DE102017003555A1

DE102017003555A1 - Circuit arrangement and cooling device for a component of a circuit arrangement and use

Info

Publication number: DE102017003555A1
Application number: DE102017003555.5A
Authority: DE
Inventors: Christoph Strehlow
Original assignee: Diehl Aerospace GmbH
Current assignee: Diehl Aerospace GmbH
Priority date: 2017-04-12
Filing date: 2017-04-12
Publication date: 2018-10-18

Abstract

Eine Schaltungsanordnung (2), mit einer Leiterplatte (4) mit Leiterbahnen (6a-d) und einem Bauteil (8) das mit einer der Leiterbahnen (6a-d) als Anschlussbahn (12a, b) elektrisch und thermisch leitend kontaktiert ist, mit einer Kühlvorrichtung (14) für das Bauteil (8) mit Kühlkörper (16), der elektrisch isolierend und thermisch leitend mit dem Bauteil (8) gekoppelt ist, enthält eine Kühlvorrichtung (14) mit Kühlstruktur (20) an der Leiterplatte (4), die elektrisch von der Anschlussbahn (12a, b) isoliert und thermisch mit dieser gekoppelt ist, wobei die Kühlvorrichtung (14) ein Verbindungselement (22) enthält, das die Kühlstruktur (20) mit dem Kühlkörper (16) thermisch leitend verbindet.
Eine Kühlvorrichtung (14) für das Bauteil (8) der Schaltungsanordnung (2) enthält den Kühlkörper (16) und die Kühlstruktur (20) und das Verbindungselement (22).
Einer Leiterbahn (6a-d) einer Leiterplatte (4) wird als Kühlstruktur (20) einer Kühlvorrichtung und/oder einer Schaltungsanordnung (2) verwendet.

A circuit arrangement (2), with a printed circuit board (4) with conductor tracks (6a-d) and a component (8) which is electrically and thermally conductively contacted with one of the conductor tracks (6a-d) as a connecting track (12a, b) a cooling device (14) for the component (8) with heat sink (16), which is electrically insulating and thermally conductively coupled to the component (8), contains a cooling device (14) with cooling structure (20) on the printed circuit board (4), which is electrically isolated from and thermally coupled to the connecting track (12a, b), wherein the cooling device (14) includes a connecting element (22) which connects the cooling structure (20) with the heat sink (16) thermally conductive.
A cooling device (14) for the component (8) of the circuit arrangement (2) contains the heat sink (16) and the cooling structure (20) and the connecting element (22).
A conductor track (6a-d) of a printed circuit board (4) is used as a cooling structure (20) of a cooling device and / or a circuit arrangement (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und eine Kühlvorrichtung für ein Bauteil einer Schaltungsanordnung und eine Verwendung einer Leiterbahn.The invention relates to a circuit arrangement and a cooling device for a component of a circuit arrangement and a use of a conductor track.

Viele Schaltungsanordnungen bzw. elektrische Schaltungen enthalten wenigstens ein Bauteil, das im Betrieb gekühlt werden muss, z.B. um eine kritische Grenztemperatur nicht zu überschreiten. Ein derartiges Bauteil ist beispielsweise ein Mikroprozessor, - controller, Transistor, Thyristor oder auch eine LED (Light Emitting Diode, Leuchtdiode). Aus der Praxis ist es bekannt, die Abwärme eines Bauteils an einen insbesondere metallischen Kühlkörper zu überführen. Häufig werden hierfür thermisch leitende / elektrisch isolierende Folien verwendet, die einerseits den Kühlkörper sicher elektrisch gegenüber der elektrischen Schaltung isolieren und andererseits eine möglichst gute thermische Verbindung herstellen. Aus der Praxis bekannte Verfahren der Entwärmung sind die direkte Entwärmung von Bauteilgehäusen durch aufgesetzte, angeschraubte, angepresste Metallkühlkörper, wobei als Zwischenlage häufig Wärmeleitpaste oder thermisch leitende Folien verwendet werden oder die indirekte Entwärmung durch die Leiterplatte hindurch, durch Aufkleben / Anpressen der Leiterplatte auf ein Metallprofil / Kühlkörper mit thermisch leitfähigem Klebeband oder einer thermisch leitenden Folie.Many circuit arrangements or electrical circuits contain at least one component which has to be cooled during operation, e.g. so as not to exceed a critical temperature limit. Such a component is for example a microprocessor, - controller, transistor, thyristor or an LED (Light Emitting Diode, LED). From practice it is known to convert the waste heat of a component to a particular metallic heat sink. Often this thermally conductive / electrically insulating films are used, on the one hand isolate the heat sink safely electrically relative to the electrical circuit and on the other hand produce the best possible thermal connection. From the practice known methods of heat dissipation are the direct cooling of component housings by patch, screwed, pressed metal heat sink, which are often used as an intermediate thermal paste or thermally conductive films or indirect heat dissipation through the circuit board, by sticking / pressing the circuit board to a metal profile / Heat sink with thermally conductive adhesive tape or a thermally conductive foil.

Außerdem ist eine sogenannte „X-Cool SMT“ Leiterplatte der Firma ANDUS ELECTRONIC GmbH bekannt, bei der massives Kupfer in die Leiterplatte eingebettet wird und direkt an SMD-Pads bestückt werden kann, die an die Oberfläche reichen (http://www.andus.de/ news/meldung/2010-07-27-x-cool.php).In addition, a so-called "X-Cool SMT" circuit board from ANDUS ELECTRONIC GmbH is known, in which massive copper is embedded in the circuit board and can be fitted directly to SMD pads that reach the surface (http: //www.andus .de / news / message / 2010-07-27-x-cool.php).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Kühlung von Bauteilen zu verbessern.The object of the present invention is to improve the cooling of components.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 1. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.The object is achieved by a circuit arrangement according to claim 1. Preferred or advantageous embodiments of the invention and other categories of invention will become apparent from the other claims, the following description and the accompanying drawings.

Die Schaltungsanordnung enthält eine Leiterplatte. Die Leiterplatte enthält mindestens eine Leiterbahn. Die Schaltungsanordnung enthält ein Bauteil. Das Bauteil weist ein elektrisches Anschlusselement auf. Das elektrische Anschlusselement ist mit einer der Leiterbahnen der Leiterplatte elektrisch leitend kontaktiert. Die betreffende Leiterbahn bildet daher eine Anschlussbahn für das Bauteil. Die Schaltungsanordnung enthält eine Kühlvorrichtung für das Bauteil. Die Kühlvorrichtung enthält einen Kühlkörper. Der Kühlkörper ist über einen elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Kühlpfad mit dem Bauteil gekoppelt.The circuit arrangement contains a printed circuit board. The printed circuit board contains at least one conductor track. The circuit arrangement contains a component. The component has an electrical connection element. The electrical connection element is contacted with one of the conductor tracks of the printed circuit board in an electrically conductive manner. The relevant track therefore forms a connecting track for the component. The circuit arrangement includes a cooling device for the component. The cooling device includes a heat sink. The heat sink is coupled to the component via an electrically insulating and thermally conductive cooling path.

Die Kühlvorrichtung enthält eine Kühlstruktur. Die Kühlstruktur ist an der Leiterplatte angebracht und elektrisch von der Anschlussbahn isoliert und thermisch mit der Anschlussbahn gekoppelt. Die Kühlvorrichtung enthält ein Verbindungselement. Das Verbindungselement verbindet die Kühlstruktur thermisch leitend mit dem Kühlkörper.The cooling device includes a cooling structure. The cooling structure is attached to the circuit board and electrically isolated from the connection track and thermally coupled to the connection track. The cooling device contains a connecting element. The connecting element connects the cooling structure thermally conductive with the heat sink.

Die Anordnung „an der Leiterplatte“ bedeutet, dass die Kühlstruktur auf oder in der Leiterplatte angeordnet ist. Das Anschlusselement kann direkt mit der Anschlussbahn verbunden sein, zum Beispiel als Lötfläche eines SMD-Bauteils (surface mounted device), welche mit der Anschlussbahn verlötet ist, kann jedoch auch indirekt verbunden sein, z.B. vermittels eines an der Anschlussbahn verlöteten Sockels, in den das Bauteil mit seinem Anschlusselement eingesetzt ist. Die Verbindung zwischen Anschlusselement und Anschlussbahn verläuft dann z.B. über ein Verbindungselement, wie einen Sockelpin.The arrangement "on the printed circuit board" means that the cooling structure is arranged on or in the printed circuit board. The connection element can be connected directly to the connection track, for example as a soldering surface of an SMD component (surface mounted device), which is soldered to the connection track, but can also be connected indirectly, e.g. by means of a soldered to the connecting track base into which the component is inserted with its connection element. The connection between connecting element and connecting track then runs e.g. via a connecting element, such as a socket pin.

Der Kühlkörper bildet eine Wärmesenke für das Bauteil. Der Kühlkörper ist insbesondere ein metallischer Kühlkörper. Der Kühlpfad dient dazu, um bei Bedarf bzw. im Betrieb Wärme vom Bauteil zum Kühlkörper abzuführen. Das Anschlusselement ist insbesondere ein Anschlussdraht oder -bein oder eine SMD-Kontaktfläche. Der Kühlpfad verläuft also vom Bauteil über dessen elektrisches Anschlusselement, die Anschlussbahn, die Kühlstruktur und das Verbindungselement zum Kühlkörper.The heat sink forms a heat sink for the component. The heat sink is in particular a metallic heat sink. The cooling path serves to dissipate heat from the component to the heat sink when needed or during operation. The connection element is in particular a connection wire or leg or an SMD contact surface. The cooling path thus extends from the component via its electrical connection element, the connection track, the cooling structure and the connecting element to the heat sink.

Gemäß der Erfindung wird bei der Kühlung des Bauteils bzw. im Kühlpfad der thermische Übergangswiderstand zwischen Bauteil und Kühlkörper minimiert. Lediglich auf der Leiterplatte zwischen Anschlussbahn und Kühlstruktur muss ein elektrisch leitendes Stück des Kühlpfades thermisch leitend überbrückt werden, welches zur elektrischen Isolation des Bauteils bzw. Anschlusselements bzw. der Anschlussbahn vom restlichen Kühlpfad dient. Die elektrische Isolation kann hierbei anforderungsgemäß ausgestaltet werden. Der Wärmeübergangswiderstand durch ein Kühlpad oder durch das Gehäuse eines Bauteils entfällt. Die Wärme wird vom Bauteil über dessen (thermisch in der Regel bestens leitende) metallische Kontakte (Anschlusselement) an das Leiterplattenmetall (Anschlussbahn) abgegeben und auf direktem Wege abgeführt. Auch eine Platz- und Gewichtseinsparung kann sich dadurch ergeben, da aufgrund der besseren Wärmeabfuhr der Kühlkörper kleiner und leichter ausgeführt werden kann. Dies ist gerade im luftfahrttechnischen Bereich von großer Bedeutung.According to the invention, the thermal contact resistance between the component and the heat sink is minimized during the cooling of the component or in the cooling path. Only on the circuit board between the connection track and the cooling structure, an electrically conductive piece of the cooling path must be bridged thermally conductive, which serves for electrical isolation of the component or connecting element or the connecting track from the remaining cooling path. The electrical insulation can be configured according to requirements. The heat transfer resistance through a cooling pad or through the housing of a component is eliminated. The heat is dissipated by the component via its (usually thermally conductive) metallic contacts (connection element) to the PCB metal (connection track) and dissipated directly. A saving of space and weight can also result because, due to the better heat dissipation, the heat sink can be made smaller and lighter. This is especially important in the aviation sector.

In einer bevorzugten Ausführungsform verbindet das Verbindungselement die Kühlstruktur mit dem Kühlkörper elektrisch leitend und/oder mechanisch fest. Da eine elektrische Isolation des Bauteils bereits an der Stelle zwischen Anschlussbahn und Kühlstruktur erfolgt ist, können Kühlstruktur, Verbindungselement und Kühlkörper elektrisch leitend verbunden werden, was in der Regel auch mit einer besonders guten thermischen Leitung einhergeht. Außerdem kann eine mechanisch feste Verbindung gewählt werden, um so vermittels der Kühlstruktur die gesamte Leiterplatte mit Ihren Bauteilen etc. mechanisch fest am Kühlkörper anzubringen bzw. umgekehrt. Der Kühlkörper kann dann auch als mechanisches Trägerelement für die Leiterplatte etc. verwendet werden. Zumindest ist der Kühlkörper so sicher und fest an der Leiterplatte gehalten, so dass sich eine mechanisch stabile Einheit aus Leiterplatte mit Bauteilen etc. und Kühlvorrichtung ergibt. Die elektrisch leitende Verbindung kann auch genutzt werden, um Kühlkörper, Kühlstruktur und Verbindungselement auf einem gemeinsamen elektrischen Potential, z.B. Massepotential zu halten und so auch zur Schirmung, zu EMV-Zwecken etc. einzusetzen. In a preferred embodiment, the connecting element connects the cooling structure to the cooling body in an electrically conductive and / or mechanically fixed manner. Since an electrical insulation of the component is already carried out at the point between the connection track and the cooling structure, the cooling structure, connecting element and heat sink can be electrically connected, which is usually accompanied by a particularly good thermal conductivity. In addition, a mechanically fixed connection can be selected so as to mechanically fix the entire printed circuit board with its components etc. to the heat sink by means of the cooling structure or vice versa. The heat sink can then also be used as a mechanical support element for the printed circuit board, etc. At least the heat sink is held so securely and firmly on the circuit board, so that there is a mechanically stable unit of printed circuit board with components, etc. and cooling device. The electrically conductive connection can also be used to hold the heat sink, cooling structure and connecting element at a common electrical potential, eg ground potential, and thus also for shielding, for EMC purposes, etc.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kühlstruktur auf einer Oberfläche und/oder im Inneren der Leiterplatte angebracht. Die Kühlstruktur kann so besonders einfach an der Leiterplatte angebracht und auch mechanisch fest an dieser gehalten werden.In a preferred embodiment, the cooling structure is mounted on a surface and / or inside the circuit board. The cooling structure can be so very easy attached to the circuit board and mechanically held firmly to this.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kühlstruktur eine der Leiterbahnen der Leiterplatte. Insbesondere weist die Kühlstruktur gleiches Material wie die restlichen Leiterbahnen der Leiterplatte auf. Die Kühlstruktur wird oder ist so fester bzw. integraler Bestandteil der Leiterplatte, insbesondere kann diese zusammen mit allen anderen Leiterbahnen bzw. der gesamten Leiterplatte gefertigt werden. Die Kühlstruktur kann so durch bzw. beim Layout der Leiterplatte praktisch ohne Mehraufwand entworfen und bei der Fertigung ebenfalls praktisch ohne Mehraufwand mitgefertigt werden. Die Kühlstruktur als Leiterbahn kann hierbei auch Teil der elektrischen Schaltung sein, z.B. zur Führung von Strom, Spannung, eines Potentials (z.B. Masse) genutzt werden. Die Kühlstruktur kann aber auch nicht Teil der elektrischen Schaltung sein, sondern lediglich einzig als Kühlstruktur dienen. Jedenfalls wird die Leiterbahn in Form der Kühlstruktur zur absichtlichen bzw. gezielten Wärmeabfuhr bzw. zu Kühlzwecken zweckentfremdet, ob alleine zu diesem Zweck. Wird die Kühlstruktur auch als Leiterbahn bzw. Massekontakt etc. verwendet, so entsteht sogar eine Doppelnutzung der Kühlstruktur bzw. Leiterbahn, insbesondere als Masselage bzw. Massestruktur. Gemäß der Erfindung entsteht dabei eine herkömmliche elektrische Leiterplatte, in die die Kühlstruktur als Teil der Kühlvorrichtung bereits bei der Herstellung integriert ist.In a preferred embodiment, the cooling structure is one of the conductor tracks of the printed circuit board. In particular, the cooling structure has the same material as the remaining conductor tracks of the printed circuit board. The cooling structure is or is as firm or integral part of the circuit board, in particular, this can be made together with all other conductors or the entire circuit board. The cooling structure can thus be designed by or in the layout of the circuit board with virtually no additional effort and mitgefertigt during production also virtually no additional effort. The cooling structure as a conductor can also be part of the electrical circuit, e.g. for conducting current, voltage, potential (e.g., ground). But the cooling structure can not be part of the electrical circuit, but only serve solely as a cooling structure. In any case, the conductor track in the form of the cooling structure for intentional or targeted heat dissipation or for cooling purposes is misused, whether alone for this purpose. If the cooling structure is also used as a conductor track or ground contact, etc., then even a double use of the cooling structure or conductor track is produced, in particular as a grounding layer or ground structure. In accordance with the invention, a conventional electrical circuit board is thereby produced, into which the cooling structure as part of the cooling device is already integrated during manufacture.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Anschlussbahn und die Kühlstruktur in einer gemeinsamen Schicht der Leiterplatte angeordnet. Eine Schicht ist beispielsweise eine entsprechende „Lage“ bzw. Ebene der Leiterplatte, insbesondere bei einer Mehrschichtleiterplatte. Auf dieser Schicht bzw. Ebene der Leiterplatte sind also insbesondere sowohl elektrische Leiterbahnen der eigentlichen elektrischen Schaltung als auch die Kühlstruktur, insbesondere als weitere Leiterbahn, angeordnet. Insbesondere ist die entsprechende Schicht eine Oberflächenschicht der Leiterplatte, also deren vorder- oder rückseitige Flachseite. Wie oben erläutert, können derartige gemeinsame Schichten besonders einfach und ohne Zusatzaufwand gefertigt werden.In a preferred embodiment, the connecting track and the cooling structure are arranged in a common layer of the printed circuit board. A layer is, for example, a corresponding "layer" or plane of the printed circuit board, in particular in the case of a multi-layer printed circuit board. On this layer or plane of the circuit board, in particular, both electrical conductor tracks of the actual electrical circuit and the cooling structure, in particular as a further conductor track, are arranged. In particular, the corresponding layer is a surface layer of the printed circuit board, ie its front or rear flat side. As explained above, such common layers can be made particularly easily and without additional effort.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Leiterplatte eine einseitig oder zweiseitig mit Leiterbahnen versehene Leiterplatte ohne innere Lagen. Die Leiterplatte weist also nur an einer oder beiden Flachseiten Leiterbahnen bzw. die Kühlstruktur, insbesondere in Form von Metallisierungen, auf. Es handelt sich also um eine klassische Leiterplatte „einfachster“ Bauart, die besonders einfach und kostengünstig zu realisieren ist.In a preferred embodiment, the printed circuit board is a printed circuit board provided with conductor tracks on one or two sides and without inner layers. The printed circuit board therefore has printed conductors or the cooling structure, in particular in the form of metallizations, on only one or both flat sides. It is therefore a classic circuit board "simplest" design, which is particularly simple and inexpensive to implement.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kühlstruktur von der Anschlussbahn dadurch elektrisch isoliert und mit dieser thermisch leitend gekoppelt, dass Sie durch einen Abstand von der Anschlussbahn getrennt ist und/oder durch einen Abschnitt der Leiterplatte von der Anschlussbahn getrennt ist. Der Abstand kann hierbei ein „seitlicher“ Abstand sein, das heißt parallel zu einer Schicht oder Ebene der Leiterplatte vorhanden sein. Der Abstand kann sich jedoch auch senkrecht zur Ebene der Leiterplatte erstrecken, das heißt ein entsprechender Schichtabstand in der Leiterplatte, insbesondere zwischen zwei Lagen der Leiterplatte sein. Der Abstand ist insbesondere ein Luftspalt oder ein Abstand, der mit einem Füllmaterial gefüllt ist. Das Füllmaterial ist hierbei insbesondere ein herkömmlicher Bestandteil der Leiterplatte, insbesondere ein Teil des Leiterplattensubstrats oder ein herkömmliche bzw. originäre Beschichtung, z.B. ein Decklack der Leiterplatte.In a preferred embodiment, the cooling structure is electrically insulated from the connection track and thermally conductively coupled thereto by being separated by a distance from the connection track and / or separated from the connection track by a section of the circuit board. The distance may in this case be a "lateral" distance, that is to say parallel to a layer or plane of the printed circuit board. However, the distance may also extend perpendicular to the plane of the circuit board, that is, a corresponding layer spacing in the circuit board, in particular between two layers of the circuit board. The distance is in particular an air gap or a gap which is filled with a filling material. The filling material here is in particular a conventional component of the printed circuit board, in particular a part of the printed circuit board substrate or a conventional or original coating, e.g. a topcoat of the circuit board.

Kühlstruktur und Anschlussbahn sind also insbesondere in einer gleichen Schicht oder Lage der Leiterplatte nebeneinander beabstandet angeordnet. Alternativ oder zusätzlich sind Anschlussbahn und Kühlstruktur durch eine isolierende Zwischenlage, insbesondere das Leiterplattengrundmaterial als reguläre Zwischenschicht, wenn es sich um eine mehrlagige Leiterplatte handelt, beabstandet. Auch in dieser Hinsicht kann die Kühlstruktur wieder durch ein geeignetes Layout der Leiterplatte erzeugt werden. Insbesondere befinden sich also in dem Abstand zwischen Kühlstruktur und Anschlussbahn bzw. im entsprechenden Zwischenraum keine nicht zur eigentlichen Leiterplatte gehörenden Objekte, wie beispielsweise Wärmeleitpaste, eine Folie, eine externe Zwischenlage aus leiterplattenfremdem Material oder ähnliches. Die Kühlstruktur wird dadurch besonders einfach und kostengünstig, da keine externen, nicht originär zur Leiterplatte gehörenden Teile benötigt werden.Cooling structure and connecting track are thus arranged next to one another, in particular in a same layer or position of the printed circuit board. Alternatively or additionally, connecting track and cooling structure are spaced apart by an insulating intermediate layer, in particular the printed circuit board base material as a regular intermediate layer, if it is a multilayer printed circuit board. Also in this regard, the cooling structure can be generated again by a suitable layout of the printed circuit board. In particular, therefore, are not in the distance between the cooling structure and connecting track or in the corresponding space no not belonging to the actual board objects, such as For example, thermal grease, a film, an external intermediate layer of non-conductor material or the like. The cooling structure is characterized particularly simple and inexpensive, since no external, not originally belonging to the circuit board parts are needed.

Insbesondere ist ein entsprechender Abstand „so klein wie möglich“ gewählt. Dies bedeutet insbesondere, dass eine maximal zulässige kapazitive Kopplung, ein Mindestabstand bezüglich einer elektrischen Überschlagstrecke usw. als Designregeln eingehalten werden. Hierdurch kann der thermische Übergang bei geforderter elektrischer Isolierung mit besonders geringem thermischem Widerstand realisiert werden.In particular, a corresponding distance "as small as possible" is selected. This means, in particular, that a maximum permissible capacitive coupling, a minimum distance with respect to an electrical flashover path, etc., are adhered to as design rules. As a result, the thermal transition can be realized with required electrical insulation with particularly low thermal resistance.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Anschlussbahn und die Kühlstruktur an ihrer gemeinsamen Grenze bzw. in Ihren aneinander angrenzenden Bereichen einen Abstand gleichbleibender Breite voneinander auf. Insbesondere gilt dies also für eine Grenzlinie zwischen Anschlussbahn und Kühlstruktur, an denen sich beide Strukturen zur gegenseitigen elektrischen Isolation, aber Wärmekopplung gegenüberliegen bzw. aneinander angrenzen. Der Abstand ist ein oben erläuterter Isolationsabstand zur elektrischen Trennung von Anschlussbahn und Kühlstruktur. Eine „gleichbleibende“ Breite heißt, dass diese gleich groß ist oder zumindest in einem vergleichsweise engen Schwankungsbereich liegt, wobei sich die Schwankungen beispielsweise lediglich im Mikrometer- oder Millimeterbereich bewegen. So ergibt sich ein gleichmäßiger Wärmeübergang zwischen Anschlussbahn und Kühlstruktur.In a preferred embodiment, the connecting track and the cooling structure at their common boundary or in their adjacent areas at a distance of constant width from each other. In particular, this therefore applies to a boundary line between the connection track and the cooling structure, on which both structures lie opposite one another for mutual electrical insulation, but heat coupling. The distance is an insulation distance explained above for the electrical separation of the connection track and the cooling structure. A "constant" width means that it is the same size or at least lies in a comparatively narrow fluctuation range, with the fluctuations, for example, moving only in the micrometer or millimeter range. This results in a uniform heat transfer between the connection track and the cooling structure.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Anschlussbahn und die Kühlstruktur ineinander verzahnte Formen auf. Die Verzahnung findet an der oben genannten Grenzlinie zwischen den beiden Strukturen statt. Insbesondere wenn beide Strukturen nebeneinander in einer gemeinsamen Ebene oder Schicht der Leiterplatte liegen, sind Anschlussbahn und Kühlstruktur also wechselseitig ineinander eingreifend ausgeführt, d.h. eine der Strukturen bildet eine konkave Ausnehmung, in der die andere konvex einliegt bzw. eingreift. Lediglich beispielhaft können diese nach Form einer Reihe wiederkehrender Formen wie Dreiecken, Vierecken, Zähnen ausgebildet sein. Es ergibt sich z.B. eine reißverschlussartige Struktur. Die Grenzlinie verläuft also zumindest abschnittsweise nicht gerade, sondern in Form von aneinandergereihten Dreiecksformen, Sägezähnen, Rechteckformen, mäanderförmig, wellenförmig, sinusförmig, usw. Durch eine entsprechende Verzahnung wird bei gleichbleibender elektrischer Isolation der thermische Übergang zwischen Anschlussbahn und Kühlstruktur verbessert.In a preferred embodiment, the connecting track and the cooling structure have interlocking shapes. The interlocking takes place at the abovementioned boundary line between the two structures. In particular, when both structures are adjacent to each other in a common plane or layer of the circuit board, connecting track and cooling structure are so mutually inter-engaging, i. one of the structures forms a concave recess in which the other convexly engages or engages. For example only, these may be in the form of a series of recurring shapes such as triangles, squares, teeth. It results e.g. a zipper-like structure. The boundary line thus extends at least in sections not straight, but in the form of juxtaposed triangular shapes, saw teeth, rectangular shapes, meandering, wave-shaped, sinusoidal, etc. By a corresponding toothing of the thermal transition between the connection track and cooling structure is improved with constant electrical insulation.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verbindungselement ein Abschnitt des Kühlkörpers. Das Verbindungselement ist also Teil des Kühlkörpers, insbesondere ein integraler Bestandteil des Kühlkörpers, zum Beispiel mit diesem fest verbunden, insbesondere einstückig mit diesem ausgeführt. Die Einstückigkeit kann bereits bei Herstellung erfolgen (Fertigung aus einem einzigen Materialstück) oder durch eine zur Einstückigkeit führende Verbindung vor der Montage des Kühlkörpers an der Leiterplatte, zum Beispiel durch stoffschlüssige Verbindung des Verbindungselements mit dem Kühlkörper. Die so entstandene Einheit aus Verbindungselement und Kühlkörper kann besonders einfach an der Schaltungsanordnung angebracht werden und ist in sich besonders gut wärmeleitend.In a preferred embodiment, the connecting element is a section of the heat sink. The connecting element is thus part of the heat sink, in particular an integral part of the heat sink, for example, firmly connected to this, in particular in one piece with this executed. The one-piece design can already be carried out during production (production from a single piece of material) or through a connection leading to integrality before assembly of the heat sink to the printed circuit board, for example by cohesive connection of the connecting element to the heat sink. The resulting unit of connecting element and heat sink can be particularly easily attached to the circuit and is particularly good heat conductivity.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verbindungselement ein stiftartig aus einer Oberfläche des Kühlkörpers vorstehender Fortsatz des Kühlkörpers. Insbesondere im Fall mehrerer paralleler Stifte oder Fortsätze ist so die Montage der Leiterplatte (mit Kühlstruktur) am Kühlkörper mit Verbindungselementen einfach durch Aufstecken der Leiterplatte möglich. Insbesondere eignen sich die Stifte für ein unten weiter ausgeführtes Verpressen der Stifte in Öffnungen der Leiterplatte.In a preferred embodiment, the connecting element is a pin-like protruding from a surface of the heat sink extension of the heat sink. In particular, in the case of several parallel pins or extensions so the assembly of the circuit board (with cooling structure) on the heat sink with connecting elements simply by plugging the circuit board is possible. In particular, the pins are suitable for a below further carried out pressing the pins in openings of the circuit board.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Leiterplatte, insbesondere im Bereich der Kühlstruktur, eine thermisch mit der Kühlstruktur leitend verbundene Öffnung auf, die vom Verbindungselement zumindest teilweise durchsetzt ist, so dass das Verbindungselement thermisch leitend in der Öffnung einliegt und so eine thermisch leitende Anbindung zwischen dem Verbindungselement und der Öffnung und damit der Kühlstruktur bewirkt. „Im Bereich der Kühlstruktur“ bedeutet hierbei: innerhalb der Umrissfläche bzw. Umgrenzung der Kühlstruktur, so dass eine unmittelbare thermisch leitende Verbindung zwischen Kühlstruktur und Öffnung gegeben ist. Die Öffnung ist jegliche zumindest teilweise Ausnehmung im Kühlkörper, die geeignet ist, ein entsprechendes Verbindungselement aufzunehmen bzw. dass dieses in die Öffnung zumindest ein Stück weit hineinragen kann. Die Öffnung ist insbesondere ein zum Kühlkörper hin offenes Sackloch in der Leiterplatte. Die Öffnung ist insbesondere eine Durchgangsöffnung, welche sich zwischen beiden Flachseiten der Leiterplatte durch diese hindurch erstreckt. Insbesondere ist die Öffnung vollständig vom Verbindungselement durchsetzt. Insbesondere ragt das Verbindungselement auch jenseits des Kühlkörpers auf der anderen Seite der Leiterplatte aus dieser hinaus.In a preferred embodiment, the printed circuit board, in particular in the region of the cooling structure, a thermally connected to the cooling structure opening which is at least partially penetrated by the connecting element, so that the connecting element rests thermally conductive in the opening and so a thermally conductive connection between the Connecting element and the opening and thus causes the cooling structure. "In the area of the cooling structure" here means: within the contour area or boundary of the cooling structure, so that there is an immediate thermally conductive connection between the cooling structure and the opening. The opening is any at least partial recess in the heat sink, which is adapted to receive a corresponding connection element or that this can protrude into the opening at least a little way. In particular, the opening is a blind hole in the printed circuit board that is open towards the heat sink. The opening is in particular a passage opening, which extends through between these two flat sides of the printed circuit board. In particular, the opening is completely penetrated by the connecting element. In particular, the connecting element also projects beyond the heat sink on the other side of the printed circuit board.

Durch eine entsprechende Öffnung kann eine besonders einfache thermisch leitende, aber ggf. auch mechanisch feste und/oder elektrische leitende Verbindung zwischen der Kühlstruktur und dem Kühlkörper mit Hilfe des Verbindungselements geschaffen werden.Through a corresponding opening, a particularly simple thermally conductive, but possibly also mechanically fixed and / or electrically conductive connection between the cooling structure and the Heatsink be created with the help of the connecting element.

In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform weist zumindest ein Teil der Innenwandung der Öffnung einen thermisch leitenden Fortsatz der Kühlstruktur auf. Insbesondere ist der Fortsatz außerdem mechanisch fest und/oder elektrisch leitend mit der Kühlstruktur ausgeführt. Die Kühlstruktur ist also thermisch leitend bis zur Innenwandung der Öffnung hindurchgeführt. An der Innenwandung findet dann eine besonders einfache thermische Kontaktierung mit dem Verbindungselement statt. Mit anderen Worten ist die Öffnung also innen zumindest teilweise mit dem entsprechenden Fortsatz ausgekleidet. Der Fortsatz ist insbesondere eine übliche bzw. bekannte oder gängige Durchkontaktierung („Via“) einer Leiterplatte; insbesondere wenn die Kühlstruktur eine mit der Durchkontaktierung versehene Leiterbahn der Leiterplatte ist. Insbesondere wird zur Herstellung des thermischen, ggf. auch mechanischen und/oder elektrischen, Kontaktes das Verbindungselement z.B. durch axiale Verpressung radial auswärts verformend erweitert und so gegen die Innenwandung der Öffnung verpresst. Dies erfolgt zum Beispiel durch axialen Druck auf ein stiftförmiges Verbindungselement. Insbesondere bei Kontakt von Metall (Fortsatz) mit Metall (Verbindungselement) entsteht so ein elektrisch leitender und damit auch thermisch besonders gut leitender Kontakt, der auch mechanisch fest ist.In a preferred variant of this embodiment, at least part of the inner wall of the opening has a thermally conductive extension of the cooling structure. In particular, the extension is also designed to be mechanically fixed and / or electrically conductive with the cooling structure. The cooling structure is thus passed thermally conductive to the inner wall of the opening. On the inner wall then takes place a particularly simple thermal contact with the connecting element. In other words, the opening is thus lined inside at least partially with the corresponding extension. The extension is in particular a customary or known or common through-connection ("via") of a printed circuit board; in particular, when the cooling structure is provided with the via conductor of the printed circuit board. In particular, in order to produce the thermal, possibly also mechanical and / or electrical, contact, the connecting element is e.g. expanded by axial compression radially outward deforming and pressed against the inner wall of the opening. This is done, for example, by axial pressure on a pin-shaped connecting element. In particular, in the case of contact of metal (extension) with metal (connecting element), an electrically conductive and therefore also particularly thermally conductive contact is formed, which is also mechanically strong.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schaltungsanordnung eine LED-Schaltungsanordnung einer LED-Leuchte für ein Flugzeug. Das Bauteil ist insbesondere eine zu kühlende SMD-LED. Insbesondere ist die Leiterplatte eine Platine, insbesondere eine Rundplatine, für ein Spotlight einer Beleuchtung für einen Innenraum eines Flugzeugs, z.B. eine Passagierkabine, einen Waschraum, einen Eingangsbereich usw.In a preferred embodiment, the circuit arrangement is an LED circuit arrangement of an LED lamp for an aircraft. The component is in particular an SMD LED to be cooled. In particular, the circuit board is a circuit board, in particular a round board, for a spotlight of a lighting for an interior of an aircraft, e.g. a passenger cabin, a laundry room, an entrance area, etc.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch eine Kühlvorrichtung gemäß Patentanspruch 14. Die Kühlvorrichtung und zumindest ein Teil deren Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erläutert.The object of the invention is also achieved by a cooling device according to claim 14. The cooling device and at least a part of their embodiments and the respective advantages have been explained analogously already in connection with the circuit arrangement according to the invention.

Die Kühlvorrichtung ist eine solche für ein Bauteil einer Schaltungsanordnung, wobei die Schaltungsanordnung eine Leiterplatte mit mindestens einer Leiterbahn und das Bauteil mit einem elektrischen Anschlusselement enthält, wobei das Anschlusselement mit einer der Leiterbahnen, die eine Anschlussbahn für das Bauteil ist, elektrisch und thermisch leitend kontaktiert ist. Die Kühlvorrichtung enthält einen Kühlkörper, der über einen elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Kühlpfad mit dem Bauteil koppelbar ist, d.h. in einem Montagezustand der Kühlvorrichtung am Bauteil bzw. der Schaltungsanordnung gekoppelt ist.The cooling device is such for a component of a circuit arrangement, wherein the circuit arrangement includes a printed circuit board with at least one conductor track and the component with an electrical connection element, wherein the connection element with one of the conductor tracks, which is a connection track for the component, electrically and thermally conductively contacted is. The cooling device includes a heat sink that is couplable to the device via an electrically insulating and thermally conductive cooling path, i. is coupled in a mounting state of the cooling device on the component or the circuit arrangement.

Die Kühlvorrichtung enthält eine Kühlstruktur, die an der Leiterplatte derart anbringbar ist bzw. im Montagezustand angebracht ist, dass die Kühlstruktur im Montagezustand elektrisch von der Anschlussbahn isoliert ist und thermisch mit der Anschlussbahn gekoppelt ist. Die Kühlvorrichtung enthält ein Verbindungselement, das - zumindest im Montagezustand - die Kühlstruktur mit dem Kühlkörper thermisch leitend verbindet.The cooling device includes a cooling structure that is attachable to the printed circuit board in such a way that the cooling structure in the assembled state is electrically isolated from the connection track and is thermally coupled to the connection track. The cooling device contains a connecting element which - at least in the assembled state - connects the cooling structure with the heat sink in a thermally conductive manner.

Die Schaltungsanordnung mit dem Bauteil ist insbesondere die oben erläuterte erfindungsgemäße Schaltanordnung, die Kühlvorrichtung ist dann die dort zu montierende Kühlvorrichtung. Die Kühlvorrichtung enthält also sämtliche bereits oben im Zusammenhang mit der Schaltungsanordnung erläuterten Elemente der dortigen Kühlvorrichtung, befindet sich jedoch noch in einem Vormontagezustand. Im Montagezustand ergibt sich dann die wie oben beschriebene Schaltungsanordnung mit Kühlvorrichtung. Die entsprechenden Formulierungen „koppelbar“, „anbringbar“ usw. bedeuten damit, dass sich im Montagezustand eine entsprechende Kopplung, Anbringung, etc. ergibt.The circuit arrangement with the component is in particular the above-described inventive switching arrangement, the cooling device is then the cooling device to be mounted there. The cooling device thus contains all the elements of the local cooling device explained above in connection with the circuit arrangement, but is still in a pre-assembled state. In the assembled state then results as described above circuitry with cooling device. The corresponding formulations "coupled", "attachable", etc. mean that in the assembled state, a corresponding coupling, attachment, etc. results.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Verwendung gemäß Patentanspruch 15 einer Leiterbahn einer Leiterplatte als Kühlstruktur einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung bzw. erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gelöst. Die Verwendung und zumindest ein Teil deren Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bzw. Kühlvorrichtung erläutert.The object of the invention is also achieved by a use according to claim 15 of a printed circuit board of a circuit board as a cooling structure of a cooling device according to the invention or circuit arrangement according to the invention. The use and at least some of their embodiments and the respective advantages have been explained analogously already in connection with the circuit arrangement or cooling device according to the invention.

Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen, Beobachtungen bzw. Überlegungen und weist noch die nachfolgenden Ausführungsformen auf. Die Ausführungsformen werden dabei teils vereinfachend auch „die Erfindung“ genannt. Die Ausführungsformen können hierbei auch Teile oder Kombinationen der oben genannten Ausführungsformen enthalten oder diesen entsprechen und/oder gegebenenfalls auch bisher nicht erwähnte Ausführungsformen einschließen.The invention is based on the following findings, observations or considerations and still has the following embodiments. The embodiments are also called simplifying the "invention". In this case, the embodiments may also contain or correspond to parts or combinations of the abovementioned embodiments and / or optionally also include previously not mentioned embodiments.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass im Rahmen der Entwicklung von LED-Leuchten, insbesondere Rundplatinen für „Spotlights“, häufig ein geeignetes Entwärmungskonzept zur Abführung der elektrischen Abwärme von den Bauteilen zu einem metallischen Kühlkörper gesucht wird. Hier stellt sich die Frage zur Optimierung der thermischen Anbindung von Leiterplatte zu Kühlkörper. Ebenso gibt es verschiedene Möglichkeiten der Befestigung zwischen beiden. Möglich sind Schraubverbindungen, Klemmverbinder, Nieten, etc. Auch hier soll eine optimale Lösung bezüglich Funktionalität, Herstellbarkeit und Kosten gefunden werden.The invention is based on the consideration that in the context of the development of LED lights, in particular round boards for "spotlights", a suitable cooling concept for dissipating the electrical waste heat from the components to a metallic heat sink is often sought. This raises the question of optimizing the thermal connection from PCB to heatsink. Likewise, there are various ways of attachment between the two. Possible are screw, clamp connectors, rivets, etc. Again, an optimal solution in terms of functionality, manufacturability and cost can be found.

Gemäß der Erfindung wird eine direkte metallische Pressverbindung zwischen dem Kupfer der Leiterplatte und einer geeignet geformten Kühlkörpergeometrie (durchgesteckte Kühlpins) hergestellt und dadurch ein optimaler Wärmeübergang geschaffen.According to the invention, a direct metallic interference fit between the copper of the circuit board and a suitably shaped heat sink geometry (plugged cooling pins) is produced, thereby providing optimum heat transfer.

Gemäß der Erfindung wird der thermische Übergangswiderstand minimiert, da lediglich auf der Platine selbst ein Abstand zwischen den verschiedenen elektrischen Netzen und dem Kupfer der Kühlpins gewahrt werden muss, zur elektrischen Isolation, je nach Anforderung. Der Wärmeübergangswiderstand durch ein Kühlpad oder durch das Gehäuse eines Bauteils entfällt somit. Die Wärme wird vom Bauteil über dessen metallische Kontakte an das Leiterplattenmetall abgegeben und auf direktem Wege abgeführt.According to the invention, the thermal contact resistance is minimized, since only on the board itself a distance between the various electrical networks and the copper of the cooling pins must be maintained, for electrical insulation, as required. The heat transfer resistance through a cooling pad or through the housing of a component is thus eliminated. The heat is released from the component via its metallic contacts to the PCB metal and dissipated directly.

Im Gegensatz zu bisher eingesetzten Technologien wird hier der Kühlkörper nicht als aufgesetztes Bauteil, bspw. auf der Rückseite der Platine oder auf Bauteiloberflächen realisiert, sondern durch eine bedarfsgerechte Geometrie an die elektrische Schaltung angepasst. Die Leiterplatte wird mittels durchkontaktierter Bohrungen in den Kupferflächen auf Pins oder Dornen (Verbindungselemente) des Kühlkörpers aufgesteckt, wodurch diese Kühlpins direkt mit dem Kupfer der Leiterplatte verbunden sind. Diese Kühlflächen müssen elektrisch von den Leiterbahnen der Schaltung isoliert sein, damit der Kühlkörper keine Spannung führt. Gleichzeitig können durch angepasstes Layout (bspw. Verzahnung von Kupferflächen) die Kühlpins so platziert werden, dass der Wärmeabtransport von besonders leistungsintensiven Bauteilen optimiert werden kann. Eine wesentliche Neuerung besteht darin, dass die Kühlpins als Teil des Kühlkörpers gefertigt sind und nicht als separate Bauteile montiert werden. Zudem führt die anschließende Verpressung zu einer mechanisch und thermisch stabilen Verbindung. Zusätzliche Verbindungselemente können eingespart werden.In contrast to previously used technologies, the heat sink is not realized here as an attached component, for example on the back side of the board or on component surfaces, but adapted to the electrical circuit by means of an appropriate geometry. The circuit board is plugged by means of plated-through holes in the copper surfaces on pins or thorns (connecting elements) of the heat sink, whereby these cooling pins are connected directly to the copper of the circuit board. These cooling surfaces must be electrically isolated from the tracks of the circuit so that the heat sink does not carry voltage. At the same time, the cooling pins can be positioned in such a way that the heat dissipation of particularly power-intensive components can be optimized by means of an adapted layout (for example, the interlocking of copper surfaces). A major innovation is that the cooling pins are made as part of the heat sink and are not mounted as separate components. In addition, the subsequent compression leads to a mechanically and thermally stable connection. Additional fasteners can be saved.

Der Vorteil dieser Methode ist, dass übliche kostengünstige Verfahren zur Leiterplattenfertigung kombiniert mit einem angepassten Kühlkörperdesign zu einer Optimierung führen, die bisher durch hohen Aufwand bei der Leiterplattenproduktion erreicht wird (z.B. Kupfer-Inlays).The advantage of this approach is that conventional low-cost PCB manufacturing techniques, combined with a customized heatsink design, result in optimization that has previously been achieved by the high cost of printed circuit board production (e.g., copper inlays).

Es handelt sich bei der Erfindung um ein grundsätzliches Prinzip zur optimalen Entwärmung nahezu beliebiger elektrischer Schaltungen. Basierend auf einer thermischen Analyse können mögliche Hotspots auf einer Leiterplatte definiert werden, für die dann zusätzlich zu üblichen Kupferkühlflächen räumlich eng benachbarte, verzahnte Kupferflächen angelegt werden, in denen durchkontaktierte Bohrungen als Kühlkörperaufnahmen vorgesehen werden.It is in the invention to a fundamental principle for optimal heat dissipation of almost any electrical circuits. Based on a thermal analysis possible hotspots can be defined on a printed circuit board, for which then in addition to conventional copper cooling surfaces spatially closely spaced, toothed copper surfaces are created in which plated-through holes are provided as heat sink recordings.

Passend dazu wird ein Kühlkörper, bspw. aus Aluminium entworfen, welcher runde Pins oder Dornen an den Positionen dieser Kühlbohrungen erhält, die beim Aufstecken der Leiterplatte durch diese hindurch tauchen und eine Presspassung von Kühlkörper zu Bohrung ergeben. Eine konische Ausführung der Kühlpins sollte zum leichteren Aufstecken gegeben sein. Eine anschließende Verpressung mit einem Zusatzwerkeug ist vorgesehen, um eine stabile Verbindung zu gewährleisten.Matching this, a heat sink, for example. Designed aluminum, which receives round pins or thorns at the positions of these cooling holes, which dive when plugging the circuit board through this and give a press fit from heat sink to bore. A conical design of the cooling pins should be given for easier attachment. A subsequent compression with a Zusatzwerkug is provided to ensure a stable connection.

Beispielhaft sei eine kreisförmige Leiterplatte eines üblichen LED Spotlights aus der Flugzeugkabinenbeleuchtung angeführt. Hier kann mit dieser Methode die Entwärmung von LEDs und Transistoren optimiert werden.By way of example, a circular printed circuit board of a conventional LED spotlight from aircraft cabin lighting is cited. Here, the cooling of LEDs and transistors can be optimized with this method.

Gemäß der Erfindung ergibt sich also ein Prinzip zur mechanisch stabilen und thermisch optimierten Verbindung von elektronischen Leiterplatten mit metallischen Kühlkörpern.According to the invention thus results in a principle for mechanically stable and thermally optimized connection of electronic circuit boards with metallic heat sinks.

Es ergibt sich ein mechanisches Befestigungskonzept zur Verbindung von elektronischen Leiterplatten mit Metallkühlkörpern bei gleichzeitiger Optimierung der Entwärmung. Das Grundprinzip basiert darauf, dass der Kühlkörper mit geeigneten Kühl-Pins (Verbindungselement) versehen wird, auf welche die Leiterplatte mittels metallisch durchkontaktierter Bohrungen passend aufgesteckt wird. Durch anschließende Verpressung der Pins wird der thermische Widerstand minimiert.The result is a mechanical fastening concept for connecting electronic circuit boards with metal heat sinks while optimizing the heat dissipation. The basic principle is based on the fact that the heat sink is provided with suitable cooling pins (connecting element), onto which the printed circuit board is snugly fitted by means of metal-plated holes. Subsequent compression of the pins minimizes thermal resistance.

Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen in einer schematischen Prinzipskizze:

1 eine Schaltungsanordnung im Schnitt,
2 die Schaltungsanordnung aus 1 in Draufsicht,
3 eine „Spotlight“-Leiterplatte mit SMD-LEDs,
4 das Detail IV aus 3
5 einen Schnitt durch 4 entlang der Linie V-V,
6 den Schnitt aus 5 in gerader Ansicht mit einem Zusatzwerkzeug.

Further features, effects and advantages of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment of the invention and the accompanying figures. This shows in a schematic outline sketch:

1 a circuit arrangement in section,
2 the circuit arrangement 1 in plan view,
3 a "spotlight" PCB with SMD LEDs,
4 the detail IV off 3
5 a cut through 4 along the line VV,
6 the cut out 5 in straight view with an additional tool.

1 zeigt eine Schaltungsanordnung 2 im Schnitt entlang der Linie I-I in 2, 2 die Schaltungsanordnung 2 in Draufsicht in Richtung des Pfeil II in 1. Die Schaltungsanordnung 2 enthält eine Leiterplatte 4. Die Leiterplatte 4 weist zwei Leiterbahnen 6a,b als Teil einer elektrischen Schaltung auf. Die Schaltungsanordnung 2 enthält auch ein Bauteil 8 der elektrischen Schaltung, hier eine LED. Das Bauteil 8 weist zwei elektrische Anschlusselemente 10a,b auf, hier Metall-Beinchen, um die LED zu kontaktieren bzw. mit Betriebsspannung / -strom zu versorgen. Die Anschlusselemente 10a, b sind elektrisch und thermisch leitend mit den jeweiligen Leiterbahnen 6a,b kontaktiert, hier verlötet. Die Leiterbahnen 6a,b sind daher Anschlussbahnen 12a,b für das Bauteil 8. 1 shows a circuit arrangement 2 in section along the line II in 2 . 2 the circuitry 2 in plan view in the direction of the arrow II in 1 , The circuit arrangement 2 contains a printed circuit board 4 , The circuit board 4 has two tracks 6a, b as part of an electrical circuit. The circuit arrangement 2 also contains a component 8th the electrical circuit, here an LED. The component 8th has two electrical connection elements 10a , b on, here metal legs, to contact the LED or to supply with operating voltage / current. The connection elements 10a . b are electrically and thermally conductive contacted with the respective conductor tracks 6a, b, soldered here. The conductor tracks 6a, b are therefore connecting tracks 12a , b for the component 8th ,

Die Schaltungsanordnung 2 enthält auch eine Kühlvorrichtung 14 für das Bauteil 8, die in einem Montagezustand an der Leiterplatte 4 bzw. der restlichen Schaltungsanordnung 2 angebracht ist und somit einen Teil der Schaltungsanordnung 2 bildet. Die Kühlvorrichtung 14 enthält einen Kühlkörper 16, der über einen elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Kühlpfad 18 (hier gestrichelt symbolisch angedeutet) mit dem Bauteil 8 gekoppelt ist. So kann überschüssige bzw. abzuführende Wärme vom Bauteil 8 zum Kühlkörper 16 transportiert werden, um das Bauteil 8 zu kühlen. Wegen der elektrischen Isolation hat die Kühlvorrichtung 14 jedoch keinen elektrischen Einfluss auf das Bauteil 8 bzw. die das Bauteil 8 enthaltende elektrische Schaltung.The circuit arrangement 2 also contains a cooling device 14 for the component 8th in an assembled state on the circuit board 4 or the remaining circuitry 2 is attached and thus a part of the circuit 2 forms. The cooling device 14 contains a heat sink 16 that has an electrically insulating and thermally conductive cooling path 18 (indicated by dashed lines symbolically) with the component 8th is coupled. Thus, excess or dissipated heat from the component 8th to the heat sink 16 be transported to the component 8th to cool. Because of the electrical insulation, the cooling device has 14 but no electrical influence on the component 8th or the component 8th containing electrical circuit.

Die Kühlvorrichtung 14 enthält eine Kühlstruktur 20, die an der Leiterplatte 4 angebracht ist und die elektrisch von der Anschlussbahn 12a isoliert ist, jedoch thermisch mit der Anschlussbahn 12a gekoppelt ist. Die Kühlvorrichtung 14 enthält ein Verbindungselement 22, das die Kühlstruktur 20 mit dem Kühlkörper 16 thermisch leitend verbindet. Im Beispiel verbindet das Verbindungselement 22 außerdem die Kühlstruktur 20 mit dem Kühlkörper 16 sowohl elektrisch leitend als auch mechanisch fest.The cooling device 14 contains a cooling structure 20 on the circuit board 4 is attached and the electrical from the connecting track 12a is insulated, but thermally with the connecting track 12a is coupled. The cooling device 14 contains a connector 22 that the cooling structure 20 with the heat sink 16 thermally conductive connects. In the example, the connection element connects 22 also the cooling structure 20 with the heat sink 16 both electrically conductive and mechanically strong.

Die Kühlstruktur 20 ist auf einer Oberfläche 24 der Leiterplatte 4 angebracht. Die Kühlstruktur 20 ist eine weitere Leiterbahn 6c der Leiterplatte 4. Sowohl die Anschlussbahnen 12a,b als auch die Kühlstruktur 20 befinden sich in einer gemeinsamen Schicht 26a bzw. Lage (Layer) der Leiterplatte 4, hier der Oberflächenschicht aller auf der Oberfläche 24 angebrachten Leiterbahnen 6a-c.The cooling structure 20 is on a surface 24 the circuit board 4 appropriate. The cooling structure 20 is another trace 6c of the circuit board 4 , Both the connecting tracks 12a , b as well as the cooling structure 20 are in a common layer 26a or layer of the printed circuit board 4 , here the surface layer of all on the surface 24 attached tracks 6a-c.

Im Beispiel ist die Leiterplatte eine einseitig, das heißt nur auf Ihrer Oberseite 24 bzw. oberen Flachseite mit einer Metallisierung bzw. Leiterbahnen 6a-c versehene Leiterplatte ohne innere Lagen, mit anderen Worten eine einfache klassische Leiterplatte mit einseitiger Leiterbahnstruktur.In the example, the circuit board is one-sided, that is only on the top 24 or upper flat side with a metallization or conductor tracks 6a-c printed circuit board without inner layers, in other words a simple classic circuit board with single-sided conductor track structure.

Die Kühlstruktur 20 ist von der Anschlussbahn 12a dadurch elektrisch isoliert und mit dieser thermisch leitend gekoppelt, dass sie durch einen jeweiligen Abstand A von der Anschlussbahn 12a getrennt ist.The cooling structure 20 is from the connecting track 12a thereby electrically isolated and thermally coupled with this, that they by a respective distance A from the connecting track 12a is disconnected.

Gestrichelt ist in 1 eine zweite Alternative einer Leiterplatte 4 mit alternativer Kühlstruktur 20 gezeigt. Neben der ersten Schicht 26a bzw. Lage auf der Oberfläche 24 weist diese eine zweite innere Schicht bzw. Leiterlage (buried layer) im Inneren der Leiterplatte auf. Die Leiterplatte 4 ist also eine Mehrschichtleiterplatte. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Kühlstruktur 20 ein Teil bzw. eine Leiterbahn 6d der inneren Schicht 26b. Die Kühlstruktur ist dadurch von der Anschlussbahn 6a elektrisch isoliert und mit dieser thermisch leitend gekoppelt, dass sie durch einen Abschnitt 28 der Leiterplatte 4, hier die isolierende Zwischenschicht zwischen der Oberfläche 24 bzw. Schicht 26a und der Schicht 26b bzw. vergrabenen Leiterlage von der Anschlussbahn 12a getrennt ist. Der Abschnitt 28 ist als Teil der Leiterplattenmaterials originärer Teil der Leiterplatte.Dashed is in 1 a second alternative of a printed circuit board 4 with alternative cooling structure 20 shown. Next to the first shift 26a or position on the surface 24 this has a second inner layer or conductor layer (buried layer) in the interior of the printed circuit board. The circuit board 4 So is a multi-layer board. In this embodiment, the cooling structure is 20 a part or trace 6d of the inner layer 26b. The cooling structure is thereby electrically insulated from the connecting track 6a and thermally coupled to it by a section 28 the circuit board 4 , here the insulating intermediate layer between the surface 24 or layer 26a and the layer 26b or buried conductor layer of the connecting track 12a is disconnected. The section 28 is part of the circuit board material original part of the circuit board.

Für die ausgezogene Ausführungsform (Leiterbahn 6c an der Oberfläche 24) weisen die Anschlussbahn 12a und die Kühlstruktur 20 an ihrer gemeinsamen Grenze 29 bzw. ihrem Grenzverlauf einen Abstand A gleicher Breite voneinander auf. Außerdem weisen die Anschlussbahn 12a und die Kühlstruktur 20 ineinander verzahnte Formen 30 auf, wobei hier beispielhaft verschiedene Formen 30a,b dargestellt sind, nämlich eine Dreiecksform 30a sowie eine Rechteckform 30b. Auch für den gestrichelt dargestellten Fall (Leiterbahn 6c in der Schicht 26b) gilt ein entsprechender Abstand A, der der Schichtdicke der Grenze 29 (Lage des Leiterplattenmaterials zwischen den Schichten 26a,b) entspricht.For the extended embodiment (trace 6c on the surface 24 ) have the connecting track 12a and the cooling structure 20 at their common border 29 or their borderline a distance A same width apart. In addition, the connecting track 12a and the cooling structure 20 interlocking molds 30, wherein here by way of example different shapes 30a , b, namely a triangular shape 30a and a rectangular shape 30b. Also for the case shown in dashed lines (trace 6c in the layer 26b) applies a corresponding distance A , the layer thickness of the border 29 (Location of the PCB material between the layers 26a , b) corresponds.

Das Verbindungselement 22 ist durch einen Abschnitt des Kühlkörpers 16 gebildet. Beide Elemente sind einstückig hergestellt bzw. verbunden. Das Verbindungselement 22 ragt dabei stiftartig aus der Oberfläche 32 des Kühlkörpers 16 als vorstehender Fortsatz heraus. Die Leiterplatte 4 weist im Bereich der Kühlstruktur 20 eine Öffnung 34 auf, die vom Verbindungselement 22 vollständig durchsetzt ist und eine thermische Anbindung zwischen Kühlstruktur 20 und Verbindungselement 22 bewirkt. Eine Innenwandung 36 der Öffnung 34 ist mit einem thermisch leitenden Fortsatz 38 der Kühlstruktur 20 versehen. Im Beispiel ist der Fortsatz 38 eine metallische Durchkontaktierung (Via) durch die Leiterplatte 4. Mit anderen Worten sind Kühlstruktur 20 und Fortsatz 38 eine einzige zusammenhängende Struktur aus der Leiterbahn 6c einschließlich deren Durchkontaktierung durch die Leiterplatte 4.The connecting element 22 is through a section of the heat sink 16 educated. Both elements are manufactured or connected in one piece. The connecting element 22 protrudes like a stick out of the surface 32 of the heat sink 16 as a protruding extension. The circuit board 4 points in the area of the cooling structure 20 an opening 34 on, by the connector 22 is completely interspersed and a thermal connection between cooling structure 20 and connecting element 22 causes. An inner wall 36 the opening 34 is with a thermally conductive extension 38 the cooling structure 20 Mistake. In the example the extension is 38 a metallic via (via) through the circuit board 4 , In other words are cooling structure 20 and extension 38 a single continuous structure of the conductor 6c including their through-hole through the circuit board 4 ,

1 zeigt für das Verbindungselement 22 einerseits (linke Seite) eine Presspassung in der Öffnung 38 mit Auskleidung in Form des Fortsatzes 38. Andererseits bzw. alternativ ist (rechte Seite) dargestellt, wie das Verbindungselement 22 zunächst mit geringem Spiel in die Öffnung 38 mit Fortsatz 38 eingebracht wird, ohne diesen zu berühren. Erst durch ein Verpressverfahren (siehe 6) wird dann das Verbindungselement radial erweitert und gelangt in Presskontakt mit dem Fortsatz 38 und wird so elektrisch und thermisch mit dem Fortsatz 38 verbunden und mechanisch an dem Fortsatz 38 bzw. der Leiterplatte 4 befestigt. 1 shows for the connecting element 22 on the one hand (left side) a press fit in the opening 38 with lining in the form of the extension 38 , On the other hand or alternatively, (right side) is shown as the connecting element 22 first with little play in the opening 38 with extension 38 is introduced without touching it. Only by a pressing process (see 6 ), the connecting element is then radially expanded and comes into press contact with the extension 38 and becomes so electrically and thermally with the extension 38 connected and mechanically to the extension 38 or the circuit board 4 attached.

Auch für die gestrichelte Alternative steht die Kühlstruktur 20 als Leiterbahn 6d in elektrischer und mechanisch fester Verbindung mit dem Fortsatz 38.Also for the dashed alternative is the cooling structure 20 as a conductor 6d in electrical and mechanically fixed connection with the extension 38 ,

Die Schaltungsanordnung 2 ist eine LED-Schaltungsanordnung einer nicht weiter dargestellten LED-Leuchte für ein Spotlight einer Beleuchtung für eine Passagierkabine eines Flugzeuges.The circuit arrangement 2 is an LED circuit arrangement of an LED light for a spotlight of a lighting for a passenger cabin of an aircraft, not shown.

3 zeigt eine „Spotlight“-Leiterplatte bzw. ein betreffendes Modul mit sechs zu kühlenden Hochleistungs-LEDs als Bauteile 8, hier in SMD-Bauweise. Enthalten sind insgesamt sechs Schaltungsanordnungen 2. Dargestellt ist ein gesamtes Modul mit Kühlvorrichtungen 14 einschließlich Kühlkörper 16, hier aus Aluminium. Letzterer ist für alle Schaltungsanordnungen 2 gemeinsam ausgeführt. Auch die Leiterplatte - hier FR4-Material - ist für alle Schaltungsanordnungen 2 gemeinsam ausgeführt. Jede der Schaltungsanordnungen 2 entspricht im Wesentlichen bzw. im Prinzip derjenigen der 1 und 2. 3 shows a "spotlight" printed circuit board or module with six high performance LEDs to be cooled as components 8th , here in SMD construction. Included are a total of six circuits 2 , Shown is an entire module with cooling devices 14 including heatsink 16 , here made of aluminum. The latter is for all circuit arrangements 2 executed together. The printed circuit board - here FR4 material - is suitable for all circuit arrangements 2 executed together. Each of the circuit arrangements 2 corresponds essentially or in principle to that of 1 and 2 ,

4 zeigt eine der Schaltungsanordnungen 2 im Detail. Hier ist insbesondere nochmals eine der LEDs als Bauteil 8 mit dem zugehörigen Kühlkonzept zu erkennen. Die SMD-Kontakte der Bauteile 8 in Form von Anschlusselementen 10a,b sind mit den elektrischen Anschlussflächen in Form der Anschlussbahnen 12a,b verlötet. Die Anschlussbahnen 12a,b sind hier aus Kupfer gefertigt und wieder Leiterbahnen 6a,b der Leiterplatte 4. Die Kühlflächen in Form der Kühlstrukturen 14 sind mit den Anschlussbahnen 12a,b mit einer Reihe von Rechteckformen verzahnt. Auch die Kühlstrukturen 20 sind hier aus Kupfer und wieder als weitere Leiterbahn 6c der Leiterplatte 4 gefertigt Die einzige Kühlstruktur 20 pro Schaltungsanordnung 2 ist hier gemeinsam für beide Anschlussbahnen 12a,b zuständig. Die Leiterplatte 4 ist auf die Verbindungselemente 22, hier Kühlpins aus Aluminium, des runden Aluminium-Kühlkörpers 16 aufgesteckt. An der Anschlussbahn 12a ist nochmals in einem Teilabschnitt symbolisch die umlaufende Grenze 29 in Form eines Isolationsspaltes zwischen der Anschlussbahn 12a und der Kühlstruktur 20 angedeutet, wobei der Abstand A stets gleich ist. 4 shows one of the circuit arrangements 2 in detail. Here is again one of the LEDs as a component 8th to recognize with the associated cooling concept. The SMD contacts of the components 8th in the form of connection elements 10a , b are with the electrical pads in the form of connecting tracks 12a , b soldered. The connecting tracks 12a , b are made of copper here and again traces 6a, b of the circuit board 4 , The cooling surfaces in the form of the cooling structures 14 are with the connecting tracks 12a , b interlocked with a series of rectangular shapes. Also the cooling structures 20 are here made of copper and again as another conductor 6c of the circuit board 4 manufactured The only cooling structure 20 per circuit arrangement 2 is common here for both connecting tracks 12a , b responsible. The circuit board 4 is on the fasteners 22 , here cooling pins made of aluminum, the round aluminum heat sink 16 attached. At the connecting track 12a is again in a section symbolically the encircling border 29 in the form of an insulation gap between the connecting track 12a and the cooling structure 20 indicated, with the distance A always the same.

5 zeigt einen Schnitt durch die Schaltungsanordnung 2 entlang der Linie V-V in 4, also durch zwei der Verbindungselemente 22 bzw. Öffnungen 34 mit Fortsätzen 38. Hier ist insbesondere zu erkennen, wie die Kühlpins als Verbindungselemente 22 in die durchkontaktierten Bohrungen in Form der Öffnungen 34 eintauchen. Auch hier setzen die Fortsätze 38 als Durchkontaktierungen die Kühlstrukturen 20 in die Öffnungen 34 hinein fort. 5 shows a section through the circuit arrangement 2 along the line VV in 4 that is, by two of the connecting elements 22 or openings 34 with extensions 38 , Here can be seen in particular, as the cooling pins as connecting elements 22 in the plated-through holes in the form of openings 34 plunge. Again, set the extensions 38 as vias the cooling structures 20 in the openings 34 into it.

6 zeigt zusätzlich ein Zusatzwerkzeug 40. Hier ist insbesondere zu entnehmen, wie durch das Zusatzwerkzeug 40 bzw. dessen Bewegung in Richtung des Pfeils 42 eine Verpressung der Verbindungselemente 22 stattfindet. Nach dem Aufsetzen der Leiterplatte 4 auf den Kühlkörper 16, wie hier dargestellt, wird das Verbindungselement 22 in dessen Axialrichtung (Pfeil 42) komprimiert und dadurch in Radialrichtung erweitert, um dieses durch radiale Erweiterung an dem Fortsatz 38 in Form der Durchkontaktierung anzupressen und damit elektrisch und thermisch und mechanisch fest zu kontaktieren. Ein entsprechendes Verpressverfahren ist also hier schematisch dargestellt. 6 also shows an additional tool 40 , Here is in particular to see how by the additional tool 40 or its movement in the direction of the arrow 42 a compression of the connecting elements 22 takes place. After placing the circuit board 4 on the heat sink 16 , as shown here, becomes the connecting element 22 in its axial direction (arrow 42 ) and thereby radially expanded to this by radial expansion at the extension 38 to press in the form of the via and thus electrically and thermally and mechanically firmly contact. A corresponding pressing method is thus shown schematically here.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22: Schaltungsanordnungcircuitry
44: Leiterplattecircuit board
6a-d6a-d: Leiterbahnconductor path
88th: Bauteilcomponent
10a,b10a, b: Anschlusselementconnecting element
12a,b12a, b: Anschlussbahnfeeder line
1414: Kühlvorrichtungcooler
1616: Kühlkörperheatsink
1818: Kühlpfadcooling path
2020: Kühlstrukturcooling structure
2222: Verbindungselementconnecting element
2424: Oberfläche (Leiterplatte)Surface (printed circuit board)
26a,b26a, b: Schichtlayer
2828: Abschnitt (Leiterplatte)Section (printed circuit board)
2929: Grenzeborder
30a,b30a, b: Formshape
3232: Oberfläche (Kühlkörper)Surface (heat sink)
3434: Öffnungopening
3636: Innenwandunginner wall
3838: Fortsatzextension
4040: Zusatzwerkzeugadditional tools
4242: Pfeil arrow
AA: Abstanddistance

Claims

Circuit arrangement (2), - with a printed circuit board (4) having at least one conductor track (6a-d), - with a component (8) with an electrical connection element (10a, b) which is connected to one of the conductor tracks (6a-d), a connection track (12a, b) for the component (8) is contacted, electrically and thermally conductive, - with a cooling device (14) for the component (8), which includes a heat sink (16), via an electrically insulating is coupled and thermally conductive cooling path (18) with the component (8), characterized in that - the cooling device (14) contains a cooling structure (20) mounted on the printed circuit board (4) is mounted and electrically (by the connection path 12a, b) is insulated and thermally coupled to the connection track (12a, b), - wherein the cooling device (14) includes a connecting element (22) which connects the cooling structure (20) with the heat sink (16) thermally conductive.

Circuit arrangement (2) according to Claim 1 , characterized in that the connecting element (22) connects the cooling structure (20) with the heat sink (16) electrically conductive and / or mechanically fixed.

Circuit arrangement (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling structure (20) on a surface (24) and / or in the interior of the circuit board (4) is mounted.

Circuit arrangement (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling structure (20) is one of the conductor tracks (6a-d) of the printed circuit board (4).

Circuit arrangement (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the connection track (12a, b) and the cooling structure (20) are arranged in a common layer of the printed circuit board (4).

Circuit arrangement (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the printed circuit board (4) is a printed circuit board (4) provided on one or two sides with conductor tracks (6a-d) without inner layers.

Circuit arrangement (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling structure (20) of the connection track (12a, b) characterized electrically insulated and is thermally conductively coupled thereto, that they by a distance from the connecting track (12a, b ) is separated and / or by a portion of the printed circuit board (4) from the connecting track (12a, b) is separated.

Circuit arrangement (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the connection track (12a, b) and the cooling structure (20) have a spacing (A) of constant width from one another.

Circuit arrangement (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the connection track (12a, b) and the cooling structure (20) have interlocking forms.

Circuit arrangement (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting element (22) is a section (28) of the heat sink (16).

Circuit arrangement (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting element (22) is a pin-like from a surface (24) of the heat sink (16) projecting extension of the heat sink (16).

Circuit arrangement (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit board (4) has a thermally conductively connected to the cooling structure (20) opening (34) which is at least partially penetrated by the connecting element (22).

Circuit arrangement (2) according to Claim 12 , characterized in that at least a part of the inner wall (36) of the opening (34) has a thermally conductive extension of the cooling structure (20).

Cooling device (14) for a component (8) of a circuit arrangement (2), - wherein the circuit arrangement (2) comprises a printed circuit board (4) with at least one conductor track (6a-d) and the component (8) with an electrical connection element (10a, b), which is electrically and thermally conductively contacted with one of the conductor tracks (6a-d), which is a connecting track (12a, b) for the component (8), - the cooling device (14) having a heat sink (16) contains which can be coupled via an electrically insulating and thermally conductive cooling path (18) with the component (8), characterized in that - the cooling device (14) contains a cooling structure (20) mounted on the circuit board (4) is so mountable in that the cooling structure (20) is electrically insulated from the connecting track (12a, b) in an assembled state and is thermally coupled to the connecting track (12a, b), - and the cooling device (14) comprises a connecting element (22) which at least in the assembled state the cooling structure (20) with the heat sink (16) thermally conductively connects.

Use of a conductor track (6a-d) of a printed circuit board (4) as a cooling structure (20) of a cooling device according to Claim 14 and / or a circuit arrangement (2) according to one of Claims 1 to 13 ,