WO2016096131A1 - Multilayer printed circuit board having a thermally conductive element - Google Patents

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WO2016096131A1
WO2016096131A1 PCT/EP2015/002534 EP2015002534W WO2016096131A1 WO 2016096131 A1 WO2016096131 A1 WO 2016096131A1 EP 2015002534 W EP2015002534 W EP 2015002534W WO 2016096131 A1 WO2016096131 A1 WO 2016096131A1
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printed circuit
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thick copper
multilayer printed
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Johann Hackl
Stefan Hörth
Norbert REDL
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Häusermann GmbH
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Definitions

  • Multi-layer printed circuit board with heat-conducting element Multi-layer printed circuit board with heat-conducting element
  • the invention relates to a multilayer printed circuit board with thermally conductive element according to the preamble of claim 1.
  • EP 1 980 142 B1 discloses a multifunctional printed circuit board with an additional heat-conducting, functional element, this element being thermally well-conductively connected to one side of a through-hole and the other side on the back of the component being thermally highly conductive with a flat, thermally well conductive element is connected.
  • the functional element is attached by means of ultrasound or friction welding piecewise flat on a copper foil with an intermetallic compound.
  • a disadvantage of this embodiment is that no lateral heat conduction function is present, which emits the waste heat of a mounted on the multi-layer PCB cooling device.
  • a multilayer printed circuit board in which a thermally conductive element is integrated in the printed circuit board assembly.
  • This thermally conductive element is referred to as a heat sink and is formed in the embodiment shown as a wire or a sheet of rectangular cross-section.
  • the multilayer printed circuit board has no segments which can be bent apart from one another and it is therefore not possible to arrange a heat source and a heat sink on the various segments of a multi-layer printed circuit board, wherein these segments can be angled away from one another in their position .
  • bendable profile sections are arranged in the upper region of the printed circuit board structure, whereby a bendability of the entire printed circuit board is possible.
  • no self-supporting function is achieved, with the result that the segmented circuit board structure shown there is not suitable, To ensure a permanent bendability of the individual, one another taking an angular position engaging segments.
  • the invention is therefore based on the object, the connection between a heat source and a heat sink educate so that the two said parts (heat sink and heat source) can be arranged on different sections of a bendable multilayer printed circuit board.
  • the invention is characterized by the technical teaching of claim 1.
  • An essential feature of the invention is that on a segmented and separated by different segments from each other multi-layer circuit board on each segment a heat source and / or heat sink and on the other segment turn a heat sink and / or a heat source to order and the two thermally-acting parts be thermally conductively connected by a thick copper profile, the thick copper profile bridges the bending gap between the segmented circuit board sections and acts heat-conducting.
  • the advantage arises for the first time that with the use of a thick copper profile integrated in the multi-layer structure, it is possible to bend the individual segments continuously and with a predetermined angular position so as to form different printed circuit board segments having a spatial structure result.
  • this thick copper profile still assumes additional current-carrying tasks, ie. is also electrically integrated into the circuit board structure and in the interconnection of the individual interconnects.
  • the thick copper profile according to the invention is assigned a threefold task, which was not previously known.
  • the relevant thick copper element in a preferred embodiment has a thickness of at least 500 ⁇ m and a width of at least 500 ⁇ m and a length of e.g. 10 to 100 mm.
  • Thick copper elements arranged on different inner and / or outer layers of the circuit board. Further, two or more thick copper elements may be arranged side by side on the same or different layers. It is also possible that the at least one thick copper element is used, which is formed by exposure of the upper or lower or both sides of the circuit board self-supporting angled. By exposing the thick copper element a good thermal coupling or decoupling is achieved.
  • the thick copper element is designed to be live.
  • the thick copper element from above and / or from below by means of thermovias or blind hole or
  • Microvias (general intoleitbohrung) with outer layer copper structures thermally well conductive, so that the electrical or electronic components and cooling devices can be contacted with good thermal conductivity.
  • thermovias or blind hole or microvias are thermally highly conductive, but electrically insulating.
  • the cooling device may for example consist of at least one heat pipe (heat pipe or heat pipe), wherein the heat pipe is directly connected to the thick copper element by a soldering or welding or gluing process.
  • the one plane is in this case preferably angled arranged to the other plane.
  • any installation difficulties can be overcome, and on the other hand, the heat output can be optimized, because it is now possible to optimally arrange the heat sink in a housing in order to achieve optimized heat dissipation, without taking into account restrictive housing dimensions or installation conditions got to.
  • Another advantage is that it is now possible for the first time with three-dimensionally deformed multilayer printed circuit boards to arrange additional electrical components on angled segments of a multilayer printed circuit board, which in turn hereby ensures that no consideration has to be taken to limited installation conditions.
  • a particular advantage of the invention is the fact that the heat-conducting element now consists of a thick copper profile, which is for the first time able to ensure a heat conduction from the heat source to the heat sink.
  • the thick copper profile having a thickness of about more than 500 ⁇ m, a width of 0.5 to 20 mm and a length of e.g. 10 to 100 mm.
  • the solution it is not necessary for the solution to form the thick copper profile smooth. It may also be surface profiled to a certain extent, wherein it is preferred that in the longitudinal axis of the thick copper profile parallel juxtaposed grooves, grooves or other surface-increasing structures are included.
  • the thick coupler profile according to the invention is a heat sink which is laid in the longitudinal direction in the printed circuit board assembly of the multilayer printed circuit board and is also available.
  • the thick copper profile is plastically and permanently deformable, so that once bent from the multilayer printed circuit board Segments that are angular to the plane of the base circuit board, remain in this angled position, without the need for further mounting and fastening means, but such tools are additionally usable.
  • Figure 1 Top view of a not yet segmented multi-layer circuit board
  • FIG. 2 shows a section through the multilayer printed circuit board according to FIG. 1
  • Figure 4 the section through the multilayer printed circuit board in a second
  • Figure 5 a section through the multilayer printed circuit board in the region of the bending edge with view of the printed circuit board segment on which the heat sources are arranged
  • Figure 6 the section in the opposite direction of the bending edge on the circuit board segment in which the heat sinks are arranged.
  • Figure 7 an embodiment modified from the aforementioned embodiment, in which it results that not only heat sinks and heat sources can be arranged on angled portions of a multilayer printed circuit board, but also additional electrical connection elements in the embodiment of Figure 1 is not one deformed multilayer printed circuit board 1, as it is subjected to a conventional manufacturing process.
  • the advantage here is that during this manufacturing process a bend is not yet given, so that the multilayer printed circuit board can be manufactured and assembled in any way.
  • the bending edge 8 can be formed by a milling groove 15 extending over the width of the multilayer printed circuit board, so that a material weakening along the bending edge 8 takes place in the base material of the multilayer printed circuit board in order to achieve a bending according to FIG.
  • a bending angle 11 which may preferably be in the range between 0 and 150 °. It is important now that either a heat source 4 or a heat sink 7 can be arranged on the one printed circuit board segment 2 and reversibly the heat sink 7 or the heat source 4 on the opposite circuit board segment.
  • the heat source 4 is arranged on the printed circuit board segment 2, which is thermally conductively connected, for example via heat conducting holes 10 with the surface of the thick copper profile 5, in which case the heat conduction from this heat source 4 takes place in the direction of arrow 6 in the direction of arrow 6 in the longitudinal direction of the thick copper profile 5 on the bending edge 8 away from the angled printed circuit board segment 3, on the the heat sink 7 is arranged.
  • the heat sink 7 is formed in the embodiment shown as a heat sink. It could also be designed as a heat pipe or as a housing part, with which the printed circuit board segment 3 is thermally conductively connected.
  • the heat sink 7 is thermally conductively connected via heat conducting bores 10 with the thick copper profile 5. Additional continuous heat conducting holes 9 (thermal vias) can be used.
  • Such various types of heat conducting bores 9, 10 can also be used on the heat source 4 side.
  • FIG. 4 it is shown that it is not necessary to obtain the surface in the angled segmented printed circuit board segment 3. It can then be provided that in this area the top and / or the bottom of the thick copper profile 5 is exempted, which is given as an example with the two exemptions 12, 13. Likewise, it may be provided on the side of the heat source to connect the heat source directly via an exemption thermally conductive with the surface of the thick copper profile 5.
  • Figures 5 and 6 respectively show the opposite views on the heat-dissipating and the heat-receiving circuit board 2, 3rd
  • the heat-emitting side is formed in the embodiment shown in Figure 5 by two adjacent heat sources 4a, 4b, which are formed in the embodiment shown as LEDs.
  • the one LED has additional continuous heat conducting holes 9 to the bottom of the printed circuit board segment 2, while the other LED is arranged as a heat source 4b at a short distance above the thick copper profile 5b.
  • two thick copper profiles 5a, 5b arranged parallel to one another act as heat-conducting elements, which extend over the bending edge 8 and are connected in a heat-conducting manner to the heat sinks 7a, 7b shown in FIG. It is only shown by way of example that the thermal connection takes place in each case by means of heat conducting bores 10 (in the form of blind bores) or via continuous heat conducting bores 9.
  • FIG. 7 shows a third embodiment of the invention, wherein in the region of a base plate, which is a first bearing plate segment 3, a middle heat sink 7 is mounted as a heat sink and at the top of this multilayer printed circuit board, a heat source 4b is arranged. The heat conduction takes place directly over the vertical arrow shown here.
  • a heat source 4a is arranged, which initiates its heat output according to the arrow shown on the inventive permanently flexible and plastically deformable thick copper profile 5b on the heat sink 7.
  • the thick copper profile is thus formed as a heat-conducting or functional element.
  • the printed circuit board segment 2 is shown angled over the bending edge 8a, and this segment carries a contact element 13, which serves for electrical contacting either of arranged in the printed circuit board assembly of the multilayer printed circuit board further interconnects 14 or which - in another embodiment - also for electrical Contacting the thick copper profile 5 is used.

Abstract

Multilayer printed circuit board (1) consisting of at least two printed circuit board segments (2, 3) which can be bent away from one another and are connected to one another by means of at least one functional element (5) via at least one bending edge (8), wherein at least one heat source (4) is arranged on the printed circuit board segment and at least one heat sink (7) is arranged on the other side of the bending edge on the printed circuit board segment, and wherein heat is transferred between the heat source and the heat sink via at least one permanently plastically deformable thick copper profile (5).

Description

Mehrlagen-Leiterplatte mit wärmeleitendem Element  Multi-layer printed circuit board with heat-conducting element
Die Erfindung betrifft eine Mehrlagen-Leiterplatte mit wärmeleitendem Element nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to a multilayer printed circuit board with thermally conductive element according to the preamble of claim 1.
Mit der EP 1 980 142 B1 wird eine multifunktionelle Leiterplatte mit einem zusätzlichen wärmeleitenden, funktionellen Element genannt, wobei dieses Element mit der einen Seite eines Durchsteigelochs thermisch gut leitend verbunden ist und die andere Seite auf der Bestückungsrückseite thermisch gut leitend mit einem flächigen, thermisch gut leitenden Element verbunden ist. Das funktionelle Element wird mittels Ultraschall bzw. mittels Reibschweißen stückweise flächig auf eine Kupferfolie mit einer intermetallischen Verbindung befestigt. Nachteilig bei dieser Ausführungsform ist jedoch, dass keine laterale Wärmeleitfunktion vorhanden ist, welche die Abwärme einer auf der Mehrlagenleiterplatte montierten Kühlvorrichtung abgibt. EP 1 980 142 B1 discloses a multifunctional printed circuit board with an additional heat-conducting, functional element, this element being thermally well-conductively connected to one side of a through-hole and the other side on the back of the component being thermally highly conductive with a flat, thermally well conductive element is connected. The functional element is attached by means of ultrasound or friction welding piecewise flat on a copper foil with an intermetallic compound. A disadvantage of this embodiment, however, is that no lateral heat conduction function is present, which emits the waste heat of a mounted on the multi-layer PCB cooling device.
Mit dem Gegenstand der DE 10 2013 220 951 A1 ist eine Mehrlagen-Leiterplatte bekannt geworden, bei der im Leiterplattenverbund ein wärmeleitendes Element integriert ist. Dieses wärmeleitende Element wird als Wärmesenke bezeichnet und ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als ein Draht oder ein Blech mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet. With the subject matter of DE 10 2013 220 951 A1, a multilayer printed circuit board has become known, in which a thermally conductive element is integrated in the printed circuit board assembly. This thermally conductive element is referred to as a heat sink and is formed in the embodiment shown as a wire or a sheet of rectangular cross-section.
Eine solche Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass die Mehrlagen-Leiterplatte keine voneinander abwinkelbaren Segmente aufweist und es daher nicht möglich ist, eine Wärmequelle und eine Wärmesenke auf den verschiedenen Segmenten einer Mehrlagen-Leiterplatte anzuordnen, wobei diese Segmente voneinander in ihrer Lage abgewinkelt werden können. Bei der DE 10 2006 004 321 A1 sind im oberen Bereich der Leiterplattenstruktur biegbare Profilabschnitte angeordnet, wodurch eine Biegbarkeit der gesamten Leiterplatte möglich ist. Im Hinblick auf die Dicke des dort verwendeten Kupfermaterials wird jedoch keine selbsttragende Funktion erreicht, was zur Folge hat, dass die dort gezeigte segmentierte Leiterplattenstruktur nicht geeignet ist, eine dauerhafte Abbiegbarkeit der einzelnen, voneinander eine Winkelstellung einnehmenden Segmente zu gewährleisten. However, such an arrangement has the disadvantage that the multilayer printed circuit board has no segments which can be bent apart from one another and it is therefore not possible to arrange a heat source and a heat sink on the various segments of a multi-layer printed circuit board, wherein these segments can be angled away from one another in their position , In DE 10 2006 004 321 A1 bendable profile sections are arranged in the upper region of the printed circuit board structure, whereby a bendability of the entire printed circuit board is possible. However, in view of the thickness of the copper material used there, no self-supporting function is achieved, with the result that the segmented circuit board structure shown there is not suitable, To ensure a permanent bendability of the individual, one another taking an angular position engaging segments.
Bei dem verwendeten Kupferprofil besteht vielmehr die Gefahr, dass sich das Profil in unerwünschter Weise zurückverformt, wodurch dann zusätzliche Befestigungselemente notwendig sind, um die einmal abgebogene Lage dieser segmentierten Mehrlagen-Leiterplatte zu fixieren. Rather, in the case of the copper profile used there is the risk that the profile will undesirably be deformed back, whereby additional fastening elements are then necessary in order to fix the once bent position of this segmented multilayer printed circuit board.
Der Erfindung liegt deshalb ausgehend die Aufgabe zugrunde, die Verbindung zwischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke so weiterzubilden, dass die beiden genannten Teile (Wärmesenke und Wärmequelle) auf unterschiedlichen Sektionen einer abwinkelbaren Mehrlagen-Leiterplatte angeordnet werden können. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet. The invention is therefore based on the object, the connection between a heat source and a heat sink educate so that the two said parts (heat sink and heat source) can be arranged on different sections of a bendable multilayer printed circuit board. To solve the problem, the invention is characterized by the technical teaching of claim 1.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass auf einer segmentierten und durch verschiedene Segmente voneinander abgeteilte Mehrlagen-Leiterplatte jeweils auf dem einen Segment eine Wärmequelle und/oder Wärmesenke und auf dem anderen Segment wiederum eine Wärmesenke und/oder eine Wärmequelle anzuordnen und die beiden thermisch wirkenden Teile durch ein Dickkupfer-Profil wärmeleitend miteinander zu verbinden, wobei das Dickkupfer-Profil den Biegespalt zwischen den segmentierten Leiterplattenabschnitten überbrückt und wärmeleitend wirkt. An essential feature of the invention is that on a segmented and separated by different segments from each other multi-layer circuit board on each segment a heat source and / or heat sink and on the other segment turn a heat sink and / or a heat source to order and the two thermally-acting parts be thermally conductively connected by a thick copper profile, the thick copper profile bridges the bending gap between the segmented circuit board sections and acts heat-conducting.
Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich nun erstmals der Vorteil, dass mit der Verwendung eines im Mehrlagenaufbau integrierten Dickkupfer-Profils es möglich ist, die einzelnen Segmente bleibend und mit einer vorgegebenen Winkelstellung voneinander abzuwinkein, um so verschiedene Leiterplattensegmente zu bilden, die einen räumlichen Aufbau ergeben. With the given technical teaching, the advantage arises for the first time that with the use of a thick copper profile integrated in the multi-layer structure, it is possible to bend the individual segments continuously and with a predetermined angular position so as to form different printed circuit board segments having a spatial structure result.
Es besteht ein Bedürfnis für die Ausbildung von räumlich ausgestalteten Leiterplatten, z. B. in der Beleuchtungsindustrie. Hierbei ist es besonders wichtig, dass die LED-Beleuchtungselemente auf abgewinkelten Leiterplattenstrukturen angeordnet sind und die Basisstruktur beispielsweise an einer Befestigungsfläche befestigt wird. Auf diese Weise können dreidimensionale Leiterplattenstrukturen erzeugt werden, wobei das große Problem bisher darin bestand, dass es nicht möglich war, bei einer derartigen dreidimensionalen Leiterplattenstruktur die Wärmesenke in ausreichender Weise mit der Wärmequelle wärmeleitend zu verbinden. There is a need for the formation of spatially designed circuit boards, z. In the lighting industry. It is especially important the LED lighting elements are arranged on angled printed circuit board structures and the base structure is fastened, for example, to a fastening surface. In this way, three-dimensional printed circuit board structures can be produced, the major problem being that it has not been possible in such a three-dimensional printed circuit board structure to heat-sufficiently connect the heat sink with the heat source.
Hier setzt die Erfindung ein, die ein Dickkupfer-Profil vorsieht, welches gleichzeitig zur Wärmeleitung eine bleibende Biegbarkeit zwischen den einzelnen voneinander abgewinkelten Leiterplattensegmenten aufweist. This is where the invention, which provides a thick copper profile, which at the same time for heat conduction has a permanent flexibility between the individual angled printed circuit board segments.
In einer dritten Aufgabenstellung kann noch zusätzlich vorgesehen sein, dass dieses Dickkupfer-Profil noch zusätzliche stromführende Aufgaben übernimmt, d.h. auch elektrisch in den Leiterplattenaufbau und in die Verschaltung der einzelnen Leiterbahnen mit integriert ist. In a third task, it may additionally be provided that this thick copper profile still assumes additional current-carrying tasks, ie. is also electrically integrated into the circuit board structure and in the interconnection of the individual interconnects.
Auf diese Weise wird dem erfindungsgemäßen Dickkupfer-Profil eine dreifache Aufgabe zugeordnet, was bisher nicht bekannt war. In this way, the thick copper profile according to the invention is assigned a threefold task, which was not previously known.
Selbstverständlich können sich bei der Mehrlagen-Leiterplatte auch noch andere, schwächer dimensionierte Leiterbahnen erstrecken, die nur der elektrischen Verschaltung dienen, durch die Biegekante hindurch und werden von dem einen Leiterplattensegment in das andere Leiterplattensegment stromführend geführt. Das relevante Dickkupferelement weist in einer bevorzugten Ausführungsform eine Dicke von zumindest 500 μιη und eine Breite vom zumindest 500 μιη und eine Länge von z.B. 10 bis 100 mm auf. Of course, in the multi-layer printed circuit board also other, weaker dimensioned interconnects extend, which serve only the electrical interconnection, through the bending edge and are guided by one circuit board segment in the other circuit board segment energized. The relevant thick copper element in a preferred embodiment has a thickness of at least 500 μm and a width of at least 500 μm and a length of e.g. 10 to 100 mm.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Mehrzahl an In a further preferred embodiment, a plurality of
Dickkupferelementen auf unterschiedlichen Innen- und/oder Außen-Lagen der Leiterplatte angeordnet. Ferner können zwei oder mehrere Dickkupferelemente nebeneinander auf der gleichen oder auf unterschiedlichen Lagen angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, dass das zumindest ein Dickkupferelement verwendet wird, welches durch Freilegung von der oberen oder unteren oder von beiden Seiten der Leiterplatte selbsttragend abgewinkelt ausgebildet ist. Durch die Freilegung des Dickkupferelements wird eine gute thermische Ein- oder Auskopplung erreicht. Thick copper elements arranged on different inner and / or outer layers of the circuit board. Further, two or more thick copper elements may be arranged side by side on the same or different layers. It is also possible that the at least one thick copper element is used, which is formed by exposure of the upper or lower or both sides of the circuit board self-supporting angled. By exposing the thick copper element a good thermal coupling or decoupling is achieved.
Bevorzugt ist das Dickkupferelement stromführend ausgebildet. Preferably, the thick copper element is designed to be live.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Dickkupferelement von oben und/oder von unten mittels Thermovias bzw. Sacklochbohrung bzw. In a further preferred embodiment, the thick copper element from above and / or from below by means of thermovias or blind hole or
Microvias (allg. Wärmeleitbohrung) mit Außenlagenkupferstrukturen thermisch gut leitend verbunden, so dass die elektrischen bzw. elektronischen Komponenten und Kühlvorrichtungen thermisch gut leitend kontaktiert werden können. Microvias (general Wärmeleitbohrung) with outer layer copper structures thermally well conductive, so that the electrical or electronic components and cooling devices can be contacted with good thermal conductivity.
Es ist hierbei möglich, dass die Thermovias bzw. Sacklochbohrung bzw. Microvias thermisch gut leitend, jedoch elektrisch isolierend ausgebildet sind. It is possible that the thermovias or blind hole or microvias are thermally highly conductive, but electrically insulating.
Die Kühlvorrichtung (=Wärmesenke) kann beispielsweise aus mindestens einem Wärmerohr (Heattube bzw. Heatpipe) bestehen, wobei das Wärmerohr direkt mit dem Dickkupferelement durch einen Löten- oder Schweißen- oder Klebvorgang verbunden ist. The cooling device (= heat sink) may for example consist of at least one heat pipe (heat pipe or heat pipe), wherein the heat pipe is directly connected to the thick copper element by a soldering or welding or gluing process.
Wichtig bei allen Ausführungsformen ist, dass je nach dem Raumbedarf und je nach der Wärmeabstrahlcharakteristik es nun erstmals möglich ist, die Wärmesenken und die Wärmequellen auf unterschiedlichen Ebenen einer Leiterplatte anzuordnen. Die eine Ebene ist hierbei bevorzugt abgewinkelt zur anderen Ebene angeordnet. It is important in all embodiments that, depending on the space required and depending on the heat radiation characteristic, it is now possible for the first time to arrange the heat sinks and the heat sources at different levels of a printed circuit board. The one plane is in this case preferably angled arranged to the other plane.
Zum Einen können damit eventuelle Einbauschwierigkeiten überwunden werden, und zum Anderen kann die Wärmeabgabe optimiert werden, weil es nun erstmals möglich ist, die Wärmesenke optimal in einem Gehäuse anzuordnen, um eine optimierte Wärmeabgabe zu erzielen, ohne dass auf einschränkende Gehäuseabmessungen oder Einbaubedingungen Rücksicht genommen werden muss. Ein weiterer Vorteil ist, dass es nun erstmals möglich ist mit dreidimensional verformten Mehrlagen-Leiterplatten auch zusätzliche elektrische Bauteile an abgewinkelten Segmenten einer Mehrlagen-Leiterplatte anzuordnen, wobei wiederum hiermit erreicht wird, dass auf beschränkte Einbaubedingungen keine Rücksicht mehr genommen zu werden muss. On the one hand, any installation difficulties can be overcome, and on the other hand, the heat output can be optimized, because it is now possible to optimally arrange the heat sink in a housing in order to achieve optimized heat dissipation, without taking into account restrictive housing dimensions or installation conditions got to. Another advantage is that it is now possible for the first time with three-dimensionally deformed multilayer printed circuit boards to arrange additional electrical components on angled segments of a multilayer printed circuit board, which in turn hereby ensures that no consideration has to be taken to limited installation conditions.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass das wärmeleitende Element nunmehr aus einem Dickkupfer-Profil besteht, welches erstmals in der Lage ist, eine Wärmeleitung von der Wärmequelle zur Wärmesenke zu gewährleisten. A particular advantage of the invention is the fact that the heat-conducting element now consists of a thick copper profile, which is for the first time able to ensure a heat conduction from the heat source to the heat sink.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Dickkupfer-Profil mit einer Dicke von etwa mehr als 500 pm, einer Breite von 0,5 bis 20 mm und einer Länge von z.B. 10 bis 100 mm. In a preferred embodiment, the thick copper profile having a thickness of about more than 500 μm, a width of 0.5 to 20 mm and a length of e.g. 10 to 100 mm.
Es ist im Übrigen nicht lösungsnotwendig, das Dickkupfer-Profil glatt auszubilden. Es kann auch in gewisser Weise oberflächenprofiliert sein, wobei es bevorzugt wird, dass in der Längsachse des Dickkupfer-Profils parallel nebeneinander angeordnete Rillen, Nuten oder andere, die Oberfläche erhöhenden Strukturen enthalten sind. Incidentally, it is not necessary for the solution to form the thick copper profile smooth. It may also be surface profiled to a certain extent, wherein it is preferred that in the longitudinal axis of the thick copper profile parallel juxtaposed grooves, grooves or other surface-increasing structures are included.
Diese Oberflächen erhöhenden Strukturen haben den Vorteil einer besseren Verankerung in der Kunststoffstruktur der Mehrlagen-Leiterplatte, erhöhen aber gleichzeitig auch noch die Wärme abgebende Oberfläche des Dickkupfer-Profils, so dass dieses nicht nur entlang seiner Längsachse die Wärme transportiert, sondern darüber hinaus während des Wärmetransports auch die Wärme senkrecht zu seiner Oberflächenerstreckung nach oben und unten abgibt. These surface-enhancing structures have the advantage of better anchoring in the plastic structure of the multilayer printed circuit board, but at the same time also increase the heat-emitting surface of the thick copper profile, so that this not only transports heat along its longitudinal axis, but also during heat transport also gives off the heat perpendicular to its surface extension up and down.
Im Prinzip handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Dickkuper-Profil um einen in Längsrichtung im Leiterplattenverbund der Mehrlagen-Leiterplatte verlegten Kühlkörper, der darüber hinaus verfügbar ist. In principle, the thick coupler profile according to the invention is a heat sink which is laid in the longitudinal direction in the printed circuit board assembly of the multilayer printed circuit board and is also available.
Hierbei wird es bevorzugt, wenn das Dickkupfer-Profil plastisch und bleibend verformbar ist, so dass die einmal aus der Mehrlagen-Leiterplatte abgebogenen Segmente, die winkelförmig zur Ebene der Basisleiterplatte stehen, in dieser abgewinkelten Stellung verbleiben, ohne dass es weiterer Montage- und Befestigungsmittel bedarf, wobei jedoch derartige Hilfsmittel zusätzlich verwendbar sind. Here, it is preferred if the thick copper profile is plastically and permanently deformable, so that once bent from the multilayer printed circuit board Segments that are angular to the plane of the base circuit board, remain in this angled position, without the need for further mounting and fastening means, but such tools are additionally usable.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander. Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor. The subject of the present invention results not only from the subject matter of the individual claims, but also from the combination of the individual claims with each other. All information and features disclosed in the documents, including the abstract, in particular the spatial design shown in the drawings, are claimed to be essential to the invention insofar as they are novel individually or in combination with respect to the prior art. In the following the invention will be explained in more detail with reference to drawings showing only one embodiment. Here are from the drawings and their description further features essential to the invention and advantages of the invention.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 : Draufsicht auf eine noch nicht segmentierte Mehrlagen-Leiterplatte Figure 1: Top view of a not yet segmented multi-layer circuit board
Figur 2: ein Schnitt durch die Mehrlagen-Leiterplatte nach Figur 1 FIG. 2 shows a section through the multilayer printed circuit board according to FIG. 1
Figur 3. der Schnitt durch die Mehrlagen-Leiterplatte in einem abgewinkelten Figure 3. The section through the multilayer printed circuit board in an angled
Zustand in einer ersten Ausführungsform  Condition in a first embodiment
Figur 4: der Schnitt durch die Mehrlagen-Leiterplatte in einer zweiten Figure 4: the section through the multilayer printed circuit board in a second
Ausführungsform Figur 5: ein Schnitt durch die Mehrlagen-Leiterplatte im Bereich der Biegekante mit Ansicht des Leiterplattensegmentes, auf dem die Wärmequellen angeordnet sind Figur 6: der Schnitt in entgegengesetzter Richtung der Biegekante auf auf das Leiterplattensegment, in dem die Wärmesenken angeordnet sind. embodiment Figure 5: a section through the multilayer printed circuit board in the region of the bending edge with view of the printed circuit board segment on which the heat sources are arranged Figure 6: the section in the opposite direction of the bending edge on the circuit board segment in which the heat sinks are arranged.
Figur 7: eine gegenüber dem vorher genannten Ausführungsbeispiel abgewandelte Ausführungsform, bei der sich ergibt, dass nicht nur Wärmesenken und Wärmequellen auf abgewinkelten Abschnitten einer Mehrlagen-Leiterplatte angeordnet sein können, sondern auch noch zusätzliche elektrische Verbindungselemente In der Ausgestaltung nach Figur 1 ist eine noch nicht verformte Mehrlagen- Leiterplatte 1 dargestellt, wie sie einem üblichen Herstellungsprozess unterworfen wird. Vorteil hierbei ist, dass während dieses Herstellungsprozesses eine Abwinklung noch nicht gegeben ist, so dass die Mehrlagen-Leiterplatte in beliebiger weise hergestellt und bestückt werden kann. Figure 7: an embodiment modified from the aforementioned embodiment, in which it results that not only heat sinks and heat sources can be arranged on angled portions of a multilayer printed circuit board, but also additional electrical connection elements in the embodiment of Figure 1 is not one deformed multilayer printed circuit board 1, as it is subjected to a conventional manufacturing process. The advantage here is that during this manufacturing process a bend is not yet given, so that the multilayer printed circuit board can be manufactured and assembled in any way.
Sie besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel aus zwei voneinander abwinkelbaren Leiterplattensegmenten 2, 3, die über eine Biegekante 8 winklig miteinander verbunden sind. Die Biegekante 8 kann hierbei durch eine, sich über die Breite der Mehrlagen- Leiterplatte erstreckende Fräsnut 15 gebildet werden, so dass eine längs der Biegekante 8 erfolgte Materialschwächung im Basismaterial der Mehrlagen- Leiterplatte stattfindet, um eine Biegung gemäß Figur 3 zu erzielen. It consists in the illustrated embodiment of two mutually bendable circuit board segments 2, 3, which are connected via a bending edge 8 at an angle to each other. In this case, the bending edge 8 can be formed by a milling groove 15 extending over the width of the multilayer printed circuit board, so that a material weakening along the bending edge 8 takes place in the base material of the multilayer printed circuit board in order to achieve a bending according to FIG.
Die Abwinklung des einen Leiterplattensegments 3 zu dem anderen Leiterplattensegment 2 erfolgt also im Bereich der Biegekante 8 um einen Biegewinkel 11 , der vorzugsweise im Bereich zwischen 0 und 150° liegen kann. Wichtig ist nun, dass auf dem einen Leiterplattensegment 2 wahlweise entweder eine Wärmequelle 4 oder eine Wärmesenke 7 angeordnet sein kann und auf dem gegenüberliegenden Leiterplattensegment jeweils umgekehrt die Wärmesenke 7 oder die Wärmequelle 4. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist auf dem Leiterplattensegment 2 die Wärmequelle 4 angeordnet, die beispielsweise über Wärmeleitbohrungen 10 wärmeleitend mit der Oberfläche des Dickkupfer-Profils 5 verbunden ist, wobei dann die Wärmeleitung von dieser Wärmequelle 4 in Pfeilrichtung 6 in Längsrichtung des Dickkupfer-Profils 5 über die Biegekante 8 hinweg zu dem davon abgewinkelten Leiterplattensegment 3 erfolgt, an dem die Wärmesenke 7 angeordnet ist. The angling of one circuit board segment 3 to the other circuit board segment 2 thus takes place in the region of the bending edge 8 by a bending angle 11, which may preferably be in the range between 0 and 150 °. It is important now that either a heat source 4 or a heat sink 7 can be arranged on the one printed circuit board segment 2 and reversibly the heat sink 7 or the heat source 4 on the opposite circuit board segment. In the embodiment shown, the heat source 4 is arranged on the printed circuit board segment 2, which is thermally conductively connected, for example via heat conducting holes 10 with the surface of the thick copper profile 5, in which case the heat conduction from this heat source 4 takes place in the direction of arrow 6 in the direction of arrow 6 in the longitudinal direction of the thick copper profile 5 on the bending edge 8 away from the angled printed circuit board segment 3, on the the heat sink 7 is arranged.
Die Wärmesenke 7 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Kühlkörper ausgebildet. Sie könnte auch als Heat-Pipe ausgebildet sein oder als Gehäuseteil, mit dem das Leiterplattensegment 3 wärmeleitend verbunden ist. The heat sink 7 is formed in the embodiment shown as a heat sink. It could also be designed as a heat pipe or as a housing part, with which the printed circuit board segment 3 is thermally conductively connected.
Damit ergibt sich erstmals die Möglichkeit, dass man auch bei beengten Einbauverhältnissen die Möglichkeit geschaffen hat, ein abgewinkeltes Leiterplatten-Segment 3 zur Wärmeabfuhr zu verwenden, indem es mit einer geeigneten Wärmesenke 7 wärmeleitend verbunden ist. This results for the first time in the possibility that even in cramped installation conditions has created the possibility of using an angled printed circuit board segment 3 for heat dissipation by being thermally conductively connected to a suitable heat sink 7.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Wärmesenke 7 über Wärmeleitbohrungen 10 wärmeleitend mit dem Dickkupfer-Profil 5 verbunden. Es können noch zusätzliche durchgehende Wärmeleitbohrungen 9 (Thermo-Vias) verwendet werden. In the illustrated embodiment, the heat sink 7 is thermally conductively connected via heat conducting bores 10 with the thick copper profile 5. Additional continuous heat conducting holes 9 (thermal vias) can be used.
Auch derartige verschiedenartige Wärmeleitbohrungen 9, 10 können auf Seiten der Wärmequelle 4 verwendet werden. Such various types of heat conducting bores 9, 10 can also be used on the heat source 4 side.
Im Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist dargestellt, dass es nicht notwendig ist, bei dem abgewinkelten segmentierten Leiterplattensegment 3 die Oberfläche zu erhalten. Es kann dann auch vorgesehen sein, dass in diesem Bereich die Oberseite und/oder die Unterseite des Dickkupfer-Profils 5 freigestellt ist, was als Beispiel mit den beiden Freistellungen 12, 13 angegeben ist. Ebenso kann es auf Seiten der Wärmequelle vorgesehen sein, die Wärmequelle direkt über eine Freistellung wärmeleitend mit der Oberfläche des Dickkupfer- Profils 5 zu verbinden. Die Figuren 5 und 6 zeigen jeweils die entgegengesetzten Ansichten auf die Wärme abgebende und die Wärme empfangende Leiterplatte 2, 3. In the embodiment according to FIG. 4, it is shown that it is not necessary to obtain the surface in the angled segmented printed circuit board segment 3. It can then be provided that in this area the top and / or the bottom of the thick copper profile 5 is exempted, which is given as an example with the two exemptions 12, 13. Likewise, it may be provided on the side of the heat source to connect the heat source directly via an exemption thermally conductive with the surface of the thick copper profile 5. Figures 5 and 6 respectively show the opposite views on the heat-dissipating and the heat-receiving circuit board 2, 3rd
Die Wärme abgebende Seite ist im gezeigten Ausführungsbeispiel nach Figur 5 durch zwei nebeneinander liegende Wärmequellen 4a, 4b gebildet, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als LED's ausgebildet sind. Die eine LED hat noch zusätzliche durchgehende Wärmeleitbohrungen 9 bis zur Unterseite des Leiterplattensegmentes 2, während die andere LED als Wärmequelle 4b in einem kurzen Abstand über dem Dickkupfer-Profil 5b angeordnet ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wirken also zwei parallel nebeneinander angeordnete Dickkupfer-Profile 5a, 5b als Wärmeleitelemente, die sich über die Biegekante 8 hinweg erstrecken und mit den in Figur 6 dargestellten Wärmesenken 7a, 7b wärmeleitend verbunden sind. Es ist jeweils nur beispielhaft dargestellt, dass die thermische Verbindung jeweils durch Wärmeleitbohrungen 10 (in Form von Sacklochbohrungen) oder über durchgehende Wärmeleitbohrungen 9 erfolgt. The heat-emitting side is formed in the embodiment shown in Figure 5 by two adjacent heat sources 4a, 4b, which are formed in the embodiment shown as LEDs. The one LED has additional continuous heat conducting holes 9 to the bottom of the printed circuit board segment 2, while the other LED is arranged as a heat source 4b at a short distance above the thick copper profile 5b. In the exemplary embodiment shown, therefore, two thick copper profiles 5a, 5b arranged parallel to one another act as heat-conducting elements, which extend over the bending edge 8 and are connected in a heat-conducting manner to the heat sinks 7a, 7b shown in FIG. It is only shown by way of example that the thermal connection takes place in each case by means of heat conducting bores 10 (in the form of blind bores) or via continuous heat conducting bores 9.
Es ist jedoch gleichgültig, wo diese Wärmeleitverbindungen angeordnet sind. Jegliche thermische Verbindung zwischen den Wärmequellen 4a und 4b zu dem jeweiligen Dickkupfer-Profil 5a, 5b und jegliche andere thermische Verbindung zwischen den Wärmesenken 7a und 7b zu den jeweiligen wärmeliefernden Abschnitten des Dickkupfer-Profils 5a, 5b wird von der Erfindung umfasst. Die Figur 7 zeigt als dritte Ausführungsform der Erfindung, wobei im Bereich einer Basisplatte, die ein erstes Lagerplattensegment 3 darstellt, ein mittlerer Kühlkörper 7 als Wärmesenke montiert ist und an der Oberseite dieser Mehrlagen-Leiterplatte eine Wärmequelle 4b angeordnet ist. Die Wärmeleitung erfolgt direkt über den hier dargestellten vertikalen Pfeil. Wichtig ist, dass jenseits der Biegekante 8b eine Wärmequelle 4a angeordnet ist, die ihre Wärmeabgabe entsprechend dem eingezeichneten Pfeil über das erfindungsgemäße dauerhaft biegbare und plastisch verformbare Dickkupfer-Profil 5b auf den Kühlkörper 7 einleitet. Das Dickkupferprofil ist somit als wärmeleitendes bzw. funktionelles Element ausgebildet. However, it does not matter where these Wärmeleitverbindungen are arranged. Any thermal connection between the heat sources 4a and 4b to the respective thick copper profile 5a, 5b and any other thermal connection between the heat sinks 7a and 7b to the respective heat-delivering portions of the thick copper profile 5a, 5b is encompassed by the invention. Figure 7 shows a third embodiment of the invention, wherein in the region of a base plate, which is a first bearing plate segment 3, a middle heat sink 7 is mounted as a heat sink and at the top of this multilayer printed circuit board, a heat source 4b is arranged. The heat conduction takes place directly over the vertical arrow shown here. It is important that on the other side of the bending edge 8b, a heat source 4a is arranged, which initiates its heat output according to the arrow shown on the inventive permanently flexible and plastically deformable thick copper profile 5b on the heat sink 7. The thick copper profile is thus formed as a heat-conducting or functional element.
Auf der anderen Seite ist das Leiterplattensegment 2 abgewinkelt über die Biegekante 8a dargestellt, und dieses Segment trägt ein Kontaktelement 13, welches zur elektrischen Kontaktierung entweder vom im Leiterplattenverbund der mehrlagigen Leiterplatte angeordnete weitere Leiterbahnen 14 dient oder welches - in einer anderen Ausführungsform - auch zur elektrischen Kontaktierung des Dickkupfer-Profils 5 dient. On the other hand, the printed circuit board segment 2 is shown angled over the bending edge 8a, and this segment carries a contact element 13, which serves for electrical contacting either of arranged in the printed circuit board assembly of the multilayer printed circuit board further interconnects 14 or which - in another embodiment - also for electrical Contacting the thick copper profile 5 is used.
Zeichnungslegende drawing Legend
1 Mehrlagen-Leiterplatte 1 multi-layer circuit board
2 Leiterplatten-Segment  2 PCB segment
3 Leiterplatten-Segment  3 PCB segment
4 Wärmequelle  4 heat source
5 Dickkupfer-Profil  5 thick copper profile
6 Pfeilrichtung  6 arrow direction
7 Wärmesenke  7 heat sink
8 Biegekante  8 bending edge
9 Wärmeleitbohrung (Thermo-Via)  9 heat conducting bore (thermo-via)
10 Wärmeleitbohrung (Sackloch)  10 heat conducting bore (blind hole)
11 Biegewinkel  11 bending angle
12 Freistellung  12 time off
13 Freistellung  13 exemption
14 Leiterbahn  14 trace
15 Fräsnut  15 milling groove

Claims

Patentansprüche claims
1. Mehrlagen-Leiterplatte (1 ), bestehend aus mindestens zwei voneinander abwinkelbaren Leiterplattensegmenten (2, 3), welche durch mindestens ein funktionelles Element über mindestens eine Biegekante (8) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Leiterplattensegment (2) mindestens eine Wärmequelle (4) und jenseits der Biegekante (8) auf dem weiteren Leiterplattensegment (3) mindestens eine Wärmesenke (7) angeordnet ist und dass die Wärmeübertragung zwischen der Wärmequelle (4) und der Wärmesenke (7) über mindestens ein dauerhaft plastisch verformbares Dickkupfer-Profil (5) stattfindet. 1. multilayer printed circuit board (1) consisting of at least two mutually bendable printed circuit board segments (2, 3), which are interconnected by at least one functional element via at least one bending edge (8), characterized in that on the printed circuit board segment (2) at least a heat source (4) and beyond the bending edge (8) on the other circuit board segment (3) at least one heat sink (7) is arranged and that the heat transfer between the heat source (4) and the heat sink (7) via at least one permanently plastically deformable thick copper Profile (5) takes place.
2. Mehrlagen-Leiterplatte (1 ), bestehend aus mindestens zwei voneinander abwinkelbaren Leiterplattensegmenten (2, 3), welche durch mindestens ein funktionelles Element (5) über mindestens eine Biegekante (8) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Leiterplattensegmenten (2) mindestens eine Wärmesenke (7) und jenseits der Biegekante (8) auf dem weiteren Leiterplattensegment (3) mindestens eine Wärmequelle (4) angeordnet ist und dass die Wärmeübertragung zwischen der Wärmequelle (4) und der Wärmesenke (7) über mindestens ein dauerhaft plastisch verformbares Dickkupfer-Profil (5) stattfindet. 2. multilayer printed circuit board (1), comprising at least two mutually bendable printed circuit board segments (2, 3), which are interconnected by at least one functional element (5) via at least one bending edge (8), characterized in that on the printed circuit board segments ( 2) at least one heat sink (7) and beyond the bending edge (8) on the other circuit board segment (3) at least one heat source (4) is arranged and that the heat transfer between the heat source (4) and the heat sink (7) via at least one permanently plastically deformable thick copper profile (5) takes place.
3. Mehrlagen-Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dickkupfer-Profil (5) die Biegekante (8) zwischen den segmentierten3. Multi-layer printed circuit board according to claim 1 or 2, characterized in that the thick copper profile (5), the bending edge (8) between the segmented
Leiterplattenabschnitten (2, 3) überbrückt und stromführend ausgebildet ist. Printed circuit board sections (2, 3) bridged and formed current-carrying.
4. Mehrlagen-Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (4) oder die Wärmesenke (7) über mindestens eine Wärmeleitbohrung (10) mit der Oberfläche des Dickkupfer-Profils (5) verbunden ist. 4. Multi-layer printed circuit board according to one of claims 1 to 3, characterized in that the heat source (4) or the heat sink (7) via at least one heat conducting bore (10) with the surface of the thick copper profile (5) is connected.
5. Mehrlagen-Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dickkupfer-Profil (5) mindestens eine durchgehende Wärmeleitbohrung (9) aufweist. 5. Multi-layer printed circuit board according to one of claims 1 to 4, characterized in that the thick copper profile (5) has at least one continuous heat conducting bore (9).
6. Mehrlagen-Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Bereich des Leiterplattensegment (2, 3) die Oberseite und/oder die Unterseite des Dickkupfer-Profils (5) teilweise mindestens eine Freistellungen (12, 13) aufweist. 6. multilayer printed circuit board according to one of claims 1 to 5, characterized in that in a region of the printed circuit board segment (2, 3) the top and / or bottom of the thick copper profile (5) partially at least one exemptions (12, 13) having.
7. Mehrlagen-Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegekante (8) durch eine, sich über die Breite der Mehrlagen-Leiterplatte (1) erstreckende Fräsnut (15) gebildet ist. 7. multilayer printed circuit board according to one of claims 1 to 6, characterized in that the bending edge (8) by a, over the width of the multilayer printed circuit board (1) extending milling groove (15) is formed.
8. Mehrlagen-Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dickkupfer-Profil (5) eine die Oberfläche erhöhende8. multilayer printed circuit board according to one of claims 1 to 7, characterized in that the thick copper profile (5) increasing the surface
Struktur, wie z.B. Rillen oder Nuten aufweist. Structure, e.g. Has grooves or grooves.
9. Mehrlagen-Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke als Kühlkörper (7) ausgebildet ist. 9. multilayer printed circuit board according to one of claims 1 to 8, characterized in that the heat sink is designed as a heat sink (7).
10. Mehrlagen-Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dickkupfer-Profil (5) eine Dicke von zumindest 500 pm und eine Breite vom zumindest 500 pm aufweist. 10. multilayer printed circuit board according to one of claims 1 to 9, characterized in that the thick copper profile (5) has a thickness of at least 500 pm and a width of at least 500 pm.
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