DE102019202665A1 - Electronics unit - Google Patents

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DE102019202665A1
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Guenter Reitemann
Frank Fischer
Florian Burger
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20436Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing
    • H05K7/20445Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing the coupling element being an additional piece, e.g. thermal standoff
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
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Abstract

Ausgegangen wird von einer Elektronikeinheit umfassend zumindest einen Schaltungsträger mit einer Ober- und einer Unterseite und ein Kühlelement, wobei auf der Ober- und/oder der Unterseite des Schaltungsträgers mindestens ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement angeordnet ist. Das elektronische und/oder elektrische Bauelement entwickelt dabei im Betrieb bei einer elektrischen Durchströmung leistungsverlustbehaftete Wärmemengen, die abzuführen sind. Dabei ist das Kühlelement mit der Ober- und/oder mit der Unterseite des Schaltungsträgers zumindest mittelbar wärmeleitend verbunden, beispielsweise in Form einer slug-up oder slug-down-Kühlung. In einer senkrechten Draufsicht auf die Ober- und/oder Unterseite des Schaltungsträgers ist dabei das zumindest eine elektrische und/oder elektronische Bauelement von zumindest einer der der Ober- und Unterseite des Schaltungsträger zugewandten Kühlfläche des Kühlelementes überwiegend überdeckt. Des Weiteren ist zwischen der Kühlfläche und der der Kühlfläche zugewandten Seite des Schaltungsträgers ein definiertes Abstandsmaß eingestellt, indem das Kühlelement mittels eines Verbindungselementes mit dem Schaltungsträger verbunden ist, beispielsweise mittels einem von der Kühlfläche abstehenden Verbindungssteg oder Verbindungsdom.The starting point is an electronics unit comprising at least one circuit carrier with an upper and a lower side and a cooling element, with at least one electrical and / or electronic component being arranged on the upper and / or lower side of the circuit carrier. During operation, the electronic and / or electrical component develops quantities of heat that are subject to a loss of power and are to be dissipated with an electrical flow. The cooling element is at least indirectly connected to the top and / or bottom of the circuit carrier in a thermally conductive manner, for example in the form of slug-up or slug-down cooling. In a vertical plan view of the top and / or bottom of the circuit carrier, the at least one electrical and / or electronic component is predominantly covered by at least one of the cooling surfaces of the cooling element facing the top and bottom of the circuit carrier. Furthermore, a defined distance is set between the cooling surface and the side of the circuit carrier facing the cooling surface, in that the cooling element is connected to the circuit carrier by means of a connecting element, for example by means of a connecting web or connecting dome protruding from the cooling surface.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronikeinheit gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruches.The invention relates to an electronic unit according to the preamble of the independent claim.

Stand der TechnikState of the art

Bei heutiger Leistungselektronik werden in vielen Fällen die Leistungshalbleiter auf eine Leiterplatte oder ein anderes Substrat gelötet oder gesintert. Zu Sicherstellung einer fehlerfreien Betriebsfunktion ist es dabei erforderlich, die großen Wärmemengen, die vorrangig durch Leistungsverluste der stromdurchflossenen Leistungshalbleiter oder anderen elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente entstehen, geeignet abzuführen. Ein möglicher Entwärmungspfad ist allgemein als slug-down Kühlung bekannt. Hierbei erfolgt die Entwärmung von der Elektrode des Leitungshalbleiters über die Lot- oder Sinterschicht und dem damit verbundenen elektrischen Kontaktanschluss des Substrates und weiter hindurch durch die Substratschicht. Auf der anderen Substratseite ist in vielen Fällen ein Kühlkörper angeordnet, über welchen die zugeleitete Wärme effektiv, beispielsweise durch Konvektion, an die Umgebung abgegeben wird. Des Weiteren ist auch eine slug-up Kühlung bekannt. Hierbei ist das elektrische und/oder elektronische Bauelement zwischen dem Kühlkörper und dem Substrat angeordnet und die Wärme wird in Richtung des Kühlkörpers nach oben abgeleitet. Zur Verbesserung des Entwärmungspfades wird zwischen den Fügepartnern ein TIM-Material (thermal interface material) mit hohem Wärmeleitkoeffizienten eingebracht. Bedingt durch Fertigungs-, Bauteil- und/oder Montagetoleranzen können bei der Aufbau- und Verbindungstechnik von Leistungselektronik die Schichtdicken für die TIM-Materialien stark variieren. Durch große Schichtdicken ist die Wärmeleitung sehr ungünstig reduziert. In einigen Anwendungsfällen wird die slup-up und die slug-down-Kühlung kombiniert, wobei dann oft ein metallischer Gehäusedeckel oder -boden als ein zweiter Kühlkörper verwendet ist. Da sich dann dabei das Substrat nur auf eine Seite des Gehäusedeckels bzw. -bodens beziehen kann, ergeben sich auf der anderen Substratseite große Toleranzen mit dicken TIM-Schichten.In today's power electronics, the power semiconductors are often soldered or sintered onto a printed circuit board or another substrate. In order to ensure error-free operating function, it is necessary to appropriately dissipate the large amounts of heat that arise primarily due to power losses in the power semiconductors through which current flows or other electrical and / or electronic components. One possible cooling path is generally known as slug-down cooling. In this case, the heat dissipation from the electrode of the line semiconductor takes place via the solder or sintered layer and the electrical contact connection of the substrate connected to it, and further through the substrate layer. In many cases, a heat sink is arranged on the other side of the substrate, via which the supplied heat is effectively given off to the environment, for example by convection. Furthermore, slug-up cooling is also known. Here, the electrical and / or electronic component is arranged between the heat sink and the substrate and the heat is dissipated upwards in the direction of the heat sink. To improve the heat dissipation path, a TIM material (thermal interface material) with a high coefficient of thermal conductivity is introduced between the joining partners. Due to manufacturing, component and / or assembly tolerances, the layer thicknesses for the TIM materials can vary greatly in the construction and connection technology of power electronics. The heat conduction is reduced very unfavorably by large layer thicknesses. In some applications, the slup-up and the slug-down cooling are combined, in which case a metallic housing cover or base is often used as a second heat sink. Since the substrate can then refer to only one side of the housing cover or base, large tolerances with thick TIM layers result on the other side of the substrate.

In der Offenlegungsschrift DE102010001958 A1 ist eine slug-up - Kühlung gezeigt, bei welcher die Entwärmung über einen Gehäusedeckel erfolgt. Zwischen dem Leistungshalbleiter und dem Gehäusedeckel ist ein flexibles und formbares Wärmeführungselement angeordnet. Auf diese Weise kann eine Abstandstoleranz zwischen dem Leistungshalbleiter und dem Gehäuse ausgeglichen werden.In the Offenlegungsschrift DE102010001958 A1 a slug-up cooling is shown in which the cooling takes place via a housing cover. A flexible and malleable heat guide element is arranged between the power semiconductor and the housing cover. In this way, a distance tolerance between the power semiconductor and the housing can be compensated for.

Die Offenlegungsschrift DE102012216148A1 zeigt eine Schaltungsanordnung mit übereinander angeordneten und miteinander elektrisch kontaktierten Schaltungsträgern. Beide Schaltungsträger sind über den gleichen Kühlkörper mittels jeweils einer slug-down Kühlung wärmeableitend verbunden. Der Kühlkörper weist hierbei einen domartigen Fortsatz auf, welcher durch eine Aussparung des ersten Schaltungsträgers hindurch mit dem darüber liegenden Schaltungsträger verbunden ist.The disclosure document DE102012216148A1 shows a circuit arrangement with circuit carriers arranged one above the other and electrically contacted with one another. Both circuit carriers are connected via the same heat sink by means of slug-down cooling in a heat-dissipating manner. The heat sink here has a dome-like extension which is connected to the circuit carrier located above it through a recess in the first circuit carrier.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteileadvantages

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei zu entwärmenden Schaltungsträgern eine optimierte Entwärmung durch einen nur geringen toleranzbehafteten Entwärmungspfad sicherzustellen.The invention is based on the object of ensuring optimized heat dissipation in the case of circuit carriers to be heat dissipated by means of a heat dissipation path with only small tolerances.

Diese Aufgabe wird durch eine Elektronikeinheit mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruches gelöst.This object is achieved by an electronic unit with the characterizing features of the independent claim.

Ausgegangen wird von einer Elektronikeinheit umfassend zumindest einen Schaltungsträger mit einer Ober- und einer Unterseite und ein Kühlelement, wobei auf der Ober- und/oder der Unterseite des Schaltungsträgers mindestens ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement angeordnet ist. Das elektronische und/oder elektrische Bauelement entwickelt dabei im Betrieb bei einer elektrischen Durchströmung leistungsverlustbehaftete Wärmemengen, die abzuführen sind. Dies ist insbesondere bei einem Leistungshalbleiter der Fall oder bei elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente, die große Leistungen umsetzen. Dabei ist das Kühlelement mit der Ober- und/oder mit der Unterseite des Schaltungsträgers zumindest mittelbar wärmeleitend verbunden, beispielsweise in Form einer slug-up oder slug-down-Kühlung. In einer senkrechten Draufsicht auf die Ober- und/oder Unterseite des Schaltungsträgers ist dabei das zumindest eine elektrische und/oder elektronische Bauelement von zumindest einer der der Ober- und Unterseite des Schaltungsträger zugewandten Kühlfläche des Kühlelementes überwiegend überdeckt. Dies gilt insbesondere für mehr als die Hälfte der der jeweiligen Kühlfläche zugewandten wirksamen Entwärmungsflächen des elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes. Bevorzugt ist dabei das elektrische und/oder elektronische Bauelement, insbesondere dessen wirksame Entwärmungsfläche, in der Draufsicht vollständig überdeckt. Des Weiteren ist zwischen der Kühlfläche und der der Kühlfläche zugewandten Seite des Schaltungsträgers ein definiertes Abstandsmaß eingestellt, indem das Kühlelement mittels eines Verbindungselementes mit dem Schaltungsträger verbunden ist, beispielsweise mittels einem von der Kühlfläche abstehenden Verbindungssteg oder Verbindungsdom. Auf diese Weise besteht mittels des Verbindungselementes eine feste örtliche Zuordnung der Kühlfläche des Kühlelementes und der der Kühlfläche zugewandten Seite des Schaltungsträgers zueinander, wobei deren Beabstandung dann mit nur einer geringen Toleranzunsicherheit sehr genau festlegbar ist. Ausgehend von der Kühlfläche als einer Maßbezugsfläche ist die kleine Toleranzkette nur noch durch die zwischen dem Kühlelement und dem Schaltungsträger angeordneten Fügepartner und/oder Verbindungsschichten bestimmt. Dadurch ist erreicht, dass die Wärmedurchgänge und Wärmeübergänge innerhalb eines Entwärmungspfades für eine Serienfertigung aufbaubedingt sehr klein gehalten werden können und dadurch eine besonders große und optimierte Wärmeleitung sichergestellt ist.The starting point is an electronics unit comprising at least one circuit carrier with an upper and a lower side and a cooling element, with at least one electrical and / or electronic component being arranged on the upper and / or lower side of the circuit carrier. During operation, the electronic and / or electrical component develops quantities of heat that are subject to a loss of power and are to be dissipated with an electrical flow. This is the case in particular with a power semiconductor or with electrical and / or electronic components that convert high powers. In this case, the cooling element is at least indirectly connected to the top and / or bottom of the circuit carrier in a thermally conductive manner, for example in the form of slug-up or slug-down cooling. In a vertical plan view of the top and / or bottom of the circuit carrier, the at least one electrical and / or electronic component is predominantly covered by at least one of the cooling surface of the cooling element facing the top and bottom of the circuit carrier. This applies in particular to more than half of the effective cooling surfaces of the electrical and / or electronic component facing the respective cooling surface. The electrical and / or electronic component, in particular its effective heat dissipation surface, is preferably completely covered in the top view. Furthermore, a defined distance is set between the cooling surface and the side of the circuit carrier facing the cooling surface by connecting the cooling element to the circuit carrier by means of a connecting element, for example by means of a connecting web or connecting dome protruding from the cooling surface. In this way, there is a fixed local by means of the connecting element Assignment of the cooling surface of the cooling element and the side of the circuit carrier facing the cooling surface to one another, with their spacing then being able to be determined very precisely with only a small tolerance uncertainty. Starting from the cooling surface as a dimensional reference surface, the small tolerance chain is only determined by the joining partners and / or connecting layers arranged between the cooling element and the circuit carrier. This ensures that the heat and heat transfers within a cooling path can be kept very small for series production due to the structure, and thereby a particularly large and optimized heat conduction is ensured.

Bevorzugt ist die Kühlfläche des Kühlelementes ebenflächig ausgebildet und/oder parallel versetzt verlaufend zu der Ober- und Unterseite bzw. einer Entwärmungsfläche des elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes. Allgemein weist die Ober- und/oder die Unterseite eine elektrische Leiterstruktur auf, welche unter Ausbildung einer elektronischen Schaltung mit dem zumindest einem elektrischen und/oder elektronischen Bauelement elektrisch verbunden ist.The cooling surface of the cooling element is preferably designed to be flat and / or running parallel offset to the top and bottom or a cooling surface of the electrical and / or electronic component. In general, the top and / or bottom has an electrical conductor structure which is electrically connected to the at least one electrical and / or electronic component while forming an electronic circuit.

Grundsätzlich lassen sich durch die oben beschriebene vorteilhafte Anordnung nun verschiedene Kühlkonzepte für eine Elektronikeinheit umsetzen.In principle, various cooling concepts for an electronic unit can now be implemented through the advantageous arrangement described above.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Elektronikeinheit sind die Kühlfläche des Kühlelementes und zumindest ein darüber zu entwärmendes elektrisches und/oder elektronisches Bauelement auf gegenüberliegenden Seiten des Schaltungsträgers angeordnet. Bevorzugt ist dann zwischen dem Schaltungsträger und dem Kühlelement kein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement angeordnet. In diesem Fall kann das zumindest eine oder können noch weitere elektrische und/oder elektronische Bauelemente effektiv durch eine slug-down-Kühlung sehr effektiv entwärmt werden. Damit können beispielsweise Leistungshalbleiter mit hoher Verlustleistung betriebssicher betrieben werden. Ebenso können auch Leistungshalbleiter, die aufgrund bisher unzureichender Entwärmung in ihrer Leistung beschränkt waren, nun bei höheren Betriebsströmen betrieben werden.In an advantageous embodiment of the electronics unit, the cooling surface of the cooling element and at least one electrical and / or electronic component to be cooled over it are arranged on opposite sides of the circuit carrier. Preferably, no electrical and / or electronic component is then arranged between the circuit carrier and the cooling element. In this case, the at least one or further electrical and / or electronic components can be effectively cooled by slug-down cooling. This means that power semiconductors with high power dissipation can be operated reliably. Likewise, power semiconductors, which were previously limited in their performance due to insufficient cooling, can now be operated at higher operating currents.

In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Elektronikeinheit ist zwischen dem Schaltungsträger und dem Kühlelement zumindest ein darüber zu entwärmendes elektrisches und/oder elektronisches Bauelement angeordnet. In dieser Form kann das auf einer Seite zumindest eine angeordnete elektrische und/oder elektronische Bauelemente über eine optimierte slug-up Kühlung entwärmt werden.In another advantageous embodiment of the electronics unit, at least one electrical and / or electronic component to be cooled above is arranged between the circuit carrier and the cooling element. In this form, the at least one electrical and / or electronic component arranged on one side can be cooled by means of optimized slug-up cooling.

Eine günstige Ausführungsform der Elektronikeinheit zeigt sich darin, dass durch das definierte Abstandsmaß auf einer Seite des Schaltungsträgers mit einem zwischen dem Schaltungsträger und dem Kühlelement angeordneten einen elektrischen und/oder elektronischen Bauelement zwischen der Kühlfläche des Kühlelements und einer der jeweiligen Kühlfläche am nächsten zugewandten Entwärmungsfläche des zumindest einen angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes ein Spaltabstand eingestellt ist oder durch das definierte Abstandsmaß auf einer Seite des Schaltungsträgers, die der Kühlfläche des Kühlelementes zugewandt ist und die der Seite des Schaltungsträgers gegenüberliegt, auf welcher das zu entwärmende eine elektrische und/oder elektronische Bauelement angeordnet ist, zwischen der Kühlfläche des Kühlelements und der der Kühlfläche zugewandten Seite des Schaltungsträgers ein Spaltabstand eingestellt ist, wobei der Spaltabstand von einem TIM-Material (thermal interface material) ausgefüllt ist. In vorteilhafter Weise ergibt sich damit eine durchgehende Wärmeleitung innerhalb eines ausgebildeten Entwärmungspfades. Aufgrund der vorteilhaften begrenzten Toleranzkette innerhalb des definiert eingestellten Abstandsmaßes ergeben sich vorteilhaft geringe TIM-Schichten mit dann großer Wärmeleitfähigkeit und damit geringem thermischen Widerstand. Dies ist besonders vorteilhaft bei Anwendungen der Elektronikeinheit für Dauerläufer wie beispielsweise bei einem Kühlerlüfter. Bevorzugt ist ein Spaltabstand von 50 µm bis einschließlich 1000 µm eingestellt, beispielsweise von 70 µm bis einschließlich 600 µm, bevorzugt von 70 µm bis einschließlich 300 µm. Es kommen verschiedene TIM-Materialien in Frage, beispielsweise eine Wärmeleitpaste, ein Gapefiller, ein Wärmeleitkleber oder -gel, ein Wärmeleitpad oder -band usw.. Bevorzugt sind elektrische und/oder elektronische Bauelemente zwischen dem Kühlelement und dem Schaltungsträger innerhalb eines TIM-Materials vollständig eingebettet. Weiter bevorzugt erstreckt sich das TIM-Material unterhalb der gesamten Kühlfläche des Kühlelementes bis zur der der Kühlfläche jeweils entsprechend zugewandten Seite des Schaltungsträgers.A favorable embodiment of the electronics unit is shown in the fact that the defined distance on one side of the circuit carrier with an electrical and / or electronic component arranged between the circuit carrier and the cooling element between the cooling surface of the cooling element and one of the cooling surface closest to the respective cooling surface at least one arranged electrical and / or electronic component a gap distance is set or by the defined distance on a side of the circuit carrier that faces the cooling surface of the cooling element and that is opposite the side of the circuit carrier on which the one to be cooled is an electrical and / or electronic Component is arranged, between the cooling surface of the cooling element and the side of the circuit carrier facing the cooling surface, a gap distance is set, the gap distance from a TIM material (thermal interface materia l) is filled out. This advantageously results in continuous heat conduction within a formed heat dissipation path. Because of the advantageous limited tolerance chain within the defined set distance, there are advantageously small TIM layers with then high thermal conductivity and thus low thermal resistance. This is particularly advantageous when the electronic unit is used for endurance runners such as a cooling fan, for example. A gap distance of 50 μm up to and including 1000 μm is preferably set, for example from 70 μm up to and including 600 μm, preferably from 70 μm up to and including 300 μm. Various TIM materials come into consideration, for example a heat-conducting paste, a gap filler, a heat-conducting adhesive or gel, a heat-conducting pad or tape, etc. Electrical and / or electronic components are preferred completely embedded between the cooling element and the circuit carrier within a TIM material. More preferably, the TIM material extends below the entire cooling surface of the cooling element up to the side of the circuit carrier correspondingly facing the cooling surface.

Allgemein ist es vorteilhaft, wenn das Kühlelement und der Schaltungsträger über einen Stoff-, Form- und/oder Kraftschluss im Bereich des Verbindungselementes miteinander verbunden sind. Je nach gewählter Verbindungsart ist das Kühlelement dann dauerhaft oder wieder demontierbar ausgebildet. So kann der besagte Bereich eines Verbindungselementes mit dem Schaltungsträger verklebt, verschraubt oder in diesen eingepresst sein. Ein Fügeendzustand ist bevorzugt erreicht, bei welchem korrespondierende Anschlagflächen bei dann eingestelltem definierten Abstandsmaß zwischen dem Kühlelement und dem Schaltungsträger unmittelbar aufeinander aufliegen. Hierbei kann ein zuvor zwischen dem Kühlelement und dem Schaltungsträger eingebrachtes TIM-Material auf eine minimale TIM-Schichtdicke verdrückt werden - in Abhängigkeit der sich dann toleranzbehaftet einstellenden Spaltabstände. Hierbei kann auch überschüssiges TIM-Material seitlich zum Kühlelement herausgedrückt werden.In general, it is advantageous if the cooling element and the circuit carrier are connected to one another via a material, form and / or force fit in the area of the connecting element. Depending on the type of connection selected, the cooling element is then designed to be permanent or removable again. The said area of a connecting element can thus be glued, screwed or pressed into the circuit carrier. A final joining state is preferably achieved in which corresponding stop surfaces rest directly on one another when the defined distance between the cooling element and the circuit carrier is then set. In this case, a TIM material previously introduced between the cooling element and the circuit carrier can be compressed to a minimum TIM layer thickness - depending on the gap distances that then arise with tolerance. Excess TIM material can also be pressed out to the side of the cooling element.

In einer Weiterbildung der Elektronikeinheit weist das Kühlelement im Bereich des Verbindungselementes einen Anschlag auf, welcher in Anlagenkontakt mit einer Gegenfläche des Schaltungsträgers, insbesondere mit der Ober- oder Unterseite des Schaltungsträgers, das definierte Abstandsmaß einstellt. Auf dieses Weise kann ein sehr einfacher Montageprozess vorgesehen werden.In a further development of the electronics unit, the cooling element has a stop in the area of the connecting element which, in system contact with an opposing surface of the circuit carrier, in particular with the top or bottom of the circuit carrier, sets the defined distance. In this way, a very simple assembly process can be provided.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Elektronikeinheit zeigt sich darin, dass der Schaltungsträger eine Aussparung aufweist, insbesondere eine durchgehende zylindrische Öffnung, welche zumindest teilweise von zumindest einem Endabschnitt des Verbindungselementes durchdrungen ist, und das Kühlelement zumindest innerhalb der Aussparung mit dem Schaltungsträger verbunden ist. Durch die Aussparung als zumindest Teil eines Verbindungsbereiches kann das Kühlelement mechanisch fest und sicher im Schaltungsträger gehalten werden.A particularly advantageous embodiment of the electronics unit is shown in that the circuit carrier has a recess, in particular a continuous cylindrical opening, which is at least partially penetrated by at least one end section of the connecting element, and the cooling element is connected to the circuit carrier at least within the recess. Due to the recess as at least part of a connection area, the cooling element can be held mechanically firmly and securely in the circuit carrier.

Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass das Verbindungselement wärmeleitend ausgebildet ist. Insgesamt erstreckt sich damit eine mögliche Wärmekapazität auch auf den Schaltungsträger, wodurch für eine kurze Zeit eine erhöhte Verlustenergie als Wärmeenergie aufgenommen werden kann und somit sich die Wärmekapazität der Elektronikeinheit erhöht. Dies ist hilfreich bei kurzzeitigen Belastungsspitzen, wie sie z.B. bei einer elektrischen Lenkung, beim ABS (Antiblockiersystem), beim ESP (Elektronisches Stabilisierungsprogramm) und anderen Anwendung vorkommen.Further advantages result from the fact that the connecting element is designed to be thermally conductive. Overall, a possible heat capacity also extends to the circuit carrier, as a result of which increased energy loss can be absorbed as heat energy for a short time and thus the heat capacity of the electronics unit increases. This is helpful for short-term peak loads, such as occur in electric steering, ABS (anti-lock braking system), ESP (electronic stabilization program) and other applications.

Eine weitere Verbesserung ergibt sich bei einer Ausführungsform der Elektronikeinheit, bei welcher das Verbindungselement einstückig mit dem Kühlelement ausgebildet ist. Dadurch werden thermische Übergangswiderstände auf ein Minimum verringert und eine Montage zur Ausbildung der Elektronikeinheit vereinfacht. Bevorzugt ist das Verbindungselement im oder in unmittelbarer Nähe zu einem Flächenschwerpunkt der Kühlfläche mit dem Kühlelement einstückig ausgebildet. Dadurch ergeben sich Vereinfachungen bei der Fertigung des Kühlelementes.A further improvement results in an embodiment of the electronics unit in which the connecting element is formed in one piece with the cooling element. This reduces thermal contact resistances to a minimum and simplifies assembly for forming the electronic unit. The connecting element is preferably designed in one piece with the cooling element in or in the immediate vicinity of a centroid of the cooling surface. This results in simplifications in the manufacture of the cooling element.

Bevorzugt ist eine Ausführungsform der Elektronikeinheit, bei welcher das Kühlelement pilzförmig ausgebildet ist, indem das Verbindungselement stielähnlich von der zugehörigen Kühlfläche absteht. Besonders bevorzugt ist das Kühlelement plattenartig mit zumindest einer eben verlaufenden Plattenseite als die Kühlfläche ausgebildet und diese in der Draufsicht einen im wesentlich konstanten punkt-, spiegel- oder rotationssymmetrischen Querschnitt aufweist. Dabei ist das Verbindungselement auf Seiten der Kühlfläche abstehend angeformt und bevorzugt rotationssymmetrisch ausgebildet. Das Verbindungselement kann hierbei zylindrisch oder von der Kühlfläche an konisch zulaufend angeformt sein.An embodiment of the electronics unit is preferred in which the cooling element is mushroom-shaped in that the connecting element protrudes like a stick from the associated cooling surface. Particularly preferably, the cooling element is designed in the manner of a plate with at least one flat side of the plate as the cooling surface and this has a substantially constant point, mirror or rotationally symmetrical cross-section in plan view. In this case, the connecting element is formed protruding on the side of the cooling surface and is preferably designed to be rotationally symmetrical. The connecting element can be formed cylindrical or tapering from the cooling surface.

Grundsätzlich sind Ausführungsformen der Elektronikeinheit möglich, bei welchen auf einer der Seiten oder beiden Seiten des Schaltungsträgers zumindest ein Kühlelement angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine Entwärmung auch an lokal unterschiedlichen Bereichen des Schaltungsträgers erfolgen. Hierbei können sich die definiert eingestellten Abstandsmaße aufgrund der lokalen Begebenheiten unterscheiden, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Höhen von elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen.In principle, embodiments of the electronics unit are possible in which at least one cooling element is arranged on one of the sides or on both sides of the circuit carrier. In this way, cooling can also take place in locally different areas of the circuit carrier. The distance dimensions set in a defined manner can differ here due to the local conditions, for example due to different heights of electrical and / or electronic components.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Elektronikeinheit sind zwei Kühlelement auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Schaltungsträger angeordnet, wobei deren jeweiligen Verbindungselemente in einer gemeinsamen Achse ausgerichtet sind, insbesondere in einer zu den Seiten des Schaltungsträgers senkrecht orientierten Achse. Dadurch können beispielsweise bei einem beidseitig bestückten Schaltungsträger die jeweils auf einer Seite des Schaltungsträgers angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente mittels einer Slug-up Entwärmung gekühlt werden. Alternativ kann aber auch zumindest ein auf einer Seite des Schaltungsträgers angeordnetes elektrisches und/oder elektronisches Bauelement zeitgleich über eine Slug-up und eine Slug-down Kühlung entwärmt werden. Vorteilhaft ist es, wenn die Verbindungselemente beider Kühlelemente durch eine Aussparung im Schaltungsträger hindurch miteinander verbunden sind und bevorzugt den Schaltungsträger zwischen sich klemmend aufnehmen.In a particular embodiment of the electronics unit, two cooling elements are arranged on two opposite sides of the circuit carrier, their respective connecting elements being aligned in a common axis, in particular in an axis perpendicular to the sides of the circuit carrier. As a result, in the case of a circuit carrier equipped on both sides, for example, the electrical and / or electronic components arranged on one side of the circuit carrier can be cooled by means of a slug-up cooling. Alternatively, however, at least one electrical and / or electronic component arranged on one side of the circuit carrier can also be cooled simultaneously via a slug-up and a slug-down cooling. It is advantageous if the connecting elements of the two cooling elements are connected to one another through a cutout in the circuit carrier and preferably receive the circuit carrier in a clamping manner between them.

In einer Weiterbildung der Elektronikeinheit weist das Kühlelement eine weitere Kühlfläche auf, welche von der Seite des Schaltungsträgers abgewandt ist, wobei mit der weiteren Kühlfläche das Kühlelement mit einem Kühlkörper verbunden ist, insbesondere einem flüssigkeitsgekühlten Kühlkörper. Das Kühlelement übernimmt hierbei die Funktion eines Wärmespreizers, über welchen der Wärmefluss auf den Kühlkörper übertragen wird und von dort aus großflächiger abgegeben werden kann.In a development of the electronics unit, the cooling element has a further cooling surface which faces away from the side of the circuit carrier, the cooling element being connected to a cooling body, in particular a liquid-cooled cooling body, with the further cooling surface. The cooling element takes on the function of a heat spreader via which the heat flow is transferred to the heat sink and can be released from there over a larger area.

Die Elektronikeinheit ist beispielsweise ein Steuergerät, ein Umrichter, ein Gleichrichter, ein Wechselrichter oder allgemein ein elektronisches Leistungsmodul, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.The electronics unit is, for example, a control device, a converter, a rectifier, an inverter or generally an electronic power module, in particular for a motor vehicle.

Figurenliste Figure list

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:

  • 1: eine beispielhafte Ausführungsform einer Elektronikeinheit in einer seitlichen Schnittdarstellung,
Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of preferred exemplary embodiments and with reference to the drawing. This shows in:
  • 1 : an exemplary embodiment of an electronics unit in a lateral sectional view,

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer Elektronikeinheit 100 in einer seitlichen Schnittdarstellung gezeigt. Die Elektronikeinheit 100 umfasst dabei ein mehrteiliges Gehäuse 10, insbesondere mit einem metallischen Gehäuseteil 10A, beispielsweise einen metallischen Gehäuseboden, und ein weiteres Gehäuseteil 10B, beispielsweise einen Kunststoffgehäusedeckel. Durch das mehrteilige Gehäuse 10 ist ein Hohlraum 20 ausgebildet, in welchem ein bestückter Schaltungsträger 30 mit einer auf dem Schaltungsträger 30 ausgebildeten elektronischen Schaltung 30' aufgenommen bzw. angeordnet ist. Der Schaltungsträger 30 weist eine Oberseite 31 und eine Unterseite 32 auf. Auf jeder der Seiten 31, 32 des Schaltungsträgers 30 ist zumindest ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement 40 elektrisch mit einer Leiterstruktur (nicht dargestellt) des Schaltungsträgers 30 unter Ausbildung der elektronischen Schaltung 30' verbunden. Mit I, II, II sind beispielhaft drei verschiedene lokale Bereiche des Schaltungsträgers 30 bezeichnet, in welchen eine bestimmte Entwärmung von in dem jeweiligen Bereich I, II, III angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen 40 erfolgt. Allen gemein ist, dass in den Entwärmungsbereichen I, II, III zumindest ein Kühlelement 60 zumindest mittelbar mit der Ober- oder Unterseite 31, 32 des Schaltungsträgers 30 wärmeleitend verbunden ist. Der metallische Gehäuseboden 10A übernimmt hierbei neben der Funktion einer Umhausung zusätzlich die Funktion eines Kühlkörpers 50. Die der Unterseite 32 des Schaltungsträgers 30 zugewandte Gehäusebodenfläche ist somit zumindest in den Entwärmungsbereichen I, II, III eine Kühlfläche 50'. Während in dem Entwärmungsbereich II zwischen dem Kühlelement 60 und der Unterseite 32 des Schaltungsträger 30 kein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement 40 angeordnet ist, ist in den Entwärmungsbereichen I und III hier zumindest ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement 40angeordnet. Zusätzlich weist in allen Entwärmungsbereichen I, II, III das jeweilige Kühlelement 60 eine Kühlfläche 60' auf, welche der Ober- bzw. der Unterseite 31, 32 des Schaltungsträgers 30 zugewandt ist. Zwischen der jeweiligen Kühlfläche 60' eines Kühlelementes 60 und der jeweiligen dort zugewandten Seite 31, 32 des Schaltungsträgers 30 ist ein definiertes Abstandsmaß A eingestellt. Ebenso ist in den Entwärmungsbereichen I und III zwischen jeweils einer Kühlfläche 60' eines Kühlelementes 60 und einer der jeweiligen Kühlfläche 60' nächst zugewandten Entwärmungsfläche 40' der dort angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente 40 ein Spaltabstand a1 ausgebildet. Ein solcher Spaltabstand a1 ist auch im Entwärmungsbereich II zwischen der Kühlfläche 60' des Kühlelementes 60 und der Unterseite 32 ausgebildet. Je nach Anordnung und/oder Höhe der elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente 40sind die eingestellten Abstandsmaße A und eingestellten Spaltabstände a1 spezifisch und können einander entsprechen oder zueinander verschieden sein. Alle Spaltabstände a1 sind dabei von einem TIM-Material 80 ausgefüllt. Bevorzugt sind alle zu entwärmenden elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente 40vollständig innerhalb des TIM-Materiales 80 eingebettet. Das TIM-Material 80 kann auch den Hohlraum 20 bis zu einer Füllhöhe ausfüllen, wobei beispielhaft auch die Kühlelemente 60 dann unterhalb der Füllhöhe angeordnet sind. Das jeweils eingestellte Abstandsmaß A bzw. jeweils eingestellter Spaltabstand a1 ergibt sich dadurch, indem ein jeweiliges Kühlelement 60 und der Schaltungsträger 30 mittels eines Verbindungselementes 65 miteinander verbunden sind. Ein solches Verbindungselement 65 ist beispielsweise einstückig mit dem Kühlelement 60 ausgebildet und steht stielartig von dessen Kühlfläche 60' ab. Im Entwärmungsbereich III ist ein separates Verbindungselement 65 auf Anschlag zu der Kühlflächen 60' des Kühlelementes 60 angeordnet. Grundsätzlich sind der Schaltungsträger 30 und das jeweilige Kühlelement 60 über einen Stoff-, Form- oder Kraftschluss im Bereich des Verbindungselementes 65 miteinander verbunden. So ist innerhalb des Entwärmungsbereiches I das Kühlelement 60 über einen am Ende des Verbindungselementes 65 ausgebildeten Zapfens 67 innerhalb einer Aussparung 35 des Schaltungsträgers 30 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise durch eine Klebe-, Lot- oder Schweißverbindung. Ein Fügeendzustand ist dabei erreicht, sobald eine beispielsweise stirnseitig an einem Stufenabsatz des Verbindungselementes 65 ausgebildete Anschlagfläche 66 im direkten Anlagenkontakt zur ‚Oberseite 31 steht. Im Entwärmungsbereich III sind die sich gegenüber angeordneten Kühlelemente 60 und ein Endbereich des jeweiligen Verbindungselementes 65 bis zu einer jeweiligen Anschlagfläche 66 ineinander verschraubt, insbesondere innerhalb einer Aussparung 35 im Schaltungsträger 30. Dabei ist der Schaltungsträger 30 zwischen beiden Anschlagflächen 66 klemmend gehalten. Alternativ sind die beiden Verbindungselemente 65 ineinander verpresst. Im Entwärmungsbereich II ist das Verbindungselement 65 beispielsweise hülsenförmig ausgebildet, wobei dann das Kühlelement 60 über ein durch die Hülse 65 hindurchragendes Stiftelement 70 zum Schaltungsträger 30 hin lateral positioniert ist. Das Stiftelement 70 ist beispielsweise ein Bestückelement während des Bestückungsprozesses von elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen 40 auf den Seiten 31, 32 des Schaltungsträgers 30. Die Stirnseite des Verbindungselementes 65 stellt dabei eine entsprechende Anschlagfläche 66 dar, die auf der Unterseite 32 des Schaltungsträgers aufliegt. Bevorzugt ist das Verbindungselement 65 aus einem wärmeleitenden Material. Das Kühlelement ist dann beispielsweise im Bereich der Anschlagfläche und/oder im Bereich des Stiftelementes 70 stoffschlüssig verbunden, zum Beispiel durch eine Klebe- oder Lotverbindung. Alternativ ist das Verbindungselement 65 über das Stiftelement 70 aufgepresst.In the 1 Figure 3 is an exemplary embodiment of an electronics unit 100 shown in a sectional side view. The electronics unit 100 comprises a multi-part housing 10 , in particular with a metallic housing part 10A , for example a metallic housing base, and a further housing part 10B , for example a plastic housing cover. Thanks to the multi-part housing 10 is a cavity 20th formed in which an assembled circuit carrier 30th with one on the circuit board 30th trained electronic circuit 30 ' is added or arranged. The circuit carrier 30th has a top 31 and a bottom 32 on. On each of the pages 31 , 32 of the circuit board 30th is at least one electrical and / or electronic component 40 electrically with a conductor structure (not shown) of the circuit carrier 30th while training the electronic circuit 30 ' connected. I, II, II are three different local areas of the circuit carrier by way of example 30th denotes in which a certain cooling of electrical and / or electronic components arranged in the respective area I, II, III 40 he follows. What they all have in common is that at least one cooling element in the cooling areas I, II, III 60 at least indirectly with the top or bottom 31 , 32 of the circuit board 30th is thermally connected. The metallic case back 10A In addition to the function of an enclosure, it also takes on the function of a heat sink 50 . Those of the bottom 32 of the circuit board 30th The housing bottom surface facing it is thus a cooling surface at least in the cooling areas I, II, III 50 ' . While in the cooling area II between the cooling element 60 and the bottom 32 of the circuit carrier 30th no electrical and / or electronic component 40 is arranged, at least one electrical and / or electronic component 40 is arranged in the cooling areas I and III. In addition, the respective cooling element has in all cooling areas I, II, III 60 a cooling surface 60 ' on which of the top and bottom 31 , 32 of the circuit board 30th is facing. Between the respective cooling surface 60 ' a cooling element 60 and the respective side facing there 31 , 32 of the circuit board 30th a defined distance A is set. There is also a cooling surface in each of the cooling areas I and III 60 ' a cooling element 60 and one of the respective cooling surfaces 60 ' next facing cooling surface 40 ' the electrical and / or electronic components arranged there 40 a gap distance a1 is formed. Such a gap distance a1 is also in the cooling area II between the cooling surface 60 ' of the cooling element 60 and the bottom 32 educated. Depending on the arrangement and / or height of the electrical and / or electronic components 40, the set spacings A and set gap spacings a1 are specific and can correspond to one another or be different from one another. All gap distances a1 are from one TIM material 80 filled out. All electrical and / or electronic components 40 to be cooled are preferably completely within the TIM material 80 embedded. The TIM material 80 can also use the cavity 20th Fill up to a level, with the cooling elements as an example 60 are then arranged below the filling level. The respectively set distance A or respectively set gap distance a1 results from the fact that a respective cooling element 60 and the circuit carrier 30th by means of a connecting element 65 are connected to each other. Such a connector 65 is for example in one piece with the cooling element 60 formed and stands like a stick from its cooling surface 60 ' from. There is a separate connecting element in the cooling area III 65 on the stop to the cooling surfaces 60 ' of the cooling element 60 arranged. Basically the circuit carriers are 30th and the respective cooling element 60 Via a material, form or force fit in the area of the connecting element 65 connected with each other. The cooling element is within the cooling area I. 60 via one at the end of the connecting element 65 trained pin 67 within a recess 35 of the circuit board 30th materially connected, for example by an adhesive, solder or welded connection. A final state of joining is reached as soon as an end face, for example, on a stepped shoulder of the connecting element 65 trained stop surface 66 in direct system contact with the top 31 stands. The cooling elements arranged opposite one another are in the cooling area III 60 and an end region of the respective connecting element 65 up to a respective stop surface 66 screwed into one another, in particular within a recess 35 in the circuit carrier 30th . Here is the circuit carrier 30th between both stop surfaces 66 held clamped. Alternatively, the two connecting elements 65 pressed together. The connecting element is in the cooling area II 65 for example sleeve-shaped, in which case the cooling element 60 via one through the sleeve 65 protruding pin element 70 to the circuit carrier 30th is positioned laterally. The pin element 70 is for example a placement element during the placement process of electrical and / or electronic components 40 on the pages 31 , 32 of the circuit board 30th . The face of the connecting element 65 provides a corresponding stop surface 66 represent that on the bottom 32 of the circuit board rests. The connecting element is preferred 65 made of a thermally conductive material. The cooling element is then for example in the area of the stop surface and / or in the area of the pin element 70 materially connected, for example by an adhesive or solder connection. Alternatively, the connecting element 65 via the pin element 70 pressed on.

Grundsätzlich weist jedes der gezeigten Kühlelemente 60 neben der einen Kühlfläche 60' noch eine weitere Kühlfläche 60". Die weitere Kühlfläche 60" ist dabei von der Seite 31, 32 des Schaltungsträgers 30 abgewandt, auf welcher das Kühlelement 60 angeordnet ist. Im Entwärmungsbereich III ist die weitere Kühlfläche 60" des einen Kühlelementes 60 der Bodenfläche des Gehäusebodens 10B zugewandt und dort über ein TIM-Material mit diesem wärmeleitend verbunden. Der Gehäuseboden 10B übernimmt hierbei neben der Einhausungsfunktion zusätzlich die Funktion eines Kühlkörpers 50. Grundsätzlich kann aber auch ein separater Kühlkörper 50 mit einer weiteren Kühlfläche 60" eines Kühlelementes 60 wärmeleiten verbunden sein.In principle, each of the cooling elements shown 60 next to the one cooling surface 60 ' another cooling surface 60 " . The further cooling surface 60 " is from the side 31 , 32 of the circuit board 30th turned away on which the cooling element 60 is arranged. The additional cooling surface is in the cooling area III 60 " of the one cooling element 60 the bottom surface of the case back 10B facing and there connected to it in a thermally conductive manner via a TIM material. The case back 10B In addition to the housing function, it also takes on the function of a heat sink 50 . In principle, however, a separate heat sink can also be used 50 with another cooling surface 60 " a cooling element 60 be connected to conduct heat.

In der Draufsicht A auf die Ober- und/oder Unterseite 31, 32 des Schaltungsträgers 30 ist ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement 40von zumindest einer der Kühlflächen 60' des Kühlelementes 60 überwiegend überdeckt, bevorzugt vollständig überdeckt. Darüber hinaus können auch andere elektrische und/oder elektronische Bauelement 40auf dem Schaltungsträger 30 angeordnet sein, die nicht von einem Kühlelement 60 entwärmt werden müssen. Bevorzugt ist zumindest ein Kühlelement 60 plattenartig mit zumindest einer eben verlaufenden Plattenseite als die Kühlfläche 60', 60" ausgebildet. Ferner liegt bevorzugt ein im wesentlich konstanter punkt-, spiegel- oder rotationssymmetrischer Flächenquerschnitt vor, beispielsweise ein rechteckiger, beispielsweise im Entwärmungsbereich I, oder beispielsweise ein kreisrunder, beispielsweise im Entwärmungsbereich II oder III. Grundsätzlich kann eine Elektronikeinheit 100 genau eine oder mehrere einer gleichen Ausführung eines Kühlelementes 60 aufweisen, wie sie in einem der dargestellten Entwärmungsbereiche I bis III gezeigt ist. Alternativ können sich zumindest zwei in einer Elektronikeinheit 100 enthaltenen Kühlelemente 60 unterscheiden. Weiterhin sind Ausführungen anderer Entwärmungsbereiche einer Elektronikeinheit 100 denkbar, die einzelne oder mehrere Ausführungsaspekte der gezeigten Entwärmungsbereiche I bis III miteinander kombinieren bzw. substituieren.In plan view A on the top and / or bottom 31 , 32 of the circuit board 30th is an electrical and / or electronic component 40 of at least one of the cooling surfaces 60 ' of the cooling element 60 predominantly covered, preferably completely covered. In addition, other electrical and / or electronic components 40 can also be placed on the circuit carrier 30th be arranged, not by a cooling element 60 need to be cooled. At least one cooling element is preferred 60 plate-like with at least one flat side of the plate as the cooling surface 60 ' , 60 " educated. Furthermore, there is preferably a substantially constant point, mirror or rotationally symmetrical surface cross-section, for example a rectangular, for example in the cooling area I, or for example a circular, for example in the cooling area II or III. In principle, an electronics unit 100 exactly one or more of the same design of a cooling element 60 have, as shown in one of the cooling areas I to III shown. Alternatively, at least two can be in one electronic unit 100 included cooling elements 60 distinguish. There are also versions of other cooling areas of an electronic unit 100 conceivable that combine or substitute individual or several design aspects of the cooling areas I to III shown.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102010001958 A1 [0003]DE 102010001958 A1 [0003]
  • DE 102012216148 A1 [0004]DE 102012216148 A1 [0004]

Claims (14)

Elektronikeinheit (100) umfassend zumindest einen Schaltungsträger (30) mit einer Ober- und einer Unterseite (31, 32) und einem Kühlelement (60), wobei auf der Ober- und/oder der Unterseite (31, 32) des Schaltungsträgers (30) mindestens ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement (40) angeordnet ist, insbesondere ein Leistungshalbleiter, wobei das Kühlelement (60) mit dem zumindest einen elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes (40) zumindest mittelbar wärmeleitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer senkrechten Draufsicht auf die Ober- und/oder Unterseite (31, 32) des Schaltungsträgers (30) das zumindest eine elektrische und/oder elektronische Bauelement (40) von zumindest einer der der Ober- und Unterseite (31, 32) des Schaltungsträger (30) zugewandten Kühlfläche (60')des Kühlelementes (60) überwiegend überdeckt ist, bevorzugt vollständig überdeckt ist, und wobei zwischen der Kühlfläche (60') und der der Kühlfläche (60') zugewandten Seite des Schaltungsträgers (31, 32) ein definiertes Abstandsmaß (A) eingestellt ist, indem das Kühlelement (60) mittels eines Verbindungselementes (65) mit dem Schaltungsträger (30 verbunden sind.Electronic unit (100) comprising at least one circuit carrier (30) with an upper and a lower side (31, 32) and a cooling element (60), wherein on the upper and / or lower side (31, 32) of the circuit carrier (30) at least one electrical and / or electronic component (40) is arranged, in particular a power semiconductor, wherein the cooling element (60) is at least indirectly thermally conductively connected to the at least one electrical and / or electronic component (40), characterized in that in a vertical Top view of the top and / or bottom (31, 32) of the circuit carrier (30) the at least one electrical and / or electronic component (40) of at least one of the top and bottom (31, 32) of the circuit carrier (30) facing cooling surface (60 ') of the cooling element (60) is predominantly covered, preferably completely covered, and wherein between the cooling surface (60') and the side of the switch facing the cooling surface (60 ') ungsträgers (31, 32) a defined distance (A) is set by connecting the cooling element (60) to the circuit carrier (30) by means of a connecting element (65). Elektronikeinheit (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlfläche (60') des Kühlelementes (60) und zumindest ein darüber zu entwärmendes elektrisches und/oder elektronisches Bauelement (40) auf gegenüberliegenden Seiten des Schaltungsträgers (30) angeordnet sind.Electronics unit (100) Claim 1 , characterized in that the cooling surface (60 ') of the cooling element (60) and at least one electrical and / or electronic component (40) to be cooled over it are arranged on opposite sides of the circuit carrier (30). Elektronikeinheit (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schaltungsträger (30) und dem Kühlelement (60) zumindest ein darüber zu entwärmendes elektrisches und/oder elektronisches Bauelement (40) angeordnet ist.Electronic unit (100) according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that between the circuit carrier (30) and the cooling element (60) at least one electrical and / or electronic component (40) to be cooled above is arranged. Elektronikeinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das definierte Abstandsmaß (A) auf einer Seite (31, 32) des Schaltungsträgers (30) mit einem zwischen dem Schaltungsträger (30) und dem Kühlelement (60) angeordneten einen elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes (40) zwischen der Kühlfläche (60') des Kühlelements (60) und einer der jeweiligen Kühlfläche (60') am nächsten zugewandten Entwärmungsfläche (40') des zumindest einen angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes (40) ein Spaltabstand (a1) eingestellt ist oder durch das definierte Abstandsmaß (A) auf einer Seite (31, 32) des Schaltungsträgers (30), die der Kühlfläche (60') des Kühlelementes (60) zugewandt ist und die der Seite des Schaltungsträgers (30) gegenüberliegt, auf welcher das zu entwärmende eine elektrische und/oder elektronische Bauelement (40) angeordnet ist, zwischen der Kühlfläche (60') des Kühlelements (60) und der der Kühlfläche (60') zugewandten Seite (31, 32) des Schaltungsträgers (30) ein Spaltabstand (a1) eingestellt ist, wobei der Spaltabstand (a1) von einem TIM-Material (80) (thermal interface material) ausgefüllt ist.Electronic unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the defined distance (A) on one side (31, 32) of the circuit carrier (30) with a between the circuit carrier (30) and the cooling element (60) electrical and / or electronic component (40) between the cooling surface (60 ') of the cooling element (60) and a cooling surface (40') of the at least one arranged electrical and / or electronic component (40) closest to the respective cooling surface (60 ') ) a gap distance (a1) is set or by the defined distance (A) on a side (31, 32) of the circuit substrate (30) which faces the cooling surface (60 ') of the cooling element (60) and which faces the side of the circuit substrate (30), on which the electrical and / or electronic component (40) to be cooled is arranged, between the cooling surface (60 ') of the cooling element (60) and that of the cooling surface (60') facing side (31, 32) of the circuit carrier (30), a gap distance (a1) is set, the gap distance (a1) being filled by a TIM material (80) (thermal interface material). Elektronikeinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (60) und der Schaltungsträger (30) über einen Stoff-, Form- und/oder Kraftschluss im Bereich des Verbindungselementes (65) miteinander verbunden sind.Electronics unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling element (60) and the circuit carrier (30) are connected to one another via a material, form and / or force fit in the area of the connecting element (65). Elektronikeinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (60) im Bereich des Verbindungselementes (65) einen Anschlag aufweist, welcher in Anlagenkontakt mit einer Gegenfläche des Schaltungsträgers (30), insbesondere mit der Ober- oder Unterseite (31, 32) des Schaltungsträgers (30), das definierte Abstandsmaß (A) einstellt.Electronic unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling element (60) has a stop in the area of the connecting element (65) which is in system contact with a counter surface of the circuit carrier (30), in particular with the top or bottom ( 31, 32) of the circuit carrier (30), which sets the defined distance (A). Elektronikeinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (30) eine Aussparung (35) aufweist, insbesondere eine durchgehende zylindrische Öffnung, welche zumindest teilweise von zumindest einem Endabschnitt (67) des Verbindungselementes (65) durchdrungen ist, und das Kühlelement (60) zumindest innerhalb der Aussparung (35) mit dem Schaltungsträger (30) verbunden ist.Electronic unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit carrier (30) has a recess (35), in particular a continuous cylindrical opening which is at least partially penetrated by at least one end section (67) of the connecting element (65), and the cooling element (60) is connected to the circuit carrier (30) at least within the recess (35). Elektronikeinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (65) wärmeleitend ausgebildet ist.Electronic unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting element (65) is designed to be heat-conducting. Elektronikeinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (65) einstückig mit dem Kühlelement (60) ausgebildet ist.Electronic unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting element (65) is formed in one piece with the cooling element (60). Elektronikeinheit (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (60) plattenartig mit zumindest einer eben verlaufenden Plattenseite als die Kühlfläche (60') ausgebildet ist und in der Draufsicht einen im wesentlich konstanten punkt-, spiegel- oder rotationssymmetrischen Flächenabschnitt aufweist, wobei das Verbindungselement (65) auf Seiten zumindest einer der Kühlflächen (60', 60") abstehend angeformt ist und bevorzugt rotationssymmetrisch ausgebildet ist.Electronics unit (100) Claim 9 , characterized in that the cooling element (60) is plate-like with at least one flat side of the plate as the cooling surface (60 ') and, in plan view, has an essentially constant point, mirror or rotationally symmetrical surface section, the connecting element (65) on the side of at least one of the cooling surfaces (60 ', 60 ") is formed protruding and is preferably designed to be rotationally symmetrical. Elektronikeinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer der Seiten oder beiden Seiten (31, 32) des Schaltungsträgers (30) zumindest ein Kühlelement (60) angeordnet ist. Electronic unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one cooling element (60) is arranged on one of the sides or both sides (31, 32) of the circuit carrier (30). Elektronikeinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kühlelement (60) auf zwei gegenüberliegenden Seiten (31, 32) des Schaltungsträger (30) angeordnet sind, wobei deren jeweiligen Verbindungselemente (65) in einer gemeinsamen Achse ausgerichtet sind, insbesondere in einer zu den Seiten (31, 32) des Schaltungsträgers (30) senkrecht orientierten Achse.Electronic unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that two cooling elements (60) are arranged on two opposite sides (31, 32) of the circuit carrier (30), their respective connecting elements (65) being aligned in a common axis, in particular in an axis oriented perpendicularly to the sides (31, 32) of the circuit carrier (30). Elektronikeinheit (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (65) beider Kühlelemente (60) durch eine Aussparung (35) im Schaltungsträger (30) hindurch miteinander verbunden sind und bevorzugt den Schaltungsträger (30) zwischen sich klemmend aufnehmen.Electronics unit (100) Claim 12 , characterized in that the connecting elements (65) of the two cooling elements (60) are connected to one another through a recess (35) in the circuit carrier (30) and preferably receive the circuit carrier (30) by clamping between them. Elektronikeinheit (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (60) eine weitere Kühlfläche (60") aufweist, welche von der Seite des Schaltungsträgers (30) abgewandt ist, wobei mit der weiteren Kühlfläche (60") das Kühlelement (60) mit einem Kühlkörper (50) verbunden ist, insbesondere einem flüssigkeitsgekühlten Kühlkörper.Electronics unit (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling element (60) has a further cooling surface (60 ") which faces away from the side of the circuit carrier (30), with the further cooling surface (60") the Cooling element (60) is connected to a heat sink (50), in particular a liquid-cooled heat sink.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023094642A1 (en) * 2021-11-29 2023-06-01 Eugen Forschner Gmbh Device for connecting an electrical component to a component to be electrically insulated therefrom, and connection assembly comprising such a device

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