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Stand der Technik
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2015 207 893 B3 ist eine elektronische Baugruppe bekannt, die auf einem Kühlkörper montiert ist. Eine Leiterplatte ist dabei mittels eines punktuellen Klebeauftrages auf einem Kühlkörper befestigt. Um den punktuellen Klebeauftrag ist ein flächenartiges Einlegeteil angeordnet. Dieses Einlegeteil ist federelastisch und weist eine flächenartige Struktur auf. Es vermittelt einen wärmeleitenden Kontakt zwischen der Leiterplatte und dem Kühlkörper.
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Demgegenüber soll die Wärmeleitung zwischen Leiterplatte und Kühlkörper verbessert werden.
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Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Vorrichtung mit einem Bauelement, einem Kühlkörper und einer Wärme leitenden Schicht zwischen dem Bauelement und dem Kühlkörper vorgesehen, wobei die Schicht ein wärmeleitendes Befestigungsmittel und ein Wärmeleitmittel aufweist, wobei das Befestigungsmittel ein punktförmig angeordneter Wärmeleitkleber ist. Ganz besonders ist dabei vorgesehen, dass das Befestigungsmittel als Festlager und das Wärmeleitmittel als haftendes Loslager ausgebildet ist. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, dass sehr hohe thermische Anforderungen erfüllt werden können und gleichzeitig mechanische Spannungen zwischen dem Bauelement und dem Kühlkörper vermieden werden. Durch die Auswahl gemäß dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ist es möglich zwischen dem Kühlkörper und dem Bauelement eine elastische Kopplung zu erzeugen und gleichzeitig eine hohe Wärmeleitung zwischen Bauelement und Kühlköper zu erzielen. Zudem ermöglicht diese Art der Verbindung zwischen Bauelement und Kühlkörper einen verbesserten Ausgleich von unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen Materialien, weswegen es aufgrund der vorgeschlagenen Anordnung im Zusammenhang mit Temperaturwechseln zu deutlich geringeren Wärme bedingten Spannungen kommt. Zudem werden Risse in der Schicht zwischen Bauelement und Kühlkörper vermieden, so dass ein Wärmewiderstand in dieser Schicht eine lange Zeit (großen Teil der Lebensdauer) niedrig gehalten wird, so dass eine Höhe von Temperaturhüben einigermaßen gering gehalten werden kann. Die Beweglichkeit des Bauelements bzw. Substrats wird dadurch weniger eingeschränkt.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Wärmeleitmittel zumindest teilweise den punkförmig angeordneten Wärmeleitkleber umgibt. Die als punktförmig bezeichnete Struktur ist nicht im mathematischen Sinne zu versehen, sondern als eine verhältnismäßig kleine Fläche. Aufgrund der relativ kleinen Ausdehnung dieser punkförmigen Fläche des Wärmeleitklebers kommt es gemäß der bekannten Berechnung von Längenänderung aufgrund von Temperaturänderung unter Berücksichtigung des Temperaturausdehnungskoeffizienten, einer Ausgangslänge und einer Temperaturänderung zu einer deutlich kleineren Längenänderung im Bereich der Fläche des Klebepunkts. Dieser Bereich des Wärmeleitklebers (punkförmige Fläche) hat somit die Funktion des erwähnten Festlagers. Dies bedeutet, dass sowohl in dem Kühlkörper als auch in dem Bauelement/Substrat eine nur verhältnismäßig kleine Längenänderung bewirkt wird, die somit verhältnismäßig geringe Spannungen in den Fügepartnern, dem Bauelement und dem Kühlkörper, erzeugt. Es wird daher damit gerechnet, dass eine mechanische Haltbarkeit aufgrund dieser Wahl der Anordnung deutlich verbessert ist. Eine Größe des Punkts von Wärmeleitkleber ist dabei bevorzugt so zu wählen, dass auftretende thermische Spannungen von diesem Befestigungsmittel Wärmeleitkleber aufgenommen werden können. An Außenrändern von Bauelement oder Kühlkörper, an denen die größeren Längenausdehnungen stattfinden, lässt dieser vorgeschlagene Ausbau bei dem Wärmeleitmittel (Wärmeleitpaste) eine Verschiebung bzw. deutlich größere Verschiebung von Bauelement/Substrat und Kühlkörper zu. Dieser Bereich der Wärmeleitpaste bzw. des Wärmeleitmittels hat somit die Funktion des erwähnten Loslagers. Damit ist eine Gefahr von auftretenden Rissen stark minimiert.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung soll zwischen dem Bauelement und dem Kühlkörper nur ein Punkt (d. h. relativ kleine Fläche) des punktförmig angeordneten Wärmeleitklebers angeordnet sein. Eine Beschränkung auf nur einen Punkt des punktförmig angeordneten Wärmeleitklebers hat den Vorteil, dass dies eine eindeutige Anordnung eines Fest-Los-Lagers ist. Bei mehreren Punkten von punktförmig angeordneten Wärmeleitkleber gäbe es zwischen diesen Punkten erwartungsgemäß verstärkte Spannungen. Diese Spannungen würden durch die Beschränkung auf nur einen Punkt vermieden werden. Unter der Beschreibung „relativ kleine Fläche“ soll bspw. verstanden sein, dass der Punkt bzw. die relativ kleine Fläche bspw. ca. ein Zehntel (oder weniger) der Summe der Flächen von Befestigungsmittel und Wärmeleitmittel zwischen Bauelement/Substrat und Kühlkörper beträgt-
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Wärmeleitkleber direkt zwischen dem Wärmeerzeuger und dem Kühlelement angeordnet ist. Eine derartige direkte Anordnung hat den Vorteil, dass so wiederum Spannungen vermieden werden.
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Diese Anordnung ist ganz besonders dann von Vorteil, wenn das Bauelement eine Leiterplatte und damit ein Träger von Leiterbahnen bzw. Leitern und hier insbesondere ein Keramiksubstrat ist. Ganz besonders Keramiksubstrate sind empfindlich gegenüber thermischen Spannungen, so dass die hier gewählte Anordnung einen besonders positiven Einfluss auf das Keramiksubstrat bzw. eine Leiterplatte hätte.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
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Ausführungsform der Erfindung
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgend kurz beschriebenen Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht auf einen Verbund von Bauelement, wärmeleitender Schicht und Kühlkörper,
- 2 eine Schnittdarstellung durch die Anordnung aus 1.
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1 zeigt in schematisierter Weise einen Kühlkörper 10, auf dem eine Wärmeleitende Schicht 13 aufgebracht ist. Diese wärmeleitende Schicht 13 weist ein wärmeleitendes Befestigungsmittel 16 und ein Wärmeleitmittel 19 auf.
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In dieser schrägen Aufsicht ist auf die Darstellung des Bauelements zunächst verzichtet worden. Dieses ist dagegen in 2 dargestellt. Wie aus 1 erkennbar ist, ist der punktförmig angeordnete Wärmeleitkleber 16 von dem Wärmeleitmittel 19 zumindest teilweise, hier vollständig, umgeben. Ganz besonders ist hier vorgesehen, dass zwischen dem Bauelement 22 und dem Kühlkörper 10 nur ein Punkt des punktförmig angeordneten Wärmeleitklebers angeordnet ist. daraus ergibt sich für die Vorrichtung 1 eine Lagerung des Bauelements als Fest-Los-Lager. Zudem ist gemäß der Darstellung nach 2 vorgesehen, dass der Wärmeleitkleber direkt zwischen einem Wärmeerzeuger als Bauelement 22 und dem Kühlkörper 10 angeordnet ist. Ganz besonders ist vorgesehen, dass das Bauelement 22 beispielsweise ein Träger von Leiterbahnen bzw. mindestens eines Leiters 25 und somit eine Leiterplatte ist, die insbesondere als Keramiksubstrat ausgebildet ist. Die Doppelpfeile im nicht näher bezeichneten Randbereich des Bauelements 22 symbolisieren eine durch Temperaturwechsel bedingte Hin- und Herbewegung hier insbesondere des Randbereichs des Bauelements 22.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015207893 B3 [0001]
