WO2021151639A1 - Leiterplatte mit gehäuseteil - Google Patents

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WO2021151639A1
WO2021151639A1 PCT/EP2021/050358 EP2021050358W WO2021151639A1 WO 2021151639 A1 WO2021151639 A1 WO 2021151639A1 EP 2021050358 W EP2021050358 W EP 2021050358W WO 2021151639 A1 WO2021151639 A1 WO 2021151639A1
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WO
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circuit board
housing part
sheet metal
printed circuit
bot
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/050358
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Wortberg
Original Assignee
Lisa Dräxlmaier GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lisa Dräxlmaier GmbH filed Critical Lisa Dräxlmaier GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20436—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing
    • H05K7/20445—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing the coupling element being an additional piece, e.g. thermal standoff

Definitions

  • the present invention relates to a printed circuit board with a housing part.
  • the invention also relates to a method for producing a printed circuit board with a housing part.
  • Printed circuit boards can be used in various branches of industry, such as industrial electronics, vehicle technology, aviation, etc., and are used there in various technical applications, for example in power electronics, signal processing, etc.
  • power electronics which require a high current-carrying capacity and / or rapid heat dissipation from components of the circuit board, such as power semiconductors. These can heat up due to the power loss, high packing density of the components on the circuit board, high clock frequencies, etc. and should often be cooled.
  • high-current circuit boards can be used, for example, which have conductor tracks with comparatively large conductor cross-sections, which are produced using thick copper technology, for example. Heat can be dissipated via the large conductor tracks.
  • thermally conductive pads that can be arranged on the circuit board in order to be brought into contact with the components to be cooled and / or with a metallic heat sink.
  • high-current circuit boards and thermally conductive pads are expensive, so that there may be a desire for a circuit board that is improved in terms of thermal management. Description of the invention
  • a first aspect of the invention relates to a printed circuit board.
  • the printed circuit board has: a substrate with a flat first side and a flat second side opposite this, at least one sheet, which is attached with a narrow side to the second side of the substrate and protrudes from the soldering side in such a way that a flat side of the sheet in Relation to the soldering side is exposed, and a housing part which surrounds the sheet at least in sections and is coupled to the sheet in a heat-transferring manner.
  • the first side can also be understood, for example, as a flat side, top side or, if necessary, as a component side.
  • the designation second side can also be understood, for example, as an underside or possibly as a soldering side. These designations can be understood broadly in this context and in principle serve to distinguish between a first flat side and a second flat side of the circuit board.
  • the circuit board can also be populated on both sides. If necessary, the printed circuit board can also be formed from a plurality of substrates in multiple layers.
  • the sheet metal can be made of a thermally conductive and / or electrically conductive material, such as a copper material, a copper alloy, an aluminum material, an aluminum alloy or another suitable metal material.
  • a thermally conductive and / or electrically conductive material such as a copper material, a copper alloy, an aluminum material, an aluminum alloy or another suitable metal material.
  • it can have a thickness of about 0.2 mm to about 2.5 mm, preferably about 0.5 mm to about 2 mm, particularly preferably about 1 mm.
  • the sheet metal can protrude from the printed circuit board, in particular from its soldering side, in the manner of a cooling fin, and can be exposed with the flat side as a type of contact surface to the environment.
  • a measure over which the sheet metal extends away from the circuit board for example from about 10 mm to about 120 mm, preferably from about 20 mm to about 100 mm, particularly preferably from about 40 mm to about 50 mm.
  • the housing part can be made from a base material that differs from the sheet metal, that is to say from a material that differs from a metal material.
  • the housing part can be the only part of a housing, in particular the surrounding housing, for the printed circuit board.
  • the housing part can, however, also be one of several housing parts which together form a housing, in particular a surrounding housing, for the printed circuit board.
  • the heat transfer coupling can use one or more types of heat transfer, such as heat conduction, convection, and heat radiation.
  • heat conduction heat conduction
  • convection convection
  • heat radiation heat radiation
  • at least a large part of the heat can be transferred via thermal conduction, in that the sheet metal and the housing part are mechanically coupled.
  • the proposed circuit board enables improved thermal management.
  • the size of the sheet can be varied to provide a larger surface for heat dissipation.
  • the sheet metal can also function as a kind of conductor track or electrical conductor at the same time, so that - unlike high-current circuit boards with thick copper technology - a particularly large cross-section can be made available for both heat dissipation and current conduction.
  • the circuit board can be made available particularly inexpensively due to its simple structure and simple manufacture.
  • the housing part can be made from a plastic.
  • the plastic can preferably be thermally conductive. It can be suitable for being manufactured by injection molding and, if necessary, for being freely malleable.
  • the plastic can be a composite material that has, for example, PA, PBT, PP, PPS, PEEK or the like as a base polymer and is thermally conductive due to suitable fillers.
  • the circuit board can be equipped with a plastic housing with little effort, which at the same time has a heat-conducting effect.
  • the housing part can have at least one outer contact surface for heat transfer to the environment and the outer contact surface can be in Be substantially parallel to the flat side of the sheet.
  • the heat transfer can take place here from the flat side of the sheet metal via the thermally conductive coupling and the housing part to the environment.
  • the housing part can have a rib-like projection for receiving the sheet metal.
  • the projection can have a cavity inside, in which at least a part of the sheet metal protruding from the circuit board is received and coupled to the housing part. A large surface area for heat dissipation can thus be provided.
  • the cavity can, for example, have a fit between its inner walls and the sheet metal in order to couple the two to one another, or the cavity is or will be filled at least in sections with a thermally conductive material.
  • the housing part can have a number of cooling fins on an outside.
  • the cooling fins can either be formed integrally with the material of the housing part, or separately from the same or a similar or compatible material, or separately from a Meta II material, ceramic or the like. This allows the surface area for heat dissipation to be increased even further.
  • the cooling fins can be aligned transversely and / or perpendicularly to the flat side of the sheet metal.
  • the housing part can have a fastening flange which can be or is filled with a resin.
  • the resin may preferably be thermally conductive. It can also be flowable. This allows the arrangement of the housing part and printed circuit board to be sealed against external influences, such as liquid or gaseous media.
  • the resin can also provide attachment.
  • an additional connection means such as a screw connection, a rivet connection or the like, can be provided.
  • the sheet metal and the housing part can be coupled to one another by means of a thermally conductive resin.
  • a thermally conductive resin for example, an interior of the housing part that surrounds the sheet metal can be or at least partially filled with the resin, which then at least partially fills an air gap between an inner wall and the sheet metal.
  • the resin can at least partially fill an interior space between a surface of the sheet metal and an inside of the housing part.
  • the resin can be a hardenable or hardened potting compound.
  • the resin can be flowable, viscous, and the like prior to curing. A particularly simple production is thereby possible.
  • the sheet metal can form an electrical connection between a first component and a second component with which the printed circuit board is fitted.
  • the sheet metal can be set up to conduct current or to carry current. This function can be similar or identical to the function of a conductor track. As a result, a high current can also be conducted and any additional heat generated can be dissipated directly.
  • the sheet metal can be electrically connected to at least one first electrical contact, at least one power transistor and at least one second electrical contact on the printed circuit board.
  • the first contact can be set up, for example, to feed in a current.
  • the second contact can be set up, for example, to discharge the current.
  • the power transistor can be set up to switch the current.
  • a second aspect of the invention relates to a method for producing a printed circuit board.
  • the procedure consists of the following steps:
  • Arranging at least one sheet on a substrate which has a first side, for example an upper side or component side, and a second side, for example an underside or soldering side, in such a way that the sheet preferably protrudes from the second side and at least one flat side of the sheet is exposed in relation to the second side, and heat-transferring coupling of the sheet metal to a housing part which surrounds the sheet metal at least in sections.
  • the circuit board described above can be produced in this way.
  • the sheet metal when the sheet metal is coupled to the housing part, the sheet metal can be brought into contact with a hardenable resin and the resin can then be hardened. This enables the printed circuit board to be manufactured in a particularly simple manner.
  • Figure 1 is a schematic bottom view of a circuit board according to an embodiment
  • Figure 2 is a schematic top view of a circuit board according to an embodiment
  • Figure 3 is a schematic side view of a circuit board according to an embodiment
  • Figure 4 is a schematic side view of a circuit board according to an embodiment
  • Figure 5 is a schematic sectional view of a housing part for a Circuit board according to one embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic side view of a printed circuit board with a housing part according to an embodiment
  • FIG. 7 shows a schematic sectional view of a housing part for a printed circuit board according to an embodiment
  • FIG. 8 shows a schematic sectional view of a housing part for a printed circuit board according to an embodiment
  • FIG. 9 shows a schematic sectional view of a printed circuit board with two housing parts according to one embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic view from below of a printed circuit board 100 according to one embodiment. This can be used in many ways, for example for switching a current, for measuring a current, etc.
  • An exemplary application can be in an on-board electrical system of a motor vehicle, for example in a power distributor or the like.
  • the printed circuit board 100 has a substrate 110 which can be single-layer or, if necessary, multi-layer.
  • the substrate 110 has, possibly also per layer, a first side TOP, which is generally an upper side of the circuit board and represents a flat side of the circuit board 100.
  • the first side TOP can also be referred to as the component side, whereby this does not necessarily exclude a double-sided component, but rather can specify the installation position of the printed circuit board 100.
  • the substrate 110 has a second side BOT, which is opposite the first side TOP and represents a flat side of the printed circuit board 100.
  • the second side BOT can also be referred to as the soldering side, whereby this does not necessarily exclude a two-sided assembly, but the second side BOT can also be equipped.
  • the second side BOT is shown in FIG.
  • At least one sheet metal 120 is attached to the second side BOT, that is to say to the side shown in FIG. 1, of the printed circuit board 100 or the substrate 110.
  • three metal sheets 120 are attached to the second side BOT by way of example, the arrangement being able to vary depending on the assembly and / or function of the circuit board 100.
  • Each of the metal sheets 120 is attached with a narrow side to the second side BOT of the substrate 110 and, for example, is connected to it in a materially bonded manner.
  • the joining of the sheet metal 120 to the second side BOT or to the substrate 110 can be carried out, for example, by soldering, welding, etc..
  • the sheet metal 120 protrudes from the second side BOT and one or both of the flat sides are exposed or exposed to the surroundings of the circuit board 100.
  • Flat sides of the one or more metal sheets 120 are arranged approximately perpendicular to the second side BOT.
  • the respective sheet is made, for example, of a thermally conductive and / or electrically conductive material, such as a copper material, a copper alloy, an aluminum material, an aluminum alloy or another suitable Meta II material. It has, for example, a thickness or strength of approximately 0.2 mm to about 2.5 mm, preferably from about 0.5 mm to about 2 mm, particularly preferably from about 1 mm.
  • a dimension over which the sheet metal extends away from the circuit board can be varied depending on the intended use or technical application, for example from about 10 mm to about 120 mm, preferably from about 20 mm to about 100 mm, particularly preferred from about 40 mm to about 50 mm.
  • the circuit board 100 here exemplarily has a number of electrical components 130, 140, 150, which are merely exemplified by a first electrical contact 130 for feeding in a current, a number of power transistors 140 for switching the current and a second contact 150 for Discharge of the electricity acts.
  • These components 130, 140, 150 are electrically connected to one another via the metal sheets 120, which accordingly carry the switched current.
  • the electrical connection can be made, for example, via conductor tracks, pads or the like.
  • the type, the arrangement and the number of the components 130, 140, 150 can vary depending on the intended use of the circuit board 100.
  • the components 130, 140, 150 are drawn in dashed lines to indicate that they are arranged at least essentially on the first side TOP.
  • FIG. 2 now shows the first side TOP of the printed circuit board 100 or of the substrate 110 in a schematic top view.
  • the metal sheets 120 are drawn in dashed lines to indicate that they are arranged on the second side BOT.
  • Figure 3 shows the circuit board 100 in a schematic side view. It can be seen in this that the metal sheets 120 protrude from the second side BOT of the printed circuit board 100 or the substrate 110 and are exposed with their flat sides, that is to say a large part of the available area. This allows heat to be dissipated.
  • FIG. 4 shows a schematic side view of the printed circuit board 100 rotated compared to the side view according to FIG Available area, are uncovered. This allows heat to be dissipated.
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view of a first housing part 160.
  • the housing part 160 is here a lower housing part and is designed to house the printed circuit board 100 from the second side BOT, at least in sections. In other words, the housing part 160 faces the second side BOT of the printed circuit board 100 or the substrate 110 in its installed position.
  • the housing part 160 is made of a plastic that is preferably thermally conductive.
  • the housing part 160 has a number of rib-like projections 161, in each of which one of the metal sheets 120 can be received or housed and can thus be coupled in a heat-transferring manner.
  • the housing part 160 has a number of outer contact surfaces 162 for heat transfer to the environment, the one or more outer contact surfaces 162, for example, being part of the projections 161 and being essentially parallel to the flat side of the respective sheet metal 120 the housing part 160 has a flange or fastening flange 163 which is set up to couple the first housing part 160 to the substrate 110 or a further housing part.
  • the fastening flange 163 can be formed by one groove or a plurality of grooves or the like.
  • the first housing part 160 is shown in a further embodiment, it being shown in a schematic sectional view.
  • the first housing part 160 has a number of cooling fins 164 on an outer side. These can, for example, be arranged in a comb-like manner, in particular with a large number of individual cooling fins 164.
  • the cooling fins 164 in this embodiment extend away from the outer contact surface 162 of the first housing part 160.
  • FIG. 7 shows, in a schematic sectional view, the first housing part 160, which in principle can be one of the embodiments according to FIG. 5 or FIG.
  • the fastening flange 163, which is designed here as a type of groove now has a sealing means 170, which is a resin here.
  • the fastening flange 163 is at least partially filled with the resin 170.
  • the projections 161 of the first housing part 160 are also partially filled with the sealant 170, which can also be the resin.
  • the resin 170 is liquid or viscous and is designed to cure after a period of time or as a result of treatment with UV light, heat, etc., to cure.
  • the resin 170 can be provided, for example, as a curable potting compound.
  • the circuit board 100 is shown in a schematic (partial) sectional view.
  • the printed circuit board 100 has a second housing part 180.
  • the second housing part 180 is here an upper housing part and is set up to enclose the printed circuit board 100 at least in sections from the first side TOP.
  • the housing part 180 faces the first side TOP of the printed circuit board 100 or the substrate 110 in its installed position.
  • the second housing part 180 is made of a plastic that does not necessarily have to be thermally conductive or identical to the plastic of the first housing part 160, since at least a considerable proportion of the heat to be dissipated can be dissipated via the metal sheets 120 and / or the first housing part 160.
  • the second housing part 180 can therefore also be made of a simpler, more cost-effective plastic.
  • the second housing part 180 is attached or fastened to the substrate 110, for example, it being possible for this to be clipped, for example.
  • the second housing part 180 can also, alternatively or additionally, be connected to the first housing part 160.
  • several of the components 150 are guided to the outside through the second housing part 180 as electrical contacts, for example a plug contact or the like. It should be noted that the components 150 do not necessarily have to be guided to the outside from the first side TOP of the substrate 110, but the components 150 can also be guided to the outside from the second side BOT via the first housing part 160.
  • FIG. 9 which shows the printed circuit board 100 in a schematic (partial) sectional view
  • the housing parts 160 and 180 are coupled to one another via the sealing compound or the resin 170.
  • the metal sheets 1200 are also coupled to the respective inner sides of the housing part 160 via the sealing compound or the resin 170.
  • the embodiments of the printed circuit board 100 described above can be produced, for example, as described below.
  • the at least one sheet 120 is attached to the substrate 110, which has the first side TOP and the second side BOT, in such a way that the sheet 120 protrudes from the second side BOT and at least one flat side of the sheet 120 with respect to the second side BOT is exposed. Then there is a heat-transferring coupling of the sheet metal 120 to the housing part 160, which surrounds the sheet metal 120 at least in sections.
  • circuit board 110 substrate 120 sheet metal
  • sealing compound e.g. resin

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Leiterplatte (100), aufweisend ein Substrat (110) mit einer ersten Seite (TOP) und einer zweiten Seite (BOT), wenigstens ein Blech (120), das mit einer Schmalseite an der zweiten Seite (BOT) des Substrats (110) angebracht ist und von der zweiten Seite (BOT) derart vorsteht, dass eine Flachseite des Blechs (120) in Bezug auf die zweite Seite (BOT) freiliegt, und ein Gehäuseteil (160), das das Blech (120) zumindest abschnittsweise umgibt und mit dem Blech (120) wärmeübertragend gekoppelt ist.

Description

LEITERPLATTE MIT GEHAUSETEIL
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte mit Gehäuseteil. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte mit Gehäuseteil.
Stand der Technik
Leiterplatten können in verschiedenen Industriezweigen, wie etwa der Industrieelektronik, der Fahrzeugtechnik, der Luftfahrt, usw., verwendet werden und dort in verschiedenen technischen Anwendungen zum Einsatz kommen, beispielsweise in der Leistungselektronik, Signalverarbeitung, usw. Beispielsweise in der Leistungselektronik gibt es Anwendungen, bei denen eine hohe Stromtragfähigkeit und/oder eine rasche Entwärmung von Komponenten der Leiterplatte, wie etwa Leistungshalbleitern, erforderlich ist. Diese können sich aufgrund der Verlustleistung, hoher Packungsdichte der Komponenten auf der Leiterplatte, hohen Taktfrequenzen, usw. erwärmen und sollen häufig entwärmt werden.
Für technische Anwendungen, die eine hohe Stromtragfähigkeit benötigen, können beispielweise sogenannte Hochstrom-Leiterplatten verwendet werden, die Leiterbahnen mit vergleichsweise großen Leiterquerschnitten haben, die z.B. mittels Dickkupfertechnik hergestellt sind. Über die groß dimensionierten Leiterbahnen kann Wärme abgeführt werden. Zudem gibt es wärmeleitende Pads, die auf der Leiterplatte angeordnet werden können, um mit den zu entwärmenden Komponenten und/oder mit einem metallischen Kühlkörper in Kontakt gebracht zu werden. Hochstrom-Leiterplatten und wärmeleitende Pads sind jedoch kostenintensiv, so dass der Wunsch nach einer Leiterplatte bestehen kann, die hinsichtlich Wärmemanagement verbessert ist. Beschreibung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel eine Leiterplatte mit verbessertem Wärmemanagement bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Leiterplatte. Die Leiterplatte weist auf: ein Substrat mit einer flächigen ersten Seite und einer dieser gegenüberliegenden, flächigen zweiten Seite, wenigstens ein Blech, das mit einer Schmalseite an der zweiten Seite des Substrats angebracht ist und von der Lötseite derart vorsteht, dass eine Flachseite des Blechs in Bezug auf die Lötseite freiliegt, und ein Gehäuseteil, das das Blech zumindest abschnittsweise umgibt und mit dem Blech wärmeübertragend gekoppelt ist.
Die erste Seite kann beispielsweise auch als Flachseite, Oberseite oder ggf. als Bestückungsseite verstanden werden. Die Bezeichnung zweite Seite kann beispielsweise auch als Unterseite oder ggf. als Lötseite verstanden werden. Diese Bezeichnungen können in diesem Zusammenhang breit verstanden werden und dienen im Prinzip der Unterscheidbarkeit einer ersten flächigen Seite und einer zweiten flächigen Seite der Leiterplatte. Die Leiterplatte kann auch beidseitig bestückt sein. Ggf. kann die Leiterplatte auch mehrschichtig aus mehreren Substraten gebildet sein.
Das Blech kann aus einem wärmeleitfähigen und/oder elektrisch leitfähigen Material, wie etwa einem Kupferwerkstoff, einer Kupferlegierung, einem Aluminiumwerkstoff, einer Aluminiumlegierung oder einem anderen geeigneten Metallwerkstoff gefertigt sein. Es kann beispielsweise eine Dicke bzw. Stärke von etwa 0,2 mm bis etwa 2,5 mm, bevorzugt von etwa 0,5 mm bis etwa 2 mm, besonders bevorzugt von etwa 1 mm, haben. Zudem kann das Blech nach Art einer Kühlrippe von der Leiterplatte, insbesondere von deren Lötseite, abstehen und mit der Flachseite als eine Art Kontaktfläche zur Umgebung hin freigelegt sein. Des Weiteren kann ein Maß, über das sich das Blech von der Leiterplatte weg erstreckt, je nach Einsatzzweck bzw. technischer Anwendung, variiert werden, beispielsweise von etwa 10 mm bis etwa 120 mm, bevorzugt von etwa 20 mm bis etwa 100 mm, besonders bevorzugt von etwa 40 mm bis etwa 50 mm.
Das Gehäuseteil kann aus einem zu dem Blech unterschiedlichen Grundmaterial, also aus einem zu einem Metallwerkstoff unterschiedlichen Werkstoff gefertigt sein. Zudem kann das Gehäuseteil der einzige Teil eines Gehäuses, insbesondere Umgehäuses, für die Leiterplatte sein. Das Gehäuseteil kann jedoch auch eines von mehreren Gehäuseteilen sein, die sich gemeinsam zu einem Gehäuse, insbesondere ein Umgehäuse, für die Leiterplatte ergänzen.
Die wärmeübertragende Kopplung kann eine oder mehrere Arten der Wärmeübertragung nutzen, wie etwa Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung. Vorzugsweise kann zumindest ein Großteil der Wärme über Wärmeleitung übertragen werden, indem das Blech und das Gehäuseteil also mechanisch gekoppelt sind.
Die vorgeschlagene Leiterplatte ermöglicht ein verbessertes Wärmemanagement. So kann die Blechgröße variiert werden, um eine größere Fläche zur Wärmeableitung bereitzustellen. Zudem kann das Blech auch gleichzeitig noch als eine Art Leiterbahn bzw. elektrischer Leiter funktionieren, so dass - anders als bei Hochstrom-Leiterplatten mit Dickkupfertechnik - ein besonders großer Querschnitt für sowohl die Wärmeableitung als auch das Stromleiten zur Verfügung gestellt werden kann. Des Weiteren kann die Leiterplatte aufgrund des einfachen Aufbaus und einer einfachen Herstellung besonders kostengünstig zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß einer Weiterbildung kann das Gehäuseteil aus einem Kunststoff gefertigt sein. Der Kunststoff kann vorzugsweise wärmeleitfähig sein. Er kann sich dazu eignen, im Spritzguss hergestellt zu werden und ggf. frei formbar zu sein. Der Kunststoff kann in einigen Ausführungsformen ein Verbundwerkstoff bzw. Compound sein, der als Basispolymer z.B. PA, PBT, PP, PPS, PEEK oder ähnliches aufweist und durch geeignete Füllstoffe wärmeleitend ist. Dadurch kann die Leiterplatte mit geringem Aufwand mit einem Kunststoffgehäuse ausgestattet werden, das zugleich wärmeleitend wirkt.
In einer Weiterbildung kann das Gehäuseteil wenigstens eine äußere Kontaktfläche zur Wärmeübertragung an die Umgebung aufweisen und die äußere Kontaktfläche kann im Wesentlichen parallel sein zu der Flachseite des Blechs. Die Wärmeübertragung kann hierbei von der Flachseite des Blechs über die wärmeleitende Kopplung und den Gehäuseteil an die Umgebung erfolgen.
Gemäß einer Weiterbildung kann das Gehäuseteil einen rippenartigen Vorsprung zur Aufnahme des Blechs aufweisen. Der Vorsprung kann innen einen Hohlraum aufweisen, in dem zumindest ein Teil des von der Leiterplatte abstehenden Blechs aufgenommen und mit dem Gehäuseteil gekoppelt ist. Somit kann eine große Oberfläche zur Wärmeableitung bereitgestellt werden. Der Hohlraum kann beispielsweise zwischen seinen Innenwänden und dem Blech eine Passung aufweisen, um beide miteinander zu koppeln, oder der Hohlraum ist bzw. wird mit einem wärmeleitfähigen Material zumindest abschnittsweise ausgefüllt.
In einer Weiterbildung kann das Gehäuseteil an einer Außenseite eine Anzahl von Kühlfinnen aufweisen. Die Kühlfinnen können entweder integral mit dem Material des Gehäuseteils, oder separat dazu aus dem gleichen oder einem ähnlichen oder verträglichen Material, oder separat dazu aus einem Meta II Werkstoff, Keramik oder ähnlichem ausgebildet sein. Dadurch lässt sich die Oberfläche zur Wärmeableitung noch weiter erhöhen.
Gemäß einer Weiterbildung können die Kühlfinnen quer und/oder senkrecht zu der Flachseite des Blechs ausgerichtet sind.
In einer Weiterbildung kann das Gehäuseteil einen Befestigungsflansch aufweisen, der mit einem Harz füllbar oder gefüllt ist. Das Harz kann vorzugsweise wärmeleitfähig sein. Es kann auch fließfähig sein. Damit lässt sich die Anordnung aus Gehäuseteil und Leiterplatte gegen äußere Einflüsse, wie etwa flüssige oder gasförmige Medien, abdichten. In einigen Ausführungsformen kann das Harz auch die Befestigung bewirken. In anderen Ausführungsformen kann ein zusätzliches Verbindungsmittel, wie eine Schraubenverbindung, eine Nietverbindung oder ähnliches vorgesehen sein.
Gemäß einer Weiterbildung können das Blech und das Gehäuseteil durch ein wärmeleitfähiges Harz miteinander gekoppelt sein. Beispielsweise kann ein Innenraum des Gehäuseteils, der das Blech umgibt, zumindest teilweise mit dem Harz gefüllt sein oder werden, das dann einen Luftspalt zwischen einer Innenwand und dem Blech zumindest teilweise ausfüllt. Dadurch ist eine besonders einfache Herstellung möglich. In einer Weiterbildung kann das Harz einen Innenraum zwischen einer Oberfläche des Blechs und einer Innenseite des Gehäuseteils zumindest teilweise ausfüllen.
Gemäß einer Weiterbildung kann das Harz eine aushärtbare oder ausgehärtete Vergussmasse sein. Das Harz kann vor dem Aushärten fließfähig, viskos und dergleichen sein. Dadurch ist eine besonders einfache Herstellung möglich.
In einer Weiterbildung kann das Blech eine elektrische Verbindung zwischen einem ersten Bauelement und einem zweiten Bauelement bilden, mit denen die Leiterplatte bestückt ist. In anderen Worten kann das Blech für eine Stromführung bzw. stromführend eingerichtet sein. Diese Funktion kann ähnlich oder gleich zur Funktion einer Leiterbahn sein. Dadurch kann auch ein hoher Strom geleitet und zusätzlich dabei entstehende Wärme direkt abgeleitet werden.
Gemäß einer Weiterbildung kann das Blech mit wenigstens einem ersten elektrischen Kontakt, wenigstens einem Leistungstransistor und wenigstens einem zweiten elektrischen Kontakt der Leiterplatte elektrisch verbunden sein. Der erste Kontakt kann beispielsweise zum Einspeisen eines Stroms eingerichtet sein. Der zweite Kontakt kann beispielsweise zum Abführen des Stroms eingerichtet sein. Der Leistungstransistor kann zum Schalten des Stroms eingerichtet sein. Dadurch kann ein hoher Strom geleitet und zusätzlich dabei entstehende Wärme direkt abgeleitet werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
Anordnen von wenigstens einem Blech an einem Substrat, das eine erste Seite, beispielsweise eine Oberseite oder Bestückungsseite, und eine zweite Seite, beispielsweise eine Unterseite oder Lötseite, aufweist, derart, dass das Blech von vorzugsweise der zweiten Seite vorsteht und wenigstens eine Flachseite des Blechs in Bezug auf die zweite Seite frei liegt, und wärmeübertragendes Koppeln des Blechs mit einem Gehäuseteil, das das Blech zumindest abschnittsweise umgibt.
Damit kann insbesondere die oben beschriebene Leiterplatte hergestellt werden. Gemäß einer Weiterbildung kann bei dem Koppeln des Blechs mit dem Gehäuseteil das Blech mit einem aushärtbaren Harz in Kontakt gebracht werden und das Harz dann ausgehärtet werden. Dies ermöglicht eine besonders einfache Herstellung der Leiterplatte.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von vorteilhaften Ausführungsformen und den begleitenden Figuren.
Kurze Figurenbeschreibung
Nachfolgend wird eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Unteransicht einer Leiterplatte gemäß einer Ausführungsform, Figur 2eine schematische Draufsicht auf eine Leiterplatte gemäß einer Ausführungsform, Figur 3eine schematische Seitenansicht einer Leiterplatte gemäß einer Ausführungsform, Figur 4eine schematische Seitenansicht einer Leiterplatte gemäß einer Ausführungsform, Figur 5eine schematische Schnittansicht eines Gehäuseteils für eine Leiterplatte gemäß einer Ausführungsform,
Figur 6eine schematische Seitenansicht einer Leiterplatte mit Gehäuseteil gemäß einer Ausführungsform,
Figur 7eine schematische Schnittansicht eines Gehäuseteils für eine Leiterplatte gemäß einer Ausführungsform,
Figur 8eine schematische Schnittansicht eines Gehäuseteils für eine Leiterplatte gemäß einer Ausführungsform und
Figur 9eine schematische Schnittansicht einer Leiterplatte mit zwei Gehäuseteilen gemäß einer Ausführungsform.
Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Detaillierte Beschreibung Figur 1 zeigt in einer schematischen Unteransicht eine Leiterplatte 100 gemäß einer Ausführungsform. Diese kann vielseitig eingesetzt werden, beispielsweise zum Schalten eines Stroms, zum Messen eines Stroms, usw. Eine beispielhafte Anwendung kann in einem elektrischen Bordnetz eines Kraftfahrzeugs sein, beispielsweise in einem Stromverteiler oder ähnlichem.
Die Leiterplatte 100 weist ein Substrat 110 auf, das einlagig oder ggf. mehrlagig sein kann. Das Substrat 110 weist, ggf. auch pro Lage, eine erste Seite TOP auf, bei der es sich allgemein um eine Oberseite der Leitplatte handelt und eine Flachseite der Leiterplatte 100 darstellt. Die erste Seite TOP kann jedoch beispielsweise bei einer einlagigen Leiterplatte 100 auch als Bestückungsseite bezeichnet werden, wobei dies eine zweiseitige Bestückung nicht zwingend ausschließt, sondern vielmehr die Einbaulage der Leiterplatte 100 spezifizieren kann. Zudem weist das Substrat 110 eine zweite Seite BOT auf, die der ersten Seite TOP gegenüberliegt und eine Flachseite der Leiterplatte 100 darstellt. Die zweite Seite BOT kann beispielsweise bei einer einlagigen Leiterplatte 100 auch als Lötseite bezeichnet werden, wobei dies eine zweiseitige Bestückung nicht zwingend ausschließt, sondern die zweite Seite BOT auch bestückt sein kann. In Figur 1 ist die zweite Seite BOT gezeigt.
An der zweiten Seite BOT, also an der in Figur 1 gezeigten Seite, der Leiterplatte 100 bzw. des Substrats 110 ist wenigstens ein Blech 120 angebracht. In Figur 1 sind exemplarisch drei Bleche 120 an der zweiten Seite BOT angebracht, wobei die Anordnung je nach Bestückung und/oder Funktion der Leiterplatte 100 variieren kann. Jedes der Bleche 120 ist mit einer Schmalseite an der zweiten Seite BOT des Substrats 110 angebracht und beispielsweise stoffschlüssig mit diesem verbunden. Das Verbinden des Blechs 120 mit der zweiten Seite BOT bzw. mit dem Substrat 110 kann beispielsweise durch Löten, Schweißen, usw. erfolgen. Durch das Anbringen des Blechs 120 über dessen Schmalseite steht das Blech 120 von der zweiten Seite BOT hervor und eine oder beide der Flachseiten sind freigelegt bzw. exponiert gegenüber der Umgebung der Leiterplatte 100. In der exemplarischen Ausführungsform gemäß Figur 1 sind die eine oder die mehreren Flachseiten des einen oder der mehreren Bleche 120 ungefähr senkrecht zu der zweiten Seite BOT angeordnet. Das jeweilige Blech ist beispielsweise aus einem wärmeleitfähigen und/oder elektrisch leitfähigen Material gefertigt, wie etwa einem Kupferwerkstoff, einer Kupferlegierung, einem Aluminiumwerkstoff, einer Aluminiumlegierung oder einem anderen geeigneten Meta II Werkstoff. Es weist beispielsweise eine Dicke bzw. Stärke von etwa 0,2 mm bis etwa 2,5 mm, bevorzugt von etwa 0,5 mm bis etwa 2 mm, besonders bevorzugt von etwa 1 mm, auf. Des Weiteren kann ein Maß, über das sich das Blech von der Leiterplatte weg erstreckt, je nach Einsatzzweck bzw. technischer Anwendung, variiert werden, beispielsweise von etwa 10 mm bis etwa 120 mm, bevorzugt von etwa 20 mm bis etwa 100 mm, besonders bevorzugt von etwa 40 mm bis etwa 50 mm.
Zudem weist die Leiterplatte 100 hier exemplarisch eine Anzahl elektrischer Bauelemente 130, 140, 150 auf, bei denen es sich lediglich beispielhaft um einen ersten elektrischen Kontakt 130 zum Einspeisen eines Stroms, eine Anzahl von Leistungstransistoren 140 zum Schalten des Stroms und einen zweiten Kontakt 150 zum Abführen des Stroms handelt. Diese Bauelemente 130, 140, 150 sind über die Bleche 120 miteinander elektrisch verbunden, die dementsprechend den geschalteten Strom führen. Die elektrische Verbindung kann beispielsweise über Leiterbahnen, Pads oder dergleichen erfolgen. Es sei angemerkt, dass die Art, die Anordnung und die Anzahl der Bauelemente 130, 140, 150 je nach Einsatzzweck der Leiterplatte 100 variieren können. In Figur 1 sind die Bauelemente 130, 140, 150 gestrichelt eingezeichnet, um anzudeuten, dass diese zumindest im Wesentlichen auf der ersten Seite TOP angeordnet sind.
Figur 2 zeigt nun in einer schematischen Draufsicht die erste Seite TOP der Leiterplatte 100 bzw. des Substrats 110. In Figur 2 sind die Bleche 120 gestrichelt eingezeichnet, um anzudeuten, dass diese auf der zweiten Seite BOT angeordnet sind.
Figur 3 zeigt die Leiterplatte 100 in einer schematischen Seitenansicht. Darin ist erkennbar, dass die Bleche 120 von der zweiten Seite BOT der Leiterplatte 100 bzw. des Substrats 110 abstehen und mit ihren Flachseiten, also einem Großteil der zur Verfügung stehenden Fläche, freigelegt sind. Dadurch kann Wärme abgeführt werden.
Figur 4 zeigt eine gegenüber der Seitenansicht gemäß Figur 3 gedrehte, schematische Seitenansicht der Leiterplatte 100. Darin ist erkennbar, dass die Bleche 120 von der zweiten Seite BOT der Leiterplatte 100 bzw. des Substrats 110 abstehen und mit ihren Flachseiten, also einem Großteil der zur Verfügung stehenden Fläche, freigelegt sind. Dadurch kann Wärme abgeführt werden. Figur 5 zeigt in einer schematischen Schnittansicht ein erstes Gehäuseteil 160. Das Gehäuseteil 160 ist hier ein Gehäuseunterteil und dazu eingerichtet, die Leiterplatte 100 von der zweiten Seite BOT her zumindest abschnittsweise einzuhausen. In anderen Worten, ist das Gehäuseteil 160 in seiner Einbaulage der zweiten Seite BOT der Leiterplatte 100 bzw. des Substrats 110 zugewandt. Das Gehäuseteil 160 ist aus einem Kunststoff gefertigt, der vorzugsweise wärmeleitfähig ist. Zudem weist das Gehäuseteil 160 eine Anzahl von rippenartigen Vorsprüngen 161 auf, in denen jeweils eines der Bleche 120 aufgenommen bzw. eingehaust werden kann und damit wärmeübertragend gekoppelt werden kann. Zudem weist das Gehäuseteil 160 weist eine Anzahl von äußeren Kontaktflächen 162 zur Wärmeübertragung an die Umgebung auf, wobei die eine oder die mehreren äußeren Kontaktflächen 162 beispielsweise ein Teil der Vorsprünge 161 sind und im Wesentlichen parallel sind zu der Flachseite des jeweiligen Blechs 120. Des Weiteren weist das Gehäuseteil 160 einen Flansch bzw. Befestigungsflansch 163 auf, der dazu eingerichtet ist, das erste Gehäuseteil 160 mit dem Substrat 110 oder einem weiteren Gehäuseteil zu koppeln. Beispielsweise kann der Befestigungsflansch 163 durch eine Nut oder mehrere Nuten oder ähnliches gebildet sein.
In Figur 6 ist das erste Gehäuseteil 160 in einerweiteren Ausführungsform gezeigt, wobei es in einer schematischen Schnittansicht gezeigt ist. Hier weist das erste Gehäuseteil 160 an einer Außenseite eine Anzahl von Kühlfinnen 164 auf. Diese können beispielsweise kammartig, insbesondere mit einer Vielzahl von einzelnen Kühlfinnen 164, angeordnet sein. Gemäß Figur 6 erstrecken sich die Kühlfinnen 164 in dieser Ausführungsform von der äußeren Kontaktfläche 162 des ersten Gehäuseteils 160 weg.
Figur 7 zeigt in einer schematischen Schnittansicht das erste Gehäuseteil 160, bei dem es sich prinzipiell um eine der Ausführungsformen gemäß Figur 5 oder Figur 6 handeln kann. Hier weist nun der Befestigungsflansch 163, der hier als eine Art Nut ausgebildet ist, ein Dichtmittel 170 auf, bei dem sich hier um ein Harz handelt. Hierzu ist der Befestigungsflansch 163 zumindest teilweise mit dem Harz 170 gefüllt. Auch die Vorsprünge 161 des ersten Gehäuseteils 160 sind mit dem Dichtmittel 170, bei dem es sich auch um das Harz handeln kann, teilweise gefüllt. Das Harz 170 ist flüssig oder viskos und dazu eingerichtet, nach Erreichen einer Zeitdauer oder durch eine Behandlung mit UV-Licht, Wärme usw., auszuhärten. Das Harz 170 kann beispielsweise als aushärtbare Vergussmasse bereitgestellt werden. In Figur 8 ist die Leiterplatte 100 in einer schematischen (Teil-)Schnittansicht gezeigt. Hier weist die die Leiterplatte 100 ein zweites Gehäuseteil 180 auf. Das zweite Gehäuseteil 180 ist hier ein Gehäuseoberteil und dazu eingerichtet, die Leiterplatte 100 von der ersten Seite TOP her zumindest abschnittsweise einzuhausen. In anderen Worten, ist das Gehäuseteil 180 in seiner Einbaulage der ersten Seite TOP der Leiterplatte 100 bzw. des Substrats 110 zugewandt. Das zweite Gehäuseteil 180 ist aus einem Kunststoff gefertigt, der nicht zwingend wärmeleitfähig oder gleich zu dem Kunststoff des ersten Gehäuseteils 160 sein muss, da ein zumindest ein erheblicher Anteil der abzuführenden Wärme über die Bleche 120 und/oder das erste Gehäuseteil 160 abgeführt werden kann. Das zweite Gehäuseteil 180 kann daher auch aus einem einfacheren, kostengünstigeren Kunststoff gefertigt sein. Das zweite Gehäuseteil 180 ist beispielsweise an das Substrat 110 angebracht bzw. an diesem befestigt, wobei hierzu beispielsweise eine Verklipsung vorgesehen sein kann. Das zweite Gehäuseteil 180 kann aber auch, alternativ oder zusätzlich, mit dem ersten Gehäuseteil 160 verbunden sein. Zudem sind gemäß Figur 8 mehrere der Bauelemente 150 als elektrischer Kontakt, z.B. Steckkontakt oder ähnliches, durch das zweite Gehäuseteil 180 nach außen geführt. Es sei angemerkt, dass die Bauelemente 150 nicht zwingend von der ersten Seite TOP des Substrats 110 nach außen geführt werden müssen, sondern die Bauelemente 150 auch von der zweiten Seite BOT über dann das erste Gehäuseteil 160 nach außen geführt sein können.
In Figur 9, die die Leiterplatte 100 in einer schematischen (Teil-)Schnittansicht zeigt, sind die Gehäuseteile 160 und 180 über die Dichtmasse bzw. das Harz 170 miteinander gekoppelt. Über die Dichtmasse bzw. das Harz 170 sind auch die Bleche 1200 mit den jeweiligen Innenseiten des Gehäuseteils 160 gekoppelt.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Leiterplatte 100 können beispielweise wie nachfolgend beschrieben hergestellt werden.
Zunächst wird das wenigstens eine Blech 120 an dem Substrat 110 angebracht, das die erste Seite TOP und die zweite Seite BOT aufweist, und zwar derart, dass das Blech 120 von der zweiten Seite BOT vorsteht und wenigstens eine Flachseite des Blechs 120 in Bezug auf die zweite Seite BOT freiliegt. Dann erfolgt ein wärmeübertragendes Koppeln des Blechs 120 mit dem Gehäuseteil 160, das das Blech 120 zumindest abschnittsweise umgibt. BEZUGSZEICHENLISTE
100 Leiterplatte 110 Substrat 120 Blech
130 Bauelement 140 Bauelement 150 Bauelement 160 erstes Gehäuseteil 161 Vorsprung
162 Kontaktfläche
163 Befestigungsflansch
164 Kühlfinne
170 Dichtmasse (z.B. Harz) 180 zweites Gehäuseteil

Claims

ANSPRÜCHE
1. Leiterplatte (100), aufweisend ein Substrat (110) mit einer ersten Seite (TOP) und einer zweiten Seite (BOT), wenigstens ein Blech (120), das mit einer Schmalseite an der zweiten Seite (BOT) des Substrats (110) angebracht ist und von der zweiten Seite (BOT) derart vorsteht, dass eine Flachseite des Blechs (120) in Bezug auf die zweite Seite (BOT) freiliegt, und ein Gehäuseteil (160), das das Blech (120) zumindest abschnittsweise umgibt und mit dem Blech (120) wärmeübertragend gekoppelt ist.
2. Leiterplatte (100) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuseteil (160) aus einem Kunststoff gefertigt ist.
3. Leiterplatte (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuseteil (160) wenigstens eine äußere Kontaktfläche (162) zur Wärmeübertragung an die Umgebung aufweist und die äußere Kontaktfläche (162) im Wesentlichen parallel ist zu der Flachseite des Blechs (120).
4. Leiterplatte (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuseteil (160) einen rippenartigen Vorsprung (161) zur Aufnahme des Blechs (120) aufweist.
5. Leiterplatte (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuseteil (160) an einer Außenseite eine Anzahl von Kühlfinnen (164) aufweist.
6. Leiterplatte (100) nach Anspruch 5, wobei die Kühlfinnen (164) quer zu der Flachseite des Blechs (120) ausgerichtet sind.
7. Leiterplatte (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuseteil (160) einen Befestigungsflansch (163) aufweist, der mit einem Harz (170) füllbar oder gefüllt ist.
8. Leiterplatte (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Blech (120) und das Gehäuseteil (120) durch ein wärmeleitfähiges Harz (170) miteinander gekoppelt sind.
9. Leiterplatte (100) nach Anspruch 8, wobei das Harz (170) einen Innenraum zwischen einer Oberfläche des Blechs (120) und einer Innenseite des Gehäuseteils (160) zumindest teilweise ausfüllt.
10. Leiterplatte (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Harz (170) eine aushärtbare oder ausgehärtete Vergussmasse ist.
11. Leiterplatte (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Blech (120) eine elektrische Verbindung zwischen einem ersten Bauelement und einem zweiten Bauelement bildet, mit denen die Leiterplatte (100) bestückt ist.
12. Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte (100), mit den Schritten:
Anordnen von wenigstens einem Blech (120) an einem Substrat (110), das eine erste Seite (TOP) und eine zweite Seite (BOT) aufweist, derart, dass das Blech (120) von der zweiten Seite (BOT) vorsteht und wenigstens eine Flachseite des Blechs (120) in Bezug auf die zweite Seite (BOT) freiliegt, und wärmeübertragendes Koppeln des Blechs (120) mit einem Gehäuseteil (160), der das Blech (120) zumindest abschnittsweise umgibt.
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