DE10325503A1

DE10325503A1 - Electronic circuit board module e.g. for automobile onboard computer, has pins securing circuit board and parallel metal plate at fixed relative spacing against force of spring device acting between them

Info

Publication number: DE10325503A1
Application number: DE2003125503
Authority: DE
Inventors: Christian Blersch
Original assignee: E E P D ELECTRONIC EQUIPMENT P; Eepd Electronic Equipment Produktion & Distribution GmbH
Current assignee: E E P D ELECTRONIC EQUIPMENT P; Eepd Electronic Equipment Produktion & Distribution GmbH
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2004-12-23

Abstract

Circuit board module (10) has a circuit board (14) on which a number of electronic components (12-1,12-2,12-3) are mounted and a parallel metal plate (16) at a given spacing from the circuit board, with a spring device (22) between them. A number of pins (26-1,..26-6) are coupled to the circuit board and the metal plate at their opposite ends, for securing the circuit board and the metal plate together against the force of the spring device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplattenbaugruppe für eine Elektronikeinrichtung.The The present invention relates to a printed circuit board assembly for an electronic device.

Eine Leiterplattenbaugruppe umfasst bekanntlich wenigstens eine Leiterplatte mit auf einer oder beiden Flachseiten dieser Leiterplatte verlaufenden Leiterbahnen (z. B. Kupferbeschichtung) zur elektrischen Verbindung von elektronischen Komponenten, mit welchen die Leiterplatte einseitig oder zweiseitig bestückt ist. Wenn eine damit zu realisierende elektronische Schaltungsanordnung umfangreicher ist, so kann die dafür verwendete Leiterplattenbaugruppe auch mehrere solche Leiterplatten aufweisen, die dann üblicherweise parallel zueinander gestapelt und elektrisch miteinander verbunden gehalten sind.A As is known, printed circuit board assembly comprises at least one printed circuit board with running on one or both flat sides of this circuit board Conductor tracks (e.g. copper coating) for electrical connection of electronic components with which the circuit board is one-sided or double-sided is. If an electronic circuit arrangement to be realized with it is more extensive, the PCB assembly used for this can also have several such printed circuit boards, which then usually stacked parallel to each other and electrically connected to each other are held.

Beim Aufbau einer elektronischen Schaltungsanordnung mit einer Leiterplattenbaugruppe besteht das Problem, dass der zur Einbeziehung von Komponenten zur Verfügung stehende Platz, insbesondere die zur Bestückung mit elektronischen Komponenten zur Verfügung stehende Leiterplattenfläche mehr oder weniger begrenzt ist. Dieses Problem verschärft sich noch, wenn eine oder mehrere der elektronischen Komponenten zur Kühlung derselben mit einem voluminösen Kühlkörper versehen sind und/oder Bereiche der elektrisch leitenden Beschichtung (Leiterbahnen) als Kühlflächen für damit thermisch in Verbindung stehende elektronische Komponenten genutzt werden.At the Structure of an electronic circuit arrangement with a circuit board assembly the problem that the available to include components Space, especially for assembly PCB area available with electronic components more or less is limited. This problem is exacerbated if one or provide several of the electronic components for cooling them with a voluminous heat sink and / or areas of the electrically conductive coating (conductor tracks) as cooling surfaces for it thermally related electronic components become.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, bei einer Leiterplattenbaugruppe die oben erwähnten Probleme zu beseitigen und insbesondere eine Leiterplattenbaugruppe bereitzustellen, bei welcher der zur Einbeziehung von Komponenten zur Verfügung stehende Platz vergrößert ist und/oder eine Kühlwirkung mit vergleichsweise geringem Platzbedarf auf der Leiterplatte erzielt werden kann.It is therefore an object of the invention in a printed circuit board assembly the problems mentioned above to be eliminated and in particular to provide a printed circuit board assembly, at which of those available to include components Space is increased and / or a cooling effect achieved with comparatively little space on the circuit board can be.

Die Aufgabe wird gelöst mit einer Leiterplattenbaugruppe nach Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The Task is solved with a printed circuit board assembly according to claim 1. The dependent claims relate advantageous developments of the invention.

Gemäß der Erfindung ist eine Leiterplattenbaugruppe vorgesehen, umfassend eine mit elektronischen Komponenten bestückte Leiterplatte sowie eine parallel und im Abstand zur Leiterplatte angeordnete Metallplatte, wobei eine die beiden Platten elastisch voneinander weg drängende Federeinrichtung zwischen den beiden Platten angeordnet ist, und wobei eine Mehrzahl von Stiften vorgesehen ist, deren Enden mit jeweils einer der beiden Platten gekoppelt sind, derart, dass die beiden Platten gegen die elastische Kraft der Federeinrichtung aufeinander zu bewegbar sind.According to the invention a circuit board assembly is provided, including one with electronic Components PCB and one parallel and at a distance to the PCB arranged metal plate, one of the two plates being elastic pushing away from each other Spring device is arranged between the two plates, and wherein a plurality of pins are provided, the ends of which each one of the two plates are coupled such that the against the elastic force of the spring device towards each other are movable.

Der Begriff "parallel" soll in diesem Zusammenhang nicht ausschließen, dass eine insgesamt ebene Metallplatte sich in einem kleinen Winkel (von z. B. weniger als 10°) zur Leiterplattenebene erstreckt oder dass diese Bedingung lediglich für einen Großteil der Metallplatte erfüllt ist und vergleichsweise kleine Abschnitte der Metallplatte in einem größeren Winkel zur Leiterplattenebene verlaufen, etwa zur Ausbildung von Stufen im Metallplattenverlauf. Der konstante gegenseitige Abstand zwischen Leiterplatte und Metallplatte bzw. (bei über die Metallplattenfläche variierendem gegenseitigen Abstand) der maximale gegenseitige Abstand ist bevorzugt wesentlich kleiner als die maximale Quererstreckung der Metallplatte, insbesondere kleiner als 20% dieser Quererstreckung. Dies ist vorteilhaft hinsichtlich der mechanischen Stabilität der Leiterplattenbaugruppe sowie hinsichtlich der unten noch beschriebenen Wärmeableitungsfähigkeit. Der Begriff "Stift" soll in diesem Zusammenhang jedes längliche Gebilde umfassen. Für die unten noch beschriebenen Ausführungen der Leiterplattenbaugruppe sind insbesondere Stifte geeignet, die wenigstens über den Großteil ihrer Längserstreckung einen kreisrunden Querschnitt besitzen. In diesem Fall insbesondere mit einem Durchmesser von weniger als 3 mm (z. B. 1 mm).The The term "parallel" is intended in this context do not exclude, that an overall flat metal plate is at a small angle (e.g. less than 10 °) extends to the circuit board level or that this condition merely for much of the Metal plate met and comparatively small sections of the metal plate in one larger angle run to the circuit board level, for example for the formation of steps in the course of the metal plate. The constant mutual distance between PCB and metal plate or (in the case of a variation over the metal plate surface mutual distance) the maximum mutual distance is preferably essential smaller than the maximum transverse extent of the metal plate, in particular less than 20% of this transverse extent. This is advantageous in terms of mechanical stability the PCB assembly and with regard to the heat dissipation capability described below. The term "pen" is meant in this context any elongated Include structures. For the versions of the printed circuit board assembly described below are particularly suitable pens that at least over the Much of theirs longitudinal extension have a circular cross-section. In this case in particular with a diameter of less than 3 mm (e.g. 1 mm).

Die parallel und im Abstand zur Leiterplatte angeordnete Metallplatte stellt eine "Montageplattform" für Komponenten der betreffenden Elektronikeinrichtung bereit, die zur Anordnung von zusätzlichen Komponenten nutzbar ist. Darüber hinaus kann mit dieser Metallplatte vorteilhaft Wärme aufgenommen und/oder verteilt und/oder an die Umgebung abgegeben werden, wobei zur Anordnung der Metallplatte ein praktisch vernachlässigbarer Teil der Leiterplattenfläche benötigt wird, da eine Kopplung zwischen der Leiterplatte und der Metallplatte über einzelne Stifte erfolgt. Da die Kopplung zwischen den Stiftenden und den sich gegenüberstehenden Platten derart vorgesehen ist, dass die beiden Platten gegen eine elastische Kraft der Federeinrichtung aufeinander zu bewegbar sind, ist dieser Verbund aus Leiterplatte und Metallplatte mechanisch sehr belastbar. Beispielsweise können mechanische Trägheitskräfte, wie sie etwa durch Stöße oder Vibrationen hervorgerufen werden können, nur in vergleichsweise geringem Ausmaß von einer Platte über die Stifte auf die andere Platte übertragen werden, da jede die beiden Platten aufeinander zu drängende Trägheitskraft mittels der Federeinrichtung abgefedert wird. Diese Abfederung schont die Kopplungsstellen zwischen den Sitftenden und den Platten, so dass diese Kopplungsstellen mechanisch vergleichsweise schwach und somit besonders platzsparend ausgebildet sein können und/oder bei vorgegebener mechanischer Stabilität dieser Kopplungsstellen Platten mit vergleichsweise großen Massen vorgesehen sein können. Für die Leiterplatte bedeutet dies, dass diese mit einer großen Anzahl und/oder mit besonders schweren elektronischen Komponenten bestückt sein kann und/oder diese Leiterplatte, beispielsweise über eine Verschraubung, mit einer oder mehreren weiteren Leiterplatten starr verbunden sein kann. Für die Metallplatte bedeutet eine große Masse die Möglichkeit einer besonders großen Kühlwirkung.The metal plate arranged in parallel and at a distance from the printed circuit board provides a "mounting platform" for components of the electronic device in question, which can be used to arrange additional components. In addition, heat can advantageously be absorbed and / or distributed and / or released into the environment with this metal plate, a practically negligible part of the circuit board area being required for the arrangement of the metal plate, since a coupling between the circuit board and the metal plate takes place via individual pins. Since the coupling between the pin ends and the opposing plates is provided in such a way that the two plates can be moved towards one another against an elastic force of the spring device, this combination of printed circuit board and metal plate can be subjected to very high mechanical loads. For example, mechanical inertia forces, such as those caused by shocks or vibrations, can only be transferred from one plate via the pins to the other plate to a comparatively small extent, since each inertial force to be pressed against one another is cushioned by means of the spring device. This cushioning protects the coupling points between the seat ends and the plates, so that these coupling points can be designed to be mechanically comparatively weak and thus particularly space-saving and / or, given the mechanical stability of these coupling points, plates with comparatively large masses can be provided. For the circuit board, this means that this with a large number and / or can be equipped with particularly heavy electronic components and / or this circuit board, for example via a screw connection, can be rigidly connected to one or more further circuit boards. For the metal plate, a large mass means the possibility of a particularly large cooling effect.

Für die gewünschte Anordnung der Metallplatte im Abstand zur Leiterplatte genügen in der Praxis zumeist drei Stifte, über welche diese beiden Platten miteinander gekoppelt sind. Insbesondere für Leiterplatten mit einer Fläche im Bereich von etwa 0,01 bis 0,02 m² hat sich die Verwendung von etwa 3 bis 10 Stiften als vorteilhaft herausgestellt. In unten noch beschriebenen Weiterbildungen der Erfindung ist es von Vorteil, wenn das elastische Drängen der beiden Platten voneinander weg möglichst gleichmäßig über die Metallplatte verteilt erfolgt. Wenn nun diese Metallplatte vergleichsweise dünn ausgebildet ist, so dass die elastische Kraft eine nicht zu vernachlässigende Biegung der Metallplatte zur Folge haben kann, so ist eine vergleichsweise große Anzahl an Stiften vorteilhaft zur Vergleichmäßigung der elastischen Kraft.In practice, three pins, via which these two plates are coupled to one another, are usually sufficient for the desired arrangement of the metal plate at a distance from the printed circuit board. In particular for printed circuit boards with an area in the range of approximately 0.01 to 0.02 m ² , the use of approximately 3 to 10 pins has proven to be advantageous. In further developments of the invention described below, it is advantageous if the elastic pushing of the two plates away from one another takes place as uniformly as possible over the metal plate. If this metal plate is now comparatively thin, so that the elastic force can result in a not insignificant bending of the metal plate, then a comparatively large number of pins is advantageous in order to equalize the elastic force.

Jeder Stift muss eine Kopplung zwischen den beiden, den Stiftenden benachbarten Platten derart vorsehen, dass diese beiden Platten unter Überwindung der elastischen Kraft (z. B. bei einer auf die Leiterplattenbaugruppe einwirkenden Vibration) aufeinander zu bewegbar sind, wohingegen bei alleinigem Wirken der elastischen Kraft und einer damit verbundenen Bewegung der beiden Platten auseinander diese Bewegung begrenzt wird. Eine konstruktiv einfache Möglichkeit besteht darin, ein Stiftende an einer der beiden Platten zu befestigen und die gewünschte Relativbewegbarkeit der beiden Platten durch eine geeignet ausgebildete Kopplung zwischen dem entgegengesetzten Stiftende und der anderen Platte vorzusehen. Bei einer diese Möglichkeit realisierenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Stift mit einem Ende an einer ersten der beiden Platten befestigt ist, wohingegen das entgegengesetzte Ende die zweite der beiden Platten durchsetzt und auf der Außenseite der zweiten Platte einen Anschlag aufweist, gegen welchen die zweite Platte durch die Federeinrichtung gedrängt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt dieser Anschlag eine etwa konusförmige Anschlagfläche, die gegen eine entsprechend ausgebildete Sitzfläche der Metallplattenoberfläche aufsitzt. Dies besitzt einerseits den Vorteil einer gewissen "Zentrierung" dieser Kopplung und andererseits den Vorteil, dass diese Kopplung mit geringem thermischen Übergangswiderstand ausgebildet werden kann.Everyone Pen must have a coupling between the two adjacent to the pen ends Provide plates so that these two plates are overcome the elastic force (e.g. in the case of a load on the printed circuit board assembly vibrations) are movable towards each other, whereas with the sole action of the elastic force and a related Movement of the two plates apart limits this movement becomes. A structurally simple option is a Attach the end of the pin to one of the two plates and the desired relative mobility of the two plates by a suitably designed coupling between the opposite end of the pin and the other plate. With one realizing this possibility embodiment it is provided that a pin with one end on a first of the is attached to both plates, whereas the opposite end the second of the two panels interspersed and on the outside the second plate has a stop against which the second Plate is pushed by the spring device. In a preferred one embodiment this stop has an approximately conical stop surface, which is against a correspondingly designed seat of the metal plate surface sits. On the one hand, this has the advantage of a certain "centering" of this coupling and on the other hand the advantage that this coupling with low thermal contact resistance can be trained.

Bei zum mobilen Einsatz vorgesehenen Elektronikeinrichtungen (z. B. Laptop-Computer, Computereinrichtung in einem Fahrzeug etc.) ist es meist wünschenswert, die Elektronikeinrichtung möglichst kompakt auszubilden. Daraus ergeben sich in der Regel hohe Anforderungen hinsichtlich der Kühlwirkungseffizienz einer dazu verwendeten Leiterplattenbaugruppe. Darüber hinaus ist in einer mobilen Umgebung die Wahrscheinlichkeit für mechanische Stöße und/oder Vibrationen erhöht. Daher sieht eine bevorzugte Ausführungsform vor, dass die Leiterplattenbaugruppe als Baugruppe einer zum mobilen Einsatz vorgesehenen Elektronikeinrichtung ausgebildet ist bzw. für eine solche Elektronikeinrichtung verwendet wird.at Electronic devices intended for mobile use (e.g. Laptop computer, computer equipment in a vehicle, etc.) it is mostly desirable the electronic device if possible to be compact. This usually results in high demands in terms of cooling efficiency a printed circuit board assembly used for this. Furthermore is the likelihood of mechanical in a mobile environment Bumps and / or Vibrations increased. Therefore, see a preferred embodiment before that the circuit board assembly as an assembly one for mobile The intended electronic device is designed or for one such electronic device is used.

Wenn die Metallplatte eine Aluminiumplatte (einschließlich der Verwendung einer Aluminiumlegierung) ist, so ergibt sich vorteilhaft eine vergleichsweise geringe Masse bei guter Wärmeleitfähigkeit.If the metal plate is an aluminum plate (including the use of a Aluminum alloy), there is advantageously a comparative low mass with good thermal conductivity.

Für die meisten Anwendungsfälle ist eine Metallplatte von einer Dicke mit etwa 1 mm bis 3 mm bevorzugt, da dies zumeist einen guten Kompromiss zwischen mechanischer Stabilität und Wärmeaufnahmevermögen darstellt.For the most use cases a metal plate with a thickness of approximately 1 mm to 3 mm is preferred, because this is mostly a good compromise between mechanical stability and heat absorption.

Wenngleich weitere Komponenten unmittelbar an der Metallplatten angefügt werden können (z. B. mittels einer Verklebung), so ist in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Metallplatte Befestigungsmittel zur Befestigung wenigstens einer weiteren Komponente aufweist. Solche Befestigungsmittel können beispielsweise als Befestigungsbohrungen für eine Verschraubung oder durch fest mit der Metallplatte verbundene Befestigungsmuffen mit Innengewinde oder Stehbolzen mit Außengewinde vorgesehen sein. Zur Übertragung von Wärme von einzelnen der elektronischen Komponenten, mit denen die der Metallplatte zugewandte Flachseite der Leiterplatte bestückt ist, können beispielsweise die Stifte genutzt werden, z. B. wenn die Stifte als Metallstifte ausgebildet sind. In dieser Hinsicht besonders gut geeignet sind beispielsweise Stifte aus einem gut wärmeleitenden Metall oder einer solchen Metallegierung. In einer Ausführungsform sind beispielsweise Messingstifte vorgesehen.Although other components can be added directly to the metal plate can (e.g. by means of gluing), is in a further training the invention provided that the metal plate fasteners for fastening at least one further component. Such Fasteners can for example as mounting holes for a screw connection or through Fixing sleeves with internal thread, firmly connected to the metal plate or stud bolts with external thread be provided. For transmission of warmth of individual of the electronic components with which the of the metal plate facing flat side of the circuit board, for example, the pins be used, e.g. B. if the pins are designed as metal pins are. Are particularly well suited in this regard, for example Pins made of a good heat conductor Metal or such a metal alloy. In one embodiment for example brass pins are provided.

In einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Stifte orthogonal zur Ebene der beiden Platten. Diese Anordnung ist einerseits günstig für einen geringen Platzbedarf einer Kopplungsanordnung zwischen dem Stiftende und der betreffenden Platte und andererseits günstig für eine konstruktiv einfache Gestaltung einer solchen festen oder beweglichen Kopplung.In a preferred embodiment the pins extend orthogonally to the plane of the two plates. On the one hand, this arrangement is favorable for one small space requirement of a coupling arrangement between the pin end and the plate in question and on the other hand cheap for a structurally simple Design of such a fixed or movable coupling.

Um ein Stiftende an einer der beiden Platten zu befestigen, kommen an sich beliebige Methoden hierfür in Betracht. Da bei der Herstellung einer Leiterplattenbaugruppe, insbesondere der Bestückung einer Leiterplatte, in der Regel ohnehin ein Lötverfahren eingesetzt wird, ist in einer bevorzugten Ausführungsform zur Befestigung des Stifts an einer der beiden Platten eine Verlötung vorgesehen. Insbesondere kann ein Stiftende vorteilhaft in an sich bekannter Weise wie ein Anschlusspin einer elektronischen Komponente im Bereich einer Leiterbahn der Leiterplatte angelötet werden. Für eine gute mechanische Stabilität einer solchen Befestigung ist es dann bevorzugt, dass das Stiftende die betreffende Platte durchsetzt und dort (auf der dem Stiftkorpus abgewandten Seite der Platte) verlötet wird. Auch kann das Stiftende beidseitig verlötet werden. Die Befestigung mittels Verlötung besitzt darüber hinaus den Vorteil eines geringen Wärmeübergangswiderstands. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Leiterbahn bzw. Leiterfläche, an welcher ein Stiftende angelötet ist, in thermischer Verbindung mit wenigstens einer stark wärmeerzeugenden elektronischen Komponente steht, also dass es sich bei der betreffenden Leiterfläche z. B. um eine Fläche zur so genannten horizontalen Wärmespreizung handelt.In order to attach a pin end to one of the two plates, any methods can be considered. Since a soldering method is generally used anyway in the production of a printed circuit board assembly, in particular the assembly of a printed circuit board, is a preferred embodiment approximately form for soldering the pin to one of the two plates provided. In particular, a pin end can advantageously be soldered on in a manner known per se, such as a connection pin of an electronic component in the region of a conductor track of the printed circuit board. For good mechanical stability of such an attachment, it is then preferred that the pin end passes through the relevant plate and is soldered there (on the side of the plate facing away from the pin body). The end of the pin can also be soldered on both sides. Fastening by means of soldering also has the advantage of a low heat transfer resistance. In one embodiment it is provided that the conductor track or conductor surface, to which a pin end is soldered, is in thermal connection with at least one strongly heat-generating electronic component. B. is an area for so-called horizontal heat spreading.

Wenn die Kopplung zwischen einem Stiftende und der betreffenden Platte beweglich vorgesehen wird, indem das Stiftende die Platte durchsetzt und dort einen die Bewegung der Platte begrenzenden Anschlag aufweist, so lässt sich ein solcher Anschlag konstruktiv einfach als verbreiteter Abschnitt des Stiftendes (z. B. wie bei einem Nagel) realisieren.If the coupling between a pin end and the plate in question is provided movably by the pin end penetrating the plate and there has a stop limiting the movement of the plate, so lets such a stop constructively simple as a common section of the Realize the endowment (e.g. like a nail).

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Federeinrichtung eine wärmeleitende Kunststofflage, welche – zwischen der Leiterplatte und der Metallplatte zwischengefügt – eine die Platten belastende elastische Kraft bereitstellen kann. Insbesondere kann eine solche Kunststofflage die gesamte elastische Kraft bereitstellen und mithin die Federeinrichtung bilden. An dieser Stelle ist die Verwendung so genannter "Wärmeleitpads" als Kunststofflage besonders bevorzugt, da diese eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen und somit Wärme von der Leiterplatte weg zur Metallplatte übertragen können. Solche Wärmeleitpads oder -folien sind in zahlreichen Ausführungen erhältlich (z. B. als elektrisch isolierende Silikonpolymer-Folie). Bevorzugt wird eine solche Kunststofflage mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 1,0 W/mK verwendet.In a preferred embodiment the spring device comprises a thermally conductive plastic layer, which - between interposed between the circuit board and the metal plate - one that Can provide plate-loading elastic force. In particular such a plastic layer can provide the entire elastic force and thus form the spring device. At this point is the Use of so-called "thermal pads" as a plastic layer particularly preferred since this has a particularly high thermal conductivity own and thus heat can transfer away from the circuit board to the metal plate. Such thermal pads or films are available in numerous versions (e.g. as electrical insulating silicone polymer film). Such a plastic layer is preferred with a thermal conductivity of at least 1.0 W / mK.

Alternativ oder zusätzlich können Bereiche des Zwischenraums zwischen den beiden Platten auch mit so genannter "Wärmeleitpaste" gefüllt sein, um den Wärmeübergangswiderstand weiter zu verringern.alternative or additionally can Areas of the space between the two plates also with so-called "thermal paste" to be filled the heat transfer resistance further decrease.

Bei Verwendung einer wärmeleitenden Kunststofflage als wenigstens einen Teil der elastischen Kraft aufbringende Federeinrichtung ist es bevorzugt, wenn diese Kunststofflage an einem Großteil der Metallplattenfläche flächig anliegt und/oder an wenigstens einem Teil der elektronischen Komponenten aufliegt und/oder an einer ausgedehnten, zur horizontalen Wärmespreizung auf der Leiterplatte angeordneten Leiterfläche aufliegt. Ein weiterer Vorteil der Verwendung solcher an sich bekannter wärmeleitender (bevorzugt elektrisch isolierender) Kunststofflagen liegt in deren inhärenten Dämpfungseigenschaften, welche die Umsetzung von mechanischer Stoß- oder Vibrationsenergie innerhalb der Kunststofflagen ermöglichen.at Use of a thermally conductive plastic layer as at least a part of the elastic force applying spring means it is preferred if this plastic layer on a large part of the Metal plate surface flat is present and / or on at least part of the electronic components rests and / or on an extensive, for the horizontal heat spread on the printed circuit board arranged surface rests. Another Advantage of using such known heat-conducting (preferably electrically insulating) plastic layers is in their inherent Damping properties, which is the implementation of mechanical shock or vibration energy within the Allow plastic layers.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind sämtliche Stifte mit einem auf einer Seite verbreiterten Abschnitt (Kopf) vorgesehen, der jeweils als Anschlag am Rand einer Durchgangsöffnung (insbesondere Bohrung) der Metallplatte dient, wobei das entgegengesetzte Stiftende eine Leiterplattenbohrung durchsetzt und auf der der Metallplatte abgewandten Leiterplattenseite mit einem Leiterbahnabschnitt verlötet ist. Ein sehr vorteilhaftes Verfahren zur Montage dieser Leiterplattenbaugruppe umfasst ein paralleles Anordnen der Metallplatte bezüglich der Leiterplatte, ein Einsetzen der Stifte durch die Durchgangsöffnungen der Metallplatte hindurch und die Leiterplattenbohrungen hindurch unter Zwischenfügung der Federeinrichtung (z. B. Wärmeleitpad) zwischen den beiden Platten, ein (bevorzugt flächiges) Belasten der Stiftköpfe und gewünschtenfalls der Metallplatte in Richtung auf die Leiterplatte zu mit einer vorbestimmten Kraft und schließlich ein Verlöten der durch die Leiterplattenbohrungen hindurch vorstehenden Stiftenden, wobei die Kraft zumindest solange aufrechterhalten wird bis das Verlöten beendet ist. Mit diesem Verlötungsschritt können außerdem einige oder alle der elektronischen Komponenten mit der Leiterplatte verlötet werden. Die unmittelbar vor dem Verlöten der Stifte verwendete, zwischen den beiden Platten wirkende Andruckkraft entspricht derjenigen Kraft, welche an der fertiggestellten Leiterplattenbaugruppe die beiden Platten elastisch voneinander weg drängt. Diese Kraft kann also bei der Montage geeignet eingestellt werden, so dass z. B. bei Verwendung einer wärmeleitenden Kunststofflage gute Wärmeübergangskontakte von der Leiterplatte zur Kunststofflage und von der Kunststofflage zur Metallplatte erzielt werden.In a preferred embodiment are all Pens with a section (head) widened on one side provided, each as a stop at the edge of a through opening (in particular Hole) of the metal plate, with the opposite pin end penetrates a circuit board hole and on that of the metal plate facing away from the circuit board side is soldered to a conductor track section. A very advantageous method for assembling this circuit board assembly includes placing the metal plate in parallel with respect to FIG Printed circuit board, inserting the pins through the through holes through the metal plate and through the circuit board holes with interposition the spring device (e.g. thermal pad) between the two plates, a (preferably flat) loading of the pin heads and if desired the Metal plate towards the circuit board with a predetermined Force and finally a soldering the pin ends protruding through the circuit board holes, the force is maintained at least until the Solder is finished. With this soldering step can Moreover some or all of the electronic components with the circuit board soldered become. The one used immediately before soldering the pens, the pressure force acting between the two plates corresponds to that Force, which on the finished printed circuit board assembly elastically pushes both plates away from each other. So this force can be set appropriately during assembly so that, for. B. in use a heat conductive Plastic layer good heat transfer contacts from the circuit board to the plastic layer and from the plastic layer to Metal plate can be achieved.

Die elastische Kraft, mit der die beiden Platten voneinander weg gedrängt werden, sollte nicht allzu groß gewählt werden, um im Falle von Stößen oder Vibrationen ein gewisses Ausmaß an Einfederung sicherzustellen. Elektronische Komponenten sowie Lötstellen an der Leiterplatte nehmen bei Stoßbelastungen (Beschleunigungen) von bis zu einigen g in der Regel keinen Schaden, so dass in vielen Anwendungsfällen zur Vermeidung eines "Schaukelns" der Metallplatte die elastische Kraft wenigstens doppelt so groß sein sollte, wie die maximal wirkende Gewichtskraft der Metallplatte und gegebenenfalls damit verbundenen Komponenten, die auf die Kopplung zwischen Metallplatte und Stiftanordnung wirkt.The elastic force with which the two plates are pushed away from each other, should not be chosen too large, to in case of bumps or Vibrations to a certain extent Ensure deflection. Electronic components and solder joints take on the circuit board in case of shock loads (accelerations) of up to a few g usually no harm, so in many applications to avoid "rocking" the metal plate the elastic force should be at least twice the maximum acting weight of the metal plate and possibly with it connected components on the coupling between metal plate and pin arrangement acts.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen schematisch dar:The Invention is illustrated below with reference to some exemplary embodiments the attached Drawings closer described. They represent schematically:

1 eine Draufsicht einer Leiterplattenbaugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform, 1 2 shows a top view of a printed circuit board assembly according to a first embodiment,

2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II in 1, 2 a sectional view taken along line II-II in 1 .

3 ein Detail aus 2 in einer modifizierten Ausführungsform, 3 a detail out 2 in a modified embodiment,

4 ein Detail aus 2 in einer modifizierten Ausführungsform, 4 a detail out 2 in a modified embodiment,

5 ein Detail aus 2 in einer modifizierten Ausführungsform, 5 a detail out 2 in a modified embodiment,

6 ein Detail aus 2 in einer modifizierten Ausführungsform, 6 a detail out 2 in a modified embodiment,

7 eine der 1 entsprechende Draufsicht zur Veranschaulichung von Befestigungsmitteln bei der ersten Ausführungsform einer Leiterplattenbaugruppe, und 7 one of the 1 corresponding top view to illustrate fasteners in the first embodiment of a circuit board assembly, and

8 eine Schnittansicht längs der Linie VIII-VIII in 7. 8th a sectional view taken along the line VIII-VIII in 7 ,

Die Bezugszahlen von in einer Ausführungsform mehrfach vorgesehenen, in ihrer Wirkung jedoch analogen Komponenten, sind durchnumeriert (jeweils ergänzt durch einen Bindestrich und eine fortlaufende Zahl). Auf einzelne solcher Komponenten oder auf die Gesamtheit solcher Komponenten wird im Folgenden auch durch die nichtergänzte Bezugszahl Bezug genommen.The Reference numbers from in one embodiment components that are provided several times, but are analogous in their effect, are numbered (each supplemented with a hyphen and a consecutive number). On individual such components or the entirety of such components hereinafter also referred to by the non-supplemented reference number.

1 zeigt eine Leiterplattenbaugruppe 10, umfassend eine mit elektronischen Komponenten 12 bestückte Leiterplatte 14 sowie eine parallel und im Abstand zur Leiterplatte 14 angeordnete Metallplatte 16. 1 shows a circuit board assembly 10 , comprising one with electronic components 12 populated circuit board 14 as well as a parallel and at a distance from the circuit board 14 arranged metal plate 16 ,

Der Klarheit der Darstellung halber sind in den Figuren lediglich drei von einer Vielzahl an einer Oberseite 18 der Leiterplatte 14 (beispielsweise in SMD-Technik) aufgebrachten elektronischen Komponenten eingezeichnet. Weitere solcher elektronischen Komponenten können in an sich bekannter Weise an dieser Oberseite 18 oder der entgegengesetzten Unterseite 20 kontaktiert sein. Die dargestellte Leiterplattenbaugruppe 10 bildet insgesamt einen Teil, beispielsweise ein Modul, einer größeren mobilen Elektronikeinrichtung (z. B. einer Kraftfahrzeug-Computereinrichtung).For the sake of clarity of illustration, only three of a plurality are on the top in the figures 18 the circuit board 14 (for example in SMD technology) electronic components applied. Other such electronic components can be in a manner known per se on this top 18 or the opposite bottom 20 be contacted. The printed circuit board assembly shown 10 forms a part, for example a module, of a larger mobile electronic device (e.g. a motor vehicle computer device).

Im Raum zwischen den beiden Platten 14 und 16 ist eine elastische Kunststofflage in Form eines so genannten Wärmeleitpads 22 angeordnet, von welchem – der Klarheit der Darstellung halber – lediglich in 1 der Umriss dieses kissenartigen Gebildes gestrichelt eingezeichnet ist. Dieses Wärmeleitpad 22 ist zwischen den Platten 14, 16 eingeklemmt, so dass ein guter Wärmekontakt einerseits zu der Leiterplattenoberseite 18 und den darauf befindlichen elektronischen Komponenten hin und andererseits zu einer Unterseite 24 der Metallplatte 16 hin gewährleistet ist. Das Wärmeleitpad 22 stellt eine Federeinrichtung dar, welche die beiden Platten 14, 16 elastisch voneinander weg zu drängen versucht, wobei jedoch aufgrund einer nachfolgend beschriebenen Kopplung zwischen diesen Platten 14, 16 mittels einer Mehrzahl von Stiften 26 die beiden Platten 14, 16 in einem gewünschten vorbestimmten gegenseitigen Abstand gehalten werden.In the space between the two plates 14 and 16 is an elastic plastic layer in the form of a so-called thermal pad 22 arranged, of which - for the sake of clarity of illustration - only in 1 the outline of this pillow-like structure is shown in dashed lines. This thermal pad 22 is between the plates 14 . 16 clamped so that good thermal contact on the one hand to the top of the circuit board 18 and the electronic components thereon and on the other hand to a bottom 24 the metal plate 16 is guaranteed. The thermal pad 22 represents a spring device, which the two plates 14 . 16 tried to push elastically away from each other, but due to a coupling described below between these plates 14 . 16 by means of a plurality of pins 26 the two plates 14 . 16 be kept at a desired predetermined mutual distance.

In der Schnittansicht von 2 sind vier dieser Stifte 26 gut zu erkennen (26-1 bis 26-4), welche jeweils mit dem unteren Stiftende die Leiterplatte 14 durchsetzen und an der Leiterplattenunterseite 20 mit einem Leiterbahnabschnitt verlötet und somit befestigt sind, wohingegen die oberen Stiftenden jeweils die Metallplatte 16 durchsetzen und auf einer Oberseite 28 der Metallplatte 16 aufgrund einer Querschnittsverbreiterung an diesem Ende einen Anschlag (Kopf) ausbilden, gegen welche die Metallplattenoberseite 28 aufliegt (an einer Konussitzfläche) und gegen welche diese Oberseite 28 aufgrund der elastischen Federwirkung des Wärmeleitpads 22 gedrängt wird. Der Abstand dieser Anschlagköpfe der Stifte 26 von der Leiterplatte 14 bestimmt somit den gegenseitigen Abstand der Platten 14, 16.In the sectional view of 2 are four of these pens 26 clearly visible ( 26-1 to 26-4 ), which each with the lower pin end of the circuit board 14 enforce and on the underside of the circuit board 20 are soldered to a conductor track section and are thus fastened, whereas the upper pin ends each have the metal plate 16 prevail and on a top 28 the metal plate 16 Due to a widening of the cross-section, form a stop (head) at this end, against which the top of the metal plate 28 rests (on a cone seat) and against which this top 28 due to the elastic spring action of the thermal pad 22 is pushed. The distance of these pin heads 26 from the circuit board 14 thus determines the mutual distance between the plates 14 . 16 ,

Da die Durchgangsöffnungen zum Durchtritt der Stifte 26 durch die Metallplatte 16 in ihrem Querschnitt geringfügig größer dimensioniert sind als die in diesem Bereich befindlichen Stiftabschnitte, ist die Metallplatte 16 bei entsprechender Krafteinwirkung unter Überwindung der nach oben drängenden elastischen Kraft nach unten bewegbar, wobei diese Bewegung durch das Wärmeleitpad 22 gedämpft und abgefedert wird. Somit werden von außen auf die Elektronikeinrichtung wirkende Stoß- oder Vibrationskräfte mehr oder weniger absorbiert und in ihrer Wirkung auf die Leiterplatte, insbesondere auf die Verlötung am unteren Stiftende soweit abgeschwächt, dass die Gefahr eines Bruchs dieser Lötstellen in der Praxis signifikant verringert ist.Because the through holes for the passage of the pins 26 through the metal plate 16 are slightly larger in cross-section than the pin sections located in this area, is the metal plate 16 can be moved downward if the corresponding force is applied while overcoming the upward elastic force, this movement being carried out by the thermal pad 22 is damped and cushioned. Shock or vibration forces acting on the electronic device from the outside are thus more or less absorbed and their effect on the printed circuit board, in particular on the soldering at the lower end of the pin, is weakened to such an extent that the risk of these solder joints breaking in practice is significantly reduced.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Stifte 26 aus Messing und die Metallplatte 16 aus Aluminium gefertigt, so dass eine Wärmeübertragung von der Leiterplatte 14 weg nicht lediglich über das Wärmeleitpad 22 erfolgt sondern vorteilhaft zusätzlich über die Messingstifte 26.In the illustrated embodiment, the pins 26 made of brass and the metal plate 16 Made from aluminum, allowing heat transfer from the circuit board 14 not only through the thermal pad 22 but is also advantageous via the brass pins 26 ,

Bei der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen werden für analoge Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.In the description of In other exemplary embodiments, the same reference numbers are used for analog components, each supplemented by a small letter to distinguish the embodiment. Essentially, only the differences from the exemplary embodiment (s) already described will be dealt with, and for the rest, reference is expressly made to the description of previous exemplary embodiments.

3 veranschaulicht eine Modifikation hinsichtlich der Federeinrichtung, die hier zum voneinander weg Drängen von Platten 14a, 16a als eine einen Stift 26a umgebende, metallische Spiralfeder 34a ausgebildet ist. Im Übrigen entspricht die dargestellte Kopplung dem oben bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2. 3 illustrates a modification with respect to the spring means, here for pushing plates away from each other 14a . 16a as a pen 26a surrounding metallic coil spring 34a is trained. Otherwise, the coupling shown corresponds to the exemplary embodiment already described above 1 and 2 ,

4 veranschaulicht eine Modifikation hinsichtlich der Bildung eines Anschlags am oberen Ende eines Stifts 26b. Dieser Stift 26b ist an seinem oberen Ende mit einem Außengewinde versehen, auf welches eine Mutter und darauf eine Kontermutter aufgeschraubt ist. Diese Modifikation gestattet eine Einstellung oder Veränderung der durch die Federeinrichtung hervorgerufenen Kraft auch nach einer Befestigung des unteren Stiftendes. 4 illustrates a modification to the formation of a stop at the top of a pin 26b , This pen 26b is provided at its upper end with an external thread onto which a nut and a lock nut are screwed. This modification allows the force generated by the spring device to be adjusted or changed even after the lower end of the pin has been fastened.

5 veranschaulicht eine Modifikation hinsichtlich der Befestigung des unteren Endes eines Stifts 26c. Dieses untere Ende ist sowohl auf der Leiterplattenunterseite 20c als auch auf der Leiterplattenoberseite 18c zur Steigerung der mechanischen Stabilität mit Leiterbahnabschnitten verlötet. 5 illustrates a modification to the attachment of the lower end of a pin 26c , This lower end is both on the underside of the circuit board 20c as well as on the top of the circuit board 18c soldered to conductor sections to increase mechanical stability.

6 zeigt eine weitere Modifikation hinsichtlich der Befestigung des unteren Endes Stifts 26d an einer Leiterplatte 14d. Dieses untere Stiftende besitzt ein Außengewinde, so dass eine bei 38d dargestellte Verschraubung erfolgen kann. 6 shows a further modification regarding the attachment of the lower end pin 26d on a circuit board 14d , This lower end of the pin has an external thread, so that one at 38d shown screw connection can take place.

Die 7 und 8 veranschaulichen die optionale Anordnung von Befestigungsmitteln zur Befestigung einer weiteren Komponente an der Metallplatte für die bereits mit Bezug auf die 1 und 2 beschriebene Ausführungsform einer Leiterplattenbaugruppe 10. Der Klarheit der Darstellung halber sind in 7 und 8 das Wärmeleitpad (22) sowie die Stifte (26) nicht eingezeichnet. Im dargestellten Beispiel sind diese Befestigungsmittel von Schraubmuffen 42 gebildet, die an der Metallplattenoberseite 28 aufgeklebt sind und ein Innengewinde zum Aufschrauben einer weiteren, insbesondere elektronischen Komponente 44 (in 8 gestrichelt eingezeichnet) aufweisen. Falls ein Wärmeübergang zwischen der Komponente 44 und der Metallplatte 28 gewünscht ist, so ist ein flächiger Kontakt zwischen diesen Bauteilen von Vorteil (wie in der Figur bei 46 ersichtlich).The 7 and 8th illustrate the optional arrangement of fasteners for attaching another component to the metal plate for those already with reference to the 1 and 2 Described embodiment of a circuit board assembly 10 , For the sake of clarity of presentation, in 7 and 8th the thermal pad ( 22 ) and the pens ( 26 ) not shown. In the example shown, these are fasteners of screw sockets 42 formed on the top of the metal plate 28 are glued and an internal thread for screwing on another, in particular electronic component 44 (in 8th have dashed lines). If there is heat transfer between the component 44 and the metal plate 28 is desired, a flat contact between these components is advantageous (as in the figure 46 visible).

Aufgrund der oben bereits beschriebenen "schwimmenden" Lagerung der Metallplatte 16 sowie deren Wärmeverbreitungseigenschaften ist dieser Befestigungsort insbesondere für eine vibrationsempfindliche und/oder stark wärmeentwicklende weitere Komponente 44 interessant. Alternativ, wenn nämlich eine hohe Wärmeabfuhrleistung für die mittels der Metallplatte 16 gekühlten Komponenten der Elektronikeinrichtung gefordert wird, kann an dieser Stelle ein elektromotorisch betriebener Lüfter angeordnet werden, der eine Luftströmung über die Metallplatte hinweg induziert.Due to the "floating" mounting of the metal plate already described above 16 and its heat spreading properties, this attachment point is particularly suitable for a vibration-sensitive and / or highly heat-developing component 44 Interesting. Alternatively, if a high heat dissipation capacity for that by means of the metal plate 16 cooled components of the electronic device is required, an electromotive fan can be arranged at this point, which induces an air flow over the metal plate.

Auch eignet sich diese Befestigungsstelle zur Anordnung eines vergleichsweise massiven Kühlrippenkörpers, welcher die Wärmeabfuhr von der Metallplatte 16 fördert und dessen Gewicht durch die beschriebene Kopplung zwischen der Metallplatte 16 und der Leiterplatte 14 bei Stößen oder einer Vibration kaum die Leiterplatte 14 belastet. Alternativ kann die Metallplatte 16 selbst als Kühlrippenkörper ausgebildet sein.This attachment point is also suitable for arranging a comparatively solid cooling fin body, which dissipates the heat from the metal plate 16 promotes and its weight through the described coupling between the metal plate 16 and the circuit board 14 in the event of bumps or vibrations, hardly the circuit board 14 loaded. Alternatively, the metal plate 16 itself be designed as a cooling fin body.

Claims

Printed circuit board assembly, comprising one with electronic components ( 12 ) printed circuit board ( 14 ) and a parallel and at a distance from the circuit board ( 14 ) arranged metal plate ( 16 ), one of the two plates ( 14 . 16 ) spring device elastically pushing away from each other ( 22 ; 34a ) is arranged between the two plates, and wherein a plurality of pins ( 26 ) is provided, the ends of each with one of the two plates ( 14 . 16 ) are coupled such that the two plates counter the elastic force of the spring device ( 22 ; 34a ) are movable towards each other.

The circuit board assembly of claim 1, wherein a pin ( 26 ) with one end on a first of the two plates ( 14 . 16 ), whereas the opposite end is the second of the two plates ( 14 . 16 ) and has a stop on the outside of the second plate, against which the second plate is held by the spring device ( 22 ; 34a ) is pushed.

Printed circuit board assembly according to claim 1 or 2 as an assembly of an electronic device intended for mobile use.

A printed circuit board assembly according to claim 1, 2 or 3, wherein the metal plate ( 16 ) is an aluminum plate.

Printed circuit board assembly according to one of claims 1 to 4, wherein the metal plate ( 16 ) has a thickness of about 1 mm to 3 mm.

Printed circuit board assembly according to one of claims 1 to 5, wherein the metal plate ( 16 ) Fastening agent ( 42 ) to attach another component ( 44 ) having.

Printed circuit board assembly according to one of claims 1 to 6, wherein the Federein direction ( 22 ; 34a ) a thermally conductive plastic layer ( 22 ) includes.

Printed circuit board assembly according to one of claims 1 to 7, wherein the spring device ( 22 ; 34a ) at least one on one of the pins ( 26 ) spring element held ( 34a ) having.

Printed circuit board assembly according to one of claims 1 to 8, wherein the pins ( 26 ) are designed as metal pins.

Printed circuit board assembly according to one of claims 1 to 9, wherein the pins ( 26 ) orthogonal to the plane of the two plates ( 14 . 16 ) extend.

A printed circuit board assembly according to any one of claims 1 to 10, wherein the end of a pin ( 26 ) for attachment to one of the two plates ( 14 . 16 ) is soldered to this board.

Printed circuit board assembly according to one of claims 1 to 11, the stop of a pin through a widened section of the end of the foundation.