WO2010018466A2 - Vorrichtung, insbesondere zur stromleitung, und ein verfahren zur herstellung einer vorrichtung, insbesondere zur stromleitung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device, in particular for power line, according to the preamble of claim 1 and a method for producing a device, in particular for power line, according to the preamble of claim 15th
- thermo interface material It is known to make a thermal contact between a conductive material and a heat dissipation device, in particular a copper or cast aluminum block with cooling fins, by means of a thermal interface material.
- a disadvantage of the known system of the prior art is that in the said copper or Aluminiumgussblöcken easily conductive contaminants can occur, which can break through this layer of the interface material and generate a short circuit that endangers the entire component.
- Object of the present invention is to provide a device for power line, which avoids the disadvantages of the prior art and allows easy and safe heat dissipation.
- the object is achieved by a device, in particular for power line, with a heat-generating element, in particular a current-carrying component, in particular for high power, with a current-conducting element, in particular a printed circuit board and / or a conductor grid, on which the heat-generating element is applied , with a heat dissipation means, in particular a heat sink, which is thermally coupled to the heat-conducting element for dissipating heat, in particular as a result of power loss, the thermal
- BESTATIGUNGSKOPIE see coupling of cherriesab fertilstoffs, in particular the heat sink, by means of a bumps compensating, in particular elastic medium, is executed, wherein in a region of a potential difference between a heat dissipating medium next layer of the current-conducting element and the heat dissipation, in particular the heat sink, a recess having a predetermined depth is introduced into the heat dissipation, in particular the heat sink, which is filled at least in a contact region to the region of the potential difference substantially with a thermally conductive medium.
- the solution of the problem provides a good thermal connection and a reduced heat transfer resistance of the elements to be cooled to the heat dissipating agent and at the same time reliably prevents short circuits even at high powers.
- the components thus achieve a longer life and there is a safe operation option.
- Areas with a potential difference of the bottom layer of the current-conducting element, in particular the printed circuit board to the heat sink are provided with depressions, so that conductive impurities can not penetrate through the recess.
- the recess can be easily produced in one step, for example by die casting.
- the recess is adapted to be so deep that short circuits are reliably avoided by conductive impurities.
- no Lötstopplack is applied between the bottom layer of the circuit board and the heat sink, but in particular a thin layer of thermally conductive, unevenness balancing medium such as a thermal adhesive.
- An electrical insulation in this context, for example in the motor vehicle area is also sufficient to a lesser extent, since the voltages used are low.
- a large-area heat dissipation of the entire printed circuit board is also provided by a large-area connection of the printed circuit board via the thin thermally conductive layer.
- a locally very strong thermal conduction is given when the heat-generating element, in particular the current-carrying device is thermally connected to a running through the circuit board means for thermal conduction with the heat dissipation, in particular the heat sink, wherein in the region of the means for thermal conduction a range of a potential difference is present and a depression having a predetermined depth is introduced into the heat dissipation means, in particular the heat sink, which is filled at least in a contact region to the region of the potential difference substantially with a thermally conductive medium.
- the means for thermal conduction has vias, in particular vias, for thermal heat conduction, whereby an electrical conduction, which can lead to a potential difference between via and heat dissipation means, can take place, for example, copper mass under the power device, such as a MOS FET, is maximized , which in addition to the reduction of the thermal resistance also leads to an increased heat capacity.
- the present invention provides a cost-effective construction technology through the possible use of standard printed circuit boards and simple cast heat sinks, complex heat conducting foils with multiple layers or fracture-susceptible mica plates with possible air inclusions can be dispensed with, for example.
- a simple production and application of the medium is present when between a Malawiab Industriesstoffn kauter layer of the circuit board and the heat sink at least the bumps substantially compensating layer, in particular a layer of an elastic medium is provided, in particular the medium in the recess is the same as the medium the layer.
- a heat conducting layer is introduced between the printed circuit board and the heat sink, which may preferably be thin, in particular in comparison to conventional layers of heat conduction adhesive or to the depression.
- a given low, but at low voltages, such as in the automotive sector sufficient minimum electrical insulation is given.
- a very good thermal connection and at the same time simple application is given if the medium is a thermal adhesive.
- a very safe device is provided when the depth of the depression (6) in the heat sink, in particular as a function of the thermal and electrical properties of the medium, is adapted to avoid electrical short circuits due to electrically conductive connections.
- a depression is introduced, which is preferably completely filled with heat-conducting medium, in particular the same as in the same potential regions.
- the printed circuit board has at least two layers of substantially conductive material, in particular copper, and an interposed layer for electrical insulation, wherein the heat dissipator next layer of conductive material switched to the same electrical potential as the heat sink is, in particular on earth. It is advantageous if the printed circuit board has four electrically conductive layers and three layers for electrical insulation and / or for carrying.
- a further method step is saved if only the uppermost electrically conductive layer of the printed circuit board is coated with solder mask. At the same time, a better thermal contact is provided between the lowest layer of the printed circuit board and the heat sink.
- the means for thermal conduction is a thermal via, which enables heat conduction from the current-carrying component to the heat sink in the form of line paths which are arranged substantially at an angle relative to the printed circuit board.
- the heat sink is a die cast heat sink, in particular an aluminum die cast heat sink, or a continuous casting heat sink.
- the component is electrically connected to the uppermost electrically conductive layer of the printed circuit board.
- the present invention is particularly advantageous to apply when the device has a plurality of touchdown points on the circuit board, wherein in particular at least one contact point is assigned to a separate means for thermal conduction, wherein in the heat dissipation means a corresponding recess is provided at least in a region of the separate means for associated with thermal conduction having an electric potential difference to the heat dissipation means.
- the power dissipation-generating component is a current measuring resistor.
- the object is also achieved by a method for producing a device, in particular for power line, according to one of the preceding claims 1 to 14, wherein between a current-conducting element, in particular a printed circuit board, and a heat sink, a thin layer of heat-conducting medium is introduced and the heat sink in areas of potential differences with recesses is provided, which are filled at least substantially with a heat-conducting medium.
- FIG. 2 shows a schematic cross section of a printed circuit board with a component with schematic conductive impurities
- FIG. 3 shows a schematic cross section of a printed circuit board with a component with two touchdown points
- FIG. 4 shows a schematic cross section of a printed circuit board with a component with two touchdown points.
- FIG. 5 shows a schematic cross section of a printed circuit board with a component with a touchdown point and an etching.
- the printed circuit board 2 has, by way of example, four electrically conductive layers 12 and, between them, three insulating and supporting layers 13. On the uppermost electrically conductive layer 14, a solder resist 19 is applied, which prevents a flow of solder and limits corrosion.
- the device On the circuit board 2, the device is 1 on a means for thermal conduction 4, in particular by way of example thermal vias 15, attached, which is integrated into the printed circuit board 2. The vias 15 extend from the component 1 to the lower end of the printed circuit board 2.
- a heat sink 3 is mounted, which is used to dissipate heat.
- the heat sink 3 is connected to an electrical potential 20, which preferably corresponds essentially to an electrical potential 20 of a cooling body-closest electrical layer 9 of the printed circuit board 2. Between the heat-coolest layer 9 and the heat sink 3, a medium 10 is applied in a thin layer, which is substantially thermally conductive and substantially compensates for unevenness of the contacted surfaces.
- the figure thus shows an example of a device for power line, with a current-carrying component 1, the power dissipation, in particular for high power, with a printed circuit board 2, to which the current-carrying device 1 is applied, with a heat sink 3, for the removal of heat, in particular as a result of power loss, is thermally coupled to the circuit board 2, with a running through the circuit board 2 means for thermal conduction 4, which connects the current-carrying component 1 thermally with the heat sink 3, wherein the thermal coupling of the heat sink 3 by means of a Unevenness balancing, in particular elastic medium 10 is executed.
- a recess 6 is also provided with a predetermined depth 7, which is introduced into the heat sink 3 and at least is filled in a contact region 8 to the means for thermal conduction 4 substantially with a thermally conductive medium 5.
- the two media 5, 10 may be the same, but also different, adapted to the required properties.
- FIG. 2 shows a schematic cross-section of a printed circuit board 2 with component 1 with schematic conductive impurities 18. This illustrates advantages of the invention. If there is a conductive contaminant in the area of the depression below the means for thermal conduction 4, Fe 7 of the recess 6, the conductive impurity 18 cause no damage. If the conductive impurity 18 is in the region of the heat-radiating next layer 9 and breaks through the thin layer of the medium 10, nevertheless no damage is produced, since due to the essentially identical electrical potentials 20 no potential difference is established.
- FIG. 3 shows a schematic cross-section of a printed circuit board 2 with a component 1 with two attachment points 17.
- a means for thermal conduction 4 is arranged, which conducts the resulting heat to the cooling body 3.
- the means for thermal conduction 4 have in the heat sink in each case a corresponding recess 6, filled with heat-conducting medium, so that conductive impurities can not lead to a short circuit.
- FIG. 4 shows a schematic cross-section of a printed circuit board 2 with a component 1 with two attachment points 17.
- a means for the thermal conduction 4 is attached to each attachment point 17, so that the resulting heat is conducted to the cooling body 3.
- One of the means for thermal conduction 4 is at the same potential as the heat sink. In the case of this means 4, no corresponding depression 6 is provided, since no region of a potential difference exists by way of example here.
- FIG. 5 shows a printed circuit board 2 which, in addition to a region with a means for thermal conduction, contains by way of example an interruption, in particular an etching, which generates further regions with a potential difference 23 in addition to the vias. These areas can each be protected by a corresponding recess 6 with a medium 5, 10.
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Abstract
Vorrichtung, insbesondere zur Stromleitung, mit einem Wärme erzeugenden Ele¬ ment, insbesondere einem stromdurchflossenen Bauelement (1 ), insbesondere für hohe Leistungen, mit einem stromleitenden Element, insbesondere einer Leiterplatte (2) und/oder einem Leitergitter, auf die das Wärme erzeugende Element aufgebracht ist, mit einem Wärmeabführmittel, insbesondere einem Kühlkörper (3), der zur Abfüh¬ rung von Wärme, insbesondere als Folge von Verlustleistung, an das stromleitenden Element thermisch angekoppelt ist, wobei die thermische Ankopplung des Wärmeab¬ führmittels, insbesondere des Kühlkörpers (3), mittels eines Unebenheiten ausglei- chenden, insbesondere elastischen Mediums (10), auszuführen ist, wobei in einem Bereich einer Potentialdifferenz (23) zwischen einer Wärmeabführmittelnächsten La¬ ge des stromleitenden Elements und dem Wärmeabführmittel, insbesondere dem Kühlkörper (3), eine Vertiefung (6) mit einer vorbestimmten Tiefe (7) in das Wärme¬ abführmittel, insbesondere den Kühlkörper (3), eingebracht ist, die zumindest in ei- nem Kontaktbereich (8) zum Bereich der Potentialdifferenz (23) im wesentlichen mit einem thermisch leitenden Medium (5) gefüllt ist.
Description
Vorrichtung, insbesondere zur Stromleitung, und ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, insbesondere zur Stromleitung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere zur Stromleitung, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, ins- besondere zur Stromleitung, nach dem Oberbegriff von Anspruch 15.
Bekannt ist es, einen thermischen Kontakt zwischen einem leitenden Material und einer Wärmeabführvorrichtung, insbesondere einem Kupfer- oder Aluminiumgussblock mit Kühlrippen, mittels eines thermischen Grenzflächenmaterials vorzunehmen.
Nachteilig bei dem bekannten System des Stands der Technik ist es, dass bei den genannten Kupfer- oder Aluminiumgussblöcken leicht leitende Verunreinigungen auftreten können, die diese Schicht des Grenzflächenmaterials durchbrechen und einen Kurzschluss erzeugen können, der das gesamte Bauteil gefährdet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auf eine Vorrichtung zur Stromleitung bereitzustellen, die die Nachteile des Stands der Technik vermeidet und eine einfache und sichere Wärmeabfuhr ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung, insbesondere zur Stromleitung, mit einem Wärme erzeugenden Element, insbesondere einem stromdurchflossenen Bauelement, insbesondere für hohe Leistungen, mit einem stromleitenden Element, insbesondere einer Leiterplatte und/oder einem Leitergitter, auf die das Wärme erzeugende Element aufgebracht ist, mit einem Wärmeabführmittel, insbesondere ei- nem Kühlkörper, der zur Abführung von Wärme, insbesondere als Folge von Verlustleistung, an das stromleitenden Element thermisch angekoppelt ist, wobei die thermi-
BESTATIGUNGSKOPIE
sehe Ankopplung des Wärmeabführmittels, insbesondere des Kühlkörpers, mittels eines Unebenheiten ausgleichenden, insbesondere elastischen Mediums, auszuführen ist, wobei in einem Bereich einer Potentialdifferenz zwischen einer wärmeab- führmittelnächsten Lage des stromleitenden Elements und dem Wärmeabführmittel, insbesondere dem Kühlkörper, eine Vertiefung mit einer vorbestimmten Tiefe in das Wärmeabführmittel, insbesondere den Kühlkörper, eingebracht ist, die zumindest in einem Kontaktbereich zum Bereich der Potentialdifferenz im wesentlichen mit einem thermisch leitenden Medium gefüllt ist.
Die Lösung der Aufgabe liefert eine gute thermische Anbindung und einen verringer- ten Wärmeübergangswiderstand der zu kühlenden Elemente an das Wärmeabführmittel und zugleich verhindert sie zuverlässig Kurzschlüsse auch bei hohen Leistungen. Die Bauelemente erreichen somit eine verlängerte Lebensdauer und es liegt eine sicherer Betriebsmöglichkeit vor.
Bereiche mit einem Potentialunterschied der untersten Lage des stromleitenden Elements, insbesondere der Leiterplatte zu dem Kühlkörper sind mit Vertiefungen versehen, so dass leitende Verunreinigungen nicht durch die Vertiefung hindurch dringen können. Die Vertiefung ist auf einfache Weise in einem Arbeitsschritt beispielsweise im Druckgussverfahren zu erzeugen. Die Vertiefung ist dabei in ange- passter Weise so tief, dass Kurzschlüsse durch leitende Verunreinigungen sicher vermieden werden. Vorzugsweise wird zwischen der untersten Lage der Leiterplatte und dem Kühlkörper kein Lötstopplack aufgebracht, sondern insbesondere eine dünne Schicht aus thermisch leitendem, Unebenheiten ausgleichendem Medium z.B. einem Wärmeleitkleber. Eine elektrische Isolierung ist in diesem Zusammenhang beispielsweise im Kraftfahrzeug bereich auch in geringerem Maße ausreichend, da die verwendeten Spannungen niedrig sind. Es fällt somit mindestens ein Prozessschritt in der Herstellung weg und es liegt eine gute Wärmeabfuhr trotz Leiterplatteneinsatz vor. Es ist zudem insbesondere neben den Vertiefungen auch eine großflächige Wärmeableitung der gesamten Leiterplatte durch eine großflächige Anbindung der Leiterplatte über die dünne wärmeleitende Schicht vorgesehen.
Eine lokal sehr starke thermische Leitung ist gegeben, wenn das Wärme erzeugende Element, insbesondere das stromdurchflossene Bauelement, mit einem durch die Leiterplatte verlaufenden Mittel zur thermischen Leitung thermisch mit dem Wärmeabführmittel, insbesondere dem Kühlkörper, verbunden ist, wobei im Bereich des Mittels zur thermischen Leitung ein Bereich einer Potentialdifferenz vorhanden ist und eine Vertiefung mit einer vorbestimmten Tiefe in das Wärmeabführmittel, insbesondere den Kühlkörper, eingebracht ist, die zumindest in einem Kontaktbereich zum Bereich der Potentialdifferenz im wesentlichen mit einem thermisch leitenden Medium gefüllt ist.
Das Mittel zur thermischen Leitung weist Durchkontaktierungen, insbesondere Vias, zur thermischen Wärmeleitung auf, wobei auch eine elektrische Leitung, die zu einer Potentialdifferenz zwischen Via und Wärmeabführmittel führen kann, stattfinden kann, wobei beispielsweise Kupfermasse unter dem Leistungsbauteil, beispielsweise einem MOS FET, maximiert wird, was neben der Reduzierung des thermischen Wi- derstands auch zu einer erhöhten Wärmekapazität führt.
Die vorliegende Erfindung liefert eine kostengünstige Aufbautechnologie durch den möglichen Einsatz von Standardleiterplatten und einfachen Gusskühlkörpern, auf komplexe Wärmeleitfolien mit mehreren Schichten oder bruchanfällige Glimmerplat- ten mit eventuellen Lufteinschlüssen kann beispielsweise verzichtet werden.
Eine einfache Herstellung und Aufbringung des Medium liegt vor, wenn zwischen einer Wärmeabführmittelnächsten Lage der Leiterplatte und dem Kühlkörper eine zumindest die Unebenheiten im wesentlichen ausgleichende Schicht, insbesondere eine Schicht eines elastischen Mediums vorgesehen ist, wobei insbesondere des Medium in der Vertiefung dasselbe ist wie das Medium der Schicht. Zwischen der Leiterplatte und dem Kühlkörper ist somit eine Wärmeleitschicht eingebracht, die vorzugsweise dünn, insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen Schichten von Wärmeleitungskle- bem oder zu der Vertiefung, sein kann. Zudem ist eine vorgegebene geringe, jedoch bei niedrigen Spannungen, wie z.B. im Kraftfahrzeugbereich, ausreichende minimale elektrische Isolierung gegeben.
Eine sehr gute thermische Anbindung und zugleich einfache Auftragung ist gegeben, wenn das Medium ein Wärmeleitkleber ist.
Eine sehr sichere Vorrichtung liegt vor, wenn die Tiefe der Vertiefung (6) im Kühlkör- per insbesondere in Abhängigkeit von den thermischen und elektrischen Eigenschaften des Mediums, so angepasst ist, dass elektrische Kurzschlüsse aufgrund von elektrisch leitenden Verbindungen vermieden werden.
Auch bei dünnen Mediumsschichten ist eine sichere Verhinderung von Schäden durch leitende Verunreinigungen gegeben, wenn die Wärmeabführmittelnächsten Lage der Leiterplatte und der Kühlkörper auf das gleiche elektrische Potential wie der Kühlkörper geschaltet ist, insbesondere auf Masse. Leitende Verunreinigung zwischen unterster Lage der Leiterplatte, insbesondere einer Kupferlage in der Leiterplatte, und dem Kühlkörper werden unproblematisch, da bei gleichem elektrischen Potential kein Stromfluss erfolgt.
In Bereichen, die nicht auf dem gleichen elektrischen Potential liegen wie der Kühlkörper, insbesondere Bereiche der thermischen Vias, ist im Kühlkörper erfindungsgemäß eine Vertiefung eingebracht, die vorzugsweise mit wärmeleitendem Medium, insbesondere dem gleichen wie in den Gleichpotentialbereichen, im wesentlichen vollständig gefüllt. Dies verhindert einerseits die schädigende Wirkung durch leitende Verunreinigungen und ermöglicht zugleich eine verbesserte Wärmeableitung der Leistungsbauelemente.
Eine sehr sichere Vorrichtung ist gegeben, wenn die Leiterplatte zumindest zwei Lagen aus im wesentlichen leitendem Material, insbesondere Kupfer, und eine dazwischen angeordneten Lage zur elektrischen Isolierung aufweist, wobei die wärmeab- führmittelnächsten Lage aus leitendem Material auf das gleiche elektrische Potential wie der Kühlkörper geschaltet ist, insbesondere auf Masse.
Vorteilhaft ist es, wenn die Leiterplatte vier elektrisch leitende Lagen und drei Lagen zur elektrischen Isolierung und/oder zum Tragen hat.
Ein weiterer Verfahrensschritt wird eingespart, wenn lediglich die oberste elektrisch leitende Lage der Leiterplatte mit Lötstopplack beschichtet ist. Zugleich ist ein besse- rer Wärmekontakt zwischen der untersten Lage der Leiterplatte und dem Kühlkörper gegeben.
Vorteilhaft ist es, wenn das Mittel zur thermischen Leitung ein thermischer Via ist, der in Form von relativ zu der Leiterplatte im wesentlichen winklig angeordneten Lei- tungswegen eine Wärmeleitung vom stromdurchflossenen Bauelement zu dem Kühlkörper ermöglicht.
Eine einfache Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist möglich, wenn der Kühlkörper ein Druckgusskühlkörper insbesondere ein Aluminiumdruckgusskühlkör- per, oder ein Stranggusskühlkörper ist.
Vorteilhaft ist es, wenn das Bauelement an die oberste elektrisch leitende Lage der Leiterplatte elektrisch angeschlossen ist.
Die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft anzuwenden, wenn das Bauelement mehrere Aufsetzpunkte auf der Leiterplatte aufweist, wobei insbesondere zumindest ein Aufsetzpunkt einem gesonderten Mittel zur thermischen Leitung zugeordnet ist, wobei im Wärmeabführmittel eine korrespondierende Vertiefung zumindest in einem Bereich vorgesehen ist, der dem gesonderten Mittel zur thermischen Lei- tung zugeordnet ist, das eine elektrische Potentialdifferenz zu dem Wärmeabführmittel aufweist.
Vorteilhaft ist es, wenn das Verlustleistung erzeugende Bauelement ein Strommesswiderstand ist.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, insbesondere zur Stromleitung, nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 14, wobei zwischen ein stromleitendes Element, insbesondere eine Leiterplatte, und einen Kühlkörper eine dünne Schicht eines wärmeleitenden Mediums eingebracht wird und der Kühlkörper in Bereichen von Potentialdifferenzen mit Vertiefungen ver- sehen wird, die zumindest im wesentlichen mit einem wärmeleitenden Medium gefüllt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert sind. Die Anführungen in den folgenden Ausführungsformen sind nicht einschränkend sondern lediglich beispielhaft zu verstehen.
Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer Leiterplatte mit Bauelement,
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt einer Leiterplatte mit Bauelement mit schematischen leitenden Verunreinigungen, Fig. 3 einen schematischen Querschnitt einer Leiterplatte mit einem Bauele- ment mit zwei Aufsetzpunkten und
Fig. 4 einen schematischen Querschnitt einer Leiterplatte mit einem Bauelement mit zwei Aufsetzpunkten.
Fig. 5 einen schematischen Querschnitt einer Leiterplatte mit einem Bauelement mit einem Aufsetzpunkt und einer Ätzung.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Leiterplatte 2 mit einem Bauelement 1 , das mittels eines elektrischen Kontakt 22 an der Leiterplatte leitend kontaktiert ist. Die Leiterplatte 2 weist beispielhaft vier elektrisch leitende Lagen 12 und dazwischen drei isolierende und tragende Lagen 13 auf. Auf der obersten elektrisch lei- tenden Lage 14 ist ein Lötstopplack 19 aufgebracht, der ein Zerfließen des Lötmittels verhindert und Korrosionen einschränkt. Auf der Leiterplatte 2 ist das Bauelement 1
auf einem Mittel zur thermischen Leitung 4, insbesondere beispielhaft auf thermischen Vias 15, befestigt, das in die Leiterplatte 2 integriert ist. Die Vias 15 verlaufen von dem Bauelement 1 bis zum unteren Ende der Leiterplatte 2. An der Unterseite 21 der Leiterplatte 2 ist ein Kühlkörper 3 angebracht, der zur Abfuhr von Wärme eingesetzt ist. Der Kühlkörper 3 ist beispielhaft auf ein elektrisches Potential 20 gelegt, das mit einem elektrischen Potential 20 einer kühlkörpernächsten elektrischen Lage 9 der Leiterplatte 2 vorzugsweise im wesentlichen übereinstimmt. Zwischen der kühlkörpernächsten Lage 9 und dem Kühlkörper 3 ist ein Medium 10 in einer dünnen Schicht aufgebracht, das im wesentlichen thermisch leitend ist und im wesentlichen Unebenheiten der kontaktierte Flächen ausgleicht.
Die Abbildung zeigt somit beispielhaft eine Vorrichtung zur Stromleitung, mit einem stromdurchflossenen Bauelement 1 , das Verlustleistung erzeugt, insbesondere für hohe Leistungen, mit einer Leiterplatte 2, auf die das stromdurchflossene Bauelement 1 aufgebracht ist, mit einem Kühlkörper 3, der zur Abführung von Wärme, ins- besondere als Folge von Verlustleistung, an die Leiterplatte 2 thermisch angekoppelt ist, mit einem durch die Leiterplatte 2 verlaufenden Mittel zur thermischen Leitung 4, das das stromdurchflossene Bauelement 1 thermisch mit dem Kühlkörper 3 verbindet, wobei die thermische Ankopplung des Kühlkörpers 3 mittels eines Unebenheiten ausgleichenden, insbesondere elastischen Mediums 10 auszuführen ist. Im Bereich des Mittels zur thermischen Leitung 4, das in diesem Fall beispielhaft mit dem Bereich einer Potentialdifferenz 23 zwischen kühlkörpernächste Lage und Kühlkörper 3 übereinstimmt, ist zudem eine Vertiefung 6 vorgesehen mit einer vorbestimmten Tiefe 7, die in den Kühlkörper 3 eingebracht ist und die zumindest in einem Kontaktbereich 8 zum Mittel zur thermischen Leitung 4 im wesentlichen mit einem thermisch leitenden Medium 5 gefüllt ist. Die beiden Medien 5, 10 können gleich sein, aber auch unterschiedlich, angepasst an die benötigten Eigenschaften.
Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Leiterplatte 2 mit Bauelement 1 mit schematischen leitenden Verunreinigungen 18. Hierdurch werden Vorteile der Erfindung verdeutlicht. Falls sich eine leitende Verunreinigung im Bereich der Vertiefung unterhalb des Mittels zur thermischen Leitung 4 befindet, kann aufgrund der Tie-
f e 7 der Vertiefung 6 die leitende Verunreinigung 18 keinen Schaden anrichte. Falls sich die leitende Verunreinigung 18 im Bereich der kühlkörpernächsten Lage 9 befindet und die dünne Schicht des Mediums 10 durchbricht, entsteht trotzdem kein Schaden, da sich aufgrund der im wesentlichen gleichen elektrischen Potentiale 20 keine Potentialdifferenz einstellt.
Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Leiterplatte 2 mit einem Bauelement 1 mit zwei Aufsetzpunkten 17. An jedem Aufsetzpunkt 17 ist ein Mittel zur thermischen Leitung 4 angebracht, dass die entstehende Wärme zu dem Kühlkörper 3 leitet. Die Mittel zur thermischen Leitung 4 weisen in dem Kühlkörper jeweils eine korrespondierende Vertiefung 6, gefüllt mit wärmeleitendem Medium auf, so dass leitende Verunreinigungen nicht zu einem Kurzschluss führen können.
Fig. 4 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Leiterplatte 2 mit einem Bauelement 1 mit zwei Aufsetzpunkten 17. An jedem Aufsetzpunkt 17 ist ein Mittel zur ther- mischen Leitung 4 angebracht, dass die entstehende Wärme zu dem Kühlkörper 3 leitet. Eine der Mittel zur thermischen Leitung 4 ist auf demselben Potential wie der Kühlkörper. Bei diesem Mittel 4 ist keine korrespondierende Vertiefung 6 angebracht, da hier beispielhaft kein Bereich einer Potentialdifferenz existiert.
Fig. 5 zeigt eine Leiterplatte 2, die neben einem Bereich mit einem Mittel zur thermischen Leitung beispielhaft eine Unterbrechung, insbesondere eine Ätzung, enthält, die neben den Vias weitere Bereiche mit einer Potentialdifferenz 23 erzeugt. Diese Bereiche können jeweils durch eine korrespondierende Vertiefung 6 mit einem Medium 5, 10 geschützt werden.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Bauelement
2 Leiterplatte
3 Kühlkörper
4 Mittel zur thermischen Leitung
5 Medium
6 Vertiefung
7 Tiefe
8 Kontaktbereich
9 kühlkörpernächste Lage
10 Medium
11 Schicht
12 elektrisch leitende Lage
13 Lage
14 oberste elektrisch leitende Lage
15 thermische Vias
16 Leitungsweg
17 Aufsetzpunkt
18 leitende Verunreinigung
19 Lötstopplack
20 elektrisches Potential
21 Unterseite
22 elektrischer Kontakt
23 Bereich einer Potentialdifferenz
Claims
1. Vorrichtung, insbesondere zur Stromleitung, mit einem Wärme erzeugenden Element, insbesondere einem stromdurchflossenen Bauelement (1), insbesondere für hohe Leistungen, mit einem stromleitenden Element, insbesondere einer Leiterplatte (2) und/oder einem Leitergitter, auf die das Wärme erzeugende Element aufgebracht ist, mit einem Wärmeabführmittel, insbesondere einem Kühlkörper (3), der zur Abführung von Wärme, insbesondere als Folge von Verlustleistung, an das stromleitenden Element thermisch angekoppelt ist, wobei die thermische Ankopplung des Wärmeabführmittels, insbesondere des Kühlkörpers (3), mittels eines Unebenheiten ausgleichenden, insbesondere elastischen Mediums (10), auszuführen ist, wobei in einem Bereich einer Potentialdifferenz (23) zwischen einer wärmeabführmit- telnächsten Lage des stromleitenden Elements und dem Wärmeabführmittel, insbe- sondere dem Kühlkörper (3), eine Vertiefung (6) mit einer vorbestimmten Tiefe (7) in das Wärmeabführmittel, insbesondere den Kühlkörper (3), eingebracht ist, die zumindest in einem Kontaktbereich (8) zum Bereich der Potentialdifferenz (23) im wesentlichen mit einem thermisch leitenden Medium (5) gefüllt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wärme erzeugende Element, insbesondere das stromdurchflossene Bauelement (1), mit einem durch die Leiterplatte (2) verlaufenden Mittel zur thermischen Leitung (4) thermisch mit dem Wärmeabführmittel, insbesondere dem Kühlkörper (3), verbunden ist, wobei im Bereich des Mittels zur thermischen Leitung (4) ein Bereich einer Potentialdiffe- renz vorhanden ist und eine Vertiefung (6) mit einer vorbestimmten Tiefe (7) in das Wärmeabführmittel, insbesondere den Kühlkörper (3), eingebracht ist, die zumindest in einem Kontaktbereich (8) zum Bereich der Potentialdifferenz (23) im wesentlichen mit einem thermisch leitenden Medium (5) gefüllt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Wärmeabführmittelnächsten Lage (9) der Leiterplatte (2) und dem Kühlkörper (3) eine zumindest die Unebenheiten im wesentlichen ausgleichende Schicht (11 ), insbesondere eine Schicht eines elastischen Mediums (10) vorgesehen ist, wobei insbesondere des Medium (5) in der Vertiefung (6) dasselbe ist wie das Medium (10) der Schicht (11 ).
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (5, 10) ein Wärmeleitkleber ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (7) der Vertiefung (6) im Kühlkörper (3) insbesondere in Abhängigkeit von den thermischen und elektrischen Eigenschaften des Mediums (5, 10), so angepasst ist, dass elektrische Kurzschlüsse aufgrund von elektrisch leitenden Verbindungen vermieden werden.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabführmittelnächsten Lage (9) der Leiterplatte (2) und der Kühlkörper (3) auf das gleiche elektrische Potential (20) wie der Kühlkörper (3) geschaltet ist, insbesondere auf Masse.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2) zumindest zwei Lagen (12) aus im wesentlichen leitendem Material, insbesondere Kupfer, und eine dazwischen angeordneten Lage (13) zur elektrischen Isolierung aufweist, wobei die Wärmeabführmittelnächsten Lage (9) aus leitendem Material auf das gleiche elektrische Potential wie der Kühlkörper (3) geschaltet ist, insbesondere auf Masse.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2) vier elektrisch leitende Lagen (12) und drei Lagen (13) zur elektrischen Isolierung und/oder zum Tragen hat.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich die oberste elektrisch leitende Lage (14) der Leiterplatte (2) mit Lötstopplack
(19) beschichtet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur thermischen Leitung (4) zumindest ein thermischer Via (15) ist, der in Form von relativ zu der Leiterplatte (2) im wesentlichen winklig angeordneten Leitungswegen (16) eine Wärmeleitung vom stromdurchflossenen Bauelement (1 ) zu dem Kühlkörper (3) ermöglicht.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (3) ein Druckgusskühlkörper, insbesondere ein Aluminiumdruckgusskühlkörper, oder ein Stranggusskühlkörper ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) an die oberste elektrisch leitende Lage (14) der Leiterplatte elektrisch angeschlossen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1) mehrere Aufsetzpunkte (17) auf der Leiterplatte (2) aufweist, wobei insbesondere zumindest ein Aufsetzpunkt einem gesonderten Mittel zur thermischen Leitung (4) zugeordnet ist, wobei im Wärmeabführmittel eine korrespondierende Vertiefung (6) zumindest in einem Bereich vorgesehen ist, der dem gesonderten Mittel zur thermischen Leitung (4) zugeordnet ist, das eine elektrische Potentialdifferenz zu dem Wärmeabführmittel aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlustleistung erzeugende Bauelement (1) ein Strommesswiderstand ist.
15. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, insbesondere zur Stromleitung, nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 14, wobei zwischen ein stromleitendes Element, insbesondere eine Leiterplatte, und einen Kühlkörper (3) eine dünne Schicht eines wärmeleitenden Mediums eingebracht wird und der Kühlkörper (3) in Bereichen von Potentialdifferenzen (23) mit Vertiefungen (6) versehen wird, die zumindest im wesentlichen mit einem wärmeleitenden Medium gefüllt werden.
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