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Dokumentenidentifikation DE102005053643A1 16.05.2007
Titel Kühlvorrichtung für elektronische Bauteile mit einer Heatsink in SMD-Technik
Anmelder Conti Temic microelectronic GmbH, 90411 Nürnberg, DE
Erfinder Scherer, Johann, 92334 Berching, DE
DE-Anmeldedatum 10.11.2005
DE-Aktenzeichen 102005053643
Offenlegungstag 16.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.05.2007
IPC-Hauptklasse H01L 23/36(2006.01)A, F, I, 20051110, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H05K 7/20(2006.01)A, L, I, 20051110, B, H, DE   
Zusammenfassung Eine Kühlvorrichtung (1) für elektronische Bauteile in SMD-Technik (2), welche eine Heatsink (24) aufweisen, wird angegeben. Die Kühlvorrichtung (1) kennzeichnet sich durch eine starre Verbindung mit der Leiterplatte (4), bedingt durch eine formschlüssige Verbindung zwischen einer Bohrung (6) der Leiterplatte (4) und einer Wandung (8) der Kühlvorrichtung (1), einen geringen Platzbedarf auf der Leiterplatte (4), bedingt durch eine Aufweitung (10) der Kühlvorrichtung (1), sowie eine große Kühlfläche, bedingt durch einen großflächigen Kühlflügel (12). Eventuell in der Lötpaste (20) vorhandene Lufteinschlüsse können durch ein Entlüftungsmittel der Kühlvorrichtung, bestehend aus einer Anzahl von Entlüftungskanälen (26), entweichen. Somit wird ein Anheben des elektronischen Bauteils (2) während des Lötvorganges sicher vermieden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein elektronisches Bauteil in SMD-Technik mit einer thermisch mit einem Kühlflügel verbundenen, mit dem Bauteil in Kontakt bringbaren Kontaktfläche.

Die in einem elektronischen Bauteil, insbesondere einem Prozessor, erzeugte Verlustwärme muss abgeführt werden, da sie anderenfalls zur Fehlfunktion oder Zerstörung des Bauteils oder sogar der ganzen Baugruppe führen kann. Moderne elektronische Bauteile, insbesondere Prozessoren, können zu diesem Zwecke eine metallische Fläche, welche die Verlustwärme sammelt, eine so genannte Heatsink, aufweisen. Die über Heatsink weitergeleitete Verlustwärme kann von einer Kontaktfläche einer Kühlvorrichtung aufgenommen und dort gespeichert werden. Die Heatsink befindet sich bei einem Bauteil in SMD-Technik in der Regel auf der Seite der Anschlussflächen.

Die thermische Anbindung der Heatsink an eine Kontaktfläche einer Kühlvorrichtung kann durch das Aufbringen von Lötpaste auf die aus einer Bohrung der Leiterplatte herausragende Kontaktfläche der Kühlvorrichtung und anschließendes Aufsetzen der Heatsink des elektronischen Bauteils hergestellt werden. Beim Lötvorgang bildet sich ein inniger thermischer Kontakt zwischen der Heatsink des elektronischen Bauteils und der Kontaktfläche durch eine stoffschlüssige Verbindung. Diese Art der Herstellung eines thermischen Kontaktes kann allerdings in der Praxis zu erhöhter Fehleranfälligkeit bis hin zu erhöhten Ausfallraten ganzer Systeme führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine wirkungsvolle Kühlvorrichtung für elektronische Bauteile mit Heatsink in SMD-Technik anzugeben, welche eine erhöhte Fehleranfälligkeit vermeidet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem in dieser Kontaktfläche ein Entlüftungsmittel vorgesehen ist, durch welches eingeschlossene Luft während des Lötvorgangs entweichen kann.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die in die Heatsink eingebrachte Verlustwärme von dort abgeführt werden muss. Dies kann durch eine Kühlvorrichtung erfolgen, deren durch eine Bohrung in der Leiterplatte herausragende Kontaktfläche mit der Heatsink eine stoffschlüssige Verbindung bildet. Die stoffschlüssige Verbindung kann insbesondere durch Verlöten mit einer Lötpaste erfolgen.

Lufteinschlüsse in der Lötpaste können sich dabei jedoch als problematisch erweisen. Beim Lötvorgang erwärmt sich die eingeschlossene Luft und dehnt sich aus. Dies kann zu einem Anheben des elektronischen Bauteils führen, so dass andere Anschlussflächen nicht mehr richtig kontaktiert werden und somit Fehlfunktionen auftreten können. Um das Anheben des elektronischen Bauteils während des Lötvorgangs zu verhindern, kann die Kühlvorrichtung in der Kontaktfläche, welche die Heatsink kontaktiert, mit einem Entlüftungsmittel versehen werden, wodurch die sich ausdehnende Luft entweichen kann.

Dieses Entlüftungsmittel kann vorteilhafterweise aus einem in die Kontaktfläche der Kühlvorrichtung eingelassenen Entlüftungskanal bestehen.

Um eine leichte Montage zu ermöglichen, ist eine starre Verbindung zwischen Kühlvorrichtung und Leiterplatte hilfreich. Die Bohrung in der Leiterplatte ist vorteilhafterweise derartig dimensioniert, dass sie mit der Kühlvorrichtung eine formschlüssige Verbindung bildet. Dadurch ist beim Bestücken der Leiterplatte mit der Kühlvorrichtung ein fester Halt gewährleistet, die Kühlvorrichtung verrutscht weder beim Aufbringen der Lötpaste noch beim Aufsetzen des elektronischen Bauteils.

Eine Möglichkeit besteht darin, auf der dem elektronischen Bauteil gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte um die Bohrung herum einen Kühlflügel auf der Leiterplatte anzubringen. Dadurch wird die Leiterplatte jedoch erwärmt. Ferner geht Leiterplattenplatz verloren, der ansonsten mit anderen elektronischen Bauteilen in SMD-Technik bestückt werden kann. Deshalb weist die Kühlvorrichtung in besonders vorteilhafter Weise im Anschluss an die Wandung in der Bohrung der Leiterplatte zunächst eine Aufweitung auf, welche als Abstandshalter für den sich vorteilhafterweise daran anschließenden eigentlichen Kühlflügel dient. Ferner wird die Leiterplatte nicht unnötig aufgeheizt. Schließlich verbleibt mehr Fläche auf der Leiterplatte zur Aufnahme weiterer elektronischer Bauteile in SMD-Technik.

Bei der Bestückung der Leiterplatte wird die Wandung der Kühlvorrichtung in die dafür vorgesehene Bohrung der Leiterplatte eingeführt. Um die Führung zu erleichtern, weist die Wandung auf der der Kontaktfläche zugewandten Seite vorteilhafterweise einen abgeschrägten Teil auf.

Die Oberfläche der Kühlvorrichtung ragt nach Bestücken der Leiterplatte mit der Kühlvorrichtung auf der Bestückungsseite nicht aus der Leiterplatte hervor. Die Kühlfläche ist eben mit der Leiterplattenoberfläche. Sie kann nun mit Lötpaste versehen werden anschließend wird das elektronische Bauteil aufgesetzt. Durch das Entlüftungsmittel kann in der Lötpaste eingeschlossene und sich während des Lötvorgangs ausdehnende Luft entweichen. Ein Anheben des elektronischen Bauteils während des Lötvorganges wird somit vermieden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind insbesondere die durch das Entlüftungsmittel in der Kontaktfläche geschaffene Möglichkeit für in der Lötpaste eingeschlossene Luft zu entweichen und damit die Vermeidung eines Druckaufbaus, der während des Lötvorganges zum Anheben des elektronischen Bauteils führen kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 einen Schnitt durch eine mit Kühlvorrichtung und elektronischem Bauteil in SMD-Technik bestückte Leiterplatte, und

2 eine Kühlvorrichtung in perspektivischer Ansicht.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

1 zeigt einen Schnitt durch eine mit Kühlvorrichtung 1 und elektronischem Bauteil 2 in SMD-Technik bestückte Leiterplatte 4. Die Leiterplatte 4 weist eine Bohrung 6 auf, welche mit einer Wandung 8 der Kühlvorrichtung 1 eine formschlüssige Verbindung bildet.

Auf der dem zu kühlenden elektronischen Bauteil 2 gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 4 schließt sich an die Wandung 8 der Kühlvorrichtung 1 eine Aufweitung 10 an, welche mit der Leiterplatte 4 bündig abschließt. Auf der anderen Seite der Aufweitung 10 befindet sich ein Kühlflügel 12. Durch die Aufweitung 10, die als Abstandshalter wirkt, entsteht der Abstand 14 zwischen Leiterplatte 4 und Kühlflügel 12. Die Aufweitung 10 bewirkt somit insbesondere eine nahezu Verdopplung der an die umgebende Atmosphäre Verlustwärme abgebenden Kühlfläche, eine weitgehende Vermeidung der Aufheizung der Leiterplatte durch die Verlustwärme des elektronischen Bauteils 2 sowie eine Bereitstellung von Raum für weitere elektronische Bauteile in SMD-Technik auf der Leiterplatte 4.

Die Wandung 8 weist einen abgeschrägten Teil 16 auf, welcher die Bestückung der Leiterplatte 4 mit der Kühlvorrichtung 1 erleichtert.

Auf die Kontaktfläche 18 der Kühlvorrichtung 1 wird Lötpaste 20 aufgetragen, ebenso auf die anderen Anschlusspads 22 der Leiterplatte 4. Anschließend wird das elektronische Bauteil 2 aufgesetzt, wobei die Lötpaste 20 auf der Kontaktfläche 18 mit der Heatsink 24 des elektronischen Bauteils 2 in Kontakt kommt.

Während des Lötvorganges stellt die Lötpaste 20 einen stoffschlüssigen Kontakt zwischen der Kontaktfläche 18 der Kühlvorrichtung 1 und der Heatsink 24 des elektronischen Bauteils 2 her. Eventuell vorhandene Lufteinschlüsse in der Lötpaste 20 auf der Kontaktfläche 18 können insbesondere durch das eine Anzahl von Entlüftungskanälen 26 in der Kontaktfläche entweichen. Somit wird ein Anheben des elektronischen Bauelements 2 und damit eine Fehlkontaktierung der Anschlusspads 22 zuverlässig vermieden.

2 zeigt die Kühlvorrichtung in perspektivischer Ansicht. Der Aussendruchmesser des Kühlflügels 12 betrug 27 mm, der Durchmesser der Wandung 8 8,5 mm und der Durchmesser der Kontaktfläche 18 6,7 mm.

1
Kühlvorrichtung
2
elektronisches Bauteil in SMD-Technik
4
Leiterplatte
6
Bohrung in der Leiterplatte 4
8
Wandung der Kühlvorrichtung 1
10
Ausweitung der Wandung 8
12
Kühlflügel der Kühlvorrichtung 1
14
Abstand zwischen Leiterplatte 4 und Kühlflügel 12
16
abgeschrägter Teil der Wandung 8
18
Kontaktfläche der Kühlvorrichtung 1
20
Lötpaste
22
Anschlusspad
24
Heatsink des elektronischen Bauteils 2
26
Entlüftungskanal der Kühlvorrichtung 1


Anspruch[de]
Kühlvorrichtung (1) für ein elektronisches Bauteil in SMD-Technik (2) mit einer thermisch mit einem Kühlflügel (12) verbundenen mit dem Bauteil (2) in Kontakt bringbaren Kontaktfläche (18), wobei in dieser Kontaktfläche (18) ein Entlüftungsmittel vorgesehen ist. Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das Entlüftungsmittel eine Anzahl von Entlüftungskanälen (26) umfasst. Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Kühlflügel (12) über eine Wandung (8) mit der Kontaktfläche (18) verbunden ist, wobei die Wandung (8) mit einer Leiterplatte (4) eine formschlüssige Verbindung bildet. Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei die Wandung (8) eine Aufweitung (10) auf der der Bestückungsseite entgegengesetzten Seite der Leiterplatte (4) aufweist. Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei an der Aufweitung (10) auf der der Wandung (8) entgegengesetzten Seite ein großflächiger Kühlflügel (12) angebracht ist. Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wandung (8) einen abgeschrägten Teil (16) auf der Bestückungsseite der Leiterplatte (4) aufweist.






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