EP4285409A1 - Elektronische vorrichtung - Google Patents

Elektronische vorrichtung

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Publication number
EP4285409A1
EP4285409A1 EP22709580.9A EP22709580A EP4285409A1 EP 4285409 A1 EP4285409 A1 EP 4285409A1 EP 22709580 A EP22709580 A EP 22709580A EP 4285409 A1 EP4285409 A1 EP 4285409A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transmission element
edges
connection pad
rounded
heat sink
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP22709580.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Waltrich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Original Assignee
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG filed Critical Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Publication of EP4285409A1 publication Critical patent/EP4285409A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/20—Arrangements for cooling
    • H10W40/25—Arrangements for cooling characterised by their materials
    • H10W40/255—Arrangements for cooling characterised by their materials having a laminate or multilayered structure, e.g. direct bond copper [DBC] ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K1/0203—Cooling of mounted components
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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K2201/066—Heatsink mounted on the surface of the printed circuit board [PCB]
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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10227—Other objects, e.g. metallic pieces
    • H05K2201/10416—Metallic blocks or heatsinks completely inserted in a PCB
    • H—ELECTRICITY
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    • H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/20—Arrangements for cooling
    • H10W40/22—Arrangements for cooling characterised by their shape, e.g. having conical or cylindrical projections

Definitions

  • the invention relates to an electronic device comprising a thermally and electrically conductive transmission element for dissipating heat from a heat source, the transmission element being at a first electrical potential; a heat sink at a second electrical potential; an electrically insulating layer disposed between the heat sink and the transfer element to thermally conductively connect the heat source to the heat sink.
  • Devices of the type mentioned are used to dissipate heat from electronic components, in particular for dissipating and distributing heat from chips or circuit carriers, in particular printed circuit boards (printed circuit boards, PCB).
  • the chips or circuit carriers are usually separated from the actual heat sink, for example a structure with cooling fins, by an electrically insulating and thermally conductive layer, for example thermally conductive pads or thermal adhesive.
  • the heat is dissipated from the chip, the heat source, via an electrically and thermally conductive transmission element. Since there can be a considerable potential difference (higher than 1 kV) between the PCB/chip and the heat sink, which is normally at ground potential, a strong electric field is formed between the two components. Inhomogeneities in the electric field can lead to local partial discharges that can damage the insulator material and the chip/PCB.
  • the object of the invention is to at least alleviate these disadvantages.
  • an electronic device of the type mentioned is created, wherein the transmission element has rounded edges.
  • an electric field forms in the intermediate space between the transmission element and the heat sink.
  • the local strength of the electric field depends on the distance between the potential-carrying surfaces and on the geometry of the surfaces from which the electric field lines emerge.
  • the smallest radius defines the maximum field strength, which is why high field strengths occur when there is a potential difference between the transmission element and the heat sink at small radii of the surface geometry.
  • the smallest radii occur at sharp edges of the transmission element, which are oriented in the direction of the heat sink and which are caused by the production. Therefore, there is a particularly high risk of partial discharges and therefore damage to the edges at the edges insulation materials.
  • Partial discharges occur as a result of field inhomogeneities that cause the dielectric strength of an insulating material to be locally exceeded and electrical charge carriers to flow through the electrically insulating material of the insulating layer and damage it.
  • the smallest radii are enlarged by the rounding of the edges of the transmission element, which face the heat sink and thus a different electrical potential, for example ground potential. This avoids local excessive increases in the electric field strength and reduces the risk of previous damage or aging caused by insulation materials, for example in the form of partial discharges.
  • the transmission element is at least partially arranged within the insulating layer, and/or the edges of the transmission element, which are arranged within the insulating layer, are rounded.
  • edges of the transfer element that face the heat sink and at least partially run in a plane that is parallel to a surface of the heat sink that is opposite the transfer element are rounded.
  • the edges that are oriented in the direction of the second potential, the electrical potential of the heat sink, and that lie within the insulating layer are rounded, because the electric field forms between the transmission element and the heat sink. Since, in addition to the radius of the edges, the distance between the edges and the heat sink potential is also decisive for the local field strength, it is most effective to round off the edges that are closest to the heat sink potential.
  • the transmission element can be arranged at least partially in the insulating layer or extend into it.
  • the transmission element comprises a thermal connection pad of a PCB and a heat spreader, the heat spreader being arranged between the thermal connection pad and the insulating layer and having the rounded edges.
  • connection pad prepackage
  • insulating layer heat conducting pad
  • the sharp edges of the connection pad can be production-related.
  • the heat spreader has rounded edges, with the edges in the direction of the heat sink, i.e. in the direction of the other electrical potential, being rounded in order to mitigate field strength excesses.
  • the heat spreader can be applied directly to the connection pad of the PCB, which then does not have to have any rounded edges.
  • the connection pads commercial PCBs can be equipped with the heat spreaders, creating a
  • the edges of the transmission element are rounded according to Borda and/or Rogowski profiles.
  • Borda and/or Rogowski profiles have the advantage that the electric field strength increases in the edge area are avoided.
  • the geometry of the profiles allows an exact determination of the course of the field lines and thus a prediction of the field properties over a certain distance (in the insulating layer). If Rogowski profiles are used, electrical fields are reduced homogeneously, which helps to prevent local field strength peaks and thus partial discharges. When Borda profiles are used, the electric field is kept constant.
  • the transmission element is a thermally and electrically conductive connection pad of a PCB, and/or the edges are rounded off by an electrically conductive coating.
  • the electrically conductive coating forms a rounded edge structure.
  • the curves of the edges of the transmission element can also be produced subsequently using a potting compound or coating with good electrical conductivity. The effects with regard to the reduced risk of partial discharges are then the same as described above.
  • a rounded connection pad can be introduced more easily into the insulating layer.
  • Connection pad and insulating layer (the thermally conductive pad) are usually at least partially connected to one another by being pressed in. When pressing in, however, the sharp edges can damage the thermal pad or the connection pad. The risk of this damage is rounded edges also reduced. This applies to all embodiments of the present invention.
  • the transmission element is a thermally and electrically conductive connection pad of a PCB, and the edges of the connection pad are rounded off by an electrically non-conductive coating.
  • the electrically non-conductive coating forms a rounded edge structure that encloses the edges of the connection pad, with the non-conductive coating having a high dielectric constant.
  • the critical radius of the edges of the connection pad is cast and insulated.
  • the dielectric material can have a high dielectric constant compared to the insulating layer. This results in a shift of the electrical field into the material with a lower dielectric constant, namely into the insulating layer. In this way, the field strength peaks are "pushed away" by the sharp edges of the connection pad. This reduces the risk of excessive field strength at these edges.
  • the transmission element comprises a connection pad and a field plate, the field plate being placed on the connection pad and being arranged between the connection pad and the insulating layer, the ends of the field plate being bent in the direction of the connection pad in such a way that they bend in the direction of the heat sink results in a rounding.
  • the rounded edge structure can also be formed by a curved field plate that is placed on the connection pad as a shielding element.
  • the field plate forms a heat spreader which has a significantly reduced thickness and whose curves are not formed by removing or adding material from a solid body, but by bending the plate. This saves material.
  • Another advantage is that the field plate can easily be subsequently soldered onto the connection pad. Due to the bend/curvature, the pointed ends of the field plate have an increased distance to the opposite electrical potential of the heat sink. The pointed ends can also be bent inwards and thus shielded from the electrical potential of the heat sink.
  • the electric field strength is also a function of the distance to the reference potential, the danger of partial discharges is not only reduced by the rounding, but also by the increased distance between the ends of the field plate and the reference potential.
  • the heat sink has an area with a geometric structure that corresponds to the mirror image of a geometric structure of the transmission element and is opposite to it, in particular the area being formed by a platform with rounded edges facing the heat source. Due to the mirror-image formation of the heat sink, or an area of the heat sink, which faces the heat source, is covered by the insulating layer and the Transmission element opposite, the electric field can be homogenized overall. However, a more homogeneous electric field has fewer inhomogeneities and therefore fewer areas in which partial discharges can occur. This feature is compatible with all embodiments of the invention and can be effectively combined.
  • FIG. 1 shows a generic electronic device from the prior art
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment according to the invention
  • FIGS. 4, 5, 6 and 7 further exemplary embodiments of the invention.
  • FIG. 1 shows a generic electronic device 1 from the prior art.
  • the electronic device 1 comprises a thermally and electrically conductive transmission element 2, which is connected to a heat source 3, here a printed circuit board, PCB.
  • the transmission element 2 is through a connection pad 4 of the PCB 3 is formed.
  • the electronic device 1 includes a heat sink 5 which is at GND potential.
  • the transmission element 2 is at a higher potential than GND.
  • the heat sink 5 which is at GND potential.
  • the transmission element 5 and the transmission element 2 are spaced apart from one another by an electrically insulating layer 6 .
  • the material of the electrically insulating layer is thermally conductive in order to ensure heat transfer from the heat source 3 through the transmission element 2 and through the electrically insulating layer
  • connection pad 2 is arranged inside the insulating layer 6 .
  • the connection pad has sharp edges 7. The edges 7 face the heat sink 5 and run perpendicular to the plane of the image.
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of the electronic device 1 according to the invention.
  • the transmission element 2 includes the connection pad 4 and a heat spreader 8 .
  • the heat spreader 8 is made of an electrically conductive material and is connected to the connection pad 4 .
  • Connection pad 4 and heat spreader are at the same electrical potential, which is increased compared to GND.
  • the heat spreader 8 is at least partially arranged within the electrically insulating layer 6 and has rounded edges 9 .
  • the heat spreader 8 also has a larger base area than the connection pad 4. The heat spreader 8 therefore protrudes beyond the connection pad.
  • the protruding edges 9 of the heat spreader 8 are rounded.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of the electronic device 1 according to the invention.
  • the transmission element 2 does not have its own heat spreader 8, but the connection pad 4 of the PCB 3 acts as a heat spreader 8.
  • the connection pad 4 is arranged in the insulating layer 6, and the production-related sharp edges 7 of the connection pad 4 are rounded, so that the connection pad 4 now has rounded edges 9 .
  • the rounded edges 9 point into the image plane and are oriented towards the heat spreader 8 .
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the electronic device 1 according to the invention.
  • the rounded edges 9 of the connection pad 4 are produced by an electrically conductive coating 10 with which the connection pad 4 is covered before it is connected to the electrically conductive layer 6 .
  • the rounded edges 9 produced in this way can also have the geometry of Borda or Rogowski profiles.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of the electronic device 1 according to the invention.
  • the rounded edges 9 of the connection pad 4 are produced by an electrically non-conductive coating 11 with which the connection pad 4 is covered before it is connected to the electrically conductive layer 6 .
  • the sharp edges 7 of the connection pad 4 are cast over and additionally insulated.
  • the sharp edges 7 are completely surrounded by the material.
  • the material from which the electrically non-conductive coating 11 is made has a high dielectric constant. In any case, points it has a higher relative permittivity and thus a higher dielectric strength than the material from which the insulating layer 6 is made.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the electronic device 1 according to the invention.
  • the transmission element 2 includes the connection pad 4 and an electric field plate 12.
  • the field plate 12 is soldered onto the connection pad 4.
  • FIG. The ends of the field plate 12 are bent in the direction of the heat source 3 (“upwards” in the drawing), resulting in a curve in the direction of the heat sink 5. This curve has the same effect as the rounded edges 9 of the heat spreader 8 or the connection pad 4
  • the resulting curves can also be shaped according to Borda or Rogowski profiles.
  • FIG. 7 shows a further exemplary embodiment of the electronic device 1 according to the invention.
  • the heat sink 5 has a structured area 13 which is opposite an underside of the transmission element 2 and is designed to be a mirror image of a geometry of the underside of the transmission element 2 .
  • the structured area 13 is designed as a raised platform and also has rounded edges 14 .
  • the rounded edges 14 are embedded in the insulating layer 6 . This embodiment is compatible with all of the aforementioned embodiments.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

Vorgeschlagen wird eine elektronische Vorrichtung umfassend ein thermisch und elektrisch leitendes Übertragungselement, zum Abführen von Wärme von einer Wärmequelle, wobei das Übertragungselement auf einem ersten elektrischen Potential liegt, eine Wärmesenke, die auf einem zweiten elektrischen Potential liegt, eine elektrisch isolierende Schicht, die zwischen der Wärmesenke und dem Übertragungselement angeordnet ist, um das Übertragungselement mit der Wärmesenke thermisch leitend zu verbinden, wobei das Übertragungselement abgerundete Kanten aufweist.

Description

Elektronische Vorrichtung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung umfassend ein thermisch und elektrisch leitendes Übertragungselement, zum Abführen von Wärme von einer Wärmequelle, wobei das Übertragungselement auf einem ersten elektrischen Potential liegt; eine Wärmesenke, die auf einem zweiten elektrischen Potential liegt; eine elektrisch isolierende Schicht, die zwischen der Wärmesenke und dem Übertragungselement angeordnet ist, um die Wärmequelle mit der Wärmesenke thermisch leitend zu verbinden.
Hintergrund
Vorrichtungen der eingangs genannten Art dienen zum Abführen von Wärme von elektronischen Bauteilen, insbesondere zum Abführen und Verteilen von Wärme von Chips oder Schaltungsträgern, insbesondere gedruckten Leiterplatten ( Printed-Circuit-Boards , PCB) . Üblicherweise sind die Chips oder Schaltungsträger dabei durch eine elektrisch isolierende und thermische leitfähige Schicht, zum Beispiel Wärmeleitpads oder -kleber, von der eigentlichen Wärmesenke, zum Beispiel einer Struktur mit Kühlrippen, getrennt. Die Wärme wird von dem Chip, der Wärmequelle, über ein elektrisch und thermisch leitendes Übertragungselement abgeführt. Da zwischen dem PCB/Chip und der normalerweise auf Erdpotential liegenden Wärmesenke eine erhebliche Potentialdiff erenz bestehen kann (höher als 1 kV) , bildet sich zwischen den beiden Bauteilen ein starkes elektrisches Feld aus. Inhomogenitäten in dem elektrischen Feld können dazu führen, dass lokal Teilentladungen auftreten, die das Isolatormaterial und den Chip/PCB schädigen können.
Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe diese Nachteile zumindest abzumildern .
Kurzbeschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch die im unabhängigen Anspruch angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Erfindungsgemäß ist eine elektronische Vorrichtung der eingangs genannten Art geschaffen, wobei das Übertragungselement abgerundete Kanten aufweist.
In Folge der Potentialdiff erenz zwischen dem Übertragungselement, der damit gekoppelten Wärmequelle und der Wärmesenke, bildet sich in dem Zwischenraum zwischen dem Übertragungselement und der Wärmesenke ein elektrisches Feld aus. Die lokale Stärke des elektrischen Feldes hängt dabei vom Abstand der potentialbehaf teten Flächen und von der Geometrie der Oberflächen ab, aus der die elektrischen Feldlinien austreten. Der kleinste Radius definiert die maximale Feldstärke, daher treten bei einer Potentialdiff erenz zwischen dem Übertragungselement und der Wärmesenke an kleinen Radien der Oberflächengeometrie hohe Feldstärken auf. Die kleinsten Radien treten an scharfen Kanten des Übertragungselements auf, die in Richtung der Wärmesenke orientiert sind und die durch die Fertigung bedingt sind. Daher besteht an den Kanten eine besonders hohe Gefahr von Teilentladungen und daher von Schäden der Isolationsmaterialien. Teilentladungen erfolgen infolge von Feldinhomogenitäten, die bewirken, dass lokal die Durchschlagsfestigkeit eines Isolationsmaterials überstiegen wird und elektrische Ladungsträgerdurch das elektrische isolierende Material der isolierenden Schicht fließen und diese beschädigt. Durch die Abrundung der Kanten des Übertragungselementes, die der Wärmesenke und damit einem anderen elektrischen Potential, zum Beispiel Erdpotential, zugewandt sind, werden die kleinsten Radien vergrößert. Dadurch werden lokale Überhöhungen der elektrischen Feldstärke vermieden und die Gefahr Vorschädigung oder Alterung durch von Isolationsmaterialien zum Beispiel in Form von Teilentladungen reduziert. In Folge dessen ist es auch möglich, eine Mindestdicke der isolierenden Schicht, die sonst notwendig ist, um Teilentladungen sicher zu verhindern, herabzusetzen. Dadurch kann der thermische Widerstand der Schicht verringert und systemseitig Bauraum und Gewicht gespart werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Übertragungselement zumindest teilweise innerhalb der isolierenden Schicht angeordnet, und/oder die Kanten des Übertragungselements die innerhalb der isolierenden Schicht angeordnet sind, sind abgerundet.
Insbesondere sind diejenigen Kanten des Übertragungselementes abgerundet, die der Wärmesenke zugewandt sind und zumindest teilweise in einer Ebene verlaufen die parallel zu einer Fläche der Wärmesenke ist, die dem Übertragungselement gegenüberliegt.
Mit Vorteil sind die Kanten, die in Richtung des zweiten Potentials, dem elektrischen Potential der Wärmesenke, orientiert sind und die innerhalb der isolierenden Schicht liegen, abgerundet, denn das elektrische Feld bildet sich zwischen dem Übertragungselement und der Wärmesenke aus. Da neben dem Radius der Kanten auch der Abstand der Kanten zum Kühlkörperpotential für die lokale Feldstärke maßgebend ist, ist eine Abrundung der den Kühlkörperpotential am nächsten liegenden Kanten am wirkungsvollsten. Das Übertragungselement kann dabei zumindest teilweise in der isolierenden Schicht angeordnet sein, oder in diese hineinreichen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Übertragungselement ein thermisches Anschlusspad eines PCB und einen Wärmespreizer, wobei der Wärmespreizer zwischen dem thermischen Anschlusspad und der isolierenden Schicht angeordnet ist und die abgerundeten Kanten aufweist.
Ein zusätzlicher, elektrisch und thermisch leitender Wärmespreizer zwischen dem Anschlusspad (Prepackage) und der isolierenden Schicht (Wärmeleitpad) wirkt als Schirmung zur Abschirmung überhöhter elektrischer Feldstärken, die an den scharfen Kanten des Anschlusspads auf treten. Die scharfen Kanten des Anschlusspads können produktionsbedingt sein. Der Wärmespreizer hat abgerundete Kanten, wobei die Kanten in Richtung der Wärmesenke, d.h. in Richtung des anderen elektrischen Potentials abgerundet sind, um Feldstärkenüberhöhungen abzumildern. In dieser Ausgestaltung kann der Wärmespreizer direkt auf das Anschlusspad des PCB aufgebracht werden, wobei dies dann keine abgerundeten Kanten aufweisen muss. Mit Vorteil können daher die Anschlusspads handelsüblicher PCBs mit den Wämesprei zern ausgestattet werden, wodurch eine
Nachbearbeitung des PCB entfällt. In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Kanten des Übertragungselementes gemäß Borda- und/oder Rogowski-Profilen gerundet. Borda- und/oder Rogowski Profile haben den Vorteil, dass die elektrische Feldstärkeüberhöhungen im Randbereich vermieden werden. Die Geometrie der Profile erlaubt eine exakte Bestimmung des Verlaufes der Feldlinien und damit eine Voraussage der Feldeigenschaften über eine gewisse Strecke hinweg (in der isolierenden Schicht) . Werden Rogowski-Profile eingesetzt, werden elektrische Felder homogen abgebaut, was dazu beiträgt, lokale Feldstärkenspitzen und damit Teilentladungen zu verhindern. Wenn Borda-Prof ile verwendet werden, wird das elektrische Feld konstant gehalten .
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Übertragungselement ein thermisch und elektrisch leitendes Anschlusspad eines PCB, und/oder die Kanten sind durch eine elektrisch leitfähige Beschichtung abgerundet. Insbesondere bildet die elektrisch leitfähige Beschichtung eine abgerundete Kantenstruktur. Die Rundungen der Kanten des Übertragungselements können auch nachträglich mittels einer elektrisch gut leitfähigen Vergussmasse, oder Beschichtung hergestellt werden. Die Wirkungen bezüglich der verminderten Gefahr von Teilentladungen sind dann gleich wie oben beschrieben. Mit weiterem Vorteil kann ein abgerundetes Anschlusspad leichter in die isolierende Schicht eingebracht werden. Anschlusspad und isolierende Schicht (das Wärmeleitpad) werden üblicherweise zumindest teilweise durch Einpressen miteinander verbunden. Beim Einpressen können aber durch die scharfen Kanten Beschädigungen im Wärmeleitpad oder am Anschlusspad entstehen. Die Gefahr dieser Beschädigungen wird durch abgerundete Kanten ebenfalls reduziert. Dies gilt für alle Aus führungs formen der vorliegenden Erfindung.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Übertragungselement ein thermisch und elektrisch leitendes Anschlusspad eines PCB, und die Kanten des Anschlusspads sind durch eine elektrisch nicht leitfähige Beschichtung abgerundet. Insbesondere bildet die elektrisch nicht leitfähige Beschichtung eine abgerundete Kantenstruktur, die die Kanten des Anschlusspads umschließt, wobei die nicht leitfähige Beschichtung eine hohe Dielektrizitätszahl aufweist .
Durch das Aufbringen eines elektrisch isolierenden Materials mit erhöhter dielektrischer Festigkeit wird der kritische Radius der Kanten des Anschlusspads umgossen und isoliert. Das dielektrische Material kann gegenüber der isolierenden Schicht eine hohe Dielektrizitätszahl aufweisen. Dadurch kommt es zu einer Verschiebung des elektrischen Feldes in das Material niedrigerer Dielektrizitätszahl hinein, nämlich in die isolierende Schicht hinein. Somit werden die Feldstärkenspitzen von den scharfen Kanten des Anschlusspads „weggeschoben". Dadurch wird die Gefahr von Feldstärkenüberhöhungen an diesen Kanten gesenkt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Übertragungselement ein Anschlusspad und eine Feldplatte, wobei die Feldplatte auf das Anschlusspad aufgesetzt und zwischen dem Anschlusspad und der isolierenden Schicht angeordnet ist, wobei Enden der Feldplatte so in Richtung des Anschlusspads gebogen sind, dass sich in Richtung der Wärmesenke eine Rundung ergibt. Die gerundete Kantenstruktur kann auch durch eine gebogene Feldplatte gebildet sein, die als schirmendes Element auf das Anschlusspad aufgesetzt ist. Der Unterschied zu den vorangehenden Aus führungs formen besteht darin, dass die Feldplatte einen Wärmespreizer bildet, der eine erheblich verminderte Dicke aufweist und dessen Rundungen nicht durch Abtragen oder Hinzufügen von Material eines Vollkörpers, sondern durch Biegen der Platte gebildet sind. Dadurch wird Material eingespart. Mit weiterem Vorteil ist die Feldplatte leicht nachträglich auf das Anschlusspad auf lötbar. Die spitzen Enden der Feldplatte weisen durch die Biegung/Krümmung einen vergrößerten Abstand zum gegenüberliegenden elektrischen Potential der Wärmesenke auf. Die spitzen Enden können auch nach innen gebogen sein und so vom elektrischen Potential der Wärmesenke abgeschirmt sein.
Weil die elektrische Feldstärke auch eine Funktion des Abstandes zum Referenzpotential, ist, wird hier die Gefahr von Teilentladungen nicht nur durch die Rundung, sondern auch durch den erhöhten Abstand der Enden der Feldplatte zum Referenzpotential gesenkt. Daher ist die vorliegende Aus führungs form besonders gut für sehr hohe Potentialdiff erenzen (= hohe Feldstärken) geeignet.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Wärmesenke einen Bereich mit einer geometrischen Struktur auf, die dem Spiegelbild einer geometrischen Struktur des Übertragungselementes entspricht und dieser gegenüberliegt, insbesondere wobei der Bereich durch eine der Wärmequelle zugewandte Plattform mit abgerundeten Kanten gebildet ist. Durch die spiegelbildliche Ausbildung der Wärmesenke, bzw. eines Bereichs der Wärmesenke, welcher der Wärmequelle zugewandt ist, von der isolierenden Schicht bedeckt ist und dem Übertragungselement gegenüberliegt, kann das elektrische Feld insgesamt homogenisiert werden. Ein homogeneres elektrisches Feld weist aber weniger Inhomogenitäten und somit weniger Bereiche auf, in denen Teilentladungen auftreten können. Dieses Merkmal ist mit allen Aus führungs formen der Erfindung kompatibel und wirkungsvoll kombinierbar .
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend sind anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhafte
Aus führungs formen der Erfindung näher beschreiben. Es zeigt die Figur 1 eine gattungsgemäße elektronische Vorrichtung aus dem Stand der Technik; die Figur 2 eine erste beispielhafte Ausführungsform der Erfindung; die Figur 3 eine weitere beispielhafte Aus führungs form gemäß der Erfindung; und die Figuren 4,5, 6 und 7 weitere beispielhafte Aus führungs formen der Erfindung.
Figurenbeschreibung
Figur 1 zeigt eine gattungsgemäße elektronische Vorrichtung 1 aus dem Stand der Technik. Die elektronische Vorrichtung 1 umfasst ein thermisch und elektrisch leitendes Übertragungselement 2, welches mit einer Wärmequelle 3, hier einem Printed-Circuit-Board, PCB, verbunden ist. Das Übertragungselement 2 ist durch ein Anschlusspad 4 des PCB 3 gebildet. Die elektronische Vorrichtung 1 umfasst eine Wärmesenke 5, die auf GND-Potential liegt. Das Übertragungselement 2 liegt auf einem gegenüber GND erhöhten Potential. Die Wärmesenke
5 und das Übertragungselement 2 sind durch eine elektrisch isolierende Schicht 6 voneinander beabstandet. Das Material der elektrisch isolierenden Schicht ist jedoch thermisch leitfähig, um einen Wärmeübergang von der Wärmequelle 3 durch das Übertragungselement 2 und durch die elektrische isolierende Schicht
6 hindurch zu der Wärmesenke 5 zu ermöglichen. Das Anschlusspad 2 ist innerhalb der isolierenden Schicht 6 angeordnet. Das Anschlusspad weist scharfe Kanten 7 auf. Die Kanten 7 sind der Wärmesenke 5 zugewandt und verlaufen senkrecht zur Bildebene.
Figur 2 zeigt eine erste beispielhafte Aus führungs form der elektronischen Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung. Das Übertragungselement 2 umfasst das Anschlusspad 4 und einen Wärmespreizer 8. Der Wärmespreizer 8 ist aus einem elektrisch leitenden Material und mit den Anschlusspad 4 verbunden. Anschlusspad 4 und Wärmespreizer liegen auf demselben, gegenüber GND erhöhten, elektrischen Potential. Der Wärmespreizer 8 ist zumindest teilweise innerhalb der elektrisch isolierenden Schicht 6 angeordnet und weist abgerundete Kanten 9 auf. Der Wärmespreizer 8 weist zudem eine größere Grundfläche auf als das Anschlusspad 4. Der Wärmespreizer 8 steht daher über das Anschlusspad über. Die überstehenden Kanten 9 des Wärmespreizers 8 sind abgerundet. Nur die zu der Wärmesenke 5 hin orientierten abgerundeten Kanten 9 des Wärmespreizers 8 sind in der elektrisch isolierenden Schicht 6 eingebettet und von dieser umgeben. Die Rundungen der abgerundeten Kanten 9 des Wärmespreizers 8 können die Geometrie von Borda- oder Rogowski-Profilen aufweisen. Figur 3 zeigt eine zweite beispielhafte Aus führungs form der elektronischen Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung. Im Unterschied zu der ersten Aus führungs form weist das Übertragungselement 2 keinen eigenen Wärmespreizer 8 auf, sondern das Anschlusspad 4 des PCB 3 wirkt als Wärmespreizer 8. Das Anschlusspad 4 ist in der isolierenden Schicht 6 angeordnet, und die produktionsbedingt scharfen Kanten 7 des Anschlusspads 4 sind abgerundet, sodass das Anschlusspad 4 nun abgerundete Kanten 9 aufweist. Die abgerundeten Kanten 9 weisen in die Bildebene hinein und sind zu dem Wärmespreizer 8 hin orientiert.
Figur 4 zeigt eine weitere beispielhafte Aus führungs form der elektronischen Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung. Die abgerundeten Kanten 9 des Anschlusspads 4 sind durch eine elektrisch leitfähige Beschichtung 10 hergestellt, mit der das Anschlusspad 4 vor einem Verbinden mit der elektrisch leitfähigen Schicht 6 überzogen wird. Die so hergestellten abgerundeten Kanten 9 können auch die Geometrie von Borda - oder Rogowski-Profilen aufweisen.
Figur 5 zeigt eine weitere beispielhafte Aus führungs form der elektronischen Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung. Die abgerundeten Kanten 9 des Anschlusspads 4 sind durch eine elektrisch nicht leitfähige Beschichtung 11 hergestellt, mit der das Anschlusspad 4 vor einem Verbinden mit der elektrisch leitfähigen Schicht 6 überzogen wird. Dabei werden die scharfen Kanten 7 des Anschlusspads 4 übergossen und zusätzlich isoliert. Die scharfen Kanten 7 werden von dem Material vollständig umschlossen. Das Material, aus dem die elektrisch nicht leitfähige Beschichtung 11 besteht, weist eine hohe Dielektrizitätszahl auf. Jedenfalls weist es eine höhere Dielektrizitätszahl und somit eine höhere dielektrische Festigkeit auf, als das Material, aus dem die isolierende Schicht 6 besteht.
Figur 6 zeigt eine weitere beispielhafte Aus führungs form der elektronischen Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung. Das Übertragungselement 2 umfasst das Anschlusspad 4 und eine elektrische Feldplatte 12. Die Feldplatte 12 ist auf das Anschlusspad 4 auf gelötet. Die Enden der Feldplatte 12 sind in Richtung der Wärmequelle 3 (in der Zeichnung „nach oben") gebogen, sodass sich in Richtung der Wärmesenke 5 eine Rundung ergibt. Diese Rundung hat dieselbe Wirkung wie die gerundeten Kanten 9 des Wärmespreizers 8 oder des Anschlusspads 4. Die so entstehenden Rundungen können ebenfalls gemäß Borda- oder Rogowski-Profilen geformt sein.
Figur 7 zeigt eine weitere beispielhafte Aus führungs form der elektronischen Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung. Die Wärmesenke 5 weist einen strukturierten Bereich 13 auf, welcher einer Unterseite des Übertragungselementes 2 gegenüberliegt und zu einer Geometrie der Unterseite des Übertragungselementes 2 spiegelbildlich ausgebildet ist. Der strukturierte Bereich 13 ist als erhabene Plattform ausgebildet und weist ebenfalls gerundete Kanten 14 auf. Die gerundeten Kanten 14 sind in der isolierenden Schicht 6 eingebettet. Diese Aus führungs form ist mit allen vorgenannten Aus führungs formen kompatibel. Bezugszeichenliste
1 elektronische Vorrichtung
2 Übertagungselement
3 PCB / Wärmequelle
4 Anschlusspad
5 Wärmesenke
6 elektrisch isolierende Schicht
7 scharfe Kanten des Anschlusspads
8 Wärmespreizer
9 abgerundete Kanten des Übertragungselementes
10 elektrisch leitfähige Beschichtung
11 elektrisch nicht leitfähige Beschichtung
12 Feldplatte
13 strukturierter Bereich
14 gerundete Kanten des strukturierten Bereichs

Claims

Ansprüche
1. Elektronische Vorrichtung (1) umfassend: ein thermisch und elektrisch leitendes Übertragungselement (2) zum Abführen von Wärme von einer Wärmequelle (3) , wobei das Übertragungselement (2) auf einem ersten elektrischen Potential liegt; eine Wärmesenke (5) , die auf einem zweiten elektrischen Potential liegt; eine elektrisch isolierende Schicht (6) , die zwischen der Wärmesenke (5) und dem Übertragungselement (2) angeordnet ist, um das Übertragungselement (2) mit der Wärmesenke (5) thermisch leitend zu verbinden; wobei das Übertragungselement (2) abgerundete Kanten (9) aufweist, und wobei das Übertragungselement (2) ein thermisch und elektrisch leitendes Anschlusspad (4) eines PCB (3) ist, wobei das thermisch und elektrisch leitende Anschlusspad (4) Kanten (7) aufweist, und wobei die Kanten (7) durch eine elektrisch leitfähige Beschichtung (10) abgerundet sind, oder die Kanten (7) des Anschlusspads durch eine elektrisch nicht leitfähige Beschichtung (11) abgerundet sind.
2. Elektronische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das Übertragungselement (2) zumindest teilweise innerhalb der isolierenden Schicht (6) angeordnet ist; und/oder wobei Kanten (9) des Übertragungselements (2) die innerhalb der isolierenden Schicht (6) angeordnet sind, abgerundet sind; insbesondere wobei diejenigen Kanten (9) des Übertragungselementes (2) abgerundet sind, die der Wärmesenke (5) zugewandt sind und zumindest teilweise in einer Ebene verlaufen die parallel zu einer Fläche der Wärmesenke (5) ist, die dem Übertragungselement (2) gegenüberliegt.
3. Elektronische Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Übertragungselement (2) ein thermisches Anschlusspad (4) eines PCB (3) und einen Wärmespreizer (8) umfasst, wobei der Wärmespreizer (8) zwischen dem thermischen Anschlusspad (4) und der isolierenden Schicht (6) angeordnet ist und die abgerundeten Kanten (9) aufweist.
4. Elektronische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kanten (9) des Übertragungselementes (2) gemäß Borda und/oder Rogowski-Profilen gerundet sind.
5. Elektronische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kanten (7) durch eine elektrisch leitfähige Beschichtung (10) abgerundet sind und die elektrisch leitfähige Beschichtung (10) eine abgerundete Kantenstruktur bildet.
6. Elektronische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kanten (7) des Anschlusspads durch eine elektrisch nicht leitfähige Beschichtung (11) abgerundet sind und die elektrisch nicht leitfähige Beschichtung (11) eine abgerundete Kantenstruktur bildet, die die Kanten (7) des Anschlusspads (4) umschließt, und wobei die nicht leitfähige Beschichtung (11) eine hohe Dielektrizitätszahl aufweist.
7. Elektronische Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1-4, wobei das Übertragungselement (2) ein Anschlusspad (4) und eine Feldplatte (12) umfasst, wobei die Feldplatte (12) auf das Anschlusspad (4) aufgesetzt und zwischen dem Anschlusspad (4) und der isolierenden Schicht (6) angeordnet ist, wobei Enden der Feldplatte (12) so in Richtung des Anschlusspads (4) gebogen sind, dass sich in Richtung der Wärmesenke (5) eine Rundung ergibt.
8. Elektronische Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärmesenke (5) einen Bereich mit einer geometrischen Struktur (13) aufweist, die dem Spiegelbild einer geometrischen Struktur des Übertragungselementes (2) entspricht und dieser gegenüberliegt, insbesondere wobei der Bereich (13) durch eine der Wärmequelle (3) zugewandte Plattform mit abgerundeten Kanten (14) gebildet ist.
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