WO2013000652A1 - Elektronische schaltungsanordnung zur entwärmung von verlustwärme abgebenden komponenten - Google Patents

Elektronische schaltungsanordnung zur entwärmung von verlustwärme abgebenden komponenten Download PDF

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Joerg Schaefer
Dieter Holz
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an electronic circuit arrangement for the cooling of
  • Heat loss components On a circuit carrier of the electronic circuit arrangement, heat loss components are arranged on a top side.
  • the circuit has a heat sink having a heat transferring interface.
  • a heat-transferring intermediate layer is arranged between the interface and a lower side of the circuit carrier.
  • microstructures are understood to mean structures that can only be recognized as structures or patterns with an optical aid such as a stereoscopic microscope or an optical microscope.
  • US 2006/0286712 A1 discloses embossing patterns for thermal boundary surfaces which are intended to structure and displace nano- and microparticles of an intermediate layer for improving a thermal transition.
  • the embossing patterns have grooves, joints or other three-dimensional structures, between which the nano- and microparticles can shift under pressure to an image of the embossing pattern.
  • under nano pattern or nanoparticle patterns or particles with dimensions in the submicrometer range which, as already mentioned above, are no longer resolvable with the naked eye.
  • the publication DE 10 2007 019885 A1 discloses a heat conducting plate which, on a side facing a semiconductor component, has a matrix-shaped structured surface with protruding elevations.
  • the elevations serve to spread the heat, the elevations neither deforming themselves nor penetrating into the underside of the semiconductor component which is contacted for heat spreading. Disclosure of the invention
  • an electronic circuit arrangement for cooling heat loss components is created.
  • heat loss components are arranged on a top side.
  • the circuit has a heat sink having a heat transferring interface.
  • a heat-transferring intermediate layer is arranged between the interface and a lower side of the circuit carrier.
  • At least the boundary surface of the heat sink has embossable microstructures, which are designed to impress at least partially into the heat-transferring intermediate layer for heat dissipation of the electronic components when pressure is applied to the circuit carrier.
  • embossable microstructures which are designed to impress at least partially into the heat-transferring intermediate layer for heat dissipation of the electronic components when pressure is applied to the circuit carrier.
  • embossable microstructures which are designed to impress at least partially into the heat-transferring intermediate layer for heat dissipation of the electronic components when pressure is applied to the circuit carrier.
  • Microstructures understood microstructures, which are able to impose in a softer metal foil or metal plate to improve the thermal transition, the tips of a microstructure to improve the thermal transfer.
  • the embossable microstructures have a greater surface hardness than the heat transferring
  • the microstructures form a base from which peaks protrude to a peak height, the peak height being less than the thickness of the heat-transferring intermediate layer.
  • the entire microstructure, but at least the tips, in the intermediate layer with relatively little effort when applying the circuit substrate with Vw4eluastrise generating components a correspondingly prepared interface of the heat sink can be impressed.
  • the intermediate layer has a soft, plastically deformable metal alloy which is correspondingly plastically deformable when impressing the harder microstructures of the boundary surface of the heat sink into the intermediate layer.
  • the intermediate layer may comprise an aluminum alloy with up to 7% by weight of manganese or magnesium.
  • the heat sink may preferably be a curable
  • Aluminum alloy containing alloying elements which can form hardening intermetallic phases in the aluminum alloy such as silicon in an AlMgSi alloy with Mg 2 Si or copper in an AICuMg alloy with Al 2 Cu or zinc in an AlZnMgCu alloy with Mg 2 Zn, which can be precipitated at the grain boundaries as hardening intermetallic phases.
  • the circuit carrier can have warps whose deviations from a planarity are less than twice the thickness of the intermediate layer, so that at least points of the embossable microstructures of the interface of
  • Heat sink in warping areas touch the liner.
  • the intermediate layer has a meandering or wave-shaped cross-section, and the meandering or wave-shaped cross section of the intermediate layer can be adapted under pressure to the Verwolbitch of the circuit substrate by plastic deformation, even if the
  • Deviations from a planarity greater than twice the thickness of the liner are. With the aid of such a meandering or wave-shaped cross section of the intermediate layer, it is thus possible for extreme distortions to result in intensive thermal contact with the meandering or anti-friction device due to a relatively low contact pressure on the circuit carrier
  • the heat sink may have a bearing surface for the intermediate layer and the circuit carrier with punctured, rolled, milled, extruded or physically or chemically applied microstructures with tips.
  • a structure height of the microstructure and the thickness of the intermediate layer are adapted to the unevennesses of the circuit carrier such that all regions of the circuit carrier are thermally coupled at least to the tips of the microstructure. This means that the thickness of the intermediate layer and the structural height of the microstructures must be correspondingly increased with increasing unevenness of the circuit substrate, so that the structural height of the microstructures in the
  • Circuit carrier reach such an order of magnitude.
  • the thickness of the intermediate layer and also the structural height of the microstructure can be reduced to the submillimeter range if, as mentioned above, the intermediate layer has a meandering cross section.
  • the circuit arrangement can be provided for an ESP or an ABS housing of a motor vehicle, wherein at least the support surface with the microstructure is provided for components of an ESP or ABS circuit board that provide thermal heat dissipation of the heat loss.
  • an ESP circuit board usually the components of a control unit of an electronic safety program are arranged, while usually provided on an ABS board components of a control unit for an anti-lock braking system.
  • the circuit arrangement according to the invention is with Ent
  • the microstructure increases the Entarmednde contact surface between the liner and the ESP or the ABS housing and reduces the heat transfer resistance.
  • thermal / mechanical contact is additionally intensified if the microstructure consists of a hardenable aluminum alloy with proportions of intermetallic compounds forming silicon, copper or zinc fractions and the material of
  • Interlayer has an aluminum alloy which is free of silicon, copper or zinc and has only manganese or magnesium as alloying ingredients.
  • Microstructure and the heat sink can be cooled.
  • Figure 1 is a schematic diagram of a circuit arrangement with curved circuit carrier and Entracermungs Modell according to a first embodiment of the invention.
  • Fig. 2 is a schematic diagram of a circuit arrangement of a second embodiment of the invention.
  • Fig. 3 is a schematic diagram of a circuit arrangement with curved circuit carrier
  • Figure 1 shows a schematic diagram of a circuit arrangement 1 with curved
  • Circuit carrier 4 and Entracermungs für 32 according to a first embodiment.
  • the Entracermungs für 32 is disposed on a bottom 16 of the circuit substrate 4.
  • heat dissipation components 6 are arranged, for example, an ESP circuit or an ABS circuit.
  • Circuit support 4 is arranged in this embodiment in an ESP housing or an ABS housing 30 on a support surface 28, wherein the housing 30 as the
  • Heat sink 10 is used.
  • the circuit carrier 4 has outer edges 34 and 36 and is a circuit board, due to different expansion coefficients of
  • Circuit board and heat generating components 6 of the ESP or ABS circuit has a warpage 24, so that the circuit board or the
  • Support surface 28 than in the center 38 of the circuit board has.
  • the support surface 28 has a microstructure 18, which consists of an area of
  • microstructures are structures which can only be recognized as structures or patterns with an optical aid such as a stereo microscope or an optical microscope.
  • a structural height h of the microstructure 18 is slightly smaller than a thickness d of the intermediate layer 14, so that the tips 20 of the pyramidal elevations can be completely impressed into the intermediate layer 14.
  • Such a microstructure 18 increases the interface 12 between the support surface 28 of the heat sink 10 and with the bottom 16 of the
  • Circuit carrier 4 in this embodiment of the invention integrally connected Liner 14.
  • Circuit carrier 4 and the intermediate layer 14 may by gluing, printing,
  • the surface hardness of the microstructure 18 is significantly greater than the hardness of the intermediate layer 14, in which the tips 20 of the microstructure 18 impress at least in the center 38 of the support surface 28 so far that in the edge regions 42 and 44 nor the tips 20 of the microstructures 18, the intermediate layer 14 of a soft metal touch.
  • the metal alloy 22 of the intermediate layer 14 has to an aluminum alloy, which has only up to 7 wt.% Magnesium or manganese.
  • the aluminum alloy has no elements such as silicon, copper or zinc which, as explained above, can form intermetallic phases hardening in the aluminum.
  • the housing 30 may be constructed from such a hardened aluminum alloy with additional alloying elements such as silicon, copper or zinc, so that the tips 20 of the microstructure 18 can be impressed into the intermediate layer 14 under plastic deformation of the soft metal alloy 22 as soon as in FIG Arrow direction A a contact force F n on the
  • Circuit carrier 4 is applied.
  • This contact pressure F n can be relatively low and be applied for example by a resilient clamp or a clip within the housing 30 between the circuit substrate 4 and the housing 30.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a circuit arrangement 2 of a second embodiment of the invention with a curved circuit carrier 4 prior to pressing on
  • the plastically deformable intermediate layer 14 is initially not with the bottom 16 of the
  • Circuit substrate 4 and the microstructure 18 of the macroscopically planar
  • Support surface 28 is not impressed in the intermediate layer or in portions of the intermediate layer.
  • the preformed intermediate layer 14 has a meandering corrugated
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of a circuit arrangement 2 with curved circuit carrier 4 according to Figure 2 after pressing the circuit substrate 4 on the plastically deformable intermediate layer 14 and forming an effective
  • Interlayer 14 is so strongly impressed into the microstructure 18 of the heat sink 10, that in the central region at least partially a heat conduction contact between the

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung (1, 2) zur Entwärmung von Verlustwärme abgebenden Komponenten (6). Auf einem Schaltungsträger (4) der elektronischen Schaltungsanordnung (1, 2) sind auf einer Oberseite (8) Verlustwärme abgebende Komponenten (6) angeordnet. Die Schaltungsanordnung (1, 2) weist eine Wärmesenke (10) auf, die eine Wärme übertragende Grenzfläche (12) besitzt. Eine Wärme übertragende Zwischenlage (14) ist zwischen der Grenzfläche (12) und einer Unterseite (16) des Schaltungsträgers (4) angeordnet. Mindestens die Grenzfläche (12) der Wärmesenke (10) weist prägefähige Mikrostrukturen (18) auf, die ausgebildet sind, um sich unter Druckeinwirkung auf den Schaltungsträger (4) mindestens teilweise in die Wärme übertragende Zwischenlage (14) zur Entwärmung der elektronischen Komponenten (6) einzuprägen.

Description

Beschreibung Titel
Elektronische Schaltungsanordnung zur Entwärmung von Verlustwärme abgebenden Komponenten
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung zur Entwärmung von
Verlustwärme abgebenden Komponenten. Auf einem Schaltungsträger der elektronischen Schaltungsanordnung sind auf einer Oberseite Verlustwärme abgebende Komponenten angeordnet. Die Schaltungsanordnung weist eine Wärmesenke auf, die eine Wärme übertragende Grenzfläche besitzt. Eine Wärme übertragende Zwischenlage ist zwischen der Grenzfläche und einer Unterseite des Schaltungsträgers angeordnet. Aus den Druckschriften US 4,151 ,547, US 7,200,006 B2, US 7,593,228 B2, US 2010/014 7497 A1 und US 201 1/0024099 A1 sind eine Vielzahl unterschiedlicher Zwischenlagen bekannt, wobei die Grenzflächen der Zwischenlagen eine Vielzahl unterschiedlicher makroskopischer Strukturen und Muster zur Verbesserung eines thermischen Übergangs aufweisen. Unter makroskopischen Strukturen werden in diesem Zusammenhang Strukturen verstanden, die noch mit bloßem Auge als solche zu erkennen sind. Demgegenüber werden unter Mikrostrukturen Strukturen verstanden, die nur noch mit einem optischen Hilfsmittel wie einer Stereolupe oder einem optischen Mikroskop als Strukturen oder Muster zu erkennen sind. Darüber hinaus sind aus der Druckschrift US 2006/0286712 A1 Prägemuster für thermische Grenzflächen bekannt, die Nano- und Mikropartikel einer Zwischenlage zur Verbesserung eines thermischen Übergangs strukturieren und verschieben sollen. Dazu weisen die Prägemuster Rillen, Fugen oder sonstige dreidimensionale Strukturen auf, zwischen denen sich unter Druck die Nano- und Mikropartikel zu einem Abbild der Prägemuster verschieben können. In diesem Zusammenhang werden unter Nanomuster oder Nanopartikel Muster oder Partikel mit Abmessungen im Submikrometerbereich verstanden, die wie oben bereits erwähnt mit bloßem Auge nicht mehr auflösbar sind.
Außerdem ist aus der Druckschrift DE 10 2007 019885 A1 eine Wärmeleitplatte bekannt, die auf einer einem Halbleiterbauelement zugewandten Seite eine matrixförmige strukturierte Oberfläche mit hervortretenden Erhebungen aufweist. Dabei dienen die Erhebungen einer Wärmespreizung, wobei sich die Erhebungen weder selbst verformen noch in die Unterseite des Halbleiterbauelements, die zur Wärmespreizung kontaktiert wird, eindringen. Offenbarung der Erfindung
Mit der Erfindung wird eine elektronische Schaltungsanordnung zur Entwärmung von Verlustwärme abgebenden Komponenten geschaffen. Auf einem Schaltungsträger der elektronischen Schaltungsanordnung sind auf einer Oberseite Verlustwärme abgebende Komponenten angeordnet. Die Schaltungsanordnung weist eine Wärmesenke auf, die eine Wärme übertragende Grenzfläche besitzt. Eine Wärme übertragende Zwischenlage ist zwischen der Grenzfläche und einer Unterseite des Schaltungsträgers angeordnet.
Mindestens die Grenzfläche der Wärmesenke weist prägefähige Mikrostrukturen auf, die ausgebildet sind, um sich unter Druckeinwirkung auf den Schaltungsträger mindestens teilweise in die Wärme übertragende Zwischenlage zur Entwärmung der elektronischen Komponenten einzuprägen. In diesem Zusammenhang werden unter prägefähigen
Mikrostrukturen, Mikrostrukturen verstanden, die in der Lage sind, in eine weicherer Metallfolie oder Metallplatte zur Verbesserung des thermischen Übergangs die Spitzen einer Mikrostruktur anzuprägen, um den thermischen Übergang zu verbessern.
Dementsprechend weisen in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die prägefähigen Mikrostrukturen eine größere Oberflächenhärte auf als die Wärme übertragende
Zwischenlage. Dazu bilden die Mikrostrukturen eine Basis, aus der Spitzen bis zu einer Spitzenhöhe herausragen, wobei die Spitzenhöhe geringer ist als die Dicke der Wärme übertragenden Zwischenlage. Somit kann die gesamte Mikrostruktur, mindestens aber die Spitzen, in die Zwischenlage mit relativ geringem Kraftaufwand beim Aufbringen des Schaltungsträgers mit Vw4eluastwärme erzeugenden Komponenten eine entsprechend präparierte Grenzfläche der Wärmesenke eingeprägt werden. Dazu ist es von Vorteil, wenn die Zwischenlage eine weiche, plastisch verformbare Metall- Legierung aufweist, die beim Einprägen der härteren Mikrostrukturen der Grenzfläche der Wärmesenke in die Zwischenlage entsprechend plastisch deformierbar ist. Dazu kann die Zwischenlage eine Aluminium-Legierung mit bis zu 7 Gew.% Mangan oder Magnesium aufweisen. Jedoch sind in der Aluminium-Legierung der Zwischenlage keine Legierungselemente enthalten, welche härtende intermetallische Phasen in der Aluminium- Legierung bilden können, wie Silizium in einer AlMgSi-Legierung mit Mg2Si oder Kupfer in einer AICuMg-Legierung mit AI2Cu oder Zink in einer AlZnMgCu-Legierung mit Mg2Zn, die an den Kristallkorngrenzen als härtende Intermetallische Phasen ausgeschieden werden können. Im Gegensatz dazu kann die Wärmesenke vorzugsweise eine härtbare
Aluminiumlegierung aufweisen, die Legierungselemente enthalten, welche härtende intermetallische Phasen in der Aluminium-Legierung bilden können, wie Silizium in einer AlMgSi-Legierung mit Mg2Si oder Kupfer in einer AICuMg-Legierung mit AI2Cu oder Zink in einer AlZnMgCu-Legierung mit Mg2Zn, die an den Korngrenzen als härtende Intermetallische Phasen ausgeschieden werden können. Eine Aluminium-Legierung als Material der
Zwischenlage und als Material der Wärmesenke wird auch deshalb vorgesehen, weil Aluminium mit einer Wärmeleitfähigkeit λ von λ = 2,3 W/cm°C a zu einer Gruppe hoch Wärme leitfähiger Metallen aus Silber, Kupfer, Gold und Aluminium gehört.
In dieser Schaltungsanordnung kann der Schaltungsträger Verwolbungen aufweisen, deren Abweichungen von einer Planarität geringer sind als die doppelte Dicke der Zwischenlage, so dass mindestens Spitzen der prägefähigen Mikrostrukturen der Grenzfläche der
Wärmesenke in Verwölbungsbereichen die Zwischenlage berühren.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Zwischenlage einen mäander- oder wellenförmigen Querschnitt aufweist, und sich der mäander- oder wellenförmige Querschnitt der Zwischenlage bei Druckeinwirkung den Verwolbungen des Schaltungsträgers durch plastisches Verformen anpassen kann, selbst wenn die
Abweichungen von einer Planarität größer als die doppelte Dicke der Zwischenlage sind. Mithilfe eines derartigen mäander- oder wellenförmigen Querschnitts der Zwischenlage können somit extreme Verwolbungen durch einen relativ geringen Anpressdruck auf den Schaltungsträger einen intensiven thermischen Kontakt mit den mäander- oder
wellenförmigen Querschnittsbereichen der Zwischenlage herstellen. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Wärmesenke eine Auflagefläche für die Zwischenlage und den Schaltungsträger mit gepunzten, gewalzten, gefrästen, fließgepressten oder physikalisch oder chemisch aufgebrachten Mikrostrukturen mit Spitzen aufweisen.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass eine Strukturhöhe der Mikrostruktur und die Dicke der Zwischenlage den Unebenheiten des Schaltungsträgers derart angepasst sind, dass alle Bereiche des Schaltungsträgers mindestens mit den Spitzen der Mikrostruktur thermisch gekoppelt sind. Das bedeutet, dass die Dicke der Zwischenlage und die Strukturhöhe der Mikrostrukturen bei zunehmenden Unebenheiten des Schaltungsträgers entsprechend vergrößert werden müssen, so dass die Strukturhöhe der Mikrostrukturen in die
Größenordnungen von Millimetern übergehen kann, wenn die Unebenheiten des
Schaltungsträgers eine derartige Größenordnung erreichen. Allerdings kann die Dicke der Zwischenlage und auch die Strukturhöhe der Mikrostruktur in den Submillimeterbereich zurückgeführt werden, wenn wie oben erwähnt die Zwischenlage einen mäanderförmigen Querschnitt aufweist.
Die Schaltungsanordnung kann für ein ESP- oder ein ABS-Gehäuse eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein, wobei mindestens die Auflagefläche mit der Mikrostruktur für eine thermische Entwärmung der Verlustwärme erzeigenden Komponenten einer ESP- oder ABS- Schaltungsplatine vorgesehen ist. Auf einer ESP-Schaltungsplatine sind üblicherweise die Komponenten einer Steuereinheit eines elektronischen Sicherheitsprogramms angeordnet, während auf einer ABS-Platine üblicherweise Komponenten einer Steuereinheit für ein Antiblockiersystem vorgesehen sind. Um die Verlustwärme der Komponenten wirkungsvoll abzuführen, ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit entwärmender
Zwischenlage und der Mikrostruktur einer Auflagefläche einer Wärmesenke, wie einem ESP- oder ABS-Gehäuse vorgesehen., wobei die Mikrostruktur die entwärmende Kontaktfläche zwischen der Zwischenlage und dem ESP- oder dem ABS-Gehäuse vergrößert und den Wärmeübergangswiderstand vermindert.
Vorteile der Erfindung
Mittels der Erfindung können selbst stark verwölbte Schaltungsträger noch intensiv entwärmt werden, da die Mikrostruktur mit ihren Spitzen einer Wärmesenke oder eines Gehäuses die thermische Kontaktfläche durch die Mikrostrukturierung vergrößern kann und somit den thermischen Übergangswiderstand vermindern kann.
Auch kann durch eine entsprechende Dickenwahl und eine entsprechende Strukturhöhe der Mikrostruktur dafür gesorgt werden, dass erhebliche Abweichungen eines Schaltungsträgers von einer Ebenheit ausgeglichen werden können, zumindest soweit, dass alle Bereiche der Zwischenlage mindestens über Spitzen der Mikrostruktur thermisch mit der Wärmesenke verbunden sind. Wenn dieses nicht ausreicht, kann zusätzlich der Querschnitt der Zwischenlage mäander- oder wellenförmig vorgeformt sein, um auch noch größere Unebenheiten des
Schaltungsträgers wirkungsvoll thermisch an die Wärmesenke zu koppeln. Die
thermische/mechanische Kontaktierung wird zusätzlich intensiviert, wenn die Mikrostruktur aus einer härtbaren Aluminium-Legierung besteht mit Anteilen von intermetallischen Verbindungen bildenden Silizium-, Kupfer- oder Zinkanteilen und das Material der
Zwischenlage eine Aluminium-Legierung aufweist, die frei von Silizium, Kupfer oder Zink ist und lediglich Mangan oder Magnesium als Legierungsbestandteile aufweist.
Durch die unterschiedliche Härte kann in vorteilhafter Weise ein vollständiges Auffüllen von Strukturhöhen der Mikrostruktur durch Aufprägen derselben auf die weichmetallische Zwischenlage, die sich unter geringem Druck plastisch verformen kann, erfolgen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass über Spitzen der Mikrostruktur eine thermische
Ankopplung der auf Unebenheiten der Trägerplatte fixierten Zwischenlage erfolgen kann. Somit wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass sämtliche Komponenten auf der Oberseite eines derartigen Schaltungsträgers intensiv über die Zwischenlage, die
Mikrostruktur und die Wärmesenke entwärmt werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden nunmehr anhand der beigefügten Figuren eingehender beschrieben. Hierbei zeigt:
Fig. 1 eine Prinzipskizze einer Schaltungsanordnung mit gewölbtem Schaltungsträger und Entwärmungsstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 eine Prinzipskizze einer Schaltungsanordnung einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung mit gewölbtem Schaltungsträger und einer Entwarmungsstruktur vor einem Anpressen des Schaltungsträgers auf eine vorgeformte, plastisch verformbare Zwischenlage;
Fig. 3 eine Prinzipskizze einer Schaltungsanordnung mit gewölbtem Schaltungsträger
gemäß Figur 2 nach Aufpressen des Schaltungsträgers auf die plastisch verformbare Zwischenlage. Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze einer Schaltungsanordnung 1 mit gewölbtem
Schaltungsträger 4 und Entwärmungsstruktur 32 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Entwärmungsstruktur 32 ist auf einer Unterseite 16 des Schaltungsträgers 4 angeordnet. Auf einer Oberseite 8 des Schaltungsträgers 4 sind Verlustwärme erzeugende Komponenten 6 beispielsweise einer ESP-Schaltung oder einer ABS-Schaltung angeordnet. Der
Schaltungsträger 4 ist in dieser Ausführungsform in einem ESP-Gehäuse oder einer ABS- Gehäuse 30 auf einer Auflagefläche 28 angeordnet, wobei das Gehäuse 30 das als
Wärmesenke 10 dient. Der Schaltungsträger 4 weist Außenränder 34 und 36 auf und ist eine Schaltungsplatine, die aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten von
Schaltungsplatine und Wärme erzeugenden Komponenten 6 der ESP- oder der ABS- Schaltung eine Verwölbung 24 aufweist, so dass die Schaltungsplatine bzw. der
Schaltungsträger 4 in Randbereichen 42 und 44 einen größeren Abstand von der
Auflagefläche 28 als im Zentrum 38 der Schaltungsplatine aufweist.
Die Auflagefläche 28 weist eine Mikrostruktur 18 auf, die aus einer Fläche von
pyramidenförmigen Erhebungen mit Spitzen 20 der pyramidenförmigen Erhebungen ausgestattet ist. In diesem Zusammenhang werden unter Mikrostrukturen Strukturen verstanden, die nur noch mit einem optischen Hilfsmittel wie einer Stereolupe oder einem optischen Mikroskop als Strukturen oder Muster zu erkennen sind. Eine Strukturhöhe h der Mikrostruktur 18 ist dabei geringfügig kleiner als eine Dicke d der Zwischenlage 14, so dass sich die Spitzen 20 der pyramidenförmigen Erhebungen vollständig in die Zwischenlage 14 einprägen können. Eine derartige Mikrostruktur 18 vergrößert die Grenzfläche 12 zwischen der Auflagefläche 28 der Wärmesenke 10 und der mit der Unterseite 16 des
Schaltungsträgers 4 in dieser Ausführungsform der Erfindung stoffschlüssig verbundenen Zwischenlage 14. Die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Unterseite 16 des
Schaltungsträgers 4 und der Zwischenlage 14 kann durch Aufkleben, Aufdrucken,
Aufsputtern oder Aufdampfen der Zwischenlage 14 hergestellt sein. Die Oberflächenhärte der Mikrostruktur 18 ist deutlich größer als die Härte der Zwischenlage 14, in die sich die Spitzen 20 der Mikrostruktur 18 zumindest im Zentrum 38 der Auflagefläche 28 soweit einprägen, dass in den Randbereichen 42 und 44 noch die Spitzen 20 der Mikrostrukturen 18 die Zwischenlage 14 aus einem weichen Metall berühren.
Die Metall-Legierung 22 der Zwischenlage 14 weist dazu eine Aluminium-Legierung auf, die lediglich bis zu 7 Gew.% Magnesium oder Mangan aufweist. Die Aluminium-Legierung weist jedoch keine Elemente wie Silizium, Kupfer oder Zink auf, die wie oben erläutert in dem Aluminium härtende intermetallische Phasen bilden können. Aus einer derart gehärteten Aluminiumlegierung mit zusätzlichen Legierungselementen wie Silizium, Kupfer oder Zink kann jedoch das Gehäuse 30 aufgebaut sein, so dass die Spitzen 20 der Mikrostruktur 18 unter plastischer Verformung der weichen Metall-Legierung 22 der Zwischenlage 14 in diese eingeprägt werden können, sobald in Pfeilrichtung A eine Anpresskraft Fn auf den
Schaltungsträger 4 aufgebracht wird. Diese Anpresskraft Fn kann relativ gering sein und beispielsweise durch eine federelastische Klemme oder einen Klipp innerhalb des Gehäuses 30 zwischen Schaltungsträger 4 und Gehäuse 30 aufgebracht werden.
Figur 2 zeigt eine Prinzipskizze einer Schaltungsanordnung 2 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit gewölbtem Schaltungsträger 4 vor einem Anpressen des
Schaltungsträgers 4 auf eine vorgeformte, plastisch verformbare Zwischenlage 14. Die plastisch verformbare Zwischenlage 14 ist zunächst nicht mit der Unterseite 16 des
Schaltungsträgers 4 verbunden, und die Mikrostruktur 18 der makroskopisch ebenen
Auflagefläche 28 ist noch nicht in die Zwischenlage oder in Teilbereiche der Zwischenlage eingeprägt. Die vorgeformte Zwischenlage 14 weist einen mäanderförmig gewellten
Querschnitt einer Aluminiumfolie mit einer Dicke d auf, wobei die Dicke d etwas größer ist als die Strukturhöhe h der Mikrostruktur 18, der ansonsten makroskopisch ebenen Auflagefläche 28 der Wärmesenke 10 , die von einem Gehäusebereich gebildet sein kann. Die
mäanderförmig gewellte Zwischenlage 14 aus einer weichen Metall-Legierung 22 wie beispielsweise einer Aluminium-Legierung, die keine intermetallischen Phasen aufweist, wird beim Anpressen des gewölbten Schaltungsträgers 4 auf die Zwischenlage 14 auf die Spitzen 20 der Auflagefläche 28 gepresst, wie es die nächste Figur 3 zeigt. Figur 3 zeigt eine Prinzipskizze einer Schaltungsanordnung 2 mit gewölbtem Schaltungsträger 4 gemäß Figur 2 nach Aufpressen des Schaltungsträgers 4 auf die plastisch verformbare Zwischenlage 14 und Ausbildung einer wirksamen
Entwärmungsstruktur 32 trotz erheblicher Verwölbung des Schaltungsträgers 4. Dabei wird die Zwischenlage 14 aufgrund ihrer plastisch verformbaren weichen Metall-Legierung 22 zunächst vor einem Verrutschen durch die in das weiche Material eindringenden Spitzen 20 der Mikrostruktur 18 der Auflagefläche 28 der Wärmesenke 10 lateral fixiert. Bei weiterer Erhöhung der Anpresskraft Fn in Pfeilrichtung A wird diese Verwölbung, die im Zentrum 38 erheblich von der Planarität abweicht, zumindest so weit zusammengepresst, dass in den Randbereichen 42 und 44 die plastisch verformbare weiche Metall-Legierung 22 der
Zwischenlage 14 so stark in die Mikrostruktur 18 der Wärmesenke 10 eingeprägt wird, dass im Mittenbereich zumindest teilweise ein Wärmeleitungskontakt zwischen dem
mäanderförmig gewellten Querschnitt der Zwischenlage 14 und der Unterseite 16 des gewölbten Schaltungsträgers 4 wärmeleitende Kontaktpunkte ausgebildet werden.
Während bei herkömmlichen bekannten Verfahren, die mit einer mäanderförmigen
Zwischenlage arbeiten, ein Herausquetschen der Zwischenlage erfolgt, wird dieses
Herausquetschen in vorteilhafter Weise durch die Verzahnung zwischen der Mikrostruktur 18 der Auflagefläche 28 der Wärmesenke 10 und der Zwischenlage 14 in den Randbereichen 42 und 44 verhindert.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt; vielmehr sind innerhalb des durch die anhängenden Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ansprüche
1 . Elektronische Schaltungsanordnung, mit
- einem Schaltungsträger (4), auf dem Verlustwärme abgebende Komponenten (6) auf einer Oberseite (8) angeordnet sind;
- einer Wärmesenke (10), die eine Wärme übertragende Grenzfläche (12) aufweist;
- einer Wärme übertragenden Zwischenlage (14), die zwischen der Grenzfläche (12) und einer Unterseite (16) des Schaltungsträgers (4) angeordnet ist;
wobei mindestens die Grenzfläche (12) der Wärmesenke (10) prägefähige Mikrostrukturen (18) aufweist, die ausgebildet sind, unter Druckeinwirkung auf den Schaltungsträger (4) sich mindestens teilweise in die Wärme übertragende Zwischenlage (14) zur Entwärmung der elektronischen Komponenten (6) einzuprägen.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 , wobei die prägefähigen Mikrostrukturen (18) eine größere Oberflächenhärte aufweisen, als die Wärme übertragende Zwischenlage (14).
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mikrostrukturen (18) eine Basis aufweisen, aus der Spitzen (20) bis zu einer Spitzenhöhe (h) herausragen, und wobei die Spitzenhöhe (h) geringer ist als die Dicke (d) der Wärme übertragenden Zwischenlage (14).
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Zwischenlage (14) eine weiche, plastisch verformbare Metall-Legierung (22) aufweist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Zwischenlage (14) eine Aluminium-Legierung aufweist, die frei von intermetallischen Phasen ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Schaltungsträger (4) Verwölbungen (24) aufweist, deren Abweichungen von einer Planarität geringer sind als die Dicke (d) der Zwischenlage (14), so dass mindestens Spitzen (20) der prägefähigen Mikrostrukturen (18) der Grenzfläche (12) der Wärmesenke (10) in Verwolbungsbereichen die Zwischenlage (14) berühren.
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Zwischenlage (14) einen mäanderförmigen Querschnitt (26) aufweist und der
mäanderförmige Querschnitt (26) bei Druckeinwirkung sich Verwölbungen (24), deren Abweichungen von einer Planarität größer als die Dicke (d) der Zwischenlage (14) sind, durch plastisches Verformen den Verwölbungen (24) des Schaltungsträgers (4) anpasst.
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Wärmesenke eine Auflagefläche (28) für den Schaltungsträger (4) mit gepunzten, gewalzten, gefrästen, fließgepressten oder physikalisch oder chemisch aufgebrachten Mikrostrukturen (18) mit Spitzen (20) aufweist.
9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Strukturhöhe (h) der Mikrostruktur (18) und die Dicke (d) der Zwischenplatte (14) den Unebenheiten des Schaltungsträgers (4) derart angepasst sind, dass alle Bereiche des Schaltungsträgers (4) mindestens mit den Spitzen (20) der Mikrostruktur (18) thermisch gekoppelt sind.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei ein ESP- oder ABS- Gehäuse eines Kraftfahrzeugs mindestens die Auflagefläche (28) mit der Mikrostruktur (18) für eine thermische Entwärmung einer ESP- oder ABS-Schaltungsplatine aufweist.
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