DE102021132148A1 - circuit board arrangement - Google Patents

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Dipenkumar Patel
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leiterplattenanordnung, die aufweist: eine erste Leiterplatte (1), die mindestens eine zu kühlende erste elektrische Komponente (10) aufweist, eine zweite Leiterplatte (2), die mindestens eine zu kühlende zweite elektrische Komponente (20) aufweist, und einen Kühlkörper (3). Es ist vorgesehen, dass sowohl die mindestens eine erste elektrische Komponente (10) der ersten Leiterplatte (1) als auch die mindestens eine zweite elektrische Komponente (20) der zweiten Leiterplatte (2) auf der Unterseite der jeweiligen Leiterplatte (1, 2) angeordnet und dem Kühlkörper (3) zugewandt ist, wobei die erste Leiterplatte (1) in einer Kavität (30) des Kühlkörpers (3) und dabei zwischen dem Kühlkörper (3) und der zweiten Leiterplatte (2) angeordnet ist.The invention relates to a printed circuit board arrangement which has: a first printed circuit board (1) which has at least one first electrical component (10) to be cooled, a second printed circuit board (2) which has at least one second electrical component (20) to be cooled, and a heat sink (3). Both the at least one first electrical component (10) of the first printed circuit board (1) and the at least one second electrical component (20) of the second printed circuit board (2) are arranged on the underside of the respective printed circuit board (1, 2). and facing the heat sink (3), the first printed circuit board (1) being arranged in a cavity (30) of the heat sink (3) and between the heat sink (3) and the second printed circuit board (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Leiterplattenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a printed circuit board arrangement according to the preamble of patent claim 1.

Es ist bekannt, leiterplattenbasierte Leistungselektronikbaugruppen oder andere zu kühlende elektrische Komponenten einer Leiterplatte zur Kühlung an einen aktiven Kühlkörper anzupressen. Bei einer Leiterplattenanordnung, die zwei Leiterplatten mit jeweils zu kühlenden elektrischen Komponenten umfasst, besteht dabei das Problem, dass nur die untere der beiden Leiterplatten bzw. deren zu kühlenden elektrischen Komponenten thermisch an einen aktiven Kühlkörper angepresst werden können, während die darüber angeordnete Leiterplatte bzw. deren zu kühlenden elektrischen Komponenten eine Kühlung lediglich über eine als passiver Kühlkörper wirkende Gehäusewand erreichen können. Dies führt jedoch dann nicht zu einer befriedigenden Kühlung, wenn auch die elektrischen Komponenten der oberen Leiterplatte einen erheblichen Kühlbedarf besitzen.It is known to press printed circuit board-based power electronics assemblies or other electrical components of a printed circuit board that are to be cooled onto an active heat sink for cooling. In a printed circuit board arrangement that includes two printed circuit boards, each with electrical components to be cooled, there is the problem that only the lower of the two printed circuit boards or their electrical components to be cooled can be thermally pressed against an active heat sink, while the printed circuit board or whose electrical components to be cooled can only be cooled via a housing wall that acts as a passive heat sink. However, this does not lead to satisfactory cooling if the electrical components of the upper printed circuit board also have a considerable cooling requirement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leiterplattenanordnung bereitzustellen, die in effektiver Weise die Kühlung der elektrischen Komponenten zweier Leiterplatten ermöglicht.The object of the invention is to provide a printed circuit board arrangement that enables the electrical components of two printed circuit boards to be cooled in an effective manner.

Diese Aufgabe wird durch eine Leiterplattenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This problem is solved by a printed circuit board arrangement with the features of claim 1. Developments of the invention are specified in the dependent claims.

Danach betrachtet die Erfindung eine Leiterplattenanordnung, die eine erste Leiterplatte, die mindestens eine zu kühlende erste elektrische Komponente aufweist, eine zweite Leiterplatte, die mindestens eine zu kühlende zweite elektrische Komponente aufweist, und einen Kühlkörper umfasst.According to this, the invention considers a printed circuit board arrangement comprising a first printed circuit board, which has at least one first electrical component to be cooled, a second printed circuit board, which has at least one second electrical component to be cooled, and a heat sink.

Dabei ist vorgesehen, dass sowohl die mindestens eine erste elektrische Komponente der ersten Leiterplatte als auch die mindestens eine zweite elektrische Komponente der zweiten Leiterplatte auf der Unterseite der jeweiligen Leiterplatte angeordnet und dem Kühlkörper zugewandt ist, wobei die erste Leiterplatte in einer Kavität des Kühlkörpers und dabei zwischen dem Kühlkörper und der zweiten Leiterplatte angeordnet ist.It is provided that both the at least one first electrical component of the first printed circuit board and the at least one second electrical component of the second printed circuit board are arranged on the underside of the respective printed circuit board and face the heat sink, with the first printed circuit board being in a cavity of the heat sink and is arranged between the heat sink and the second circuit board.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf dem Gedanken, eine Kühlung sowohl der elektrischen Komponenten der ersten Leiterplatte als auch der elektrischen Komponenten der zweiten Leiterplatte durch nur einen Kühlkörper zu erreichen, indem die erste Leiterplatte in einer Kavität des Kühlkörpers angeordnet ist, so dass der Kühlkörper im Bereich der Kavität die zu kühlenden elektrischen Komponenten der ersten Leiterplatte kühlen kann und im Bereich außerhalb der Kavität die zu kühlenden elektrischen Komponenten der zweiten Leiterplatte kühlen kann. Die zu kühlenden elektrischen Komponenten der ersten Leiterplatte sind dementsprechend seitlich versetzt zu den zu kühlenden elektrischen Komponenten der zweiten Leiterplatte angeordnet.The solution according to the invention is based on the idea of cooling both the electrical components of the first printed circuit board and the electrical components of the second printed circuit board using only one heat sink, by arranging the first printed circuit board in a cavity of the heat sink so that the heat sink is in the region of the cavity can cool the electrical components of the first printed circuit board that are to be cooled and in the area outside the cavity can cool the electrical components of the second printed circuit board that are to be cooled. The electrical components of the first printed circuit board that are to be cooled are accordingly arranged laterally offset relative to the electrical components of the second printed circuit board that are to be cooled.

Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt es, eine effektive Kühlung der elektrischen Komponenten von zwei Leiterplatten mit nur einen Kühlkörper zu realisieren. Der Einsatz eines weiteren Kühlkörpers wird hierdurch vermieden. Ein weiterer, mit der Erfindung verbundener Vorteil besteht darin, dass durch die Verwendung nur eines Kühlkörpers zur Kühlung der elektrischen Komponenten von zwei Leiterplatten das Gesamtgewicht der Anordnung reduziert werden kann.The solution according to the invention makes it possible to achieve effective cooling of the electrical components of two printed circuit boards with just one heat sink. This avoids the use of an additional heat sink. A further advantage associated with the invention is that the overall weight of the arrangement can be reduced by using only one heat sink for cooling the electrical components of two printed circuit boards.

Es wird darauf hingewiesen, dass der Umstand, dass die erste Leiterplatte in einer Kavität des Kühlkörpers angeordnet ist und sich zwischen dem Kühlkörper und der zweiten Leiterplatte befindet, impliziert, dass die erste Leiterplatte eine kleinere Flächenausdehnung besitzt als die zweite Leiterplatte. Die beiden Leiterplatten sind also unterschiedlich groß.It should be noted that the fact that the first printed circuit board is arranged in a cavity of the heatsink and is located between the heatsink and the second printed circuit board implies that the first printed circuit board has a smaller surface area than the second printed circuit board. The two printed circuit boards are therefore of different sizes.

Es wird weiter 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.It is further pointed out that within the meaning of the present invention that side of the printed circuit board on which an electrical component to be cooled is arranged and which adjoins a heat sink is always referred to as the underside of the printed circuit board. This is typically the side of the circuit board that is closer to the ground in relation to the vertical plumb direction. Of course, the printed circuit board and heat sink can also be turned upside down or arranged vertically and accordingly point upwards or to the side, in which case the underside of the printed circuit board also borders the heat sink within the meaning of the present invention.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass sowohl die mindestens eine erste elektrische Komponente als auch die mindestens eine zweite elektrische Komponente jeweils direkt oder über ein Wärmeleitmaterial thermisch an den Kühlkörper angekoppelt ist. Bei dem Wärmeleitmaterial handelt es sich beispielsweise um eine Wärmeleitpaste oder eine Wärmeleitmatte. Ein solches Wärmeleitmaterial wird auch als thermisches Schnittstellenmaterial (TIM = „thermal interface material“) bezeichnet. Wärmeleitmaterialien werden insbesondere eingesetzt, um einen Spalt zwischen der Unterseite der zu kühlenden elektrischen Komponente und der Oberfläche des Kühlkörpers thermisch zu überbrücken. Solche Spalte ergeben sich beispielsweise aus Verkippungen bei der Montage. Grundsätzlich ist es jedoch ebenfalls möglich, die zu kühlende elektrische Komponente direkt an den Kühlkörper anzupressen.One embodiment of the invention provides that both the at least one first electrical component and the at least one second electrical component are each thermally coupled to the heat sink directly or via a thermally conductive material. The thermally conductive material is, for example, a thermally conductive paste or a thermally conductive mat. Such a thermally conductive material is also referred to as a thermal interface material (TIM=“thermal interface material”). Thermally conductive materials are used in particular to thermally bridge a gap between the underside of the electrical component to be cooled and the surface of the heat sink. Such gaps result, for example, from tilting during assembly. Basically, however, it is also possible to press the electrical component to be cooled directly onto the heat sink.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die erste Leiterplatte vertikal beabstandet zu einem Bereich der zweiten Leiterplatte verläuft, in dem die zweite Leiterplatte keine dem Kühlkörper zugewandten zu kühlenden Komponenten ausbildet. Mit anderen Worten weist die zweite Leiterplatte im Bereich der Kavität keine dem Kühlkörper zugewandten, zu kühlenden Komponenten auf. Dabei ist es allerdings möglich, dass die zweite Leiterplatte im Bereich der Kavität andere elektrische Bauteile aufweist, die nicht oder in geringerem Maße kühlbedürftig und die dem Kühlkörper abgewandt (d.h. auf der Oberseite der zweiten Leiterplatte angeordnet) sind.A further embodiment provides that the first printed circuit board runs at a vertical distance from a region of the second printed circuit board in which the second printed circuit board does not form any components to be cooled that face the heat sink. In other words, in the region of the cavity, the second printed circuit board does not have any components to be cooled that face the heat sink. However, it is possible for the second circuit board to have other electrical components in the region of the cavity that do not require cooling or require cooling to a lesser extent and that face away from the heat sink (i.e. are arranged on the upper side of the second circuit board).

In Ausgestaltungen der Erfindung verlaufen die erste Leiterplatte und die zweite Leiterplatte parallel zueinander. Dies ist jedoch nicht notwendigerweise der Fall.In configurations of the invention, the first printed circuit board and the second printed circuit board run parallel to one another. However, this is not necessarily the case.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die mindestens eine zweite elektrische Komponente der zweiten Leiterplatte eine größere flächenbezogene Wärme (d.h. Wärme pro Oberfläche) aufweist als die mindestens eine erste elektrische Komponente der erste Leiterplatte.A further embodiment provides that the at least one second electrical component of the second printed circuit board has a greater area-related heat (i.e. heat per surface area) than the at least one first electrical component of the first printed circuit board.

Weiter kann vorgesehen sein, dass die Leiterplattenanordnung des Weiteren eine obere Gehäusewand aufweist, die benachbart zur Oberseite der zweiten Leiterplatte verläuft und die als weiterer Kühlkörper für die zweite Leiterplatte wirkt. Gerade wenn die zweite Leiterplatte eine größere flächenbezogene Wärme aufweist als die erste Leiterplatte, ist es effektiv, einen weiteren Kühlkörper zur Kühlung der elektrischen Komponenten der zweiten Leiterplatte bereitzustellen. Der weitere Kühlkörper in Form einer oberen Gehäusewand ist jedoch lediglich ein passiver Kühlkörper, der eine geringere Kühlwirkung bereitstellt als der Haupt-Kühlkörper (d. h. der Kühlkörper, an den die zu kühlenden Komponenten der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte angrenzen), der bevorzugt ein aktiver Kühlkörper ist.Furthermore, it can be provided that the printed circuit board arrangement also has an upper housing wall which runs adjacent to the upper side of the second printed circuit board and which acts as an additional heat sink for the second printed circuit board. Especially when the second circuit board has a higher heat per unit area than the first circuit board, it is effective to provide another heat sink for cooling the electrical components of the second circuit board. However, the further heat sink in the form of an upper housing wall is merely a passive heat sink, which provides a lower cooling effect than the main heat sink (i.e. the heat sink on which the components of the first circuit board and the second circuit board to be cooled adjoin), which is preferably an active one heatsink is.

Bei der Bereitstellung einer oberen Gehäusewand als weiterer Kühlkörper kann vorgesehen sein, dass die Oberseite der zweiten Leiterplatte über ein Wärmeleitmaterial mit der oberen Gehäusewand verbunden ist. Dabei wird in Ausgestaltungen ein Wärmeleitmaterial eingesetzt, das auch elektrisch isolierend ist, um die Leiterplatten und deren elektrischen Komponenten elektrisch abzuschirmen. In anderen Ausgestaltungen wird ein elektrisch leitendes Wärmeleitmaterial eingesetzt, insbesondere wenn zusätzlich eine Erdung erfolgt. In weiteren Ausgestaltungen ist die Oberseite der zweiten Leiterplatte lediglich über einen Luftspalt thermisch mit der oberen Gehäusewand gekoppelt.When an upper housing wall is provided as a further heat sink, it can be provided that the upper side of the second printed circuit board is connected to the upper housing wall via a thermally conductive material. In this case, a thermally conductive material is used in configurations, which is also electrically insulating in order to electrically shield the printed circuit boards and their electrical components. In other configurations, an electrically conductive thermally conductive material is used, in particular if grounding also takes place. In further configurations, the upper side of the second printed circuit board is thermally coupled to the upper housing wall only via an air gap.

Wie bereits erwähnt, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass der Kühlkörper ein aktiv gekühlter Kühlkörper ist. Ein aktiver Kühlkörper besitzt typischerweise ein elektrisch angetriebenes Lüfterrad, um ausreichend Luftmasse entlang des Kühlkörpers zu führen. Hierdurch wird eine deutlich höhere Kühlleistung als bei passiven Kühlern erreicht. Eine aktive Kühlung ist jedoch nicht zwingend und Ausgestaltungen der Erfindung sehen einen passiv gekühlten Kühlkörper vor.As already mentioned, one embodiment of the invention provides that the heat sink is an actively cooled heat sink. An active heatsink typically has an electrically driven fan wheel to guide sufficient air mass along the heatsink. This achieves a significantly higher cooling capacity than with passive coolers. However, active cooling is not mandatory and embodiments of the invention provide a passively cooled heat sink.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die erste Leiterplatte über Verbindungsmittel, z.B. Verbindungsschrauben, die sich von der zweiten Leiterplatte über die erste Leiterplatte bis in den Kühlkörper erstrecken, mit dem Kühlkörper verbunden ist. Eine solche Konstruktion sichert mit möglichst wenig Verbindungselementen die mechanische Verbindung der beiden Leiterplatten mit dem Kühlkörper und definiert darüber hinaus auch eine mechanische Verbindung und einen vertikalen Abstand zwischen den beiden Leiterplatten.One embodiment of the invention provides that the first circuit board is connected to the heat sink via connecting means, e.g. connecting screws, which extend from the second circuit board via the first circuit board into the heat sink. Such a construction ensures the mechanical connection of the two printed circuit boards to the heat sink with as few connecting elements as possible and also defines a mechanical connection and a vertical distance between the two printed circuit boards.

Die Ausbildung einer Kavität im Kühlkörper bewirkt, dass der Kühlkörper eine Hauptoberfläche und im Bereich der Kavität eine dazu vertikal nach unten versetzt ausgebildete Oberfläche ausbildet, wobei die zweite Leiterplatte benachbart zur Hauptoberfläche und die erste Leiterplatte benachbart zur versetzt ausgebildeten Oberfläche verlaufen.The formation of a cavity in the heat sink causes the heat sink to form a main surface and, in the region of the cavity, a surface which is offset vertically downward thereto, the second printed circuit board running adjacent to the main surface and the first printed circuit board running adjacent to the offset surface.

Die im Kühlkörper ausgebildet Kavität ist beispielsweise quaderförmig bzw. im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet. Abhängig von der Form der ersten Leiterplatte und der Einbausituation können jedoch grundsätzlich beliebig geformte Kavitäten vorgesehen sein.The cavity formed in the heat sink is, for example, cuboid or rectangular in cross section. Depending on the shape of the first printed circuit board and the installation situation, however, cavities of any shape can in principle be provided.

Die vorliegende Erfindung ist grundsätzlich für die Kühlung beliebiger elektrischer Komponenten, die mit einer Leiterplatte verbunden sind, geeignet. Bei den elektrischen Komponenten kann es sich dabei um Baugruppen wie zum Beispiel sogenannte Prepackage-Module mit integriertem elektrischen Bauelement und SMD-Kontakten als auch um einzelne elektrische Bauelemente handeln.The present invention is basically suitable for the cooling of any electrical components that are connected to a printed circuit board. The electrical components can be assemblies such as so-called prepackage modules with integrated electrical components and SMD contacts, as well as individual electrical components.

Ausgestaltungen sehen vor, dass die ersten elektrischen Komponenten und die zweiten elektrischen Komponenten zur Ansteuerung und zum Betrieb eines elektrischen Motors zusammenwirken, wobei es sich bei den zweiten elektrischen Komponenten beispielsweise um Elemente eines Wechselrichters für einen elektrischen Motor handelt und bei den ersten elektrischen Komponenten um Mikrochips mit Steuerlogik zur Ansteuerung der Wechselrichter. Dabei sind die erste Leiterplatte und die zweite Leiterplatte über elektrische Kontakte elektrisch miteinander verbunden.Configurations provide that the first electrical components and the second electrical components interact to control and operate an electric motor, the second electrical components being, for example, elements of an inverter for an electric motor and the first electrical components being microchips with control logic for controlling the inverters. In this case, the first printed circuit board and the second printed circuit board are electrically connected to one another via electrical contacts.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplattenanordnung, die zwei Leiterplatten und einen Kühlkörper umfasst, wobei elektrische Komponenten beider Leiterplatten durch den Kühlkörper gekühlt werden; und
  • 2 ein Beispiel einer Leiterplattenanordnung mit zwei Leiterplatten und einem Kühlkörper, wobei nur elektrische Komponenten einer der beiden Leiterplatten durch den Kühlkörper gekühlt werden.
The invention is explained in more detail below with reference to the figures of the drawing using several exemplary embodiments. Show it:
  • 1 an embodiment of a printed circuit board assembly comprising two printed circuit boards and a heat sink, wherein electrical components of both printed circuit boards are cooled by the heat sink; and
  • 2 an example of a printed circuit board arrangement with two printed circuit boards and a heat sink, wherein only electrical components of one of the two printed circuit boards are cooled by the heat sink.

Zum besseren Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung wird zunächst eine nicht erfindungsgemäße Leiterplattenanordnung anhand der 2 beschrieben. Diese zeigt eine Leiterplattenanordnung, die eine erste Leiterplatte 1 und eine zweite Leiterplatte 2 umfasst, wobei die erste Leiterplatte 1 oberhalb und dabei beabstandet zu der zweiten Leiterplatte 2 verläuft. Die erste Leiterplatte 1 weist ein zu kühlendes elektrisches Bauelement 10 auf. Die zweite Leiterplatte 2 weist zu kühlende elektrische Bauelemente 20 auf.For a better understanding of the background of the present invention, a non-inventive circuit board assembly is first based on the 2 described. This shows a printed circuit board arrangement that includes a first printed circuit board 1 and a second printed circuit board 2 , the first printed circuit board 1 running above and at a distance from the second printed circuit board 2 . The first circuit board 1 has an electrical component 10 to be cooled. The second circuit board 2 has electrical components 20 to be cooled.

Zur Kühlung der elektrischen Bauelemente 20 ist die zweite Leiterplatte 2 auf einem Kühlkörper 3 angeordnet. Die zweite Leiterplatte 2 ist dabei über Verbindungsschrauben 6 mit dem Kühlkörper 3 verschraubt, wobei die Schrauben 6 zusätzlich die erste Leiterplatte 1 und die zweite Leiterplatte 2 relativ zueinander fixieren. Bei dem Kühlkörper 3 handelt es sich um einen aktiven Kühlkörper.The second printed circuit board 2 is arranged on a heat sink 3 in order to cool the electrical components 20 . The second printed circuit board 2 is screwed to the heat sink 3 via connecting screws 6, the screws 6 additionally fixing the first printed circuit board 1 and the second printed circuit board 2 relative to one another. The heat sink 3 is an active heat sink.

Das elektrische Bauelement 10 der erste Leiterplatte 1 wird dagegen lediglich durch eine Gehäusewand 5 gekühlt, sich oberhalb der ersten Leiterplatte 1 erstreckt. Die für das elektrische Bauelement 10 bereitgestellte Kühlleistung ist somit geringer als die für die elektrischen Bauelemente 20 bereitgestellte Kühlleistung. Insbesondere kann die Kühlleistung des aktiven Kühlkörpers 3 nicht zur Kühlung des ersten elektrischen Bauelements 10 genutzt werden.In contrast, the electrical component 10 of the first printed circuit board 1 is only cooled by a housing wall 5 that extends above the first printed circuit board 1 . The cooling power provided for the electrical component 10 is therefore lower than the cooling power provided for the electrical components 20 . In particular, the cooling capacity of the active heat sink 3 cannot be used to cool the first electrical component 10 .

Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Leiterplattenanordnung. Die Leiterplattenanordnung weist eine erste Leiterplatte 1 und eine zweite Leiterplatte 2 auf. Dabei besitzt die Leiterplatte 2 eine größere Flächenausdehnung als die erste Leiterplatte 1. Die erste Leiterplatte 1 weist auf ihrer Unterseite eine zu kühlende elektrische Komponente 10 auf. Die zweite Leiterplatte 20 weist auf ihrer Unterseite mehrere zu kühlende elektrische Komponenten 20 auf. Die dargestellte Anzahl von zu kühlenden elektrischen Komponenten 10, 20 ist dabei lediglich beispielhaft zu verstehen.The 1 shows a printed circuit board arrangement according to the invention. The printed circuit board arrangement has a first printed circuit board 1 and a second printed circuit board 2 . The printed circuit board 2 has a larger surface area than the first printed circuit board 1. The first printed circuit board 1 has an electrical component 10 to be cooled on its underside. The second circuit board 20 has a plurality of electrical components 20 to be cooled on its underside. The illustrated number of electrical components 10, 20 to be cooled is only to be understood as an example.

Die Verbindung der elektrischen Komponenten 10, 20 mit der jeweiligen Leiterplatte 1, 2 erfolgt beispielsweise über eine Oberflächenmontage, wobei es sich bei den Komponenten 10, 20 um SMD-Bauteile handelt. Dies ist jedoch lediglich beispielhaft zu verstehen.The electrical components 10, 20 are connected to the respective printed circuit board 1, 2, for example, via surface mounting, with the components 10, 20 being SMD components. However, this is only to be understood as an example.

Die Leiterplattenanordnung umfasst des Weiteren einen aktiv gekühlten Kühlkörper 3. Der Kühlkörper 3 bildet mindestens zwei horizontal zueinander versetzte Bereiche aus, einen ersten Bereich 310, in dem der Kühlkörper 3 eine plane Hauptoberfläche 31 aufweist, und einen zweiten Bereich 320, in dem der Kühlkörper 3 eine Kavität 30 ausbildet. Im Bereich 320 der Kavität 30 bildet der Kühlkörper 3 eine plane Oberfläche 32 auf, die gegenüber der Hauptoberfläche 31 in der Höhe versetzt ist. Beide Oberflächen 31, 32 des Kühlkörpers 3 verlaufen dabei parallel, wobei alternativ auch ein nicht paralleler Verlauf vorgesehen sein kann.The printed circuit board arrangement also includes an actively cooled heat sink 3. The heat sink 3 forms at least two areas that are horizontally offset from one another, a first area 310, in which the heat sink 3 has a planar main surface 31, and a second area 320, in which the heat sink 3 a cavity 30 forms. In the area 320 of the cavity 30 the heat sink 3 forms a planar surface 32 which is offset in height compared to the main surface 31 . Both surfaces 31, 32 of the heat sink 3 run parallel, with alternatively a non-parallel run can also be provided.

Der Kühlkörper 3 kann zahlreiche Ausgestaltungen aufweisen. Er besteht beispielsweise aus einem Metall wie zum Beispiel Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und weist Kühlflächen 35 auf. Es handelt sich bei dem Kühlkörper 3 um einen aktiven Kühlkörper, der durch einen Lüfter (nicht dargestellt) aktiv gekühlt wird.The heat sink 3 can have numerous configurations. It consists, for example, of a metal such as aluminum or an aluminum alloy and has cooling surfaces 35 . The heat sink 3 is an active heat sink that is actively cooled by a fan (not shown).

Die erste elektrische Komponente 10 der ersten Leiterplatte 1 ist ebenso wie die elektrischen Komponenten 20 der zweiten Leiterplatte 2 dem Kühlkörper 3 zugewandt, wobei sich die elektrischen Komponenten 10, 20 jeweils auf der Unterseite der jeweiligen Leiterplatte 1, 2 befinden. Dabei ist die erste Leiterplatte 1 innerhalb der Kavität 30 des Kühlkörpers 3 und darin auf der Oberfläche 32 angeordnet. Die zweite Leiterplatte 2 erstreckt sich oberhalb der ersten Leiterplatte 1 auch im Bereich der Kavität 30, so dass die erste Leiterplatte 1 zwischen dem Kühlkörper 3 und der zweiten Leiterplatte 2 angeordnet ist.The first electrical component 10 of the first printed circuit board 1, like the electrical components 20 of the second printed circuit board 2, faces the heat sink 3, with the electrical components 10, 20 each being located on the underside of the respective printed circuit board 1, 2. In this case, the first circuit board 1 is arranged within the cavity 30 of the heat sink 3 and therein on the surface 32 . The second printed circuit board 2 also extends above the first printed circuit board 1 in the region of the cavity 30 so that the first printed circuit board 1 is arranged between the heat sink 3 and the second printed circuit board 2 .

Die Verbindung der jeweiligen elektrischen Komponente 10, 20 mit dem Kühlkörper 3 erfolgt über ein Wärmeleitmaterial. So ist die erste elektrische Komponente 10 über ein Wärmeleitmaterial 41 thermisch an den Kühlkörper 3 angekoppelt, wobei sich das Wärmeleitmaterial 41 zwischen der Unterseite der zu kühlenden Komponente 10 und der planen Oberfläche 32 der Kavität 30 des Kühlkörpers 3 erstreckt. Die zweiten elektrischen Komponenten 20 sind über ein Wärmeleitmaterial 42 an den Kühlkörper 3 angekoppelt, wobei sich das Wärmeleitmaterial 42 zwischen der Unterseite der zu kühlenden Komponenten 20 und der planen Oberfläche 31 des Kühlkörpers 3 erstreckt. Bei den Wärmeleitmaterialen handelt es sich beispielsweise um Wärmeleitpasten oder Wärmeleitmatten. Weiter wird darauf hingewiesen, dass die zweite Leiterplatte 2 auch insgesamt über eine Wärmeleitmatte 44 mit dem Bereich 310 des Kühlkörpers 3 verbunden ist.The respective electrical component 10, 20 is connected to the heat sink 3 via a thermally conductive material. The first electrical component 10 is thermally coupled to the heat sink 3 via a heat conducting material 41 , the heat conducting material 41 extending between the underside of the component 10 to be cooled and the planar surface 32 of the cavity 30 of the heat sink 3 . The second electrical components 20 are coupled to the cooling body 3 via a thermally conductive material 42 , the thermally conductive material 42 extending between the underside of the components 20 to be cooled and the planar surface 31 of the cooling body 3 . The thermally conductive materials are, for example, thermally conductive pastes or thermally conductive mats. It is further pointed out that the second printed circuit board 2 as a whole is connected to the area 310 of the heat sink 3 via a thermally conductive mat 44 .

Die Anordnung der zu kühlenden elektrischen Komponenten 20 auf der zweiten Leiterplatte 2 ist derart, dass in dem Bereich 25 der zweiten Leiterplatte 2, der die Kavität 30 abdeckt, keine dem Kühlkörper 3 zugewandten zu kühlenden elektrischen Komponenten angeordnet sind. Hierdurch wird vermieden, dass zu kühlende elektrische Komponenten vertikal übereinander in der Kavität 30 angeordnet sind.The arrangement of the electrical components 20 to be cooled on the second printed circuit board 2 is such that in the area 25 of the second printed circuit board 2 covering the cavity 30 no electrical components to be cooled facing the heat sink 3 are arranged. This avoids electrical components to be cooled being arranged vertically one above the other in the cavity 30 .

Oberhalb der zweiten Leiterplatte 2 ist eine Gehäusewand 5 angeordnet, die beispielsweise aus einem Metall besteht und die ebenfalls einen Kühlkörper bildet, der allerdings ein passiver Kühlkörper ist. Zwischen der Leiterplatte 2 und der Gehäusewand 5 befindet sich dabei eine weitere Wärmeleitmatte 43, die elektrisch isolierend sein kann.A housing wall 5 is arranged above the second printed circuit board 2, which wall consists, for example, of a metal and also forms a heat sink, which, however, is a passive heat sink. There is another thermally conductive mat 43 between the printed circuit board 2 and the housing wall 5, which can be electrically insulating.

Zur Fixierung der Leiterplatten 1, 2 sind Metallschrauben 6 vorgesehen, die die obere Leiterplatte 2 und die untere Leiterplatte 1 mit dem Kühlkörper 3 verschrauben. Über die Metallschrauben 6 wird zusätzlich der vertikale Abstand zwischen den beiden Leiterplatten 1, 2 fixiert. Es können weitere, nicht dargestellte Metallschrauben zur Verbindung der oberen Leiterplatte 2 mit dem Bereich 310 des Kühlkörpers 3 vorgesehen sein (nicht gesondert dargestellt). Über die Metallschrauben 6 wird die Druckkraft bereitgestellt, mit der die an der Unterseite 2 der Leiterplatten 1, 2 angeordneten zu kühlenden Komponenten 10, 20 an die Oberfläche 31, 32 des Kühlkörpers 3 zur Bereitstellung eines guten thermischen Übergangs angepresst werden.To fix the printed circuit boards 1, 2, metal screws 6 are provided, which screw the upper printed circuit board 2 and the lower printed circuit board 1 to the heat sink 3. The vertical distance between the two printed circuit boards 1, 2 is additionally fixed via the metal screws 6. Additional metal screws, not shown, can be provided for connecting the upper printed circuit board 2 to the area 310 of the heat sink 3 (not shown separately). The metal screws 6 provide the compressive force with which the components 10, 20 to be cooled, which are arranged on the underside 2 of the printed circuit boards 1, 2, are pressed against the surface 31, 32 of the heat sink 3 to provide good thermal transfer.

Es kann vorgesehen sein, dass die zweiten Komponenten 20 der zweiten Leiterplatte 2 eine größere flächenbezogene Wärme aufweisen als die Komponente 10 der ersten Leiterplatte 1. Insofern ist es von Vorteil, dass diese Komponenten 20 zum einen aktiv durch den Kühlkörper 3 gekühlt werden, die Leiterplatte 2 im Bereich der Komponenten 20 jedoch zusätzlich auch auf der Oberseite durch die Gehäusewand 5 gekühlt wird, wenn auch in geringerem Umfang. Die Komponenten 20 der zweiten Leiterplatte 2 werden somit von beiden Seiten gekühlt.Provision can be made for the second components 20 of the second printed circuit board 2 to have a greater area-related heat than the component 10 of the first printed circuit board 1. In this respect, it is advantageous that these components 20 are actively cooled by the heat sink 3, the printed circuit board 2 in the area of the components 20 is also additionally cooled on the upper side by the housing wall 5, albeit to a lesser extent. The components 20 of the second circuit board 2 are thus cooled from both sides.

Die erste elektrische Komponente 10 besitzt demgegenüber eine geringere flächenbezogene Wärme, die durch die thermische Ankopplung an den Kühlkörper 3 abgeleitet wird.In contrast, the first electrical component 10 has a lower surface-related heat, which is dissipated by the thermal coupling to the heat sink 3 .

Die beschriebene Anordnung ermöglicht es, dass die zu kühlenden elektrischen Komponenten 10, 20 beider Leiterplatten 1, 2 durch den Kühlkörper 3 gekühlt werden.The arrangement described makes it possible for the electrical components 10, 20 of both printed circuit boards 1, 2 to be cooled by the heat sink 3 to be cooled.

Es kann vorgesehen sein, dass die beiden Leiterplatten 1, 2 über entsprechende elektrische Kontaktstellen (nicht gesondert dargestellt) elektrisch miteinander gekoppelt sind. Dies erlaubt es, dass die erste elektrische Komponente 10 und die zweiten elektrischen Komponenten 20 zusammenwirken. Beispielsweise ist vorgesehen, dass diese Komponenten zum Antrieb eines Elektromotors zusammenwirken. Dabei bildet die elektrische Komponente 10 in Ausführungsbeispielen eine Steuereinheit und sind die elektrischen Komponenten 20 Bestandteile eines oder mehrerer Wechselrichter.Provision can be made for the two printed circuit boards 1, 2 to be electrically coupled to one another via corresponding electrical contact points (not shown separately). This allows the first electrical component 10 and the second electrical components 20 to cooperate. For example, it is provided that these components interact to drive an electric motor. In this case, the electrical component 10 in exemplary embodiments forms a control unit and the electrical components 20 are components of one or more inverters.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Leiterplatten 1, 2 und deren Komponenten in der 1 lediglich schematisch und nur insofern, als es für die vorliegende Erfindung von Bedeutung ist, dargestellt sind. Insbesondere können die Leiterplatten 1, 2 weitere, nicht dargestellte Komponenten auch auf ihrer Oberseite aufweisen. Auch sind die Struktur und Kontaktierung der Leiterplatten nicht gesondert dargestellt. Die Leiterplatten 1, 2 können dabei allgemein aus einer Vielzahl von Leiterplattenlagen bestehen.It is noted that the circuit boards 1, 2 and their components in the 1 are shown only schematically and only insofar as relevant to the present invention. In particular, the printed circuit boards 1, 2 can also have other components, not shown, on their upper side. The structure and contacting of the printed circuit boards are also not shown separately. The printed circuit boards 1, 2 can generally consist of a large number of printed circuit board layers.

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. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass in dem Kühlkörper mehr als eine Kavität ausgebildet ist, in denen jeweils eine weitere Leiterplatte angeordnet ist. Hierdurch kann das beschriebene Konzept auf die Kühlung elektrischer Komponenten von mehr als zwei Leiterplatten erweitert werden.It should be understood that the invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and improvements can be made without departing from the concepts described herein. For example, it can be provided that more than one cavity is formed in the heat sink, in each of which a further printed circuit board is arranged. As a result, the concept described can be extended to the cooling of electrical components of more than two printed circuit boards.

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.It is further pointed out that any of the features described can be used separately or in combination with any other features, provided they are not mutually exclusive. The disclosure extends to and encompasses all combinations and sub-combinations of one or more features described herein. If ranges are defined, these include all values within these ranges as well as all sub-ranges that fall within a range.

Claims (12)

Leiterplattenanordnung, die aufweist: - eine erste Leiterplatte (1), die mindestens eine zu kühlende erste elektrische Komponente (10) aufweist, - eine zweite Leiterplatte (2), die mindestens eine zu kühlende zweite elektrische Komponente (20) aufweist, und - einen Kühlkörper (3), dadurch gekennzeichnet, - dass sowohl die mindestens eine erste elektrische Komponente (10) der ersten Leiterplatte (1) als auch die mindestens eine zweite elektrische Komponente (20) der zweiten Leiterplatte (2) auf der Unterseite der jeweiligen Leiterplatte (1, 2) angeordnet und dem Kühlkörper (3) zugewandt ist, wobei - die erste Leiterplatte (1) in einer Kavität (30) des Kühlkörpers (3) und dabei zwischen dem Kühlkörper (3) und der zweiten Leiterplatte (2) angeordnet ist.Circuit board arrangement comprising: - a first circuit board (1) having at least one first electrical component (10) to be cooled, - a second circuit board (2) having at least one second electrical component (20) to be cooled, and - a Heat sink (3), characterized in that - that both the at least one first electrical The component (10) of the first printed circuit board (1) and the at least one second electrical component (20) of the second printed circuit board (2) are arranged on the underside of the respective printed circuit board (1, 2) and face the heat sink (3), wherein - the first circuit board (1) is arranged in a cavity (30) of the heat sink (3) and between the heat sink (3) and the second circuit board (2). Leiterplattenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die erste elektrische Komponente (10) als auch die zweite elektrische Komponente (20) jeweils direkt oder über ein Wärmeleitmaterial (41, 42) thermisch an den Kühlkörper (3) angekoppelt ist.circuit board layout claim 1 , characterized in that both the first electrical component (10) and the second electrical component (20) is thermally coupled to the heat sink (3) directly or via a thermally conductive material (41, 42). Leiterplattenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterplatte (1) beabstandet zu einem Bereich (25) der zweiten Leiterplatte (2) verläuft, in dem die zweite Leiterplatte (2) keine dem Kühlkörper (3) zugewandten Komponenten ausbildet.circuit board layout claim 1 or 2 , characterized in that the first printed circuit board (1) runs at a distance from a region (25) of the second printed circuit board (2) in which the second printed circuit board (2) does not form any components facing the heat sink (3). Leiterplattenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Komponente (20) der zweiten Leiterplatte (2) eine größere flächenbezogene Wärme aufweist als die erste elektrische Komponente (10) der erste Leiterplatte (1).Printed circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the second electrical component (20) of the second printed circuit board (2) has a greater area-related heat than the first electrical component (10) of the first printed circuit board (1). Leiterplattenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplattenanordnung des Weiteren eine obere Gehäusewand (5) aufweist, die benachbart zur Oberseite der zweiten Leiterplatte (2) verläuft und die als weiterer Kühlkörper für die zweite Leiterplatte (2) wirkt.Circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit board arrangement further comprises an upper housing wall (5) which runs adjacent to the upper side of the second circuit board (2) and which acts as a further heat sink for the second circuit board (2). Leiterplattenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite der zweiten Leiterplatte (2) über ein Wärmeleitmaterial (43) mit der oberen Gehäusewand (5) verbunden ist.circuit board layout claim 5 , characterized in that the upper side of the second printed circuit board (2) is connected to the upper housing wall (5) via a thermally conductive material (43). Leiterplattenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (3) ein aktiv gekühlter Kühlkörper ist.Printed circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the heat sink (3) is an actively cooled heat sink. Leiterplattenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterplatte (1) über Verbindungsmittel (6), die sich von der zweiten Leiterplatte (2) über die erste Leiterplatte (1) bis in den Kühlkörper (3) erstrecken, mit dem Kühlkörper (3) verbunden ist.Printed circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first printed circuit board (1) via connecting means (6), which extend from the second printed circuit board (2) via the first printed circuit board (1) into the heat sink (3), with the Heat sink (3) is connected. Leiterplattenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (3) eine Hauptoberfläche (31) und im Bereich der Kavität (30) eine dazu vertikal versetzt ausgebildete Oberfläche (32) ausbildet, wobei die erste Leiterplatte (1) benachbart zur versetzt ausgebildeten Oberfläche (32) und die zweite Leiterplatte (2) benachbart zur Hauptoberfläche (31) angeordnet sind.Printed circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the heat sink (3) forms a main surface (31) and in the region of the cavity (30) a surface (32) which is vertically offset thereto, the first printed circuit board (1) adjacent to the offset formed surface (32) and the second printed circuit board (2) are arranged adjacent to the main surface (31). Leiterplattenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kühlkörper (3) ausgebildete Kavität (30) im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet ist.Printed circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the cavity (30) formed in the heat sink (3) has a rectangular cross section. Leiterplattenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste elektrische Komponente (10) ein Mikrochip ist.Circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one first electrical component (10) is a microchip. Leiterplattenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite elektrische Komponente (20) ein Element eines Wechselrichters für einen elektrischen Motor ist.Circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one second electrical component (20) is an element of an inverter for an electrical motor.
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