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Die Erfindung betrifft eine Leiterplattenanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein Verfahren zur Bereitstellung eines Abstandshalters zwischen einem Kühlkörper und einer Platine nach Anspruch 6 und eine Verwendung eines Abstandshalters nach Anspruch 10.
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Durch die Verlustleistung von Bauteilen (z.B. bei einem Transistor oder einem linearen Spannungsregler) wird Wärme produziert. Mit steigender Temperatur verringern sich die Lebensdauer und die Leistung der Bauteile. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn die Wärme von dem Bauteil abgeführt wird.
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Reicht die Wäremabfuhr über die Umgebungsluft oder die Platine alleine nicht aus, besteht eine gängige Möglichkeit der Bauteileentwärmung darin, die Wärme durch die Platine hindurch zu leiten und rückseitig über einen Kühlkörper abzuführen. Eine wärmeleitende Verbindung zwischen dem Kühlkörper und dem zu entwärmenden Bauteil wird z.B. über Wärmeleitpaste hergestellt, welche zwischen dem Kühlkörper und der Leiterplatte platziert wird. Dabei ist es wichtig, dass die Luft zwischen den Oberflächen – welche sich in mikroskopischen Unebenheiten befindet – soweit wie möglich verdrängt wird. Je mehr Luft verdrängt wird, desto mehr kann der Wärmewiderstand verringert werden.
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Der Kühlkörper weist neben der guten thermischen Leitfähigkeit in der Regel auch eine gute elektrische Leitfähigkeit auf. Beim Aufpressen des Kühlkörpers auf die Wärmeleitpaste in Richtung Platine kann es passieren, dass der Kühlkörper eine oder mehrere Leiterbahnen, insbesondere Signalleiterbahnen, auf der Platine berührt und somit die Gefahr eines Kurzschlusses entsteht. Im Stand der Technik ist dazu bekannt, Glasperlen in die Wärmeleitpaste einzubringen, so dass ein Mindestabstand in Höhe der Glasperlen zwischen dem Kühlkörper und der Platine besteht. Damit wird eine Berührung zwischen Kühlkörper und Leiterbahnen verhindert.
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Diese Vorgehensweise hat jedoch den Nachteil, dass dabei auch die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitpaste vermindert wird. Ferner sind derartige Wärmeleitpasten aufwendiger herzustellen und in der Regel teurer als Wärmeleitpasten ohne distanzbestimmende Zuschlagsstoffe. Auch muss für jeden individuellen Nennabstand eine eigene Wärmeleitpaste mit entsprechender Glaskugelgröße vorgehalten werden, was zusätzliche Kosten verursacht. Zudem ist mit Wärmeleitpaste keine feste Verbindung zwischen dem Kühlkörper und der Platine herstellbar. Der Kühlkörper kann sich leicht von der Platine ablösen und muss aus diesem Grund zusätzlich an der Platine befestigt werden (z.B. mittels einer Schraube).
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Bei der Verwendung von Wärmeleitklebern ist zwar eine feste Verbindung zwischen Kühlkörper und Platine herstellbar. Die distanzbestimmenden Zuschlagsstoffe vermindern jedoch die zu erzielende Festigkeit der Klebeverbindung.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Abstandshalter zur Isolierung zwischen dem Kühlkörper und der Platine bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Leiterplattenanordnung nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 6 und eine Verwendung nach Anspruch 10.
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Die Erfindung betrifft eine Leiterplattenanordnung, umfassend eine Platine und einen Kühlkörper, wobei zwischen der Platine und dem Kühlkörper ein Wärmeleitmittel sowie mindestens ein Abstandshalter angeordnet sind. Der Abstandshalter ist dabei als Lotkörper ausgebildet. Bevorzugt ist der Lotkörper auf einem Lötpad der Platine aufgebracht. Das Lötpad ist dabei bevorzugt derart ausgebildet, dass es von Signalleiterbahnen der Platine elektrisch isoliert ist. Signalleiterbahnen sind in diesem Zusammenhang Leiterbahnen, die elektrische Signale übertragen.
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Insbesondere ist das Lötpad von allen Leiterbahnen isoliert, die nicht mit einem Bezugspotential verbunden sind.
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Als Lotkörper ist im Rahmen der Erfindung ein Körper anzusehen, welcher aus Lot geformt ist und nach dem Lötprozess in seiner Form bleibt, also im Wesentlichen formbeständig ist. Die Bezeichnung „Platine“ wird im Rahmen der Erfindung als Synonym zu der Bezeichnung „Leiterplatte“ verwendet.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine sehr einfache und kostengünstige Bereitstellung eines Abstandshalters erfolgt. Lot ist ein kostengünstiges Material, was je nach Bedarf in seiner verwendeten Menge und der Position angepasst werden kann. Die Verwendung von Lot bietet somit eine flexible Anpassung an die jeweiligen Bedürfnisse. Um als Abstandshalter einsetzbar zu sein, muss das Lot als dreidimensionaler Körper ausgebildet werden, der im Wesentlichen formbeständig ist. Der Lotkörper ist dabei durch Bestimmung der verwendeten Lotmenge flexibel in seinen Maßen, z.B. in seiner Höhe, anpassbar. Zudem ist der Lotkörper frei positionierbar. Weiterhin kann die Anzahl der Lotkörper je nach Bedarf angepasst werden.
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Der Lotkörper bewirkt, dass der Kühlkörper, wenn er auf das wärmeleitende Material gedrückt wird, nicht näher an die Platine herangedrückt werden kann, als der Lotkörper es von seiner Höhe her zulässt. Der Lotkörper stellt somit einen isolierenden Abstand zwischen dem Kühlkörper und der Platine her.
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Lot ist elektrisch leitfähig. Durch die bevorzugte Anordnung des Lots auf einem Lötpad der Platine, welches von den Signalleiterbahnen der Platine isoliert ist, kann jedoch kein Kurzschluss entstehen.
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Ferner wird bei der Verwendung von Lot als Abstandshalter auch nicht die Wärmeleitfähigkeit zwischen Kühlkörper und Platine reduziert. Durch die Erfindung ist es nämlich nicht mehr notwendig, dem Wärmeleitmittel Abstandshalter (wie z.B. Glasperlen) beizumischen. Das wärmeleitende Material zwischen Kühlkörper und Platine kann somit derart gewählt werden, dass eine optimale Wärmeleitfähigkeit zwischen Platine und Kühlkörper möglich ist.
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Bevorzugt verjüngt sich die Form des Lotkörpers ausgehend von der Grundfläche am Lötpad mit zunehmendem Abstand zum Lötpad. Der Lotkörper kann in dreidimensionaler Ansicht z.B. im Wesentlichen als Kugelsegment ausgebildet sein. Damit hätte der Lotkörper in Annäherung die Form einer Kuppel mit einer Kreisscheibe als Grundfläche. Bevorzugt liegt auf dem höchsten Punkt des Lotkörpers der Kühlkörper auf.
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Bevorzugt werden mehrere Lotkörper als Abstandshalter vorgesehen. Besonders bevorzugt werden derart viele Lotkörper vorgesehen, dass der Kühlkörper stabil auf den Lotkörpern aufliegt.
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Die elektrische Isolierung des Lötpads wird bevorzugt derart hergestellt, dass zwischen dem Lötpad und den Signalleiterbahnen die Kupferschicht unterbrochen ist und daher keine elektrische Verbindung besteht.
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Lot ist im Zusammenhang mit der Erfindung insbesondere eine Metall-Legierung, die unterschiedliche Mischungsverhältnisse von Metallen enthalten kann. Bevorzugt ist das Lot als Weichlot ausgebildet. Besonders bevorzugt umfasst das Lot Blei, Zinn, Zink, Silber und/oder Kupfer. Insbesondere bevorzugt ist das Lot als Lotpaste ausgebildet und somit eine Mischung aus Lotpulver und Flussmittel.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Wärmeleitmittel als Wärmeleitkleber ausgebildet. Der Wärmeleitkleber kann im Gegensatz zu Wärmeleitpaste eine nicht lösbare Verbindung zwischen Kühlkörper und Platine herstellen, so dass keine zusätzliche Befestigung (z.B. mittels einer Schraube) zwischen Kühlkörper und Platine notwendig ist. Die nicht lösbare Verbindung ist bevorzugt eine stoffschlüssige Verbindung. Ein Ablösen des Kühlkörpers von der Platine ist daher nur unter Zerstörung des Klebers möglich.
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In einer Alternative kann jedoch auch Wärmeleitpaste als Wärmeleitmittel verwendet werden. In diesem Fall wird der Kühlkörper bevorzugt zusätzlich mit einem Befestigungsmittel an der Platine befestigt. Das Befestigungsmittel kann z.B. als Schraube ausgebildet sein.
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Der Wärmeleitkleber – und als Alternative die Wärmeleitpaste ist bevorzugt nicht elektrisch leitfähig. Dies hat den Vorteil, dass bei einer Entwärmung mehrerer Bauteile mit unterschiedlichen Potentialen durch einen einzigen Kühlkörper kein Kurzschluss entstehen kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Leiterplattenanordnung ein zu entwärmendes Bauteil auf. Der Kühlkörper ist in dieser Ausführungsform bevorzugt an einer ersten Seite der Platine angeordnet, während das zu entwärmende Bauteil auf einer zweiten Seite der Platine angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Platine von beiden Seiten bestückt werden kann, was Platz spart und wodurch insgesamt mehr Bauteile auf der Platine vorgesehen werden können. Besonders bevorzugt liegen sich der Kühlkörper und das zu entwärmende Bauteil auf den jeweiligen Seiten gegenüber, so dass Verbindungen zwischen ihnen auf kurzen Wegen möglich sind.
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Insbesondere bevorzugt ist das zu entwärmende Bauteil als oberflächenmontiertes Bauelement (SMD, surface mounted devices) ausgebildet. SMD-Bauelemente weisen Anschlussflächen auf, welche durch Löten mit Lötflächen der Leiterplatte verbunden werden. Die Verwendung solcher oberflächenmontierter Bauelemente hat somit den Vorteil, dass eine Durchkontaktierung – also das Führen von Anschlussdrähten durch Bestückungslöcher der Platine und das Verlöten der Drähte auf der Rückseite der Platine – entfällt. Zudem werden die Eigenschaften der Schaltung im Hochfrequenzbereich verbessert und die Platinen können automatische Bestückungsanlagen durchlaufen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Platine Durchkontaktierungen (sog. „thermal vias“) auf. Die Durchkontaktierungen sind dabei derart ausgebildet, dass senkrecht in die Platine Kupfer eingebracht ist. An den Stellen, an denen die Durchkontaktierungen an der ersten oder zweiten Seite der Platine an die Oberfläche treten, sind das zu entwärmende Bauteil und der Kühlkörper angeordnet. Damit wird eine thermische Verbindung zwischen dem zu entwärmenden Bauteil über die Durchkontaktierungen und den Wärmeleitkleber zum Kühlkörper hergestellt. Die Temperatur des Bauteils wird somit durch die Ableitung der Wärme vom Kühlkörper reduziert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Lotkörper mit einem Bezugspotential verbunden. Der Lotkörper ist somit „mit Masse“ verbunden. Z.B. kann das Lötpad dafür an eine Masseleitbahn und/oder eine Massefläche angebunden werden. Dadurch wird die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Leiterplattenanordnung verbessert. Es werden somit weniger elektromagnetische Störungen verursacht, so dass andere Bauteile durch derartige Störungen nicht negativ beeinflusst werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Lot als Lötzinn ausgebildet. Der Schmelzpunkt des Lots liegt in diesem Fall bevorzugt unter 330 °C. Besonders bevorzugt ist das Lötzinn als Sickerlot ausgebildet und weist insbesondere bevorzugt einen Zinnanteil zwischen 60 und 63 % auf.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zusätzlich zum Lot auch ein Flussmittel verwendet. Besonders bevorzugt ist dieses Flussmittel dem Lot beigemischt. Das Flussmittel senkt vorteilhaft die Oberflächenspannung des Lots und erleichtert damit den Schmelzvorgang. Es verhindert zudem vorteilhaft eine Oxidation.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Kühlkörper ein Rippenkühlkörper. Besonders bevorzugt weist der Rippenkühlkörper nach außen dünner werdende Rippen auf. Dies hat den Vorteil, dass eine verbesserte Kühlung stattfindet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Lotkörper mit einer elektrischen Messeinrichtung verbunden. Diese Lotkörper werden im Folgenden als Mess-Lotkörper bezeichnet. Über die elektrische Messeinrichtung kann der bei Fügen von Platine und Kühlkörper im Moment der Berührung entstehende elektrische Kontakt zwischen Lötpad und Kühlkörper als Indikator für das Erreichen der Endposition ausgewertet werden.
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Alternativ kann der elektrische Kontakt von zwei Lötpads, die über den Kühlkörper verbunden werden, elektrisch ausgewertet werden. In einer weiteren Alternative weist der Mess-Lotkörper eine minimal geringere Höhe als die Lotkörper zum Abstandhalten auf. Dadurch lässt sich im Fügeprozess – also beim Drücken des Kühlkörpers in Richtung Platine – eine definierte plastische Verformung der Abstands-Lotkörper elektrisch überwachen. Zudem kann bei Ausführungen der Leiterplattenanordnung, die ständig einer Krafteinwirkung zwischen Platine und Kühlkörper ausgesetzt sind, eine sich über die Lebensdauer ergebende Verringerung des Isolationsabstandes elektrisch überwacht werden. Besonders bevorzugt sind ein oder mehrere Mess-Lotkörper zusätzlich zu den Lotkörpern zum Abstandshalten vorgesehen.
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Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Bereitstellung eines Abstandshalters zwischen einem Kühlkörper und einer Platine, wobei der Abstandhalter als Lotkörper ausgebildet ist. Das Lot wird dafür derart einem Lötprozess unterzogen, dass sich ein im Wesentlichen formstabiler Lotkörper bildet, der durch seine Maße den Abstand zwischen der Platine und dem Kühlkörper bestimmt. Das Lot wird dabei bevorzugt auf ein von Signalleiterbahnen der Platine isoliertes Lötpad aufgebracht.
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Bevorzugt wird das Lot derart auf das Lötpad aufgebracht, dass bei dem Löt-Prozess ein Lotkörper entsteht, der vorbestimmte Maße aufweist. Insbesondere wird die Höhe des Lotkörpers vorbestimmt. Wenn mehrere Lotkörper als Abstandshalter verwendet werden sollen, sind die Lotkörper in ihren Maßen, insbesondere bezüglich ihrer Höhe, bevorzugt aufeinander abgestimmt, so dass der Kühlkörper stabil auf den Abstandshaltern aufliegen kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Lot mittels eines Reflow-Verfahrens stoffschlüssig mit der Platine verbunden. Beim Reflow-Verfahren wird zuerst das Lot auf die Platine aufgetragen und anschließend die Platine mit den Bauteilen bestückt. Das Lot wird dann mittels einer Wärmequelle aufgeschmolzen, um eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Platine und Bauteil herzustellen. Als Wärmequelle kann dabei eine Heizplatte, ein beheiztes Bauteil, ein Infrarotstrahler, Laserstrahlen oder Kondensationswärme einer Dampfphase dienen. Zudem kann das Verfahren auch in einem sog. Vollkonvektions-Reflow-Lötsystem durchgeführt werden. Besonders bevorzugt wird das Reflow-Verfahren in einem Reflow-Ofen durchgeführt. Der Vorteil des Reflow-Verfahrens ist, dass das Löten mit der Hand entfällt. Der Vorgang des Lötens wird daher vereinfacht.
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Insbesondere werden bei dem Verfahren folgende Schritte durchgeführt.
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In einem ersten Schritt werden die Lötpads mit Lot – insbesondere in Form von Lötpaste – bedruckt. Dies erfolgt bevorzugt mittels einer Lötpastenschablone. Die Lötpastenschablone weist Aussparungen auf, die mit Lot befüllt werden. Mittels der Ausgestaltung der Schablone – und insbesondere der Aussparungen können die Form und die Maße der Lotkörper bestimmt werden. Insbesondere wird die Lötpastenschablone zur Bestimmung der Höhe der Lotkörper verwendet, da diese den Abstand zwischen Platine und Kühlkörper bestimmt.
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In einem zweiten Schritt wird die Platine mit dem Lot im Reflow-Verfahren aufgeschmolzen, so dass bei der Abkühlung ein fester Lotkörper entsteht. Dabei kann die Platine auch schon mit Bauteilen, wie z.B. dem zu entwärmenden Bauteil, bestückt sein, so dass die Bauteile ebenfalls stoffschlüssig mit der Platine verbunden werden.
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Besonders bevorzugt wird auf der ersten Seite der Platine Lot auf den Lötpads aufgebracht. Zudem wird auf der zweiten Seite der Platine Lot zur Befestigung des zu entwärmenden Bauteils aufgebracht. Anschließend wird die zweite Seite an den Stellen mit dem aufgebrachten Lot mit dem zu entwärmenden Bauteil bestückt. Mittels des Reflow-Verfahrens wird dann auf der zweiten Seite eine feste Verbindung zwischen dem Bauteil und der Platine hergestellt sowie das Lot auf der ersten Seite in einen im Wesentlichen formstabilen Körper überführt.
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In einem dritten Schritt wird Wärmeleitkleber auf die erste Seite der Platine aufgebracht. Bevorzugt sind bereits mehrere Abstandshalter auf der ersten Seite der Platine vorhanden und begrenzen die Fläche, in welcher der Wärmeleitkleber aufgebracht wird. Bevorzugt sind die Abstandshalter an den äußeren Ecken der Fläche angebracht, welche den Kühlkörper und die Platine thermisch über den Wärmeleitkleber verbinden soll.
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In einem vierten Schritt wird der Kühlkörper auf den Wärmeleitkleber aufgebracht. Dabei wird der Kühlkörper bevorzugt derart weit in Richtung der Platine gedrückt, bis er die Abstandshalter berührt. Bevorzugt wird daher im dritten Schritt so viel Wärmeleitkleber aufgetragen, dass im vierten Schritt keine Luft mehr zwischen der Platine und dem Kühlkörper verbleibt. Dies führt vorteilhaft zu einer sehr guten Wärmeleitfähigkeit.
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Auch wenn der Kühlkörper mehrere Bauteile entwärmt, die verschiedene Potentiale aufweisen, kann es keinen Kurzschluss geben, da der Kühlkörper durch die Abstandshalter einen Mindestabstand zur Platine einhält und somit die Platine nicht berührt.
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In einem fünften Schritt kann optional einer oder mehrere der Abstandshalter an ein Bezugspotential (also an „Masse“) angeschlossen werden.
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Zuletzt betrifft die Erfindung die Verwendung eines Abstandshalters aus Lot.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Figuren.
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In schematischer Darstellung zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel der Leiterplattenanordnung in Seitenansicht,
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2 ein Beispiel einer unbestückten Leiterplatte bzw. Platine in der Draufsicht,
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3 ein Beispiel einer unbestückten Leiterplatte in Schnittdarstellung,
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4 eine Vergrößerungsansicht eines Lötpads in der Draufsicht sowie
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5a–d beispielhafte Verfahrensschritte zur Bereitstellung eines Abstandshalters zwischen einem Kühlkörper und einer Platine.
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1 zeigt eine Leiterplattenanordnung 1 mit einer Platine (bzw. Leiterplatte) 3, die mehrere Komponenten umfasst. Eine Hauptschicht 5 der Platine 3 kann in mehrere Unterschichten (nicht gezeigt) aufgeteilt sein. So kann die Hauptschicht 5 z.B. einen Metallkern, leitende Schichten und isolierende Schichten aufweisen. Die Platine 3 weist zudem eine Kupferschicht auf, welche z.B. Signalleiterbahnen 7‘ oder Lötpads 7‘‘ bilden. Die Lötpads 7‘‘ sind dabei als isolierte Flächen auf der Platine 3 ausgebildet. Die Isolierung zwischen den Signalleiterbahnen 7‘ und den Lötpads 7‘‘ wird durch Unterbrechungen in der Kupferschicht hergestellt, in denen Lötstopplack 9 aufgebracht ist.
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Die Leiterplattenanordnung 1 umfasst weiterhin ein zu entwärmendes Bauteil 11, welches thermisch und elektrisch über eine Verbindungsschicht 15 der Platine 3 mit der Platine 3 verbunden ist. Vorzugsweise weist die Platine 3 an dieser Stelle als Verbindungsschicht 15 eine Kupferschicht auf und das zu entwärmende Bauteil 11 ist mittels Lot (nicht gezeigt) an der Platine 3 befestigt.
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Die Platine 3 weist eine erste Seite 17 und eine zweite Seite 19 auf, wobei das zu entwärmende Bauteil 11 an der zweiten Seite 19 angeordnet ist. An der ersten Seite 17 der Platine 3 ist an den Lötpads 7‘‘ jeweils ein Lotkörper 21 angeordnet. Auf den Lotkörpern 21 liegt der Kühlkörper 13 auf. Im Zwischenraum zwischen dem Kühlkörper 13 und der Platine 3 ist Wärmeleitkleber 23 angeordnet, welcher den Kühlkörper 13 stoffschlüssig mit der Platine 3 verbindet. An der Stelle der Platine 3, an welcher der Kühlkörper platziert ist, oder zumindest in einem Teil dieser Fläche, ist eine weitere Verbindungsschicht 16 vorgesehen, die ebenfalls – wie die Verbindungsschicht 15 der zweiten Seite 19 – bevorzugt als Kupferschicht ausgebildet ist.
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Die Platine 3 weist ferner zwischen den beiden Verbindungsschichten 15, 16 Durchkontaktierungen (nicht gezeigt) auf. Bevorzugt sind die Durchkontaktierungen Bohrungen in der Platine 3, welche mit Kupfer ausgekleidet sind. Die Durchkontaktierungen sind senkrecht zwischen den beiden Seiten 17, 19 der Platine 3 angeordnet und werden auch als „thermal vias“ bezeichnet.
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Die Wärme aus der Verlustleistung des zu entwärmenden Bauteils 11 kann so über die Verbindungsschicht 15 der zweiten Seite 19, die Durchkontaktierungen, die Verbindungsschicht 16 der ersten Seite 17 und den Wärmeleitkleber 23 an den Kühlkörper 13 abgegeben werden, so dass sich die Wärme in dem zu entwärmenden Bauteil 11 verringert. Dadurch werden die Leistung und die Lebensdauer erhöht bzw. es wird verhindert, dass die Leistung und die Lebensdauer des Bauteils sich verringern.
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2 zeigt beispielhaft eine unbestückte Platine 3 in der Draufsicht auf die erste Seite 17. Die Platine 3 weist einen Bereich mit Durchkontaktierungen 25 auf. Auf der Platine 3 sind zudem die Lötpads 7‘‘ gezeigt. Ferner ist der Verlauf einer Signalleiterbahn 7‘ angedeutet. In dieser Konstellation gemäß 2 kann auf der zweiten Seite 19 das zu entwärmende Bauteil 11 angeordnet sein. In einer Alternative (nicht gezeigt) könnten zwei oder mehr Bereiche mit Durchkontaktierungen 25 vorgesehen sein, so dass zwei oder mehr zu entwärmende Bauteile 11 an der zweiten Seite 19 angeordnet werden könnten, die jeweils über einen Bereich mit Durchkontaktierungen 25 und über den selben Kühlkörper 13 entwärmt würden.
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3 zeigt beispielhaft einen Schnitt durch eine unbestückte Platine 3, wobei die Durchkontaktierungen 25 als senkrechte Kupferleitungen zu sehen sind.
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4 zeigt eine Vergrößerung eines Lötpads 7‘‘ in der Draufsicht (Vergrößerung z.B. aus 2). In der Draufsicht von 4 ist nur ein Ausschnitt der Platine 3 gezeigt, was mit der gezackten Außenumrandung dargestellt ist. Das Lötpad 7‘‘ ist bevorzugt als insbesondere kreisförmige Kupferschicht ausgebildet. Dabei ist das Lötpad 7‘‘ von Signalleiterbahnen 7‘, die ebenfalls als Kupferschicht ausgebildet sind, isoliert. Zwischen den Leiterbahnen 7‘ und den Lötpads 7‘‘ ist der Lötstopplack 9 aufgebracht.
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5 zeigt das Verfahren zur Bestückung der Platine 3 und zur Bereitstellung des Abstandshalters. Die einzelnen Schritte sind dabei in den 5a bis 5d gezeigt.
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5a zeigt eine unbestückte Platine 3, die Durchkontaktierungen 25 (hier nicht gezeigt, da keine Schnittdarstellung) in der Hauptschicht 5 aufweist. An den Stellen, an denen die Durchkontaktierungen 25 an die Oberfläche der beiden Seiten 17, 19 treten, ist jeweils eine Verbindungsschicht 15, 16 angeordnet, welche z.B. als dünne Kupferschicht ausgebildet sein kann.
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In einem ersten Schritt gemäß 5b wird auf die Lötpads 7‘‘ Lot aufgebracht. Bevorzugt wird für das Aufbringen des Lots eine Lötschablone verwendet. Das Lot wird anschließend mittels eines Reflow-Verfahrens, z.B. in einem Reflow-Ofen, aufgeschmolzen. Beim Abkühlen des Lots verfestigt sich das Lot, so dass ein im Wesentlichen formstabiler Lotkörper 21 entsteht. Die Menge des Lots kann je nach Bedarf variiert werden. Dadurch kann die Höhe der Lotkörper 21 individuell festgelegt werden. Mit der Höhe der Lotkörper 21 wird auch der Abstand festgelegt, der später zwischen der Platine 3 und dem Kühlkörper 13 bestehen soll.
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Gleichzeitig kann in diesem Schritt auch das zu entwärmende Bauteil 11 an der Platine 3 mittels Lot befestigt werden. Das Lot zur Befestigung an der Platine 3 kann dann nämlich vorteilhaft zusammen mit dem Lot auf den Lötpads 7‘‘ im Reflow-Ofen aufgeschmolzen werden. Alternativ kann die Befestigung des Bauteiles 11 an der Platine 3 in einem separaten Schritt (mit separatem Lötvorgang im Reflow-Ofen) durchgeführt werden.
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In einem zweiten Schritt gemäß 5c wird Wärmeleitkleber 23 auf die Platine 3 aufgebracht. Insbesondere wird der Wärmeleitkleber 23 auf die Verbindungsschicht 16 der ersten Seite 17 sowie auf die umgebenden Bereiche der Verbindungsschicht aufgebracht. Die Begrenzung für die Fläche können dabei die Lotkörper 21 darstellen. Das Aufbringen des Wärmeleitklebers 23 ist beispielhaft mit einer angedeuteten spritzenartigen Vorrichtung 29 durchführbar, kann aber auch durch jede andere Technik aufgebracht werden.
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In einem dritten Schritt gemäß 5d wird der Kühlkörper 13 in Richtung der Platine 3 (siehe Pfeil) aufgebracht. Der Kühlkörper 13 wird dabei auf den Wärmeleitkleber 23 gedrückt, so dass sich dieser in möglichst alle Zwischenräume der Auflagefläche eindrückt. Es ist somit im zweiten Schritt darauf zu achten, dass genug Wärmekleber aufgebracht wird, damit dieser so viel Luft wie möglich verdrängen und die Lücken ausfüllen kann. Der Kühlkörper 13 kann durch die Lotkörper 21 nur so weit in Richtung Platine gedrückt werden, bis der Kühlkörper an den höchsten Punkt des Lotkörpers 21 stößt. Der Lotkörper 21 sorgt somit dafür, dass ein definierter Abstand zwischen dem Kühlkörper 13 und der Platine 3 besteht und dient daher als Abstandshalter. Da der Kühlkörper 13 durch die Lotkörper 21 nicht die Platine 3 und damit nicht die Signalleiterbahnen 7‘ berühren wird, wird verhindert, dass ein Kurzschluss stattfinden kann.
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Der Wärmeleitkleber 23 klebt den Kühlkörper 13 stoffschlüssig an der Platine 3 fest. Der Kühlkörper 13 muss daher nicht noch zusätzlich an der Platine befestigt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leiterplattenanordnung
- 3
- Platine
- 5
- Hauptschicht
- 7'
- Signalleiterbahn
- 7''
- Lötpad
- 9
- Lötstopplack
- 11
- zu entwärmendes Bauteil
- 13
- Kühlkörper
- 15, 16
- Verbindungsschicht
- 17
- erste Seite
- 19
- zweite Seite
- 21
- Lotkörper
- 23
- Wärmeleitkleber
- 25
- Durchkontaktierungen
- 29
- spritzenartige Vorrichtung
