WO2016096131A1 - Mehrlagen-leiterplatte mit wärmeleitendem element - Google Patents

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WO2016096131A1
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Johann Hackl
Stefan Hörth
Norbert REDL
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Hausermann GmbH
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Publication date
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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.

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Abstract

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, wobei auf dem Leiterplattensegment mindestens eine Wärmequelle (4) und jenseits der Biegekante auf dem Leiterplattensegment mindestens eine Wärmesenke (7) angeordnet ist und dass die Wärmeübertragung zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke über mindestens ein dauerhaft plastisch verformbares Dickkupfer-Profil (5) stattfindet.

Description

Mehrlagen-Leiterplatte mit wärmeleitendem Element
Die Erfindung betrifft eine Mehrlagen-Leiterplatte mit wärmeleitendem Element nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Hier setzt die Erfindung ein, die ein Dickkupfer-Profil vorsieht, welches gleichzeitig zur Wärmeleitung eine bleibende Biegbarkeit zwischen den einzelnen voneinander abgewinkelten Leiterplattensegmenten aufweist.
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.
Auf diese Weise wird dem erfindungsgemäßen Dickkupfer-Profil eine dreifache Aufgabe zugeordnet, was bisher nicht bekannt war.
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.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Mehrzahl an
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.
Bevorzugt ist das Dickkupferelement stromführend ausgebildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Dickkupferelement von oben und/oder von unten mittels Thermovias bzw. Sacklochbohrung bzw.
Microvias (allg. Wärmeleitbohrung) mit Außenlagenkupferstrukturen thermisch gut leitend verbunden, so dass die elektrischen bzw. elektronischen Komponenten und Kühlvorrichtungen thermisch gut leitend kontaktiert werden können.
Es ist hierbei möglich, dass die Thermovias bzw. Sacklochbohrung bzw. Microvias thermisch gut leitend, jedoch elektrisch isolierend ausgebildet sind.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Es zeigen:
Figur 1 : Draufsicht auf eine noch nicht segmentierte Mehrlagen-Leiterplatte
Figur 2: ein Schnitt durch die Mehrlagen-Leiterplatte nach Figur 1
Figur 3. der Schnitt durch die Mehrlagen-Leiterplatte in einem abgewinkelten
Zustand in einer ersten Ausführungsform
Figur 4: der Schnitt durch die Mehrlagen-Leiterplatte in einer zweiten
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Auch derartige verschiedenartige Wärmeleitbohrungen 9, 10 können auf Seiten der Wärmequelle 4 verwendet werden.
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.
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.
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.
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.
Zeichnungslegende
1 Mehrlagen-Leiterplatte
2 Leiterplatten-Segment
3 Leiterplatten-Segment
4 Wärmequelle
5 Dickkupfer-Profil
6 Pfeilrichtung
7 Wärmesenke
8 Biegekante
9 Wärmeleitbohrung (Thermo-Via)
10 Wärmeleitbohrung (Sackloch)
11 Biegewinkel
12 Freistellung
13 Freistellung
14 Leiterbahn
15 Fräsnut

Claims

Patentansprüche
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.
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.
3. Mehrlagen-Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dickkupfer-Profil (5) die Biegekante (8) zwischen den segmentierten
Leiterplattenabschnitten (2, 3) überbrückt und stromführend ausgebildet ist.
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.
5. Mehrlagen-Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dickkupfer-Profil (5) mindestens eine durchgehende Wärmeleitbohrung (9) aufweist.
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.
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.
8. Mehrlagen-Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dickkupfer-Profil (5) eine die Oberfläche erhöhende
Struktur, wie z.B. Rillen oder Nuten aufweist.
9. Mehrlagen-Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke als Kühlkörper (7) ausgebildet ist.
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.
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