DE102006007303A1

DE102006007303A1 - Leiterplatte

Info

Publication number: DE102006007303A1
Application number: DE102006007303A
Authority: DE
Inventors: Stephan Dobritz; Diether Sommer; Harald Grune
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2007-08-30
Also published as: CN101035411A; US20070230115A1

Abstract

Leiterplatte (1) mit einem Verguss-Abdeckelement (4), in welches eine Mehrzahl mit der Leiterplatte (1) elektrisch verbundene Chips (2) eingebettet ist und das mit wenigstens einem einstückig angeformten oder mit wenigstens einem eingeformten Wärmeableitelement ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte.

Wie allgemein bekannt ist, wird während des Betriebs elektronischer Gräte, wie beispielsweise eines PC's, von den elektronischen Komponenten im Inneren des Gerätes Wärme mit teilweise sehr hoher Temperatur erzeugt, von der die Funktionsfähigkeit der elektronischen Komponenten negativ beeinflusst werden kann, die bis zur Funktionsunfähigkeit bzw. zum Zerstören dieser Komponenten führen kann. Betroffen davon sind im Allgemeinen vor allem Integrierte Schaltkreise (IC's), also die Chips, die je nach Ausführungsform an den Leiterplatten (PCB) in gehäuster oder ungehäuster Form elektrisch angeschlossen sind.

Aus diesem Grund ist es wünschenswert, Mittel vorzusehen, die für eine Ableitung der erzeugten Wärme von den elektronischen Komponenten sorgen.

Für eine verbesserte Wärmeableitung insbesondere von Speichermodulen eines PC's ist aus der US 6,775,139 B2 bekannt, an einer beidseitig mit Chips bestückten Leiterplatte an beiden Seiten der Leiterplatte jeweils ein im Wesentlichen flächiges Kühlelement anzuordnen. Das Befestigen der Kühlelemente an der Leiterplatte erfolgt mittels mehrerer Schrauben, die durch entsprechende Löcher in den Kühlelementen und der Leiterplatte hindurch gesteckt und von Gewindemuttern befestigt werden. Die Kühlelemente weisen an ihrer der Leiterplatte zugewandten Seite eine Vertiefung auf, mit der das Kühlelement direkt an den Rückseite der Chips anliegen kann, während die die Vertiefung umgebenden Abschnitte des Kühlelements an der Leiterplatte anliegen. Die Kühlelemente überragen die Leiterplatte an ihrem den freiliegenden Kontaktbereich abgewandten Ende mit einem bestimmten Abschnitt und weisen einerseits in diesem Bereich einen der Leiterplattendicke entsprechenden Zwischenraum zwischen sich und andererseits an den voneinander abgewandten Seiten jeweils eine Vielzahl von Kühlrippen auf. Diese, die Leiterplatte überragenden bzw. über diese vorstehenden Abschnitte, werden zur Unterstützung des Wärmeaustausches mit der Umgebungsluft mithilfe eines Gebläses mit Umgebungsluft angeblasen. Ferner wird in diesem Dokument vorgeschlagen, zwischen der Rückseite der Chips und dem Kühlelement eine Wärmeleitpaste aufzutragen, die gleichzeitig dem Ausgleichen von mechanischen Toleranzen dienen kann.

Ferner ist auch bekannt, die auf einer Leiterplatte angeordneten Chips selbst jeweils mit einem separaten Wärmeableitelement auszustatten. Beispielsweise aus dem Dokument US 6,673,708 B1 ist eine Chip-Struktur mit einem Wärmeableitelement bekannt, bei der der Chip mittels Lotbumps mit einer Leiterplatte elektrisch verbunden ist. Gemäß einer in diesem Dokument beschriebenen Ausführungsform ist jeweils zwischen dem Chip und der Leiterplatte, die Lotbumps einschließend, auf der Oberseite der Chips und an dessen Seiten ein thermisch leitendes Füllmaterial, wie beispielsweise ein aushärtendes Polymer, angebracht, wobei auf der auf dem Chip ausgebildeten Füllmaterialschicht ein flächig gestaltetes Wärmeverteilelement aus beispielsweise Kupfer angeordnet ist. Das flächig gestaltete Wärmeelement hat eine größere Grundfläche als der Chip, wobei auch zwischen seinen über den Chip überstehenden Abschnitten und der Leiterplatte das Füllmaterial angeordnet ist.

Andere Ausgestaltungen hinsichtlich des Anordnens und Befestigens von Wärmeableitelementen sind beispielsweise in der US 6,093,961 beschrieben. Demgemäß ist beispielsweise ein Kühlkörper in thermisch leitender Verbindung mit einem Chipgehäuse, indem der beispielsweise aus Aluminium hergestellte und abstehende Kühlrippen aufweisende Kühlkörper mittels eines Federstahlclips, der den Kühlkörper und den Chip abschnittsweise umgreift, an dem Chipgehäuse befestigt ist.

Als Verbesserung zu der vorgenannten Ausführungsform wird in diesem Dokument ferner vorgeschlagen, ein Wärmeableitelement, das eine im Wesentlichen ebene Basis, von der Oberseite der Basis vorstehende Stifte bzw. Zapfen und von Randbereichen der Basis nach unten ragende Befestigungsabschnitte aufweist, einstückig aus einem thermisch leitenden formbaren Polymer herzustellen. Die Befestigungsabschnitte des Wärmeableitelements sind von geraden Beinabschnitten ausgebildet, die an ihrem freien Endabschnitt jeweils einen einwärts gerichteten Flansch aufweisen. Das solcherart gestaltete Wärmeableitelement liegt jeweils mit der ebenen Unterseite seiner Basis auf der Oberseite eines Chip-Gehäuses auf, wobei die Unterseite des Chipgehäuses von den jeweiligen Flanschabschnitten untergriffen wird, so dass die Flanschabschnitte dann zwischen der der Leiterplatte zugewandten Seite des Chips und der Leiterplatte angeordnet sind.

Die aus diesem Stand der Technik bekannten Lösungen für die Wärmeableitung von an einer Leiterplatte angeordneten Chips weisen jedoch verschiedene Nachteile auf, wie beispielsweise die Notwendigkeit von vielen verschiedenen und separaten Einzelbauteilen pro Leiterplatte, wodurch hohe Kosten generiert werden, oder die Verwendung von wärmeleitenden Pasten bzw. Elastomeren zum Verbessern der Wärmeübertragung und zum Ausgleich von mechanischen Toleranzen.

Mit der Erfindung soll eine mit Chips bestückte Leiterplatte bereitgestellt werden, die eine optimale Wärmeableitung von der Leiterplatte bei gleichzeitiger Verringerung der Kosten für deren Herstellung und die verwendeten Materialien gewährleistet.

Dies wird mit einer Leiterplatte mit einem Verguss-Abdeckelement erreicht, in welches eine Mehrzahl mit der Leiterplatte elektrisch verbundene Chips eingebettet ist und das mit wenigstens einem einstückig angeformten oder mit wenigstens einem eingeformten Wärmeableitelement ausgebildet ist.

Die solcherart ausgebildete Leiterplatte mit der Mehrzahl mit der Leiterplatte elektrisch verbundener Chips weist somit ein alle Chips einschießendes Verguss-Abdeckelement auf, das ferner wenigstens ein während des Gießformens des Verguss-Abdeckelements einstückig angeformtes Wärmeableitelement oder wenigstens ein während des Gießformens eingeformtes Wärmeableitelement aufweist. Das heißt, dass bei der Herstellung der Verbundstruktur zwischen Leiterplatte und Verguss-Abdeckelement gleichzeitig die Wärmeableitelemente an- oder eingeformt werden. Ein nachträgliches Anordnen von für die Kühlung bestimmter Einzelelemente ist nicht notwendig. Ein verbessertes Wärmeableitverhalten wird somit einerseits von der vergrößerten Oberfläche des Verguss-Abdeckelements und andererseits von dem Wärmeableitelement bereitgestellt. Vorzugsweise wird das Verguss-Abdeckelement aus einem Epoxydharz bzw. einem gefüllten Epoxydharz im Spritzgussverfahren hergestellt. Dieses Material lässt sich einerseits sehr gut vergießen und zeichnet sich andererseits selbst durch optimale thermische Leitfähigkeit aus.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Wärmeableitelement eine mit dem Verguss-Abdeckelement einstückig hergestellte Kühlrippe. Diese Kühlrippe kann auf einfache Weise mittels einer entsprechend geformten Vertiefung in der Gießform (Kavität) während des Gießformens aus dem Gießmaterial selbst hergestellt werden. Dabei versteht sich, dass die Vertiefung so gestaltet ist, dass die Gießform nach dem Aushärten des Gießmaterials ohne deren Zerstörung von der Leiterplatte getrennt bzw. entnommen werden kann. Vorzugsweise weist die genannte Vertiefung in der Gießform und damit die Kühlrippe selbst im Querschnitt die Form eines gleichschenkligen Trapezes auf.

Gemäß einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform steht die Kühlrippe von der Oberseite des Verguss-Abdeckelements vor und erstreckt sich relativ zur Leiterplatte in deren Längsrichtung oder quer zu deren Längsrichtung oder schräg zu deren Längsrichtung. Die Ausrichtung der von der Oberseite des Verguss-Abdeckelements vorstehenden Kühlrippe kann abhängig von dem Verwendungszweck der Leiterplatte und der Anordnung einer zusätzlichen, die Kühlung fördernden Einrichtung, wie beispielsweise eines Gebläses, in dem entsprechenden Endgerät vorausgewählt werden.

Gemäß einer Ausgestaltung ist eine Vielzahl von Kühlrippen jeweils mit einem Abstand voneinander angeordnet. Auf diese Weise kann die von dem solcherart gestalteten Verguss-Abdeckelement gebildete und der Wärmeableitung zur Verfügung stehende Gesamtfläche bestimmt werden.

Gemäß einer anderen Gestaltung der vorgenannten Ausführungsform ist die Kühlrippe von wenigstens einer sich im Wesentlichen parallel zur Leiterplattenebene erstreckenden Vertiefung in wenigstens einem der Umfangsränder des Verguss-Abdeckelements ausgebildet. Gegenständlich bedeutet das, dass von zumindest einer Vertiefung, die sich von einem der schmalen Umfangsränder her in das Innere des Verguss-Abdeckelements hinein über eine bestimmt Länge und Tiefe im Wesentlichen parallel zur Ebene des Verguss-Abdeckelements erstreckt und im Querschnitt dreieckförmig ausgebildet sein kann, eine Kühlrippe ausgebildet wird, die von der Oberseite des Verguss-Abdeckelements einerseits und von der Vertiefung andererseits begrenzt ist.

Gemäß einer Ausführungsform ist jeweils zumindest eine solche Kühlrippe in zwei einander gegenüberliegenden Schmalseiten des Verguss-Abdeckelements ausgebildet. Diese Kühlrippen können somit bevorzugt einerseits an den sich in Längsrichtung der Leiterplatte erstreckenden oder an den sich quer zur Längsrichtung der Leiterplatte erstreckenden Umfangsrändern des Verguss-Abdeckelements ausgebildet sein. Von beispielsweise zwei Vertiefungen im senkrechten Abstand voneinander können zwei Kühlrippen ausgebildet werden. Die Vertiefungen in den Umfangsrändern des Verguss-Abdeckelements werden von entsprechenden Vorsprüngen an der Seitenwand der Gießform geformt. Es versteht sich, dass die Gießform in dem Fall, dass solche Kühlrippen an zwei einander gegenüberliegenden Umfangsrändern angeformt werden sollen, zweiteilig gestaltet ist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Wärmeableitelement ein an der Oberseite des Verguss-Abdeckelements angeordneter Kühlkörper mit in das Verguss-Abdeckelement eingeformten Abschnitten. Das bedeutet, dass es sich gemäß dieser Ausführungsform bei dem an der Oberseite des Verguss-Abdeckelements zumindest abschnittsweise eingeformten Wärmeableitelements um einen zunächst an sich separaten Kühlkörper handelt, der aus einem Material hergestellt sein kann, dessen Wärmeleitfähigkeit jene des Verguss-Abdeckelements noch übersteigt. Der Kühlkörper kann beispielsweise aus Aluminium, Kupfer oder dergleichen hergestellt sein. Zwischen den vorbestimmten Abschnitten des Kühlkörpers, die während des Gießformens in das Verguss-Abdeckelement eingeformt werden, und den diese Abschnitte umgebenden Bereichen des Verguss-Abdeckelements wird eine Verbundstruktur hergestellt, wobei im Verbundbereich zwischen Verguss-Abdeckelement und Kühlkörper ein homogener Übergang für eine optimale Wärmeübertragung bzw. Wärmeableitung geschaffen wird. Die Abschnitte des Kühlkörpers, die aus der Oberseite des Verguss-Abdeckelements herausragen, stehen mit der Gießform abgedichtet in Verbindung. Da die Verbindung zwischen dem Verguss-Abdeckelement, das die Leiterplatte im Wesentlichen vollständig abdeckt, und dem Kühlkörper durch Einformen in einem einzigen Arbeitsschritt, nämlich dem Gießformen, hergestellt wird, kann die chipbestückte, Leiterplatte mittels eines einzigen Komplettierschritts fertiggestellt werden. Die Notwendigkeit der Verwendung von zusätzlichen Befestigungsmitteln, wie beispielsweise Schrauben, Clips, usw., kostenintensiver Unter-Füllstoffen zwischen Chip und Leiterplatte, wärmeleitender Pasten, beispielsweise zwischen Chipgehäuse bzw. dem blanken Chip und dem Wärmeableitelement, wie aus dem Stand der Technik bekannt, und die damit einhergehenden mehreren Arbeits- und Komplettierschritte, sind für das Herstellen der Leiterplatte überflüssig.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorgenannten Ausführungsform ist der Kühlkörper von einer Grundplatte mit auf deren Oberseite ausgebildeten Kühlrippen gestaltet, der zumindest an zwei seiner Umfangsränder Ausnehmungen aufweist, die mit Gießmasse ausgefüllt sind. Durch das Eintreten von Gießmaterial in diese seitlichen Ausnehmungen des Kühlkörpers und das anschließende Aushärten desselben, ist der Kühlkörper vorteilhaft mittels Formschlusses an dem Verguss-Abdeckelement befestigt. Die Ausnehmungen in dem Kühlkörper können beispielsweise Nuten sein, die sich über die gesamte Länge bzw. Breite der Grundplatte erstreckend in deren Umfangsrändern ausgebildet sind. Folglich ist der Kühlkörper gemäß dieser Ausführungsform zumindest mit der Unterseite seiner Grundplatte vollständig und mit seinen Umfangsrändern zumindest teilweise in dem Verguss-Abdeckelement eingebettet, so dass zwischen dem Kühlkörper und dem Verguss-Abdeckelement vorteilhaft ein großer Kontaktflächenbereich bereitgestellt wird, dessen homogener Übergang für eine optimale Wärmeübertragung bzw. Wärmeableitung sorgt.

Der Kühlkörper gemäß dieser Ausgestaltung ist vorzugsweise einstückig aus Metall, wie beispielsweise Aluminium, Kupfer oder dergleichen, hergestellt und weist damit eine optimale Wärmeleitfähigkeit auf. Vorzugsweise ist eine Vielzahl von Kühlrippen, die die Form von ebenen Platten haben, auf der Oberseite der Grundplatte ausgebildet, die mit einem Abstand zwischen sich im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Der Kühlkörper kann derart angeordnet sein, dass sich die Kühlrippen in Längsrichtung der Leiterplatte erstrecken.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Kühlkörper, und gemäß jener einen Ausgestaltung insbesondere die ebene Unterseite seiner Grundplatte, direkt auf der von der Leiterplatte abgewandten Seite der Chips angeordnet. Das bedeutet, dass der Kühlkörper derart in das Verguss-Abdeckelement eingeformt ist, dass der Kühlkörper zumindest abschnittsweise direkt mit der Rückseite der Chips, also der inaktiven Seite des Chips, in Kontakt ist, während andere Abschnitte des Kühlkörpers über die von dem Verguss-Abdeckelement ausgebildeten Oberseite hinaus vorstehen. Vorzugsweise sind die Chips ungehäust, so dass die Wärmeabgabe von dem Chip direkt an den Kühlkörper erfolgen kann. Es ist auch möglich, gehäuste Chips zu verwenden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung erstreckt sich der wenigstens eine Kühlkörper im Wesentlichen über die gesamte Länge und Breite des Verguss-Abdeckelements. Auf diese Weise wird an dem Verguss-Abdeckelement eine einzige große Wärmeübertragungsfläche bereitgestellt, von der die von den Chips erzeugte Wärme an den Kühlkörper, gemäß einer Ausführungsform zunächst an die dann große Grundplatte und von dieser an die Vielzahl von Kühlrippen, abgeben bzw. übertragen wird, wonach zwischen dem Kühlkörper und Umgebungsluft ein weiterer Wärmetausch erfolgt, welcher durch das Verwenden beispielsweise eines Lüfters unterstützt werden kann.

Alternativ dazu können auch mehrere Kühlkörper nebeneinander angeordnet sein.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Wärmeableitelement eine in das Verguss-Abdeckelement eingeformte ein Kühlmedium führende Kühlschlange. Vorzugsweise erstreckt sich die Kühlschlange mehrfach geschlängelt in einer zur Leiterplattenebene parallelen Ebene innerhalb des in dem Verguss-Abdeckelemente maximal zur Verfügung stehenden Raumes. Die zur Zirkulation des Kühlmediums notwendigen Anschlussabschnitte der Kühlschlange erstrecken sich aus dem Verguss-Abdeckelemente heraus und sind so ausgebildet, dass diese mit entsprechenden Verbindungsabschnitten einer Kühlmedium-Einrichtung (Wärmetauscher) kuppelbar sind. Als Kühlmedium kann beispielsweise Wasser verwendet werden.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Leiterplatte mit einem Verguss-Abdeckelement vorgesehen, in welches eine Mehrzahl mit der Leiterplatte elektrisch verbundene Chips eingebettet ist und das mit wenigstens einem einstückig angeformten oder mit wenigstens einem eingeformten Befestigungselement versehen ist, welches zum Befestigen eines Wärmeableitelementes mit einem Befestigungsabschnitt von dem Verguss-Abdeckelement vorsteht bzw. aus diesem herausragt.

Das wenigstes eine einstückig angeformte Befestigungselement ist vorzugsweise von der Oberseite, das heißt von der von der Leiterplatte abgewandten Seite, des Verguss-Abdeckelements vorstehend ausgebildet. Beispielsweise kann das wenigstens eine während des Gießformens ausgebildete Befestigungselement ein umlaufender Bund sein, von dem auf der Oberseite eine Vertiefung eingeschlossen wird, in die ein passend zu dieser Vertiefung ausgebildetes Wärmeableitelement in dichten Kontakt insbesondere mit dem Boden der Vertiefung eingepasst werden kann.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung kann das einstückig angeformte Befestigungselement von zwei einander gegenüberliegend angeordneten und sich in Längsrichtung der Leiterplatte erstreckenden Klemmleisten ausgebildet sein, zwischen die ein Wärmeableitelement derart einklemmbar ist, dass es in dichten Kontakt mit der Oberseite des Verguss-Abdeckelements gehalten ist.

Die einstückig angeformten Befestigungselemente können aber auch in von Form von Zapfen oder dergleichen ausgebildet sein, die von der freien Oberseite des Verguss-Abdeckelements vorstehen. Das an diesen Befestigungsabschnitten zu befestigende Wärmeableitelement seinerseits muss dann mit zu den Zapfen oder dergleichen entsprechenden Eingriffsausnehmungen ausgestattet sein, mittels welchen das Wärmeableitelement auf die Zapfen aufgesteckt werden kann. Vorzugsweise sind die Eingriffsausnehmungen derart dimensioniert, dass das Wärmeableitelement zumindest abschnittsweise klemmend auf den Zapfen und damit dem Verguss-Abdeckelement gehalten wird. Die Zapfen oder dergleichen können beispielsweise einen sich von der Oberseite des Verguss-Abdeckelements zu ihren jeweiligen freien Enden hin stetig verjüngenden Querschnitt aufweisen.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung sind die Befestigungsabschnitte beim Gießformen eingeformte separate Elemente, die beispielsweise aus Metall hergestellt sein können, und an ihren aus dem Verguss-Abdeckelement herausragenden freien Endabschnitten jeweils einen Eingriffsabschnitt aufweisen, der mit einem entsprechend ausgebildeten Eingriffsabschnitt an Außenseiten des Wärmeableitelements oder in Ausnehmungen an der Unterseite des zu befestigenden Wärmeableitelements verrastbar sind.

Gemäß einer Ausgestaltung dieser Ausführungsformen sind die Oberseite des Verguss-Abdeckelements und die von der Leiterplatte abgewandte Seite des Chips in der gleichen Ebene angeordnet, und das Wärmeableitelement kann unter Herstellen eines direkten Kontakts mit den Chips mit dem wenigstens einen Befestigungselementen in Eingriff gebracht werden. Das Herstellen eines solchen Verguss-Abdeckelements erfolgt dabei mittels Spritzgießens mit freiliegenden Oberflächenabschnitten (exposed molding), anders ausgedrückt, mittels Spritzgießens unter Freilassen von Oberflächenabschnitten, so dass die inaktiven, von der Leiterplatte abgewandten Seiten der Chips nach dem Gießformen freiliegen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Leiterplatte an zwei Seiten mit Chips bestückt und weist auf beiden Seiten ein Verguss-Abdeckelement auf, das jeweils gemäß einer der genannten Ausführungsformen ausgestaltet ist.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Chips Speicherchips, so dass mit der erfindungsgemäßen Leiterplatte kompakte, preisgünstigere Speichermodule (memory module) bereitgestellt werden. Die Leiterplatte eignet sich jedoch auch für andere Arten von mikroelektronischen Bauelementen, beispielsweise Mikroprozessoren.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Chips mittels Lotbumps mit der Leiterplatte elektrisch verbunden.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Verguss-Abdeckelement aus einem Vergussmaterial hergestellt, dessen Wärmeleiteigenschaften durch den Zusatz geeigneter Füllstoffe optimiert sind. Das heißt, dass das Vergussmaterial, ein Gemisch aus einem Basismaterial wie beispielsweise ein Epoxydharz sein kann, dem entsprechende Füllstoffe in einem bestimmten Mengenverhältnis beigemengt werden, von denen bekanntermaßen die Wärmeleitfähigkeit des Epoxydharzes verbessert werden kann ohne andere Eigenschaften wie z.B. das Fließverhalten des Epoxydharzes negativ zu beeinflussen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der beigefügten Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In der Zeichnung sind gleiche Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen.

Die Zeichnung zeigt in:
1a eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Leiterplatte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
1b eine Draufsicht auf die schematisch dargestellt Leiterplatte gemäß 1a;
1c und 1d eine Draufsicht auf Ausführungsbeispiele für die Anordnung von Kühlrippen gemäß der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Leiterplatte gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Leiterplatte gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Leiterplatte gemäß noch einer andern Ausführungsform der Erfindung;
5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine Leiterplatte gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
In 1a ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts quer zur Längserstreckung der Leiterplatte 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Obwohl in 1a sowie auch in den 2 bis 5 jeweils nur ein Chip 2 schematisch dargestellt ist, sind in Längsrichtung der Leiterplatte 1 jeweils eine Mehrzahl von Chips 2 mit einem Abstand voneinander angeordnet. Ferner können je nach Funktion der entsprechenden Leiterplatte 1, obwohl ebenfalls nicht dargestellt, beispielsweise zwei oder mehr solcher Reihen Chips 2 in Längsrichtung der Leiterplatte 1 an der Leiterplatte 1 angeordnet sein. Daher wird nachfolgend bei einer Bezugnahme auf die Chips 2 der Plural verwendet.
Wie aus 1a ersichtlich, ist die Leiterplatte 1 auf beiden Seiten mit einer Mehrzahl von Chips 2 bestückt, die jeweils mittels Lotbumps 3 oder anderen geeigneten elektrischen Verbindungselementen (nicht dargestellt) mit der Leiterplatte 1 elektrisch leitend verbunden sind. Die Chips 2 sind in das jeweilige Verguss-Abdeckelement 4, das mit der Leiterplatte 1 eine Verbundstruktur ausbildet, vollständig eingebettet. Auch die Zwischenräume zwischen dem Lotbumps 3 sind mit Vergussmasse ausgefüllt. Das Verguss-Abdeckelement 4 weist jeweils an seiner von der Leiterplatte 1 abgewandten Seite eine Vielzahl von Kühlrippen 41 auf, die mit dem Verguss-Abdeckelement 4 während des Gießformens einstückig hergestellt sind. Bei einer üblichen Leiterplatte mit einer Abmessung von ca. 30 mm × 150 mm sind vorzugsweise mehr als 10 Kühlrippen 41 nebeneinander ausgebildet. Das Verguss-Abdeckelement weist hierbei vorzugsweise eine Gesamthöhe von 5 mm auf, wobei die Kühlrippen etwa 4 mm hoch sind. Wie aus 1a ersichtlich ist, sind alle vier Umfangsränder 44 des Verguss-Abdeckelements 4 von der Leiterplatte 1 her schräg einwärts geneigt ausgebildet, und die Kühlrippen 41 weisen im dargestellten Querschnitt die Form eines gleichschenkligen Trapezes auf. Aufgrund dieser Ausgestaltung, die der komplementär ausgebildeten Gießform (Kavität) entspricht, kann die Gießform nach dem Aushärten der Gussmasse leicht und ohne diese zerstören zu müssen, von der Leiterplatte 1 nach oben hin entfernt werden bzw. die Leiterplatte 1 nach unten ausgeworfen werden.
1b ist eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine Leiterplatte 1 gemäß 1a. Wie aus 1b ersichtlich, ist die Leiterplatte 1 fast vollständig von dem Verguss-Abdeckelement 4 abgedeckt. Lediglich schmale Randabschnitte 12, die zum Einstecken in einen Leiterplattenschacht (nicht zeigt) gestaltet sind, ein vorderer Randabschnitt 12, an dem die Leiterplattenkontakte (nicht dargestellt) ausgebildet sind, und ein schmaler hinterer Randabschnitt 13 sind nicht von den dem Verguss-Abdeckelement 4 abgedeckt. An diesen Randabschnitten 11, 12 13 ist die Gießform während des Gießformens dicht abgestützt. Die einstückig angeformten Kühlrippen 41 erstrecken sich im Wesentlichen parallel zueinander in Längsrichtung der Leiterplatte 1. Der vorbestimmte Abstand der Kühlrippen 41 voneinander gewährleistet, dass ein optimaler Wärmeaustausch zwischen den einzelnen Kühlrippen 41 und der Umgebungsluft erfolgen kann. Zur Unterstützung des Wärmeaustausches mit der Umgebungsluft kann in dem Endgerät (nicht gezeigt) ein Lüfter (nicht gezeigt) angeordnet werden, von dem die Kühlluft beispielsweise in Richtung der Kühlrippen 41 zugeführt wird.
Wie in den 1c und 1d dargestellt ist, kann die Ausrichtung der Kühlrippen 41 des Verguss-Abdeckelements 4 auch quer zur Längsrichtung der Leiterplatte 1 (1c) oder schräg zur Längsrichtung der Leiterplatte 1 (1d) sein. Diese Ausrichtung der Kühlrippen 41 kann in Abhängigkeit z.B. eines Kundenwunsches oder der Endgeräteausgestaltung vorbestimmt sein und wird durch eine entsprechende Gießform, die komplementär zu dem Verguss-Abdeckelement 4 ausgebildet ist, realisiert.
In der 2 ist der Querschnitt einer anderen Leiterplatte 1 mit angelöteten Chips 2 dargestellt, deren an dem Verguss-Abdeckelement 4 einstückig angeformte Kühlrippen 42 sich im Wesentlichen parallel zur Leiterplattenebene erstrecken. Die Kühlrippen 42 werden dabei von Vertiefungen 43 ausgebildet, die sich von den beiden einander gegenüberliegenden Längsseitenrändern aus in das Innere des Verguss-Abdeckelements 4 hinein erstrecken. Idealerweise beträgt die Tiefe der Vertiefungen 43 und damit die Länge der Kühlrippen bei einer Leiterplattenabmessung von 30 mm × 150 mm ca. 10 mm. Die Vertiefungen 43 werden mittels Vorsprüngen ausgeformt, die von der entsprechenden Wand der verwendeten Gießform vorstehen. Die Oberseite des Verguss-Abdeckelements ist zu ihren Längsseiten hin geneigt ausgebildet und die Kühlrippen 42 weisen einen sich von innen nach außen hin verjüngenden Querschnitt auf, so dass jeweils ein Teil der etwa mittig geteilten zweiteiligen Gießform nach dem Aushärten der Gießmasse etwa parallel zur Leiterplattenebenen von der Leiterplatte 1 leicht entfernt werden kann. Obwohl in der 2 auf beiden Seiten des Verguss-Abdeckelements 4 jeweils zwei Kühlrippen 42, die von zwei Vertiefungen 43 ausgebildet sind, dargestellt sind, können auf jeder Seite auch nur eine oder mehr als zwei Kühlrippen 42 ausgebildet sein.
In 3 ist der Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leiterpatte 1 gezeigt, bei der das Wärmeableitelement ein an der Oberseite des Verguss-Abdeckelements 4 während des Gießformens eingeformter separater Kühlkörper 5 ist. Der Kühlkörper 5 weist eine im Wesentlichen ebene Grundplatte 53 auf, auf deren, der Leiterplatte 1 abgewandten Oberseite eine Mehrzahl von Kühlrippen 51 ausgebildet sind, die sich, wie bei der in den 1a und 1b gezeigten Ausführungsform, in Längsrichtung der Leiterplatte 1 erstrecken. Die Grundplatte 53 kann in Anpassung an die Form der Oberseite des Verguss-Abdeckelements 4 eine rechteckige Grundform aufweisen, wobei die Grundplatte 53 sowohl in ihrer Breiten- als auch in ihrer Längserstreckung um einen Betrag kleiner ist, als die von den Kanten der Oberseite eingeschlossene Oberfläche des Verguss-Abdeckelements 4. Anstelle des einen gezeigten Kühlkörpers 5 können jedoch auch mehrere solcher Kühlkörper 5, deren Grundplatten dann entsprechend kleiner ausgebildet sind, in Längsrichtung der Leiterplatte 1 nebeneinander angeordnet sein. Bei dieser Ausführungsform ist der Zwischenraum zwischen den vermittels Lotbumps 3 an die Leiterplatte 1 angeschlossenen Chips 2 und der Unterseite des Kühlkörpers 5 mit Vergussmasse (Gießmasse) ausgefüllt. Das heißt, dass bei dieser Ausführungsform die Chips 2 allseits von Gießmasse umgeben sind.
Der Kühlkörper 5 weist zumindest an seinen sich in Längsrichtung der Leiterplatte 1 erstreckenden Seitenrändern jeweils eine Ausnehmung 52 in Form einer vorzugsweise durchgängigen Längsnute auf, in die während des Gießformens Gießmasse eingelangt, so dass nach dem Aushärten der Gießmasse zwischen dieser und der Ausnehmung 52 eine Formschluss-Verbindung ausbildet wird. Durch das Ausbilden des Verguss-Abdeckelements 4 an der Leiterplatte 1 und das gleichzeitige Einformen des Kühlkörpers 5 in das Verguss-Abdeckelement 4 mittels Gießformens wird von dem Verguss-Abdeckelement 4 und dem Kühlkörper 5 einerseits und von dem Verguss-Abdeckelement 4 und der Leiterplatte 1 andererseits eine Verbundstruktur in einem einzigen Herstellungsschritt ausgebildet. Auf diese Weise ist der Kühlkörper 5 fest an dem Verguss-Abdeckelement 4 festgelegt, wobei ein die Ausnehmung 52 der Grundplatte 53 nach unten, also in Richtung zu der Leiterplatte hin, begrenzender Rand grundsätzlich mit ausgehärteter Gießmasse bedeckt ist, wodurch es unmöglich gemacht wird, dass der Kühlköper 5 auch unter großer Kraftaufbringung aus dem Verguss-Abdeckelement 4 entnommen werden kann. Ein weiter Vorteil dieser Leiterplatte 1 besteht ferner darin, dass aufgrund dieser Verbundstruktur zwischen dem Verguss-Abdeckelement 4 und dem Kühlkörper 5 ein homogener Übergang besteht, so dass zwischen diesen beiden ein optimaler Wärmetausch erfolgen kann. Eine solche Ausnehmung 52 kann auch an allen vier Umfangsrändern der Grundplatte 53 des Kühlkörpers 5 ausgebildet sein, so dass der untere, die Ausnehmung 52 nach unten begrenzende Rand der Grundplatte 53 an allen vier Seiten und damit der Kühlkörper 5 allseitig in das Verguss-Abdeckelement eingeformt ist.
In 4 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der Leiterplatte 1 dargestellt, die zweiseitig mit Chips 2 bestückt ist. Die Chips 2 sind auch bei dieser Ausgestaltung mittels Lotbumps 2 mit der Leiterplatte 1 elektrisch leitend verbunden. Demgemäß weist die Leiterplatte 1 auch an ihren beiden Seiten ein Verguss-Abdeckelement 4 auf. In jedes der Verguss-Abdeckelemente 4 ist jeweils eine ein Kühlmedium führende Kühlschlange 8 eingeformt. Die Kühlschlange 8 ist von einem Rohr ausgebildet, das sich in einer zur Leiterplattenebene parallelen Ebene mehrfach schlängelt, wobei sich die geraden Abschnitte vorzugsweise in Längsrichtung der Leiterplatte 1 erstrecken und die Krümmungsabschnitte jeweils im Bereich der beiden Längsenden des Verguss-Abdeckelements 4 ausgebildet sind. Die zur Zirkulation des Kühlmediums notwendigen Anschlussabschnitte (nicht gezeigt) der Kühlschlange 8 erstrecken sich aus dem Verguss-Abdeckelement 4 heraus, so dass diese mit entsprechenden Verbindungsabschnitten eines Wärmetauschers verbindbar sind. Vorzugsweise ist die Kühlschlange 8 jeweils nur mit einem geringen Abstand von der der Leiterplatte 1 abgewandten Seite der Chips 2 angeordnet, so dass für eine gute Wärmeableitung der von den Chips 2 erzeugten Wärme gesorgt ist. Das Verguss-Abdeckelement 1 weist bei dieser Ausführungsform die Gestalt eines Pyramidenstumpfes mit rechteckiger Grundfläche auf. Die Anschlussabschnitte der Kühlschlange 8 können an der Gießform so abgestützt sein, dass auf diese Weise die Kühlschlange 8 in der Position gehalten wird, in der sie in das Verguss-Abdeckelement 4 eingeformt werden soll. Die Gießform zum Herstellen dieses Verguss-Abdeckelements 4 sollte folglich zweiteilig ausgebildet sein.
In 5 ist eine andere erfindungsgemäße Leiterplatte 1 dargestellt, die ebenfalls eine Mehrzahl mit der Leiterplatte 1 elektrisch verbundener Chips 2 und ein Verguss-Abdeckelement 4 aufweist, in dem die Chips 2, eingebettet sind, wobei die von der Leiterplatte 1 abgewandte inaktive Seite der Chips 2 freiliegt und mit der Oberseite des Verguss-Abdeckelements 4 in der gleichen Ebene angeordnet sind.
Das in der 5 dargestellte Verguss-Abdeckelement 4 weist zwei während des Gießformens eingeformte Befestigungselemente 6 auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel können die Befestigungselemente 6 von T-Profil-Schienenabschnitten gebildet sein, die mit ihrem Steg auf der Leiterplatte 1 abgestützt sind und mit den freien Endabschnitten 61 ihres T-Schenkels jeweils aus der Oberseite des Verguss-Abdeckelements 4 herausragen. Die Befestigungselemente 6 sind jeweils im Bereich eines Längsseitenrandes des Verguss-Abdeckelements 4 angeordnet und können sich in Längsrichtung der Leiterplatte 1 im Wesentlichen über die Gesamtlänge des Verguss-Abdeckelements 4 erstreckenden. Die Befestigungselemente 6 können jedoch auch kürzere Abschnitte eines T-Profils, Kopfbolzen oder dergleichen sein, von denen zumindest an jeder Seite eines anstelle der beiden T-Profil-Schienenabschnitte angeordnet ist. Die aus dem Verguss-Abdeckelement 4 herausragenden Endabschnitte 61 der Befestigungselemente 6 dienen zur Befestigung zumindest eines eine Vielzahl von Kühlrippen 71 aufweisenden Kühlkörpers 7, der ähnlich dem Kühlkörper 5 einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein kann. Der hier dargestellte Kühlkörper 7 weist ebenfalls Ausnehmungen 72 auf, die jedoch in der Unterseite seiner Grundplatte ausgebildet sind. Die Ausnehmungen 72 sind in Anpassung an die eingeformten Befestigungselemente 6 ausgebildet, das heißt, wenn die Befestigungselemente 6 beispielsweise Kopfbolzen sind und damit die aus dem Verguss-Abdeckelement herausragenden Abschnitte 61 zylinderförmig sind, dann sind die Ausnehmungen 72 entsprechend groß ausgebildete Löcher, wenn die Befestigungselemente 6 jedoch T-Profil-Schienenabschnitte sind und die somit aus dem Verguss-Abdeckelement 4 herausragenden Abschnitte 61 die Form von ebenen Schienen haben, weisen die Ausnehmungen 72 die Form von Längsnuten auf. Mittels der in das Verguss-Abdeckelement 4 eingeformten Befestigungselemente 6 kann auf dem Verguss-Abdeckelement 4 und damit auf den blanken, inaktiven, freiliegenden Rückseiten der Chips 2 auf einfach Weise ein Kühlkörper 7 befestigt werden, indem die Befestigungselement 6 mit ihren freien Endabschnitten 61 (formschlüssig) mit komplementär ausgebildeten Ausnehmungen 72 des Kühlkörpers 7 in Eingriff gebracht werden.
Anstelle der eingeformten Befestigungselemente 6 können an dem Verguss-Abdeckelement 4 auch einstückig angeformte Befestigungselemente (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die sich von der Oberseite des Verguss-Abdeckelements 4 nach oben erstrecken. Diese angeformten Befestigungselemente können jeden möglichen mittels Gießformens herstellbaren Querschnitt aufweisen, beispielsweise kegelstumpfförmig, trapezförmig oder dergleichen, auf die dann ein Kühlkörper 7 aufsetz- bzw. aufsteckbar ist, so dass die ebene Unterseite des Kühlkörpers in dichtem Kontakt mit der Oberseite des Verguss-Abdeckelements 4 und der inaktiven Rückseite der gehäusten oder ungehäusten Chips 2 gehalten ist. Auch bei der Ausgestaltung mit den einstückig angeformten Befestigungselementen besteht die Möglichkeit, das Verguss-Abdeckelement mit einer die Chips 2 vollständig abdeckenden Schicht aus Gießmasse zu versehen oder deren Oberseite mit der von der Leiterplatten abgewandten Oberseite der Chips in einer Ebene auszubilden.

1: Leiterplatte
11: Kontaktabschnitt
12: Randabschnitt
13: Randabschnitt
2: Chip
3: Lotbump
4: Verguss-Abdeckplatte
41: Kühlrippe
42: Kühlrippe
43: Vertiefung
44: Umfangsrand
45: Klemmleiste
5: Kühlkörper
51: Kühlrippe
52: Ausnehmung
53: Grundplatte
6: Befestigungselement
61: Endabschnitt
7: Kühlkörper
71: Kühlrippe
72: Ausnehmung
8: Kühlschlange

Claims

Leiterplatte (1) mit einem Verguss-Abdeckelement (4), in welches eine Mehrzahl mit der Leiterplatte (1) elektrisch verbundene Chips (2) eingebettet ist und das mit wenigstens einem einstückig angeformten oder mit wenigstens einem eingeformten Wärmeableitelement ausgebildet ist.
Leiterplatte gemäß Anspruch 1, wobei das Wärmeableitelement eine mit dem Verguss-Abdeckelement (4) einstückig hergestellte Kühlrippe (41, 42) ist.
Leiterplatte gemäß Anspruch 2, wobei die Kühlrippe (41) von der Oberseite des Verguss-Abdeckelements (4) vorsteht und sich relativ zur Leiterplatte (1) in deren Längsrichtung oder quer zu deren Längsrichtung oder schräg zu deren Längsrichtung erstreckt.
Leiterplatte gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei eine Vielzahl von Kühlrippen (41) jeweils mit einem Abstand voneinander angeordnet ist.
Leiterplatte gemäß Anspruch 2, wobei die Kühlrippe (42) von wenigstens einer sich im Wesentlichen parallel zur Leiterplattenebene erstreckenden Vertiefung (43) in wenigstens einem der Umfangsränder des Verguss-Abdeckelements (4) ausgebildet ist.
Leiterplatte gemäß Anspruch 1, wobei das Wärmeableitelement ein an der Oberseite des Verguss-Abdeckelements (4) angeordneter Kühlkörper (5) mit in das Verguss-Abdeckelement (4) eingeformten Abschnitten ist.
Leiterplatte gemäß Anspruch 6, wobei der Kühlkörper (5) von einer Grundplatte (53) mit auf deren Oberseite ausgebildeten Kühlrippen (51) gestaltet ist, der zumindest an zwei seiner Umfangsränder Ausnehmungen (52) aufweist, die mit Vergussmasse ausgefüllt sind.
Leiterplatte gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei der Kühlkörper (5) direkt auf der von der Leiterplatte (1) abgewandten Seite der Chips (2) angeordnet ist.
Leiterplatte gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei sich der wenigstens eine Kühlkörper (5) im Wesentlichen über die gesamte Länge des Verguss-Abdeckelements (4) erstreckt.
Leiterplatte gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei mehrere Kühlkörper (5) nebeneinander angeordnet sind.
Leiterplatte gemäß Anspruch 1, wobei das Wärmeableitelement eine in das Verguss-Abdeckelement (4) eingeformte ein Kühlmedium führende Kühlschlange (8) ist.
Leiterplatte (1) mit einem Verguss-Abdeckelement (4), in welches eine Mehrzahl mit der Leiterplatte (1) elektrisch verbundene Chips (2) eingebettet ist und das mit wenigstens einem einstückig angeformten Befestigungselement (45) oder wenigstens einem eingeformten Befestigungselement (6) versehen ist, das zum Befestigen eines Wärmeableitelementes (7) mit einem Befestigungsabschnitt von dem Verguss-Abdeckelement (4) vorsteht bzw. aus diesem herausragt.
Leiterplatte gemäß Anspruch 12, bei der die Oberseite des Verguss-Abdeckelements (4) und die von der Leiterplatte (1) abgewandte Seite des Chips (2) in der gleichen Ebene angeordnet sind und das Wärmeableitelement unter Herstellen eines direkten Kontakts mit den Chips (2) mit dem wenigstens einen Befestigungselement (61) formschlüssig verbunden ist.
Leiterplatte (1) die an zwei Seiten mit Chips (2) bestückt ist und auf beiden Seiten ein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildetes Verguss-Abdeckelement (4) aufweist.
Leiterplatte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Chips (2) Speicherchips sind.
Leiterplatte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Chips (2) mittels Lotbumps (3) mit der Leiterplatte (1) elektrisch verbunden sind.
Leiterplatte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Verguss-Abdeckelement (4) aus einem Vergussmaterial hergestellt ist, dessen Wärmeleiteigenschaften durch den Zusatz geeigneter Füllstoffe optimiert sind.
Leiterplatte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Verguss-Abdeckelement (4) mittels Spritzgießens hergestellt ist.