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Die Erfindung betrifft eine Leiterplattenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Es ist bekannt, leiterplattenbasierte Leistungselektronikbaugruppen zur Kühlung an einen Kühlkörper mittels Schraubverbindungen anzupressen, wobei die zu kühlenden Bauteile typischerweise als oberflächenmontierte (SMD-) Bauteile (SMD = „Surface-mounted device“) oder in Durchsteckmontage (THT = „Through-Hole-Technology“) ausgeführt sind und auf der Unterseite der Leiterplatte sitzen. Die Anzahl der Schrauben, mit der die Leiterplatte an einen Kühlkörper angeschraubt ist, ist dabei zu minimieren, um das Leiterplattenlayout nicht zu stark durch die Schraubverbindungen einzuschränken. Die genannte Randbedingung bedeutet, dass bei einer hohen Anzahl an zu kühlenden Bauteilen auf der Unterseite der Leiterplatte nur eine limitierte Anzahl an Schraubpunkten zur Verfügung steht, so dass es nicht möglich ist, Bauteile über zugeordnete einzelne Schraubpunkte gezielt an den Kühlkörper zu pressen.
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Dabei gilt, dass jeder Spalt zwischen dem zu kühlenden Bauteil und dem Kühlkörper zu einer Verschlechterung der thermischen Anbindung des elektrischen Bauteils an den Kühlkörper führt. Der Spalt zwischen einem zu kühlenden Bauteil und dem Kühlkörper sollte daher minimiert werden. Bei mehreren Bauteilen, die gekühlt werden müssen, können Spalte mit unterschiedlichen Spaltmaßen zum Kühlkörper vorliegen, die auszugleichen sind. Weitere Toleranzen in den Spaltmaßen ergeben sich aus einer Dickentoleranz der Leiterplatte und lokalen thermischen Durchbiegungen der Leiterplatte.
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Zum Ausgleich dieser Höhentoleranzen ist es bekannt, Wärmeleitmaterialien einzusetzen. In der Leistungselektronik kommen Pastensysteme zum Einsatz, die auf die Kühlfläche appliziert werden und minimale Spalte und Rauheiten bis zu 100 µm ausgleichen. Rechnet man mit höheren auszugleichenden Spaltmaßen, werden wärmeleitende Folien oder sogenannte Gappads oder Gap-Filler Materialen bis zu wenigen Millimetern Dicke eingesetzt.
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Zum Ausgleich der genannten Höhentoleranzen ist es weiter bekannt, SMD-Bauteile einer Leiterplatte über eine Niederhalterkonstruktion an den Kühlkörper anzudrücken. Je höher der Druck ist zwischen dem Kühlkörper und dem zu kühlenden Bauteil, desto größer ist die thermische Leitfähigkeit und damit die Kühlwirkung des Kühlkörpers.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Leiterplattenanordnung bereitzustellen, die einen Niederhalter für eine Leiterplatte zur Verfügung stellt, der eine effektive thermische Anbindung eines zu kühlenden Bauteils an einen Kühlkörper ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Leiterplattenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Danach betrachtet die Erfindung eine Leiterplattenanordnung, die eine Leiterplatte mit einer Oberseite und einer Unterseite, mindestens ein auf der Unterseite der Leiterplatte angeordnetes elektrisches Bauteil, einen Kühlkörper und einen Niederhalter aufweist, wobei der Niederhalter die Leiterplatte gegen den Kühlkörper drückt. Es ist vorgesehen, dass der Niederhalter federnd ausgebildet ist und eine Federkraft auf die Leiterplatte ausübt.
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Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf dem Gedanken, durch Bereitstellen einer Federkraft den Anpressdruck zwischen dem zu kühlenden elektrischen Bauteil und dem Kühlkörper zu erhöhen bzw. im Betrieb unter allen Umwelteinflüssen zu gewährleisten. So wird das elektrische Bauteil durch die bereitgestellte Federkraft verbessert gegen den Kühlkörper gepresst. Dies erfolgt durch Bereitstellung einer Niederhalterkonstruktion, die es ermöglicht, gezielt auf Leiterplattenbereiche, an deren Unterseite ein zu kühlendes Bauteil platziert ist, einen Federdruck auszuüben. Die Niederhalterkonstruktion kann dabei in Ausgestaltungen segmentiert ausgeführt sein.
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Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt es, den nicht vermeidbaren Spalt zwischen dem zu kühlenden Bauteil und dem Kühlkörper zu minimieren und dementsprechend auch die Dicke erforderlicher Pasten oder wärmeleitender Folien bzw. Gappads zwischen den zu kühlenden Bauteilen und dem Kühlkörper zu minimieren. Auf diese Weise wird die thermische Leitfähigkeit zwischen den Bauteilen und dem Kühlkörper verbessert. Dabei wird durch die Möglichkeit, einzelne zu kühlende Bauteile lokal an den Kühlkörper anzupressen, die Möglichkeit geschaffen, auch eine hohe Anzahl von Bauteilen effektiv zu kühlen.
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Das an der Unterseite der Leiterplatte angeordnete elektrische Bauteil ist beispielsweise oberflächenmontiert oder in Durchsteckmontage mit der Leiterplatte verbunden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass im Sinne der vorliegenden Erfindung stets diejenige Seite der Leiterplatte, an der ein zu kühlendes elektrisches Bauteil angeordnet ist und die an einen Kühlkörper angrenzt, als Unterseite der Leiterplatte bezeichnet wird. Dies ist typischerweise bezogen auf die vertikale Lotrichtung die sich näher zum Erdboden befindende Seite der Leiterplatte. Natürlich können Leiterplatte und Kühlkörper jedoch auch umgedreht oder senkrecht angeordnet werden und dementsprechend nach oben oder zur Seite zeigen, für welchen Fall im Sinne der vorliegenden Erfindung ebenfalls die Unterseite der Leiterplatte an den Kühlkörper angrenzt.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht eine zweiteilige Ausführung des Niederhalters vor. Dabei weist der Niederhalter ein oberes Teil und ein unteres Teil auf, die beispielsweise jeweils plattenförmig ausgebildet sind. Das untere Teil des Niederhalters liegt an der Oberseite der Leiterplatte an. Das obere Teil des Niederhalters liegt an der Oberseite des unteren Teils an. Dabei besteht das untere Teil aus einem elektrischen Isolationsmaterial und das obere Teil aus einem Material, das eine größere mechanische Steifigkeit aufweist als das untere Teil, beispielsweise einem Edelstahl oder Federstahl.
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Es wird darauf hingewiesen, dass das obere Teil und das untere Teil des Niederhalters nicht notwendigerweise gesonderte Teile sind. So sehen Ausgestaltungen des Niederhalters vor, dass das obere Teil und das untere Teil in einem Gesamtteil kombiniert sind, beispielsweise indem ein teilweise mit Kunststoff umspritztes Metallteil bereitgestellt wird. Eine solche Verbindung erfolgt beispielsweise in den Randbereichen, wohingegen die mittleren Bereiche getrennt sind.
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Die genannte Zweiteilung des Niederhalters stellt zum einen sicher, dass durch die Federkräfte keine hohen Punktlasten in die Leiterplatte eingeleitet werden, da die Federkräfte durch das untere Teil in der Fläche verteilt werden. Dies ist wichtig, da das Material der Leiterplatte vergleichsweise weich ist und lokal hohe Punktlasten die Leiterplatte schädigen können. Die genannte Zweiteilung stellt zum anderen dadurch, dass das untere Teil aus einem elektrischen Isolationsmaterial besteht sicher, dass die elektrische Isolierung der Leiterplatte durch die eingeleiteten Federkräfte nicht beeinträchtigt wird.
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Bei der zweiteiligen Ausführung des Niederhalters mit einem oberen Teil und einem unteren Teil sind drei Varianten zur Bereitstellung einer Federkraft vorgesehen. So sieht eine erste Variante vor, dass das obere Teil federnd ausgebildet ist. Eine zweite Variante sieht vor, dass das untere Teil federnd ausgebildet ist. Eine dritte Variante sieht vor, dass der Niederhalter des Weiteren separate Federelemente umfasst, die das obere Teil und das untere Teil relativ zueinander mit einer Kraft beaufschlagen. Diese drei Varianten werden nachfolgend näher betrachtet.
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Dabei wird zunächst der Fall betrachtet, dass das obere Teil des Niederhalters federnd ausgebildet ist und eine Federkraft auf das untere Teil ausübt. Das untere Teil wiederum drückt auf die Leiterplatte. Hierzu sieht eine Ausgestaltung vor, dass das obere Teil insgesamt federnd ausgebildet ist. Dies kann auf vielfältige Weise realisiert sein. Eine Ausgestaltung hierzu sieht vor, dass das obere Teil in Form einer Platte ausgebildet ist, die in einem Randbereich mechanisch steif und in einem mittleren Bereich elastisch ausgebildet ist, beispielsweise durch matrixförmig angeordnete, in Richtung des unteren Teils gerichtete Ausbuchtungen und/oder eine reduzierte Dicke des oberen Teils in dem elastischen Bereich. Der mechanisch steife Randbereich ist über Schrauben mit der Leiterplatte und dem Kühlkörper verschraubt. Der elastische mittlere Bereich weist dagegen ein federndes Design auf.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung weist das obere Teil einzelne Federelemente auf, die an einer fest eingespannten steifen Platte des oberen Teils befestigt oder in diese integriert sind und eine Federwirkung in Richtung des unteren Teils bereitstellen. Bei dieser Ausgestaltung ist das obere Teil nicht als Ganzes federnd ausgebildet (wobei es ein Federelement bildet), sondern umfasst es lokal mehrere Federelemente, die lokal an mehreren Stellen Federkräfte auf das untere Teil ausüben.
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In dem Fall, in dem das untere Teil des Niederhalters federnd ausgebildet ist, sehen Ausgestaltungen vor, dass Federelemente in Aufnahmeöffnungen des unteren Teils befestigt oder ausgebildet sind, die an dem oberen Teil federnd anliegen und dabei eine Federkraft auf die Leiterplatte ausüben. Die in den Aufnahmeöffnungen angeordneten Federelemente sind dabei beispielsweise durch ein elastisches Isolationsmaterial gebildet.
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In dem Fall, in dem zur Bereitstellung einer Federkraft separate Federelemente vorgesehen sind, die das obere Teil und das untere Teil relativ zueinander mit einer Relativkraft beaufschlagen, die das untere Teil gegen die Leiterplatte drückt, sieht eine Ausgestaltung vor, dass solche separaten Federelemente in Aufnahmeöffnungen im unteren Teil und/oder in Aufnahmeöffnungen im oberen Teil angeordnet sind. Die Federelemente können dabei grundsätzlich lose in solche Einsparungen eingelegt werden. Sie sind zum Beispiel als flache Metallfederkonstruktionen, beispielsweise als Tellerfedern ausgeführt und wirken als Druckfedern, die versuchen, die beiden Teile des Niederhalters voneinander zu trennen.
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In allen drei genannten Varianten sieht eine Ausgestaltung vor, dass das untere Teil des Niederhalters segmentiert ausgebildet ist und Segmente aufweist, die im Vergleich zu anderen Bereichen des unteren Teils eine unterschiedliche Dicke und/oder ein unterschiedliches Material aufweisen. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass zumindest einigen der auf der Unterseite der Leiterplatte angeordneten oberflächenmontierten elektrischen Bauteile jeweils ein gesondertes Segment des unteren Teils des Niederhalters zugeordnet ist, wobei das gesonderte Segment an den Bereich an der Oberseite der Leiterplatte grenzt, der dem Bereich an der Unterseite der Leiterplatte, an dem sich das jeweilige elektrische Bauteil befindet, gegenüberliegend ist. Hierdurch ist es möglich, durch Beaufschlagung des jeweiligen Segments mit einer Federkraft das dem Segment zugeordnete zu kühlende oberflächenmontierte elektrische Bauteil gezielt gegen den Kühlkörper zu pressen.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass das untere Teil Segmente aufweist, die eine reduzierte Dicke aufweisen und dabei jeweils eine nach oben gerichtete Aufnahmeöffnung bilden. Abhängig von der Ausgestaltung des Niederhalters kann in eine solche Aufnahmeöffnung ein mit dem oberen Teil verbundenes oder in dieses integrierte Federelement hineinragen oder kann in eine solche Aufnahmeöffnung ein separates Federelement eingesetzt sein.
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Sofern das untere Teil federnd ausgebildet ist, sieht eine Ausgestaltung vor, dass das untere Teil Segmente aufweist, die durch befüllte Aufnahmeöffnungen gebildet sind, wobei die Aufnahmeöffnungen mit einem Isolationsmaterial gefüllt sind, das dazu vorgesehen und ausgebildet ist, über seine Materialeigenschaften und/oder seine Geometrie eine Federkraft bereitzustellen. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Aufnahmeöffnungen sich über die gesamte Dicke des unteren Teils erstrecken. In einer solchen Ausgestaltung ist das Segment insgesamt als Federelement ausgebildet, und zwar als Federelement aus einem nichtleitenden Isolationsmaterial.
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Eine Segmentierung des unteren Teils erlaubt, jedem Segment des unteren Teils, dem ein elektrisches Bauteil zugeordnet ist, ein gesondertes Federelement zuzuordnen, das das untere Teil im Bereich des jeweiligen Segments gegen die Leiterplatte drückt, wobei lokale Verwölbungen der Leiterplatte erzeugt werden, die das zugeordnete elektrische Bauteil lokal mit minimalem Spalt gegen den Kühlkörper drücken.
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Allgemein gilt, dass die zur Erzeugung einer Federkraft eingesetzten Federelemente als Federkonstruktionen, insbesondere flache Federkonstruktionen und/oder durch elastische Eigenschaften eines verwendeten Werkstoffs ausgebildet sein können. Beispiele hierfür sind metallische Federkonstruktionen wie zum Beispiel Tellerfedern. Andere Beispiele sind elastische Werkstoffe, insbesondere elastische Kunststoffe. Beispielsweise sind die Federelemente als Kunststoffeinsätze aus einem elastischen Kunststoff ausgebildet. Deren Federfunktion kann zusätzlich durch eine federnde Geometrie verbessert werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplattenanordnung, die eine Leiterplatte, einen Kühlkörper und einen Niederhalter aufweist, wobei der Niederhalter ein oberes, federnd ausgebildetes Teil und ein unteres Teil aus Kunststoff umfasst, wobei das obere Teil das untere Teil gegen die Leiterplatte drückt;
- 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leiterplattenanordnung, die eine Leiterplatte, einen Kühlkörper und einen Niederhalter aufweist, wobei der Niederhalter ein oberes, fest eingespanntes Teil, ein unteres Teil aus Kunststoff und separate Federelemente umfasst, die das untere Teil gegen die Leiterplatte drücken;
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leiterplattenanordnung, die eine Leiterplatte, einen Kühlkörper und einen Niederhalter aufweist, wobei der Niederhalter ein oberes Teil und ein unteres Teil aus Kunststoff umfasst und in das untere Teil Federelemente aus einem elastischen Material integriert sind;
- 4 eine Leiterplattenanordnung mit einer Leiterplatte, einem Kühlkörper und einem Niederhalter gemäß dem Stand der Technik;
- 5 eine weitere Leiterplattenanordnung mit einer Leiterplatte, einem Kühlkörper und einem Niederhalter gemäß dem Stand der Technik.
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Zum besseren Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung werden zunächst Leiterplattenanordnungen gemäß dem Stand der Technik anhand der 4 und 5 beschrieben.
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Die 4 zeigt eine Leiterplattenanordnung, die eine Leiterplatte 1 und einen Kühlkörper 3 umfasst. Die Leiterplatte 1 besteht aus einer Vielzahl von Leiterplattenlagen (nicht gesondert dargestellt), die übereinander angeordnet sind. Dabei bildet eine oberste Leiterplattenlage eine Oberseite 11 der Leiterplatte 1 und eine unterste Leiterplattenlage eine Unterseite 12 der Leiterplatte 1.
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Auf der Unterseite 12 der Leiterplatte 1 sind elektrische Bauteile bzw. Bauelemente 2 angeordnet. Die Verbindung mit der Leiterplatte 1 erfolgt beispielsweise über eine Oberflächenmontage, wobei es sich bei den Bauteilen 2 um SMD-Bauteile handelt. Dies ist jedoch lediglich beispielhaft zu verstehen. Zusätzlich können auch an der Oberseite 11 der Leiterplatte 1 elektrische Bauteile angeordnet sein. Von besonderem Interesse im vorliegenden Kontext sind jedoch die an der Unterseite 12 angeordneten Bauteile 2, bei denen es sich um aktive Bauteile handelt (beispielsweise Bauteile oder Baugruppen der Leistungselektronik), die eine Kühlung durch den Kühlkörper 3 erfordern. Hierzu weist der Kühlkörper 3 eine Aussparung 30 auf, in die die zu kühlenden Bauteile 2 hineinragen, wobei die zu kühlenden Bauteile 2 an ihrer Unterseite in unmittelbaren thermischen Kontakt mit dem Kühlkörper 3 gelangen.
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Hierbei ist es nachteilig, wenn ein Spalt zwischen dem jeweiligen Bauteil 2 und dem Kühlkörper 3 vorhanden ist, da ein solcher Spalt die thermische Anbindung an den Kühlkörper 3 verschlechtert. Andererseits sind solche Spalte kaum vermeidbar, insbesondere, wenn an der Unterseite 12 der Leiterplatte 1 eine Vielzahl von zu kühlenden Bauteilen 2 angeordnet ist.
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Zur Verbesserung der thermischen Anbindung ist es bekannt, zwischen die zu kühlenden Bauteile 2 und den Kühlkörper 3 ein Gappad 6 anzuordnen. Das maximale Spaltmaß zwischen den Bauteilen 2 und dem Kühlkörper 3 ist dabei entscheidend für die Auslegung des Gappads 6 im Hinblick auf dessen Material und Dicke.
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Die Leiterplatte 1 ist über Metallschrauben 5 mit dem Kühlkörper 3 verschraubt. Die Metallschrauben 3 sind in Durchgangsbohrungen 15 eingeschraubt, die sich von der Leiterplatte 1 in den Kühlkörper 3 erstrecken. Die Metallschrauben 3 liegen über eine Unterlegscheibe 51 und eine Metallisierung 52 auf der Oberseite 11 der Leiterplatte 1 auf. Sie stellen eine Druckkraft bereit, mit der die Leiterplatte 1 gegen den Kühlkörper 3 gepresst wird. Insbesondere stellen Sie dabei die Druckkraft bereit, mit der die an der Unterseite 2 der Leiterplatte angeordneten zu kühlenden Bauteile 2 an die Oberfläche des Kühlkörpers 3 zur Bereitstellung eines guten thermischen Übergangs angepresst werden.
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Der Kühlkörper 3 kann zahlreiche Ausgestaltungen aufweisen. Er besteht beispielsweise aus einem Metall wie zum Beispiel Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und weist nicht gesondert dargestellte Kühlflächen auf.
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Zur Verbesserung des thermischen Kontaktes zwischen dem zu kühlenden Bauteilen 2 und dem Kühlkörper 3 ist es bekannt, Niederhalter einzusetzen, die die Leiterplatte gegen den Kühlkörper drücken. Ein solcher Niederhalter ist in der 5 dargestellt. Der grundlegende Aufbau ist der gleiche wie in der 4. Oberhalb der Leiterplatte 1 befindet sich dabei zusätzlich ein Niederhalter 4, bei dem es sich um eine Platte handelt, die an ihrer Unterseite Aussparungen 45 zur Aufnahme von an der Oberseite der Leiterplatte 1 angeordneten Bauteilen 21 aufweist und die ansonsten flächig an der Oberseite der Leiterplatte 1 anliegt. Durch den Niederhalter 4 kann der Anpressdruck über die Fläche der Leiterplatte 1 vereinheitlicht werden. Der Niederhalter 4 kann jedoch nur bis zu der Höhe eines Kühlkörperanschlags, der bei der 5 durch die Flächen 31 gebildet ist, die die Aussparung 30 im Kühlkörper 3 begrenzen, eine Gegenkraft gegenüber Durchbiegungen und Höhentoleranzen bewirken. Spalte und Spaltdifferenzen, die auf verkippte Bauteile 2, Schwankungen in der Leiterplattendicke oder unebene Kühlflächen zurückzuführen sind, können durch den Niederhalter 4 nicht verbessert werden.
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Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplattenanordnung, die eine Leiterplatte 1, einen Kühlkörper 3 und einen Niederhalter 4 umfasst. Die Leiterplatte 1 besitzt eine Oberseite 11 und eine Unterseite 12, wobei an der Unterseite 12 aktive Bauteile 2 angeordnet sind, die in eine Aussparung 30 des Kühlkörpers 3 ragen und über ein Gappad 6 oder ein anderes Wärmeleitmaterial thermisch an den Kühlkörper 3 angekoppelt sind. Über Schrauben 5 wird eine Anpresskraft erzeugt, die den Niederhalter 4 gegen die Leiterplatte 1 und die Leiterplatte 1 gegen den Kühlkörper 3 presst. Insofern wird auf die Beschreibung der 4 und 5 Bezug genommen.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 ist der Niederhalter 4 zweiteilig ausgebildet. Er umfasst ein oberes Teil 41 und ein unteres Teil 42, die beide plattenförmig ausgebildet sind und zumindest in Teilbereichen plane Oberflächen ausbilden, die parallel zueinander verlaufen. Das untere Teil 42 besteht aus einer Platte 421, die an der Oberseite 11 der Leiterplatte 1 plan anliegt. Das untere Teil 42 bildet dabei Aussparungen 45 in Bereichen aus, in denen an der Oberseite 11 der Leiterplatte 1 Bauelemente 21 angeordnet sind.
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Das obere Teil 41 besteht aus einem mechanisch steifen Material, zum Beispiel einem Edelstahl oder einem Federstahl. Das obere Teil 41 besitzt eine größere mechanische Steifigkeit als das untere Teil 42.
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Das untere Teil 42 besteht aus einer Platte 421 aus einem elektrischen Isolationsmaterial, beispielsweise einem Kunststoffmaterial. Ein Isolationsmaterial im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jeder Nichtleiter und damit jedes Material, dessen elektrische Leitfähigkeit bei 20 °C bei weniger als 10-8 S·cm-1 liegt (bzw. das bei 20 °C einen spezifischen Widerstand von über 108 Ω·cm aufweist). Dabei ist „S“ die Maßeinheit des elektrischen Leitwerts. Durch die Ausbildung des unteren Teils 42 durch ein Isolationsmaterial wird sichergestellt, dass die Leitungen und Bauteile der elektrischen Leiterplatte 1 vor elektrischen Potenzialen des metallischen oberen Teils 41 geschützt sind.
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Das obere Teil 41 liegt an der Oberseite des unteren Teils 42 an. Es ist insgesamt federnd ausgebildet, so dass es eine Federkraft auf das untere Teil 42 ausübt. Hierzu ist das obere Teil 41 in Form einer Platte ausgebildet, die in einem Randbereich 411 mechanisch steif und in einem mittleren Bereich 412 elastisch ausgebildet ist. Der mechanisch steife Randbereich 411 ist dabei in die Schraubverbindung eingespannt und wird durch die Schraube 5 mit einer Anpresskraft beaufschlagt. Der mittlere Bereich 412 ist dadurch elastisch ausgebildet, dass er gegenüber dem Randbereich 411 eine geringere Dicke aufweist und eine Vielzahl von Ausbuchtungen bzw. Vorwölbungen 4120 ausbildet, die beispielsweise matrixförmig in Reihen und Spalten im mittleren Bereich 412 ausgebildet sind. Dies ist jedoch nur beispielhaft zu verstehen. Es können beliebige federnde Strukturen in den mittleren Bereich 412 des oberen Teils 41 integriert sein, die eine Federwirkung mit sich bringen.
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Durch die Federwirkung des mittleren Bereich 412 wird eine Kraft bereitgestellt, die zu einer Verwölbung der Leiterplatte 1 führt, was wiederum dazu führt, dass die Bauteile 2 an der Unterseite 12 der Leiterplatte 1 unter Reduzierung des vorhanden Spaltes gezielt weiter in Richtung des Kühlkörpers 3 gedrückt werden. Die thermische Anbindung der Bauteile 2 an den Kühlkörper 3 wird dadurch verbessert.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 sind das obere Teil 41 und das untere Teil 42 als gesonderte Teile ausgebildet. Dies ist jedoch nicht notwendigerweise der Fall. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das untere Teil 42 im Randbereich 411 des oberen Teils mit diesem verbunden, insbesondere um den Randbereich 411 herumgespritzt ist, so dass beide Teile 41, 42 in einem Teil kombiniert sind.
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Die 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leiterplattenanordnung mit einem federnd ausgebildeten Niederhalter 4. Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 ist der Niederhalter 4 ebenfalls zweiteilig ausgebildet, wobei er ein oberes Teil 41 und ein unteres Teil 42 aufweist. Insofern und im Hinblick auf den weiteren Aufbau der Leiterplattenanordnung wird auf die Ausführungen zu 1 Bezug genommen.
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Im Ausführungsbeispiel der 2 ist das obere Teil 41 als steife Platte 413 ausgebildet, die durch die Schrauben 5 an ihrem Randbereich fest eingespannt ist. Die Platte 413 besteht beispielsweise aus Edelstahl oder Federstahl. Das untere Teil 42 umfasst eine Platte 422, die aus einem Isolationsmaterial besteht.
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Zur Bereitstellung einer Federkraft sind gesonderte Federelemente 7 vorgesehen. Diese sind als Tellerfedern ausgeführt, wobei dies lediglich beispielhaft zu verstehen ist und auch andere Federkonstruktionen einsetzbar sind. Die Federelemente 7 befinden sich in Aufnahmeöffnungen 81, die im unteren Teil 42 ausgebildet sind. Die Aufnahmeöffnungen 81 erstrecken sich dabei nicht über die gesamte Dicke des unteren Teils 42, so dass noch eine Schicht Isolationsmaterial zwischen den Federelementen 7 und der Oberseite der Leiterplatte 1 verbleibt. Da die Platte 413 des oberen Teils 41 eine größere mechanische Steifigkeit aufweist als die Platte 422 des unteren Teils 42, wird durch die Federelemente 7 die Platte 422 gegen die Leiterplatte 1 gedrückt.
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Hierbei kann, wie in der 2 dargestellt, vorgesehen sein, dass das untere Teil 42 Segmente 423 ausbildet, die sich von den anderen Bereichen der Platte 422 durch ihre Dicke und/oder ihr Material unterscheiden, wobei die Segmente 423 im Ausführungsbeispiel der 2 eine geringere Dicke aufweisen, da sie die Aufnahmeöffnungen 81 ausbilden. Dabei kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Segmente 423 jeweils einem elektrischen Bauteil 2 zugeordnet sind. Die einzelnen Segmente 423 können über das jeweilige Federelement 7 lokal eine Kraft auf die Leiterplatte 1 ausüben, die zu einer lokalen Verformung der Leiterplatte 1 und damit einer gezielten zusätzlichen Andruckkraft und Spaltminimierung beim zugeordneten Bauteil 2 führen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Ausgestaltung der 2 dahingehend abgewandelt werden kann, dass die Federelemente 7 nicht als separate Federelemente ausgeführt sind, sondern mit der Platte 413 des oberen Teils 41 verbunden oder in dieses integriert sind. Für diesen Fall ragen die Federn 7 als Bestandteile des oberen Teils 41 in die Aufnahmeöffnungen 81 hinein und stehen in Anlage mit dem unteren Teil 42.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leiterplattenanordnung mit einem zweiteiligen Niederhalter 4 zeigt die 3. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das untere Teil 42 des Niederhalters 4 federnd ausgebildet. Das obere Teil 41 besteht ebenso wie im Ausführungsbeispiel der 2 aus einer Platte 413 aus einem mechanisch steifen Material wie beispielsweise Edelstahl. Zur Bereitstellung einer federnden Ausbildung des unteren Teils 42 ist dieses segmentiert, wobei Segmente 424 als befüllte Aufnahmeöffnungen 82 in einer Platte 425 des unteren Teils 42 ausgebildet sind. Die Aufnahmeöffnungen 82 erstrecken sich dabei über die gesamte Dicke der Platte 425, d.h. sie sind als durchgehende Aufnahmeöffnungen 82 ausgebildet.
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Die Aufnahmeöffnungen 82 sind mit einem als Federelement wirkenden Isolationsmaterial 9 gefüllt, das über seine Materialeigenschaften und/oder seine Geometrie eine Federkraft bereitstellt. Beispielsweise handelt es sich um ein elastisches Kunststoffmaterial. Eine zusätzliche Federwirkung wird beispielsweise durch eine Kalotte bereitgestellt, die das Isolationsmaterial 9 an seiner Oberseite ausbildet und mit der es gegen die Platte 413 drückt. Da die Platte 413 des oberen Teils 41 eine größere mechanische Steifigkeit aufweist als die Segmente 424 bzw. das Isolationsmaterial 9, erzeugen die Segmente 424 eine Federkraft, die lokal auf einen zugeordneten Bereich der Leiterplatte 1 drückt und zu einer gezielten zusätzlichen Andruckkraft und Spaltminimierung beim einem zugeordneten Bauteil 2 führt.
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Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Weiter wird darauf hingewiesen, dass beliebige der beschriebenen Merkmale separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden können, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale aus, die hier beschrieben werden und umfasst diese. Sofern Bereiche definiert sind, so umfassen diese sämtliche Werte innerhalb dieser Bereiche sowie sämtliche Teilbereiche, die in einen Bereich fallen.
