DE102016220756A1 - Wärme ableitende Anordnung und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

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Abstract

Bereitgestellt wird eine Wärme ableitende Anordnung, wobei die Wärme ableitende Anordnung zumindest ein Leistungsmodul, das eine Leiterplatte (2) mit auf einer ersten Seite und/oder der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite davon angeordneten zu kühlenden Komponenten (3) und/oder Durchgangsbohrungen (3) zwischen der ersten und der zweiten Seite der Leiterplatte (2) aufweist, und zumindest einen auf zumindest einer der Seiten der Leiterplatte (2) und über zumindest den zu kühlenden Komponenten (3) angeordneten Kühlkörper (1) aufweist, wobei auf zumindest einer der Seiten der Leiterplatte (2) auf zumindest einer der Komponenten (3) jeweils zumindest ein Wärmeleitelement (4) angeordnet ist, das eine vorgegebene Struktur aufweist, die sich von der Leiterplatte (2) in eine Richtung weg von der Leiterplatte (2) in den Kühlkörper (1) erstreckt, und/oder durch zumindest eine der Durchgangsbohrungen (3) jeweils zumindest ein Durchdruck-Wärmeleitelement (41) zur thermischen Anbindung von auf der anderen Seite der Leiterplatte (2) angeordneten Komponenten (3) angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärme ableitende Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.
  • Wärmeableitelemente wie Kühlkörper in der Leistungselektronik und in Steuergeräten dienen zur Kühlung unterschiedlichster Komponenten, z.B. von Bauteilen oder Strukturen auf der Leiterplatte. Durch Toleranzen und vorhandene Oberflächenbeschaffenheit ist ein direkter Kontakt des Kühlkörpers zu den Komponenten für die Wärmeleitung nicht optimal. Deshalb war es bei bisher bekannten Entwärmungsstrategien zur besseren Wärmeanbindung notwendig, eine spaltüberbrückende und wärmeleitende Schicht einzubringen, wie in 1 gezeigt und mit Bezugszeichen 5 versehen. Eine solche spaltüberbrückende und wärmeleitende Schicht 5 kann eine Wärmeleitpaste oder ein sogenannter Gapfiller sein, der auf entsprechenden Komponenten 3 oder 4, also z.B. Bauteilen, Strukturen oder Vias auf der Leiterplatte 2 angeordnet ist. Sowohl eine Wärmeleitpaste als auch ein Gapfiller benötigen eine gewisse Schichtdicke, wobei die Wärmeleitfähigkeit solcher Medien in der Regel schlechter als die von Metall ist, wodurch die Entwärmung über den Kühlkörper 1 beeinflusst und die maximale Verlustleitung herabgesetzt wird.
  • Weitere Nachteile von bekannten Wärme ableitenden Anordnungen sind auch, dass bei der Herstellung ein separater Prozess-Schritt nötig ist, um die wärmeleitende Schicht 5 herzustellen. Außerdem ist für eine benötigte Wärmeverteilung ein großer Querschnitt des Kühlkörpers nötig, um keinen Wärmestau zu verursachen. Dies kann zu Platzproblemen beim Einbau der Anordnung führen.
  • Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Wärme ableitende Anordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung der Anordnung bereitzustellen, durch welche die genannten Nachteile überwunden werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Bereitgestellt wird eine Wärme ableitende Anordnung, wobei die Wärme ableitende Anordnung zumindest ein Leistungsmodul, das eine Leiterplatte mit auf einer ersten Seite und/oder der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite davon angeordneten zu kühlenden Komponenten und/oder Durchgangsbohrungen zwischen der ersten und der zweiten Seite der Leiterplatte aufweist, und zumindest einen auf zumindest einer der Seiten der Leiterplatte und über zumindest den zu kühlenden Komponenten angeordneten Kühlkörper aufweist, wobei auf zumindest einer der Seiten der Leiterplatte auf zumindest einer der Komponenten jeweils zumindest ein Wärmeleitelement angeordnet ist, das eine vorgegebene Struktur aufweist, die sich von der Leiterplatte in eine Richtung weg von der Leiterplatte in den Kühlkörper erstreckt, und/oder durch zumindest eine der Durchgangsbohrungen jeweils zumindest ein Durchdruck-Wärmeleitelement zur thermischen Anbindung von auf der anderen Seite der Leiterplatte angeordneten Komponenten angeordnet ist.
  • In einer Ausgestaltung ist jedes Wärmeleitelement direkt auf die zumindest eine Komponente oder auf eine auf der Komponente angeordnete wärmeleitende Schicht aufgedruckt, oder ist als Einlegeteil auf der Komponente oder auf einer auf der Komponente angeordneten wärmeleitenden Schicht angeordnet.
  • In einer Ausgestaltung sind auf der Leiterplatte benachbart angeordnete Komponenten zusätzlich thermisch über zumindest eines der Wärmeleitelemente miteinander verbunden.
  • In einer Ausgestaltung sind das zumindest eine Wärmeleitelement und/oder das zumindest eine Durchdruck-Wärmeleitelement und/oder der zumindest eine Kühlkörper mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt.
  • In einer Ausgestaltung sind die Komponenten elektrisch leitfähige und/oder elektronische Bauteile, thermische Vias und/oder Leiterbahnen.
  • In einer Ausgestaltung ist das Wärmeleitelement aus einem wärmeleitenden Material, bevorzugt einem Metall, insbesondere aus Aluminium oder Kupfer.
  • In einer Ausgestaltung ist die Struktur jedes Wärmeleitelements auf jeder der Komponenten oder der Durchgangsbohrungen zur Wärmeableitung der entsprechenden Komponente oder des Durchgangslochs angepasst gebildet.
  • Vorgeschlagen wird ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Wärme ableitenden Anordnung, wobei die Wärme ableitende Anordnung zumindest ein Leistungsmodul, das eine Leiterplatte mit auf einer ersten Seite und/oder der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite davon angeordneten zu kühlenden Komponenten und/oder Durchgangsbohrungen zwischen der ersten und der zweiten Seite der Leiterplatte aufweist, und zumindest einen auf zumindest einer der Seiten der Leiterplatte und über zumindest den zu kühlenden Komponenten anzuordnenden Kühlkörper aufweist, wobei in einem ersten Schritt auf zumindest einer der Seiten der Leiterplatte auf zumindest einer der Komponenten jeweils ein Wärmeleitelement angeordnet wird, das eine vorgegebene Struktur aufweist, die sich von der Leiterplatte in eine Richtung weg von der Leiterplatte erstreckt, und/oder durch zumindest eine der Durchgangsbohrungen jeweils ein Durchdruck-Wärmeleitelement zur thermischen Anbindung von auf der anderen Seite der Leiterplatte angeordneten Komponenten durchgedruckt wird, wobei in einem zweiten Schritt der Kühlkörper auf zumindest eine der Seiten der Leiterplatte und über jedes der auf der entsprechenden Seite, auf der der Kühlkörper (1) aufgedruckt wird, vorhandenen Wärmeleitelemente derart gedruckt wird, dass eine direkte thermische Anbindung des Kühlkörpers mit dem Leistungsmodul über jedes der Wärmeleitelemente entsteht.
  • In einer Ausgestaltung ist jedes Wärmeleitelement direkt auf die zumindest eine Komponente oder auf eine auf der Komponente angeordnete wärmeleitende Schicht aufgedruckt oder ist als Einlegeteil auf der Komponente oder auf einer auf der Komponente angeordneten wärmeleitenden Schicht angeordnet.
  • In einer Ausgestaltung werden das zumindest eine Wärmeleitelement und/oder das zumindest eine Durchdruck-Wärmeleitelement und/oder der Kühlkörper mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt.
  • In einer Ausgestaltung wird die vorgegebene Struktur jedes der Wärmeleitelemente derart gebildet, dass sie in den Kühlkörper hineinragt und eine für die entsprechende Komponente vorgegebene Wärmeverteilung zwischen der Komponente und dem Kühlkörper bereitstellt.
  • In einer Ausgestaltung werden auf der Leiterplatte benachbart angeordnete Komponenten zusätzlich thermisch über zumindest eines der Wärmeleitelemente miteinander verbunden.
  • Durch die Bereitstellung von in den Kühlkörper hinein verlaufenden Wärmeleitelementen unterschiedlichster Struktur wird die Wärmeableitfähigkeit bzw. Wärmeverteilung in der gesamten Anordnung verbessert. Durch die individuell herstellbaren Strukturen der Wärmeleitelemente z.B. im 3D-Druckverfahren kann eine auf die jeweilige Komponente abgestimmte Wärmeableitung und -verteilung in den Kühlkörper erfolgen. Die Wärmeableitung wird durch die rein metallische Verbindung von z.B. Vias mit dem Kühlkörper noch zusätzlich verbessert.
  • Ferner können die Wärmeleitelemente sowohl direkt auf die thermischen Strukturen wie z.B. die Vias gedruckt werden oder als Einlegeelemente, also als zusätzliches Bauteil, zugekauft werden, wodurch eine Vereinfachung und Kostensenkung erzielt werden kann.
  • Durch die Möglichkeit, Verbindungen von einer Seite der Leiterplatte auf die andere Seite durch ein Durchdrucken von Wärme leitenden und gleichzeitig elektrisch leitenden Elementen herzustellen, wird das Herstellungsverfahren vereinfacht und unerwünschte Eigenschaften oder Effekte eliminiert. Solche sind z.B. (thermische) Übergangswiderstände, geringere Belastbarkeit aufgrund nicht stabiler Anbindung oder zu großer Kühlkörperquerschnitt für den Einbau aufgrund der benötigten Wärmeabfuhr. Für das Durchdrucken des Wärmeleitelements kann jedes Durchgangsloch verwendet werden, das durch die Leiterplatte hindurch geht. Es sind keine weiteren besonderen Eigenschaften nötig.
  • Für das Verfahren ergeben sich dieselben Vorteile wie für die Anordnung. Vorteilhaft ist zusätzlich, dass im Vergleich zu bekannten Verfahren ein Prozess-Schritt eingespart werden kann, da keine Zwischenschicht benötigt wird, um eine direkte Wärme leitende Anbindung zwischen dem Kühlkörper und die Leiterplatte einzubringen. Allerdings kann eine solche Zwischenschicht trotzdem verwendet werden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
    • 1 zeigt eine Ansicht einer Wärme ableitende Anordnung gemäß dem Stand der Technik.
    • 2 zeigt eine Ansicht einer Wärme ableitenden Anordnung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
    • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Für eine bessere Wärmeanbindung zwischen Kühlkörper und den auf einer Leiterplatte angeordneten zu kühlenden Komponenten, also Bauteilen bzw. Strukturen und/oder Vias, insbesondere thermischen Vias, kann aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens auf eine Zwischenschicht verzichtet werden. Um den Kühlkörper besser wärmeleitend anzubinden werden Wärmeleitelemente direkt oder als Einlegeelement in den Kühlkörper integriert. Außerdem werden Wärmeleitelemente als Verbindung, sowohl um eine thermische Verbindung, also um Wärme abzuleiten, als auch bei Bedarf um eine elektrische Verbindung herzustellen, durch Durchgangslöcher angeordnet, bevorzugt durchgedruckt.
  • 2 zeigt eine Ansicht einer Wärme ableitenden Anordnung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die Wärme ableitende Anordnung kann als Bestandteil eines Leistungsmoduls ausgeführt sein. Die Leiterplatte 2 kann für ein Steuergerät oder für Anwendungen der Leistungselektronik ausgebildet sein und umfasst für die jeweilige Anwendung geeignete Komponenten 3 wie elektrisch leitfähige oder elektronische Bauteile oder in die Leiterplatte 2 eingebrachte Strukturen, z.B. thermische Vias, oder Durchgangslöcher oder Leiterbahnen, z.B. insbesondere Hochstromabschnitte davon. Die auf der Leiterplatte angeordneten Komponenten 3 sind also entweder elektronische Komponenten 3 oder elektrisch leitfähige Komponenten 3 oder eine Mischung daraus, je nach Anwendung.
  • Der Kühlkörper 1 ist auf der mit zu kühlenden Komponenten 3, z.B. elektrisch leitfähigen oder elektronischen Bauteilen oder mit Strukturen oder Vias, insbesondere thermischen Vias, bestückten Leiterplatte 2 montiert. Die Leiterplatte 2 kann weitere Bauteile aufweisen, die nicht gekühlt werden müssen. Der Kühlkörper 1 kann auch anders als der in der 2 gezeigte Kühlkörper ausgebildet sein, solange er die Funktion der Wärmeableitung bzw. -verteilung für die Komponenten 3 erfüllt. Es kann auch auf jeder Seite der Leiterplatte 2 ein Kühlkörper vorgesehen sein, wenn es die Anwendung erfordert.
  • Der Kühlkörper 1 ist bzw. wird bevorzugt derart geformt, dass er auf der Seite, mit der er auf der Leiterplatte 2 angeordnet bzw. befestigt, ist bzw. wird, Aussparungen für nicht in der Leiterplatte 2 integrierte Komponenten 3 aufweist, also z.B. elektronische Bauteile, die auf der Leiterplatte 2 angeordnet sind und daraus herausragen. Somit kann der Kühlkörper 1 passgenau auf bzw. über allen Komponenten 3 der Leiterplatte 2 angeordnet werden, ohne dass aufgrund von auf der Leiterplatte 2 angeordneten Bauteilen 3, welche aus der Leiterplatte 2 herausragen, bei anderen Strukturen 3, die nicht aus der Leiterplatte 2 herausragen, ein größerer Abstand zum Kühlkörper 1 in Kauf genommen werden muss, wodurch die Wärmeableitung verschlechtert würde. Der Kühlkörper 1 wird bevorzugt über die Leiterplatte 2 und insbesondere über die zu kühlenden Komponenten 3 gedruckt. Somit können die Komponenten 3, die aus der Leiterplatte 2 herausragen, vom Kühlkörper 1 in einfacher Weise umgeben, z.B. umdruckt, werden.
  • Ferner zeigt 2 eine Ausführung, bei der Wärmeleitelemente 4 auf Bauteilen 3 angeordnet sind, wie in 2, links und rechts außen zu sehen. Die zweite Abbildung von rechts in 2 zeigt, dass benachbarte Komponenten 3 auch über Wärmeleitelemente 4 thermisch miteinander verbunden sein können. Die zweite Abbildung von links in 2, erste Darstellung, zeigt, dass Wärmeleitelemente 4 auf Vias 3 direkt aufgedruckt werden können, um den wärmeableitenden Effekt ohne thermische Übergangswiderstände bereitzustellen. Auch können Durchdruck-Wärmeleitelemente 41 durch vorhandene, nicht metallisierte Vias, also reine Durchgangslöcher 3, durch die Leiterplatte 2, direkt angeordnet, bevorzugt durchgedruckt werden, z.B. mittels 3D-Druck (rechte Darstellung).
  • Ein Vorteil der thermischen Verbindung zweier benachbarter Bauteile wie in 2 gezeigt ist, dass eventuelle Arbeitspunktverschiebungen durch Erwärmung kompensiert werden können. Alternativ oder in Kombination können Wärmeleitelemente 4, dann als Durchdruck-Wärmeleitelement 41 bezeichnet, auch durch vorhandene, auch nicht metallisierte Vias oder Durchgangslöcher durchgedruckt werden, wie vorher beschrieben. Hier kann der zusätzliche Effekt entstehen, dass die auf der anderen, also der zweiten bzw. anderen Seite der Leiterplatte 2 zu kontaktierende(n) Komponente(n) 3, sowohl die wärmeableitende Funktion des Wärmeleitelements 4 nutzen kann bzw. können, als auch eine elektrische Verbindung hergestellt werden kann, wenn das durchgedruckte Durchdruck-Wärmeleitelement 41 elektrisch leitfähig ist, also z.B. aus einem elektrisch leitfähigen Metall wie Aluminium oder Kupfer besteht.
  • Die in 2 gezeigten Strukturen der Wärmeleitelemente 4 sind je nach zu entwärmendem Bauteil bzw. zu entwärmender Komponente 3 unterschiedlich ausgeführt. Eine Richtlinie ist hier, dass je heißer das Bauteil ist, weiter in den Kühlkörper hinein verzweigte Strukturen verwendet werden (können), um eine bessere Wärmeableitung bzw. -verteilung zu erzielen. Wichtig ist, dass die abzuleitende Wärme gezielt verteilt und abgeleitet werden kann. Die genaue Struktur der zu verwendenden Wärmeleitelemente 4 kann vom Fachmann nach Erfahrung, aus Versuchen oder einer Berechnung oder Simulation heraus bestimmt werden und hängt, wie vorher beschrieben, von den zu entwärmenden Komponenten ab. Die einfachste Struktur ist eine im Wesentlichen senkrecht von der Komponente 3 nach oben von der Leiterplatte 2 weg, also eine in den danach aufzudruckenden Kühlkörper 1 hinein führende Struktur. Diese Struktur kann an einer oder mehreren zu bestimmenden Bereichen davon abzweigende Fortführungen der Struktur, z.B. ein- oder beidseitig in horizontaler Richtung wegführende Arme, aufweisen. Ferner kann die Dicke jeder der Strukturen unterschiedlich ausgebildet sein, je nach abzuleitender Wärmemenge.
  • Die in 2 gezeigten Wärmeleitelemente 4 können sowohl direkt auf die Komponenten 3 gedruckt werden, als auch als zugekaufte bzw. separat hergestellte Einlegeelemente angebracht werden. Es sind auch Kombinationen von eingedruckten Wärmeleitelementen 4 (z.B. Hybriddruck aus Kupfer und Aluminium) und eingelegten und dann umdruckten Wärmeleitelementen 4 möglich, um so die Fertigungskomplexität zu verringern. Durch das 3D-Druckverfahren kann jegliche Art und Form von Wärmeleitelementen 4 mit dem Kühlkörper 1 umdruckt oder zusammen damit gedruckt werden. Somit ist es möglich, eine bessere Anbindung der Komponenten 3 an die Wärmeleitelemente 4 zu erreichen und damit eine höhere Belastbarkeit der Komponenten 3, vor allem der elektronischen Bauteile, zu erzielen. Zusätzlich kann durch die bessere und gezielte Wärmeableitung innerhalb des Kühlkörpers 1 durch die darin angeordneten Strukturen 4 der Querschnitt des Kühlkörpers 1 deutlich verringert werden und somit steht mehr Platz für die Montage weiterer Baugruppen zur Verfügung.
  • Bevorzugte Materialien für die Wärmeleitelemente 4 sind z.B. Aluminium oder speziell wärmeleitendes Material wie Kupfer. Auch andere Metalle oder Materialien, die eine gute Wärmeableitung gewährleisten bzw. die geforderte Wärmeableitungseigenschaften erfüllen, können verwendet werden. Vorteilhafterweise sind diese Materialien auch für den 3D-Druck verwendbar.
  • In 2 ist eine Wärme ableitende Anordnung gezeigt, die auf einer Seite Komponenten 3 mit darauf befindlichen, unterschiedliche Strukturen aufweisende Wärmeelemente 4 umfasst. Die Strukturen sind dabei auf die jeweilige Komponente angepasst, d.h. auf diese zumindest bezüglich der Wärmeableitung bzw. Wärmeverteilung in den Kühlkörper 1 hinein gebildet. In 2 ist ferner ein auf der zweiten Seite der Leiterplatte 2 und über ein Durchgangsloch und ein Durchdruck-Wärmeleitelement 41 sowie über ein Via mit der ersten Seite leitend verbunden. Die Verbindung kann sowohl rein thermisch leitend, als auch zusätzlich oder alleine elektrisch leitend sein. In dieser Ausführung wird kein Kühlkörper auf der zweiten Seite der Leiterplatte 2 angeordnet. In anderen Ausführungen kann ein Kühlkörper auf beiden Seiten der Leiterplatte 2 angeordnet sein.
  • In 3 ist ein Ablaufdiagramm zur Herstellung der erfindungsgemäßen Anordnung gezeigt. Die Wärme ableitende Anordnung weist dabei zumindest ein Leistungsmodul auf, das eine Leiterplatte 2 mit darauf angeordneten zu kühlenden, z.B. elektrisch leitfähigen und/oder elektronischen, Komponenten 3 und/oder Durchgangsbohrungen zwischen einer ersten und einer der ersten Seite der Leiterplatte 2 gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 2 aufweist. Ferner weist die Wärme ableitende Anordnung zumindest einen auf der ersten und/oder der zweiten Seite der Leiterplatte 2 und über den Komponenten 3 anzuordnenden Kühlkörper 1 auf.
  • In einem ersten Schritt S1 wird abhängig von der Anwendung auf zumindest einer der Seiten, also auf der ersten und/oder der zweiten Seite, der Leiterplatte 2 auf zumindest einer zu kühlenden Komponente 3 jeweils zumindest ein Wärmeleitelement 4 angeordnet, das eine vorgegebene Struktur aufweist, wie oben beschrieben. Die Struktur erstreckt sich von der Leiterplatte 2 in eine Richtung weg von der Leiterplatte 2, d.h. später in den Kühlkörper 1 hinein. Alternativ oder zusätzlich kann durch zumindest eine der Durchgangsbohrungen jeweils ein Durchdruck-Wärmeleitelement 41 zur thermischen Anbindung von auf der anderen, z.B. der zweiten Seite, der Leiterplatte angeordneten Komponenten 3 durchgedruckt werden. Dies ist vor allem dann sinnvoll, wenn auf der zweiten Seite der Leiterplatte kein Kühlkörper 1 angeordnet werden soll.
  • In einem zweiten Schritt S2 wird dann jeweils ein Kühlkörper 1 auf zumindest eine Seite der Leiterplatte 2 und über jedes der auf der entsprechenden Seite, auf der der Kühlkörper 1 aufgedruckt wird, vorhandenen Wärmeleitelemente 4 derart angebracht, bevorzugt aufgedruckt, dass eine direkte thermische Anbindung des Kühlkörpers 1 mit dem Leistungsmodul über jedes der Wärmeleitelemente 4 entsteht.
  • Durch die erfindungsgemäße Wärme ableitende Anordnung und das Verfahren ist es nicht mehr nötig, eine Zwischenschicht zwischen Kühlkörper und Komponenten einzubringen. Somit wird ein Prozess-Schritt eingespart. Außerdem können unterschiedlichste Formen an Wärmeleitelementen zur Ableitung der Wärme in den Kühlkörper verwendet werden, da ein individuelles Umdrucken jedes einzelnen der Wärmeleitelemente möglich ist. Durch das direkte Aufdrucken auf die Komponenten und auch auf oder durch Vias wird eine verbesserte Anbindung zum Kühlkörper hergestellt und thermische Übergangswiderstände werden verringert. Durch die für jede Komponente mögliche separate Struktur kann eine gezielte Wärmeableitung für jede Komponente bereitgestellt werden, ohne aufwändige zusätzliche Verfahrensschritte einzuführen.
  • Es ist möglich, für jede der auf einer Leiterplatte vorhandenen Komponenten zu bestimmen, ob ein Wärmeleitelement darauf angeordnet wird oder nicht und welche Art von Wärmeleitelement darauf angeordnet wird. Es ist somit möglich, unterschiedliche Wärmeleitelemente auf einer Leiterplatte anzuordnen, je nach Bedarf und Anwendung bzw. vorhandenen Komponenten, d.h. es ist eine Kombination aus separat bereitgestellten Wärmeleitelementen und mit dem Kühlkörper z.B. in einem Schritt gedruckten Wärmeleitelementen möglich. Dies wird auch durch das beschriebene Verfahren ermöglicht.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kühlkörper
    2
    Leiterplatte
    3
    Bauteile und/oder Strukturen und/oder Vias bzw. Durchgangslöcher
    4
    Wärmeleitelement(e)
    41
    Durchdruck-Wärmeleitelement
    5
    Gapfiller

Claims (10)

  1. Wärme ableitende Anordnung, wobei die Wärme ableitende Anordnung zumindest ein Leistungsmodul, das eine Leiterplatte (2) mit auf einer ersten und/oder der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite davon angeordneten zu kühlenden Komponenten (3) und/oder Durchgangsbohrungen (3) zwischen der ersten und der zweiten Seite der Leiterplatte (2) aufweist, und zumindest einen auf zumindest einer der Seiten der Leiterplatte (2) und über zumindest den zu kühlenden Komponenten (3) angeordneten Kühlkörper (1) aufweist, wobei auf zumindest einer der Seiten der Leiterplatte (2) auf zumindest einer der Komponenten (3) jeweils zumindest ein Wärmeleitelement (4) angeordnet ist, das eine vorgegebene Struktur aufweist, die sich von der Leiterplatte (2) in eine Richtung weg von der Leiterplatte (2) in den Kühlkörper (1) erstreckt, und/oder durch zumindest eine der Durchgangsbohrungen (3) jeweils zumindest ein Durchdruck-Wärmeleitelement (41) zur thermischen Anbindung von auf der anderen Seite der Leiterplatte (2) angeordneten Komponenten (3) angeordnet ist.
  2. Wärme ableitende Anordnung nach Anspruch 1, wobei jedes Wärmeleitelement (4) direkt auf die zumindest eine Komponente (3) oder auf eine auf der Komponente (3) angeordnete wärmeleitende Schicht aufgedruckt oder als Einlegeteil auf der Komponente (3) oder auf einer auf der Komponente (3) angeordneten wärmeleitenden Schicht angeordnet ist und/oder wobei auf der Leiterplatte (2) benachbart angeordnete Komponenten (3) zusätzlich thermisch über zumindest eines der Wärmeleitelemente (4) miteinander verbunden sind.
  3. Wärme ableitende Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Komponenten elektrisch leitfähige und/oder elektronische Bauteile, thermische Vias und/oder Leiterbahnen sind und/oder das Wärmeleitelement (4) und/oder das Durchdruck-Wärmeleitelement (41) aus einem wärmeleitenden Material, bevorzugt einem Metall, insbesondere aus Aluminium oder Kupfer ist.
  4. Wärme ableitende Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Wärmeleitelement (4) und/oder das zumindest eine Durchdruck-Wärmeleitelement (41) und/oder der zumindest eine Kühlkörper mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt sind.
  5. Wärme ableitende Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Struktur jedes Wärmeleitelements (4) auf jeder der Komponenten (3) oder der Durchgangsbohrungen (3) zur Wärmeableitung der entsprechenden Komponente (3) oder des Durchgangslochs (3) angepasst gebildet ist.
  6. Verfahren zur Herstellung einer Wärme ableitenden Anordnung, wobei die Wärme ableitende Anordnung zumindest ein Leistungsmodul, das eine Leiterplatte (2) mit auf einer ersten und/oder der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite davon angeordneten zu kühlenden Komponenten (3) und/oder Durchgangsbohrungen (3) zwischen der ersten und der zweiten Seite der Leiterplatte (2) aufweist, und zumindest einen auf zumindest einer der Seiten der Leiterplatte (2) und über zumindest den zu kühlenden Komponenten (3) anzuordnenden Kühlkörper (1) aufweist, wobei - in einem ersten Schritt (S1) auf zumindest einer der Seiten der Leiterplatte (2) auf zumindest einer der Komponenten (3) jeweils ein Wärmeleitelement (4) angeordnet wird, das eine vorgegebene Struktur aufweist, die sich von der Leiterplatte (2) in eine Richtung weg von der Leiterplatte (2) erstreckt, und/oder durch zumindest eine der Durchgangsbohrungen (3) jeweils ein Durchdruck-Wärmeleitelement (41) zur thermischen Anbindung von auf der anderen Seite der Leiterplatte (2) angeordneten Komponenten (3) durchgedruckt wird, wobei - in einem zweiten Schritt (S2) der Kühlkörper (1) auf zumindest eine der Seiten der Leiterplatte (2) und über jedes der auf der entsprechenden Seite, auf der der Kühlkörper (1) aufgedruckt wird, vorhandenen Wärmeleitelemente (4) derart gedruckt wird, dass eine direkte thermische Anbindung des Kühlkörpers (1) mit dem Leistungsmodul über jedes der Wärmeleitelemente (4) entsteht.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei jedes Wärmeleitelement (4) direkt auf die zumindest eine Komponente (3) oder auf eine auf der Komponente (3) angeordnete wärmeleitende Schicht aufgedruckt oder als Einlegeteil auf der Komponente (3) oder auf einer auf der Komponente (3) angeordneten wärmeleitenden Schicht angeordnet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei das zumindest eine Wärmeleitelement (4) und/oder das zumindest eine Durchdruck-Wärmeleitelement (41) und/oder der Kühlkörper (1) mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die vorgegebene Struktur jedes der Wärmeleitelemente (4) derart gebildet wird, dass sie in den Kühlkörper (1) hineinragt und eine für die entsprechende Komponente (3) vorgegebene Wärmeverteilung zwischen der Komponente (3) und dem Kühlkörper (1) bereitstellt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei auf der Leiterplatte benachbart angeordnete Komponenten zusätzlich thermisch über zumindest eines der Wärmeleitelemente miteinander verbunden werden.
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