärmeleitende Verbindung, die ebenfalls über Kontaktflächen 4 hergestellt ist. Um auch an diesen Kontaktflächen 4 das Auftreten von Schubspannungen zu verhindern, ist auch zwischen den Kontaktflächen 4 des Kühlkörpers 5 und der Umhüllung 1 eine Gleitschicht vorgesehen, die es ermöglicht, dass sich Kühlkörper 5 und Umhüllung entsprechend der Temperatur und den Wärmekoeffizienten ausdehnen, ohne dass Schäden an der Schaltungsanordnung entstehen. The circuit arrangement shown in the figure has a circuit carrier 3 , on the top of which various electrical components 2 are attached. These electrical components 2 are connected to one another via conductor tracks (not shown) provided on the circuit carrier 3 , so that the circuit arrangement has the desired electrical behavior. Furthermore, the circuit arrangement has a heat sink 5 , which has a heat-conducting connection to the circuit carrier 3 . The contact surfaces 4 , via which this heat-conducting connection is made, is the underside of the circuit carrier 3 and the top of the heat sink 5 . The heat sink 5 has cooling fins on its underside, which enlarge the surface of the heat sink 5 lying in the vicinity and thus facilitate dissipation of the heat absorbed by the heat sink 5 to the surroundings. The heat absorbed by the heat sink 5 comes from the electrical components 2 on the top of the circuit carrier 3 , which is generated as heat loss during operation of the circuit arrangement in the components 2 . The heat loss is conducted from the components 2 via the circuit arrangement 3 to the heat sink 5 . The circuit arrangement also has an envelope 1 , which envelops the entire upper side of the circuit carrier 3 together with the components 2 mounted thereon and thus encapsulates it from the environment. The heat sink 5 has undercuts in its upper region, into which the casing 1 engages and thus clamps the entire circuit arrangement together. Since the casing 1 is in direct contact with the electrical components 2 and also in direct contact with the circuit carrier 3 , the casing 1 also absorbs the heat coming from the components 2 , which must be dissipated to the heat sink 5 . Therefore, there is also a heat-conducting connection between the casing 1 and the heat sink 5 , which is also produced via contact surfaces 4 . In order to prevent the occurrence of shear stresses on these contact surfaces 4 as well, a sliding layer is also provided between the contact surfaces 4 of the heat sink 5 and the casing 1 , which enables the heat sink 5 and the casing to expand in accordance with the temperature and the thermal coefficients without Damage to the circuit arrangement occurs.

Claims (9)

1. Elektrische Schaltungsanordnung mit zumindest einem Kühlkörper (5) und zumindest einem anderen Teil, insbesondere einem Bauelement (2) oder einem Schaltungsträger (3), das mit dem Kühlkörper (5) eine wärmeleitende Verbindung hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung zwischen den Kontaktflächen (4) des Kühlkörpers (5) und den Kontaktflächen (4) des Teils, über welche die wärmeleitende Verbindung besteht, eine Gleitschicht aufweist. 1. Electrical circuit arrangement with at least one heat sink ( 5 ) and at least one other part, in particular a component ( 2 ) or a circuit carrier ( 3 ) which has a heat-conducting connection with the heat sink ( 5 ), characterized in that the circuit arrangement between the Contact surfaces ( 4 ) of the heat sink ( 5 ) and the contact surfaces ( 4 ) of the part, via which the heat-conducting connection is made, have a sliding layer. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (3) und die darauf angeordneten Bauelemente (2) vollständig umhüllt sind, dass die Umhüllung (1) eine wärmeleitende Verbindung mit dem Kühlkörper (5) hat und dass die Schaltungsanordnung zwischen den Kontaktflächen (4) des Kühlkörpers (5) und den Kontaktflächen (4) der Umhüllung (1), über welche die wärmeleitende Verbindung besteht, eine Gleitschicht aufweist. 2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the circuit carrier ( 3 ) and the components arranged thereon ( 2 ) are completely encased, that the encapsulation ( 1 ) has a thermally conductive connection with the heat sink ( 5 ) and that the circuit arrangement between the Contact surfaces ( 4 ) of the heat sink ( 5 ) and the contact surfaces ( 4 ) of the casing ( 1 ), via which the heat-conducting connection is made, have a sliding layer. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (5) eine oder mehrere Hinterschneidungen aufweist und dass die Umhüllung (1) in die Hinterscheidung eingreift. 3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the heat sink ( 5 ) has one or more undercuts and that the sheath ( 1 ) engages in the undercut. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht eine Lackschicht ist. 4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sliding layer a Paint layer is. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht eine Trennmittelschicht ist. 5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sliding layer a Release agent layer is. 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung aus einem Duroplast besteht. 6. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the wrapping consists of a Duroplast exists. 7. Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Kontaktflächen (4) des Kühlkörpers (5) oder/und des Teils eine Gleitschicht aufgetragen wird, bevor der Kühlkörper (5) und das Teil miteinander verbunden werden. 7. A method for producing a circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that a sliding layer is applied to the contact surfaces ( 4 ) of the heat sink ( 5 ) and / or the part before the heat sink ( 5 ) and the part with each other get connected. 8. Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Kontaktflächen (4) des Kühlkörpers (5) oder/und der Umhüllung (1) eine Gleitschicht aufgetragen wird, bevor der Kühlkörper (5) und die Umhüllung (1) miteinander verbunden werden. 8. A method for producing a circuit arrangement according to one of claims 2 to 6, characterized in that a sliding layer is applied to the contact surfaces ( 4 ) of the heat sink ( 5 ) and / or the casing ( 1 ) before the heat sink ( 5 ) and the casing ( 1 ) are connected to one another. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht auf den Kühlkörper (5) aufgetragen wird und dass die Umhüllung (1) anschließend auf den Schaltungsträger (3) mit den Bauelementen (2) und den Kühlkörper (5) aufgespritzt wird. 9. The method according to claim 8, characterized in that the sliding layer is applied to the heat sink ( 5 ) and that the covering ( 1 ) is then sprayed onto the circuit carrier ( 3 ) with the components ( 2 ) and the heat sink ( 5 ).
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