DE102015203217A1 - Circuit board arrangement in which at least one second printed circuit board can be cooled by means of a first printed circuit board - Google Patents

Circuit board arrangement in which at least one second printed circuit board can be cooled by means of a first printed circuit board Download PDF

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Abstract

Leiterplattenanordnung (10), umfassend eine erste Leiterplatte (12) und wenigstens eine zweite Leiterplatte (14), welche über wenigstens eine Steckverbindungsanordnung (18) miteinander elektrisch gekoppelt oder elektrisch koppelbar sind, wobei die zweite Leiterplatte (14) eine vorzugsweise wenigstens einen Prozessor umfassende elektronische Schaltungsanordnung umfasst, welche im Betrieb abzuführende Wärme erzeugt, die über wenigstens eine Wärmeabfuhrschnittstelle von der zweiten Leiterplatte (14) abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabfuhrschnittstelle an einer der ersten Leiterplatte (12) zugewandten Seite der zweiten Leiterplatte (14) angeordnet ist und mit einer Wärmeaufnahmeschnittstelle der ersten Leiterplatte (12) in Wärmeübertragungsverbindung steht oder bringbar ist, um die von der zweiten Leiterplatte (14) abzuführende Wärme über die erste Leiterplatte (12) abzuführen.Printed circuit board assembly (10), comprising a first printed circuit board (12) and at least one second printed circuit board (14), which are electrically coupled or electrically coupled to each other via at least one connector assembly (18), wherein the second printed circuit board (14) comprises a preferably at least one processor electronic circuit arrangement which generates heat to be dissipated during operation, which can be dissipated from the second printed circuit board (14) via at least one heat dissipation interface, characterized in that the heat dissipation interface is arranged on a side of the second printed circuit board (14) facing the first printed circuit board (12) and a heat receiving interface of the first circuit board (12) is in heat transfer connection or can be brought to dissipate the heat dissipated from the second circuit board (14) via the first circuit board (12).

Description

Die Erfindung betrifft eine Leiterplattenanordnung, umfassend eine erste Leiterplatte und wenigstens eine zweite Leiterplatte, welche über wenigstens eine Steckverbindungsanordnung miteinander elektrisch gekoppelt oder elektrisch koppelbar sind, wobei die zweite Leiterplatte eine vorzugsweise wenigstens einen Prozessor umfassende elektronische Schaltungsanordnung umfasst, welche im Betrieb abzuführende Wärme erzeugt, die über wenigstens eine Wärmeabfuhrschnittstelle von der zweiten Leiterplatte abführbar ist.The invention relates to a printed circuit board arrangement, comprising a first printed circuit board and at least one second printed circuit board, which are electrically coupled or electrically coupled to one another via at least one plug connection arrangement, wherein the second printed circuit board comprises an electronic circuit, preferably comprising at least one processor, which generates heat to be dissipated during operation, which can be dissipated via at least one heat dissipation interface of the second circuit board.

Leiterplatten (auch ”Leiterplatinen” oder ”PCBs” genannt) werden unter anderem im Bereich der Computer-Hardware, insbesondere im Bereich von Mikrocomputer-Hardware oder sogenannten ”Computer-On-Module”-Systemen, eingesetzt. Eines der Hauptprobleme in der Auslegung und Anordnung von Leiterplatten ist die Berücksichtigung eines geeigneten Wärmemanagements, welches mit steigender Leistungsfähigkeit beziehungsweise Stromaufnahme der verwendeten Schaltungsanordnungen zunehmend an Bedeutung gewinnt.Circuit boards (also called "printed circuit boards" or "PCBs") are used inter alia in the field of computer hardware, in particular in the field of microcomputer hardware or so-called "computer-on-module" systems. One of the main problems in the design and arrangement of printed circuit boards is the consideration of a suitable thermal management, which is gaining in importance as the performance or current consumption of the circuit arrangements used increases.

Herkömmlicherweise wird auf eine wärmeerzeugende Schaltungsanordnung, wie beispielsweise einen Prozessor, ein wärmeabführendes Kühlelement aufgebracht, wie beispielsweise ein Kühlrippenkörper oder/und ein Lüfter. Eine derartige Anordnung eines wärmeabführenden Kühlelements auf der Schaltungsanordnung oder den Schaltungsanordnungen (nachfolgend auch „Komponenten” genannt), von welchen Wärme abzuführen ist, ist platzbedingt nicht immer möglich. Insbesondere bei sogenannten ”Stacks” (zu deutsch ”Stapeln”), bei denen mindestens zwei Leiterplatten übereinander angeordnet werden, gestaltet sich die Anordnung von Kühlelementen sehr kompliziert bis unmöglich.Conventionally, a heat-dissipating cooling element, such as a fin body and / or a fan, is applied to a heat-generating circuit, such as a processor. Such an arrangement of a heat dissipating cooling element on the circuit arrangement or the circuit arrangements (hereinafter also referred to as "components"), from which heat is dissipated, is not always possible because of space. In particular, in so-called "stacks" (in German "stacking"), in which at least two printed circuit boards are arranged one above the other, the arrangement of cooling elements is very complicated to impossible.

Um dieses Problem zu umgehen, werden wärmeerzeugende Komponenten bei den oben beschriebenen Leiterplatten-Stacks an den Außenseiten der außenliegenden Leiterplatten eines jeweiligen Stacks angeordnet, da hier ausreichend Platz für die Anbringung eines Kühlelements geboten ist. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass Kühlelemente verhältnismäßig teuer sind und meist aufwendig an der entsprechenden Leiterplatte montiert werden müssen. Besonders bei Leiterplatten, die einsatzbedingt hohen Beschleunigungskräften oder Vibrationsbelastungen ausgesetzt sind, kann die Befestigung des verhältnismäßig schweren Kühlelements den mechanischen Belastungen oft nicht standhalten.To circumvent this problem, heat-generating components are arranged in the printed circuit board stacks described above on the outer sides of the outer circuit boards of a respective stack, since there is sufficient space for the attachment of a cooling element is required. The disadvantage here, however, that cooling elements are relatively expensive and usually have to be mounted consuming on the corresponding circuit board. Particularly with printed circuit boards which are exposed to high accelerating forces or vibration loads due to use, the attachment of the relatively heavy cooling element can often not withstand the mechanical loads.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Aufbau von Leiterplatten und ein optimiertes Wärmemanagement bereitzustellen, um die Nachteile des Standes der Technik zu beheben.It is therefore an object of the present invention to provide an improved structure of printed circuit boards and an optimized thermal management to overcome the disadvantages of the prior art.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Leiterplattenanordnung der gattungsgemäßen Art gelöst, bei welcher die Wärmeabfuhrschnittstelle an einer der ersten Leiterplatte zugewandten Seite der zweiten Leiterplatte angeordnet ist und mit einer Wärmeaufnahmeschnittstelle der ersten Leiterplatte in Wärmeübertragungsverbindung steht oder bringbar ist, um die von der zweiten Leiterplatte abzuführende Wärme über die erste Leiterplatte abzuführen.This object is achieved by a printed circuit board assembly of the generic type, wherein the heat dissipation interface is disposed on one of the first circuit board side facing the second circuit board and is in thermal communication with a heat receiving interface of the first circuit board or can be brought to the dissipated by the second circuit board heat dissipate over the first circuit board.

Somit wird Wärme von der wenigstens einen wärmeerzeugenden Komponente der zweiten Leiterplatte über die Wärmeabfuhrschnittstelle der zweiten Leiterplatte zu der Wärmeaufnahmeschnittstelle der ersten Leiterplatte derart abgeführt, dass die zweite Leiterplatte ohne ein weiteres Kühlelement gebildet sein kann.Thus, heat is dissipated from the at least one heat generating component of the second circuit board via the heat dissipation interface of the second circuit board to the heat receiving interface of the first circuit board such that the second circuit board may be formed without another cooling element.

Vorzugsweise stehen wenigstens eine im Wesentlichen plane Kontaktfläche der Wärmeabfuhrschnittstelle und wenigstens eine im Wesentlichen plane Kontaktfläche der Wärmeaufnahmeschnittstelle durch Wärmeleitung in Wärmeübertragungsverbindung oder sind in Wärmeübertragungsverbindung bringbar.Preferably, at least one substantially planar contact surface of the heat dissipation interface and at least one substantially planar contact surface of the heat absorption interface are by heat conduction in heat transfer connection or can be brought into heat transfer connection.

Durch die Bereitstellung im Wesentlichen planer Kontaktflächen der Wärmeabfuhrschnittstelle auf der einen Seite und der Wärmeaufnahmeschnittstelle auf der anderen Seite kann im Wesentlichen der gesamte Querschnitt der miteinander in Kontakt stehenden Kontaktflächen für die Wärmeübertragungsverbindung ausgenutzt werden.By providing substantially planar contact surfaces of the heat dissipation interface on one side and the heat absorption interface on the other side, substantially the entire cross section of the contact surfaces in contact for the heat transfer connection can be utilized.

Um kleinere Unebenheiten der beiden Kontaktflächen, welche beispielsweise fertigungsbedingt vorhanden sein können, auszugleichen, wird vorzugsweise vorgeschlagen, ein Wärmeleitmaterial, etwa eine Wärmeleitpaste oder ein Wärmeleitpad, zwischen der Kontaktfläche der Wärmeabfuhrschnittstelle und der Kontaktfläche der Wärmeaufnahmeschnittstelle anzuordnen. Da manche Wärmeleitmaterialien auch isolierend wirken können, wenn sie eine bestimmte Schichtstärke überschreiten, werden die meisten Wärmeleitmaterialien, entsprechend ihren Spezifikationen, vorzugsweise dünnschichtig verwendet.To compensate for minor imperfections of the two contact surfaces, which may be present for manufacturing reasons, for example, it is preferably proposed to arrange a heat conducting material, such as a thermal paste or a Wärmeleitpad, between the contact surface of the heat dissipation interface and the contact surface of the heat receiving interface. Since some thermal conduction materials can also have an insulating effect if they exceed a certain layer thickness, most heat conduction materials, according to their specifications, are preferably used in thin layers.

Da viele Leiterplatten mehrere wärmeerzeugende Komponenten umfassen, kann das oben Beschriebene natürlich analog auf mehrere separate Wärmeübertragungsverbindungen zwischen der ersten und der zweiten Leiterplatte angewandt werden.Of course, since many circuit boards include multiple heat generating components, the above may be analogously applied to a plurality of separate heat transfer connections between the first and second circuit boards.

Vorzugsweise ist wenigstens eine im Betrieb wärmeerzeugende Komponente der elektronischen Schaltungsanordnung, insbesondere der wenigstens eine Prozessor, auf der der ersten Leiterplatte zugewandten Seite der zweiten Leiterplatte angeordnet und bildet die Wärmeabfuhrschnittstelle oder ist dieser zugehörig oder steht flächig mit einem Kontaktelement der Wärmeabfuhrschnittstelle in Wärmeübertragungsverbindung.Preferably, at least one component of the electronic circuit arrangement which generates heat in operation, in particular of the at least one a processor disposed on the first printed circuit board facing side of the second printed circuit board and forms the heat dissipation interface or is associated with or is in surface contact with a contact element of the heat dissipation interface in heat transfer connection.

Ein derartiges Kontaktelement, welches auf der der zweiten Leiterplatte abgewandten Seite die Wärmeabfuhrschnittstelle der zweiten Leiterplatte bereitstellt, kann auf der der zweiten Leiterplatte zugewandten Seite derart ausgebildet sein, dass Wärme von unterschiedlichen wärmeerzeugenden Komponenten, welche beispielsweise unterschiedliche Größen oder/und Bauhöhen oder/und Oberflächen aufweisen, durch das Kontaktelement aufgenommen wird und über dessen Wärmeabfuhrschnittstelle an die Wärmeaufnahmeschnittstelle der ersten Leiterplatte übertragen wird.Such a contact element, which provides the heat dissipation interface of the second printed circuit board on the side remote from the second printed circuit board, may be formed on the side facing the second printed circuit board such that heat from different heat-generating components, for example different sizes and / or heights and / or surfaces have, is received by the contact element and is transmitted via the heat dissipation interface to the heat receiving interface of the first circuit board.

Vorzugsweise ist die Wärmeaufnahmeschnittstelle an wenigstens einer Lage der ersten Leiterplatte aus einem wärmeleitenden Material angeschlossen, um über diese von der Wärmeabfuhrschnittstelle aufgenommene Wärme abzuführen. Der Anschluss kann durch sogenannte Thermal-Vias erfolgen.Preferably, the heat receiving interface is connected to at least one layer of the first circuit board made of a thermally conductive material to dissipate via this absorbed by the heat dissipation interface heat. The connection can be made by so-called thermal vias.

Als eine solche Lage kann beispielsweise wenigstens eine Leitungsschicht der ersten Leiterplatte, welche vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium hergestellt ist und beispielsweise als Masse beziehungsweise Phase fungiert, verwendet werden, da die standardmäßig für derartige Leitungsschichten verwendeten Materialien Kupfer oder Aluminium neben ihrer elektrischen Leitfähigkeit auch eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Je nach Anzahl und Schichtstärke der in der ersten Leiterplatte verwendeten Leiterschichten kann die Wärmeaufnahmeschnittstelle somit an eine verhältnismäßig große Wärmeleitfläche oder/und Wärmeleitmasse angeschlossen werden. Die in der wenigstens einen Lage der ersten Leiterplatte aufgenommene Wärme kann dann über die gesamte Fläche der ersten Leiterplatte an die Umgebung abgegeben werden.As such a situation, for example, at least one conductor layer of the first printed circuit board, which is preferably made of copper or aluminum and acts as a mass or phase, are used, since the materials used by default for such conduction layers copper or aluminum in addition to their electrical conductivity also excellent Have thermal conductivity. Depending on the number and layer thickness of the conductor layers used in the first circuit board, the heat absorption interface can thus be connected to a relatively large heat conduction surface and / or heat conducting compound. The heat absorbed in the at least one layer of the first printed circuit board can then be dissipated over the entire surface of the first printed circuit board to the environment.

Alternativ oder zusätzlich zu dem oben erwähnten Anschluss der Wärmeaufnahmeschnittstelle an wenigstens eine Lage der ersten Leiterplatte ist die Wärmeaufnahmeschnittstelle vorzugsweise an einer auf der der zweiten Leiterplatte abgewandten Seite der ersten Leiterplatte angeordneten Wärmeabfuhrschnittstelle der ersten Leiterplatte angeschlossen, um über diese von der Wärmeabfuhrschnittstelle der zweiten Leiterplatte aufgenommene Wärme abzuführen.As an alternative or in addition to the above-mentioned connection of the heat absorption interface to at least one layer of the first printed circuit board, the heat receiving interface is preferably connected to a heat dissipation interface of the first printed circuit board arranged on the side of the first printed circuit board facing away from the second printed circuit board in order to record it via the heat dissipation interface of the second printed circuit board Dissipate heat.

Eine derartige Wärmeleitung durch die erste Leiterplatte hindurch auf die der zweiten Leiterplatte abgewandten Seite der ersten Leiterplatte kann beispielsweise durch Thermal-Vias oder integrierte Kupfer-Inlays erfolgen.Such heat conduction through the first printed circuit board to the side of the first printed circuit board facing away from the second printed circuit board can be effected for example by thermal vias or integrated copper inlays.

Um die von der der zweiten Leiterplatte zugewandten Seite der ersten Leiterplatte, d. h. etwa aus dem Inneren eines Leiterplatten-Stacks, zu der der zweiten Leiterplatte abgewandten Seite der ersten Leiterplatte, d. h. etwa an die Außenseite eines Leiterplatten-Stacks, übertragene Wärme weiter abzuleiten, kann die Wärmeabfuhrschnittstelle der ersten Leiterplatte eines von einer Kühlrippenanordnung, einer Gebläseanordnung, einer Heatpipeanordnung und einer Wärmetauscheranordnung eines Kühlmediumkreislaufs aufweisen.To the side facing away from the second circuit board side of the first circuit board, d. H. from the inside of a printed circuit board stack, to the side of the first printed circuit board which faces away from the second printed circuit board, d. H. for example, to further dissipate heat transferred to the outside of a circuit board stack, the heat dissipation interface of the first circuit board may include one of a fin assembly, a blower assembly, a heatpipe assembly, and a heat exchange assembly of a cooling medium circuit.

Denkbar ist auch, dass die der zweiten Leiterplatte abgewandte Seite der ersten Leiterplatte mit einem Gehäuse eines Systems, in welchem die erfindungsgemäße Leiterplattenanordnung Verwendung findet, in Wärmeübertragungsverbindung steht und dadurch das gesamte Gehäuse als Kühlelement verwendet, so dass mechanische Belastungsprobleme wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind umgangen werden können.It is also conceivable that the side facing away from the second circuit board of the first circuit board is in heat transfer connection with a housing of a system in which the printed circuit board assembly according to the invention is used, thereby using the entire housing as a cooling element, so that mechanical stress problems as in the prior Technology known to be bypassed.

Vorzugsweise wechselwirkt eine elektronische Schaltungsanordnung der ersten Leiterplatte über die Steckverbindungsanordnung mit der elektronischen Schaltungsanordnung der zweiten Leiterplatte.Preferably, an electronic circuit arrangement of the first printed circuit board interacts with the electronic circuit arrangement of the second printed circuit board via the plug connection arrangement.

Ferner bevorzugt bildet die zweite Leiterplatte mit dem wenigstens einen Prozessor, wenigstens einem Speichermodul und weiteren von der zweiten Leiterplatte getragenen elektronischen Komponenten einen Single-Board-Computer oder ein Computer-Modul. Es wird insbesondere gedacht an: „Computer-On-Module” (COM), „System-On-Module” (SOM), „Single-Board-Computer” (SBC), „System-on-Chip” (SOC) und allgemein „embedded Computer-Systeme”.Further preferably, the second printed circuit board with the at least one processor, at least one memory module and further electronic components carried by the second printed circuit board forms a single-board computer or a computer module. In particular, "Computer-on-Module" (COM), "System-On-Module" (SOM), "Single-Board Computer" (SBC), "System-on-Chip" (SOC) and generally "embedded computer systems".

Diese Einheiten können Schnittstellen und Formate wie beispielsweise DHCOM, DHCOM-X, COM Express, SMARC, QBoard, Qseven, DIMMBoard, MXM, SODIMM-200, TS-SOCKET, PMC-Modul, ESM-Modul, M-Modul, IP-Modul XTX, ETX Plus, ETX-Board, microETX oder DDR2 aufweisen.These units may include interfaces and formats such as DHCOM, DHCOM-X, COM Express, SMARC, QBoard, Qseven, DIMMBoard, MXM, SODIMM-200, TS-SOCKET, PMC module, ESM module, M-module, IP module XTX, ETX Plus, ETX board, microETX or DDR2.

Ein Beispiel für die zweite Leiterplatte aufweisende Module sind Module im SODIMM-200 Format nach DHCOM und DHCOM-X Standard, die einen SODIMM-200 Steckverbinder aufweisen. Die die Trägerplatine bildende erste Leiterplatte weist dann wenigstens eine entsprechende SODIMM-200 Steckfassung auf. DHCOM, DHCOM-X und SODIMM-200 stellen aber nicht beschränkende Beispiele dar. Es gibt auch diverse andere COM-/SOM-Formate und Standards, wie teilweise schon angesprochen, bei denen sich die Erfindungs- und Weiterbildungsvorschläge vorteilhaft anwenden lassen.An example of the second circuit board modules are modules in the SODIMM-200 format according to DHCOM and DHCOM-X standard, which have a SODIMM-200 connector. The carrier board forming the first circuit board then has at least one corresponding SODIMM-200 jack. However, DHCOM, DHCOM-X and SODIMM-200 are not limiting examples. There are also various other COM / SOM formats and standards, some of which have already been mentioned where the invention and training proposals can be applied advantageously.

Dabei ist die Leiterplattenanordnung vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltungsanordnung der ersten Leiterplatte über einen Bus der ersten Leiterplatte, die Steckverbindungsanordnung und einen Bus der zweiten Leiterplatte mit der elektronischen Schaltungsanordnung der zweiten Leiterplatte wechselwirkt.In this case, the printed circuit board assembly is preferably characterized in that the electronic circuit arrangement of the first printed circuit board interacts via a bus of the first printed circuit board, the connector assembly and a bus of the second printed circuit board with the electronic circuit arrangement of the second printed circuit board.

Ebenso kann die Leiterplattenanordnung aber auch dadurch gekennzeichnet sein, dass die elektronische Schaltungsanordnung der ersten Leiterplatte und die elektronischen Schaltungsanordnung der zweiten Leiterplatte über einen über die Steckverbindungsanordnung verlaufenden durchgängigen Bus wechselwirken.Likewise, however, the printed circuit board arrangement can also be characterized in that the electronic circuit arrangement of the first printed circuit board and the electronic circuit arrangement of the second printed circuit board interact via a continuous bus running via the plug connection arrangement.

Eine derartige Anordnung von Leiterplatten kommt insbesondere bei Anwendungen zum Tragen, bei denen Formfaktor oder/und Robustheit oder/und Austauschbarkeit einzelner Bauteile von großer Bedeutung sind.Such an arrangement of printed circuit boards is particularly useful in applications where form factor or / and robustness and / or interchangeability of individual components are of great importance.

In einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Leiterplatte, die als erste Leiterplatte mit wenigstens einer zweiten Leiterplatte zu einer Leiterplattenanordnung gemäß der obigen Beschreibung kombinierbar ist und wenigstens einen Steckverbinder, welcher mit einem Gegen-Steckverbinder der zweiten Leiterplatte zusammensteckbar ist, und eine Wärmeaufnahmeschnittstelle auf einer der zweiten Leiterplatte zugeordneten Seite aufweist, um von der zweiten Leiterplatte über eine Wärmeabfuhrschnittstelle der zweiten Leiterplatte zugeführte Wärme aufzunehmen und über wenigstens eine Lage der ersten Leiterplatte aus einem wärmeleitenden Material oder/und eine auf einer von der zweiten Leiterplatte abgewandten Seite der ersten Leiterplatte angeordneten Wärmeabfuhrschnittstelle der ersten Leiterplatte abzuführen.In a second aspect, the present invention relates to a printed circuit board, which is combinable as a first printed circuit board with at least one second printed circuit board to a printed circuit board assembly as described above and at least one connector, which is mating with a mating connector of the second printed circuit board, and a heat receiving interface a side associated with the second circuit board to receive heat supplied from the second circuit board via a heat dissipation interface of the second circuit board and arranged over at least one layer of the first circuit board made of a thermally conductive material and / or on a side facing away from the second circuit board side of the first circuit board Dissipate heat dissipation interface of the first circuit board.

In einem dritten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Leiterplatte, die als zweite Leiterplatte mit einer ersten Leiterplatte zu einer Leiterplattenanordnung gemäß der obigen Beschreibung kombinierbar ist und wenigstens einen Gegen-Steckverbinder, welcher mit einem Steckverbinder der ersten Leiterplatte zusammensteckbar ist, und eine Wärmeabfuhrschnittstelle auf einer der ersten Leiterplatte zugeordneten Seite aufweist, um mit einer Wärmeaufnahmeschnittstelle der ersten Leiterplatte in Wärmeübertragungsverbindung zu treten und von der zweiten Leiterplatte abzuführende Wärme über die erste Leiterplatte abzuführen.In a third aspect, the present invention relates to a printed circuit board which is combinable as a second printed circuit board with a first printed circuit board to a printed circuit board assembly as described above and at least one mating connector, which is mated with a connector of the first printed circuit board, and a heat dissipation interface on a the first printed circuit board associated side to connect with a heat receiving interface of the first circuit board in heat transfer connection and dissipate dissipated from the second circuit board heat dissipated via the first circuit board.

Vorzugsweise ist die Leiterplatte gemäß dem zweiten oder dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch wenigstens eines der Merkmale der ersten beziehungsweise der zweiten Leiterplatte gemäß der obigen Beschreibung gekennzeichnet.Preferably, the circuit board according to the second or third aspect of the present invention is characterized by at least one of the features of the first and second circuit boards as described above.

Analog zu der in Bezug auf die erste Leiterplatte dargelegten Beschreibung einer Wärmeübertragung von einer Seite einer Leiteplatte hindurch auf die andere Seite einer Leiterplatte, z. B. mittels Thermal-Vias oder Kupfer-Inlays, kann natürlich auch die zweite Leiterplatte eine derartige Wärmeübertragung aufweisen. Es könnte somit beispielsweise ein Prozessor an der der ersten Leiterplatte abgewandten Seite der zweiten Leiterplatte angeordnet sein, dessen erzeugte Wärme zu der der ersten Leiterplatte zugewandten Seite übertragen wird, um von dort, wie oben beschrieben, weiter an die Wärmeaufnahmeschnittstelle der ersten Leiterplatte etc. übertragen zu werden.Analogous to the description of a heat transfer from one side of a printed circuit board to the other side of a printed circuit board, for example as described with respect to the first printed circuit board. B. by means of thermal vias or copper inlays, of course, the second circuit board may have such a heat transfer. Thus, for example, a processor could be arranged on the side of the second printed circuit board facing away from the first printed circuit board, the heat generated being transmitted to the side facing the first printed circuit board, from there, as described above, to the heat receiving interface of the first printed circuit board, etc. to become.

Die Erfindung wird im Folgenden an Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to embodiments with reference to the accompanying drawings.

1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leiterplattenanordnung. 1 shows a schematic cross-sectional view of a first embodiment of the circuit board assembly according to the invention.

2 zeigt ein Detail A aus 1 in einer vergrößerten Ansicht. 2 shows a detail A from 1 in an enlarged view.

3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leiterplattenanordnung. 3 shows a schematic cross-sectional view of a second embodiment of the circuit board assembly according to the invention.

4 zeigt ein Detail B aus 3 in einer vergrößerten Ansicht. 4 shows a detail B from 3 in an enlarged view.

Ein Beispiel für den Einsatz der Erfindungsvorschläge sind sogenannte „Computer-On-Module”, die über Steckverbinder an einem Träger-Board angeschlossen und auf diesem gehalten sind. Es handelt sich um hochintegrierte CPU-Module, welche die typischerweise benötigten Rechner-Grundfunktionalitäten bereitstellen und über das Träger-Board auch situationsspezifische Funktionen ausführen, so dass in der Kombination sogenannte „semi-custom Embedded PC”-Lösungen entstehen können, die die Vorteile eines kompletten Eigen-Designs hinsichtlich mechanischer Eigenschaften, Integration eigener Hardware-Funktionen usw. eines Anwenders oder Anbieters von entsprechenden System mit den geringen Kosten und dem schnellen Entwicklungszyklus eines Single-Board-Computers vereinen können. Solche COMs bzw. SOMs sind somit ideale Lösungen für Applikationen in diversen Bereichen, wie Medizintechnik, Automatisierung, Transportwesen, Kommunikation, POS/POI, Infotainment usw. um einige wenige Beispiele zu nennen.An example of the use of the invention proposals are so-called "computer-on-modules", which are connected via connectors on a carrier board and held on this. These are highly integrated CPU modules which provide the basic computer functions typically required and also perform situation-specific functions via the carrier board so that so-called "semi-custom embedded PC" solutions can arise in the combination, which have the advantages of a complete self-design in terms of mechanical properties, integration of their own hardware functions, etc. of a user or provider of appropriate system with the low cost and the rapid development cycle of a single-board computer can unite. Such COMs or SOMs are therefore ideal solutions for applications in various fields, such as medical technology, automation, transportation, communication, POS / POI, infotainment, etc. to name a few examples.

Herangezogene Kühlkonzepte von Anbietern im SOM/COM Markt haben die zu kühlenden Bausteine auf der vom Träger-Board angewandten Seite der SOM-/COM-Platine angebracht, um hier dann je nach Bedarf einen Kühlkörper etc. mechanisch anzubringen. Solche herkömmlichen Lösungen haben jedoch eine Reihe von Nachteilen:

  • – hohe Kosten, da Kühlkörper aus Aluminium mechanisch bearbeitet und meist aufwendig montiert werden müssen,
  • – mechanische Belastung auf dem Computer-Modul und dessen Sockel durch schwere Kühlkörper,
  • – Probleme bei mobilen Anwendungen aufgrund von Schock- und Vibrationsbelastung, die sich negativ auf das System auswirken,
  • – Das Gesamtkühlkonzept nimmt überdies in der Regel viel Platz in Anspruch und wirkt sich auch insoweit negativ auf Design und Kosten aus.
The cooling concepts used by providers in the SOM / COM market have to be cooled Blocks mounted on the side of the SOM / COM board used by the carrier board, in order to mechanically attach a heat sink, etc., as required. However, such conventional solutions have a number of disadvantages:
  • High costs, since heat sinks made of aluminum have to be mechanically machined and usually have to be assembled consuming,
  • Mechanical stress on the computer module and its socket due to heavy heat sinks,
  • - Mobile application issues due to shock and vibration loading that adversely affect the system
  • - The overall cooling concept usually takes up a lot of space and also has a negative effect on design and costs.

Demgegenüber beruht die erfindungsgemäße Lösung auf der Grundidee, die Trägerleiterplatte als Kühlkörper für das Computer-Modul zu verwenden, der naturgemäß keine Zusatzkosten verursacht. Je nachdem, welche Wärmeleitung zu beherrschen ist, kann auf der Rückseite der Trägerleiterplatte eine Kühllösung integriert sein, die die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist.In contrast, the solution according to the invention is based on the basic idea of using the carrier circuit board as a heat sink for the computer module, which naturally causes no additional costs. Depending on which heat conduction is to be controlled, a cooling solution can be integrated on the back of the carrier circuit board, which does not have the disadvantages mentioned above.

Diese Erfindungsidee kann beispielsweise auf die folgende Weise umgesetzt werden:

  • – die vom SOM-/COM-Computer-Modul abzuführende Wärme wird nicht über dessen Oberseite, also die vom Träger-Board abgewandte Seite, abgeführt, sondern über dessen Unterseite, also über die dem Träger-Board zugewandte Seite. Hierzu kann das zu kühlende Bauteil bzw. können die zu kühlenden Bauteile, beispielsweise wenigstens ein Prozessor, auf dessen Unterseite angebracht werden.
  • – So kann nun die thermische Energie über einen vergleichsweise einfachen und günstigen Wärmeableitkörper aus einem wärmerückleitenden Material, beispielsweise Kupfer, Aluminium und dergleichen, auf das Träger-Board abgeleitet werden.
  • – Das Träger-Board, welches ohnehin vorhanden ist, kann nun auch als Kühlkörper dienen. Hierzu kann der regelmäßig vorgesehene Lötstoplack entsprechend ausgenommen und mit einer Fläche aus wärmeleitfähigem Material, beispielsweise Kupfer, versehen sein, um eine hohe Wärmekopplung zum Wärmeableitkörper zu gewährleisten. Es ist auch nicht ausgeschlossen, auf einen gesonderten Wärmeableitkörper zu verzichten und die vom SOM-/COM-Modul abzuleitende Wärme direkt in solch eine Wärmeaufnahmefläche des Träger-Boards einzuleiten.
  • – Diese Wärmeaufnahmefläche kann über sogenannte Thermal-VIAs und dergleichen mit flächigen Innenlagen des Träger-Boards aus wärmeleitfähigem Material, typischerweise Kupfer, thermisch verbunden sein, die für elektrische Zwecke ohnehin vorhanden sind, etwa der Herstellung einer elektrischen Masse (GND) und einer Betriebsspannung (VCC).
  • – Reicht die Wärmeableitung über das Träger-Board alleine nicht aus, so kann auf der gegenüberliegenden Seite des Träger-Boards eine zusätzliche Kühleinrichtung vorgesehen sein. Hierzu kann die gegenüberliegende Seite des Träger-Boards ebenfalls mit einer Fläche aus wärmeleitfähigem Material, etwa einer Kupferfläche, versehen sein, die über Thermal-Vias mit der Wärmeaufnahmefläche auf der dem SOM-/COM-Modul zugewandten Seite angeschlossen ist. Diese Fläche auf der gegenüberliegenden Seite kann dann zur Wärmedissipation auch auf eine beliebige bekannte Art und Weise dienen, etwa zur Montage eines Kühlkörpers, gegebenenfalls in Kombination mit einem Kühlgebläse, und dergleichen.
This invention idea can be implemented, for example, in the following way:
  • - The dissipated by the SOM / COM computer module heat is not dissipated via the top, so the side facing away from the carrier board, but on the underside, so on the carrier board side facing. For this purpose, the component to be cooled or the components to be cooled, for example, at least one processor, be mounted on the underside.
  • - So now the thermal energy over a comparatively simple and cheap Wärmeableitkörper of a heat-returning material, such as copper, aluminum and the like, are derived on the carrier board.
  • - The carrier board, which is present anyway, can now serve as a heat sink. For this purpose, the regularly provided Lötstoplack be appropriately excluded and provided with a surface of thermally conductive material, such as copper, to ensure a high thermal coupling to the heat sink. It is also not excluded to dispense with a separate Wärmeableitkörper and initiate the derived heat from the SOM / COM module directly into such a heat receiving surface of the carrier board.
  • This heat-absorbing surface can be thermally connected via so-called thermal VIAs and the like to planar inner layers of the carrier board made of thermally conductive material, typically copper, which are present anyway for electrical purposes, such as the production of an electrical ground (GND) and an operating voltage ( VCC).
  • If the heat dissipation via the carrier board alone is insufficient, an additional cooling device can be provided on the opposite side of the carrier board. For this purpose, the opposite side of the carrier board may also be provided with a surface of thermally conductive material, such as a copper surface, which is connected via thermal vias to the heat receiving surface on the SOM / COM module side facing. This surface on the opposite side can then serve for heat dissipation in any known manner, such as for mounting a heat sink, optionally in combination with a cooling fan, and the like.

Diese Erfindungsvorschläge sind auch auf beliebige andere Leiterplattenanordnungen anwendbar, bei denen eine erste Leiterplatte, beispielweise eine Träger-Leiterplatte, eine über eine Steckverbindungsanordnung an der ersten Leiterplatte angeschlossene zweite Leiterplatte trägt. Bei der elektronischen Schaltungsanordnung der über die erste Leiterplatte zu kühlende zweite Leiterplatte kann es sich auch um analoge Leistungselektronikkomponenten handeln, die nicht zwingend einen Prozessor umfassen.These invention proposals are also applicable to any other printed circuit board assemblies in which a first printed circuit board, for example a carrier printed circuit board, carries a second printed circuit board connected to the first printed circuit board via a plug connection arrangement. The electronic circuit arrangement of the second printed circuit board to be cooled via the first printed circuit board may also be analog power electronic components which do not necessarily comprise a processor.

Die Erfindungsvorschläge werden im Folgenden anhand der in den Figuren gezeigten, nicht beschränkenden Ausführungsbeispiele weiter erläutert.The proposals for invention will be explained below with reference to the non-limiting exemplary embodiments shown in the figures.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Leiterplattenanordnung 10, welche eine beispielsweise als Träger-Leiterplatte anzusehende erste Leiterplatte 12 und eine zweite Leiterplatte 14 beispielsweise eines SOM-/COM-Computer-Moduls umfasst. Die zweite Leiterplatte 14 ist dabei im Wesentlichen parallel zu der ersten Leiterplatte 12 und zu dieser beabstandet angeordnet. Die erste Leiterplatte 12 und die zweite Leiterplatte 14 sind über eine Steckverbindung 18 miteinander elektrisch verbunden, wobei die Steckverbindung 18 zugleich als Beabstandungselement verwendet werden kann. Ein Beispiel einer geeigneten Steckverbindung ist „Nexus 5214HB80 (SODIMM-200 H:5,2 mm)”. Auf der der Steckverbindung 18 gegenüberliegenden Seite der zweiten Leiterplatte 14 ist die zweite Leiterplatte über eine Haltevorrichtung 16, wie beispielsweise eine Schraube und gewünschtenfalls ein Abstandselement, welche mit der ersten Leiterplatte 12 verbindbar ist, gehalten und befestigt, so dass durch die Haltevorrichtung 16 in Kombination mit der Steckverbindung 18 die zweite Leiterplatte 14 relativ zu der ersten Leiterplatte 12 fixiert ist. Es können zusätzlich auch noch weitere Halterungselemente, wie beispielsweise Klammern (nicht gezeigt) vorgesehen sein, um die zweite Leiterplatte 14 positionsfest mit der ersten Leiterplatte 12 zu verbinden. 1 shows a circuit board assembly according to the invention 10 which is a first printed circuit board to be regarded, for example, as a carrier printed circuit board 12 and a second circuit board 14 For example, a SOM / COM computer module includes. The second circuit board 14 is essentially parallel to the first circuit board 12 and spaced therefrom. The first circuit board 12 and the second circuit board 14 are via a plug connection 18 electrically connected to each other, wherein the connector 18 at the same time can be used as a spacer element. An example of a suitable connector is "Nexus 5214HB80 (SODIMM-200 H: 5.2 mm)". On the plug connection 18 opposite side of the second circuit board 14 is the second circuit board via a holding device 16 such as a screw and, if desired, a spacer connected to the first circuit board 12 is connectable, held and fixed, so that by the holding device 16 in combination with the connector 18 the second circuit board 14 relative to the first circuit board 12 is fixed. In addition, other support elements, such as brackets (not shown) may be provided in addition to the second circuit board 14 fixed in position with the first printed circuit board 12 connect to.

Die erste Leiterplatte 12 und die zweite Leiterplatte 14 sind z. B. in einem Bereich von 1 mm bis 10 mm, insbesondere in einem Bereich zwischen 2 mm und 5 mm voneinander beabstandet.The first circuit board 12 and the second circuit board 14 are z. B. in a range of 1 mm to 10 mm, in particular in a range between 2 mm and 5 mm apart.

In dem in 2 vergrößert dargestellten Detail A aus 1 ist ersichtlich, dass auf der der ersten Leiterplatte 12 zugewandten Seite der zweiten Leiterplatte 14 die zweite Leiterplatte 14 eine elektronische Schaltungsanordnung 20, wie beispielsweise einen Prozessor, aufweist. Die der ersten Leiterplatte 12 zugewandte Seite der elektronischen Schaltungsanordnung 20 bildet eine Wärmeabfuhrschnittstelle 22, welche von der elektronischen Schaltungsanordnung 20 erzeugte Wärme der zweiten Leiterplatte 14 abführt.In the in 2 enlarged detail A shown 1 it can be seen that on the first circuit board 12 facing side of the second circuit board 14 the second circuit board 14 an electronic circuit arrangement 20 , such as a processor. The first circuit board 12 facing side of the electronic circuit arrangement 20 forms a heat dissipation interface 22 that of the electronic circuitry 20 generated heat of the second circuit board 14 dissipates.

Die in 1 und 2 dargestellte Schaltungsanordnung 20 weist in diesem Ausführungsbeispiel keine plane Oberfläche auf, welche die Wärmeabfuhrschnittstelle 22 bildet, sondern ist mit einem Vorsprung 21 versehen, welcher in diesem Fall bauartbedingt Teil der Schaltungsanordnung 20 ist.In the 1 and 2 illustrated circuit arrangement 20 has no planar surface in this embodiment, which the heat dissipation interface 22 forms, but is by a margin 21 provided, which in this case design part of the circuit arrangement 20 is.

Die erste Leiterplatte 12 weist an ihrer der zweiten Leiterplatte 14 zugeordneten Seite eine Wärmeaufnahmeschnittstelle 24 auf. Diese Wärmeaufnahmeschnittstelle 24 kann von einer Fläche aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Kupfer oder Aluminium, der ersten Leiterplatte 12 gebildet sein, vorzugsweise in Kombination mit einem auf der ersten Leiterplatte angeordneten Wärmeableitkörper aus solch einem Material, beispielsweise einem einfachen Kupfer- oder Aluminiumblock. Die typischerweise als Träger-Leiterplatte oder Träger-Board anzusehende erste Leiterplatte braucht gegenüber herkömmlichen Träger-Boards kaum modifiziert sein, damit das Träger-Board selbst als Kühlkörper dient oder an der Kühlung der elektronischen Schaltungsanordnung 20 der zweiten Leiterplatte 14 mitwirkt. Zur Ausbildung der Wärmeaufnahmeschnittstelle 24 reicht es in der Regel aus, den typischerweise vorgesehenen Lötstoplack entsprechend auszunehmen und etwa mit einer Kupferfläche zu versehen, um eine hohe Wärmekopplung zur Wärmeabfuhrschnittstelle 22 oder dem Wärmeableitkörper der Wärmeaufnahmeschnittstelle 24 zu gewährleisten.The first circuit board 12 indicates at its the second circuit board 14 associated side a heat receiving interface 24 on. This heat receiving interface 24 may be from a surface of a material with high thermal conductivity, such as copper or aluminum, the first circuit board 12 be formed, preferably in combination with a disposed on the first circuit board Wärmeableitkörper of such a material, such as a simple copper or aluminum block. The typically designed as a carrier circuit board or carrier board first circuit board needs to be compared to conventional carrier boards hardly modified so that the carrier board itself serves as a heat sink or the cooling of the electronic circuitry 20 the second circuit board 14 participates. To form the heat receiving interface 24 It is usually sufficient to exclude the solder resist typically provided and provided with a copper surface, for example, to a high thermal coupling to the heat dissipation interface 22 or the heat sink of the heat receiving interface 24 to ensure.

Im betriebsbereiten Zustand stehen die Wärmeabfuhrschnittstelle 22 und die Wärmeaufnahmeschnittstelle 24 in Wärmeübertragungsverbindung. Um eine vollflächige Wärmeübertragungsverbindung zwischen der Wärmeabfuhrschnittstelle 22 und der Wärmeaufnahmeschnittstelle 24 zu gewährleisten, und um strukturelle Höhenunterschiede oder/und eventuelle Unebenheiten der beiden Schnittstellenflächen, welche eine Wärmeübertragungsverbindung unterbrechen könnten, auszugleichen, ist zwischen der Wärmeabfuhrschnittstelle 22 und der Wärmeaufnahmeschnittstelle 24 eine Wärmeleitpaste (oder ein Wärmeleitpad) 26 vorgesehen.The heat removal interface is in the ready state 22 and the heat receiving interface 24 in heat transfer connection. To a full-surface heat transfer connection between the heat dissipation interface 22 and the heat receiving interface 24 and to compensate for structural differences in height and / or any unevenness of the two interface surfaces which might interrupt a heat transfer connection is between the heat removal interface 22 and the heat receiving interface 24 a thermal grease (or a thermal pad) 26 intended.

Derartige Wärmeleitpasten können beispielsweise Silikonöl und Zinkoxid, aber auch Aluminium, Kupfer, Graphit oder/und Silber umfassen. Wärmeleitpads basieren herkömmlicherweise auf thermoplastischen Kunststoffen.Such heat-conducting pastes may comprise, for example, silicone oil and zinc oxide, but also aluminum, copper, graphite and / or silver. Thermal pads are traditionally based on thermoplastics.

Ein möglicher Abstand zwischen der Wärmeabfuhrschnittstelle 22 und der ersten Leiterplatte 12, welcher durch die Wärmeaufnahmeschnittstelle 24 überbrückt werden kann, liegt im Bereich zwischen 0,5 mm und 5 mm, insbesondere im Bereich zwischen 0,8 mm und 2 mm.A possible distance between the heat dissipation interface 22 and the first circuit board 12 passing through the heat receiving interface 24 can be bridged, lies in the range between 0.5 mm and 5 mm, in particular in the range between 0.8 mm and 2 mm.

Die in 1 und 2 dargestellte beispielhafte Ausführungsform der ersten Leiterplatte 12 ist als eine mehrlagige Leiterplatte ausgeführt, wobei die Leiterplatte 12 eine erste Leiterschicht 28, mit der beispielsweise ein Pluspol einer Stromquelle verbunden wird, und eine zweite Leiterschicht 30, mit der entsprechend ein Minuspol einer Stromquelle bzw. ein Masseanschluß verbunden wird, aufweist.In the 1 and 2 illustrated exemplary embodiment of the first circuit board 12 is designed as a multi-layer circuit board, wherein the circuit board 12 a first conductor layer 28 to which, for example, a positive terminal of a power source is connected, and a second conductor layer 30 with which a negative pole of a current source or a ground terminal is connected correspondingly.

Derartige Leiterschichten sind bevorzugt aus Kupfer oder Aluminium hergestellt.Such conductor layers are preferably made of copper or aluminum.

Da Kupfer und Aluminium neben ihrer elektrischen Leitfähigkeit auch eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit aufweisen, ist die Wärmeabfuhrschnittstelle 24 in der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsform an die erste Leiterschicht 28 oder/und die zweite Leiterschicht 30 angeschlossen, um Wärme, welche die Wärmeaufnahmeschnittstelle 24 von der Wärmeabfuhrschnittstelle 22 aufgenommen hat, an die erste Leiterschicht 28 oder/und die zweite Leiterschicht 30 zu übertragen.Since copper and aluminum in addition to their electrical conductivity also have excellent thermal conductivity, is the heat dissipation interface 24 in the in 1 and 2 illustrated embodiment of the first conductor layer 28 and / or the second conductor layer 30 connected to heat, which the heat receiving interface 24 from the heat dissipation interface 22 has taken to the first conductor layer 28 and / or the second conductor layer 30 transferred to.

Diese Übertragung beziehungsweise ein entsprechender wärmeübertragender Anschluss zwischen der Wärmeaufnahmeschnittstelle 24 und der ersten Leiterschicht 28 oder/und der zweiten Leiterschicht 30 erfolgt in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über sogenannte Thermal-Vias 27.This transmission or a corresponding heat-transferring connection between the heat receiving interface 24 and the first conductor layer 28 and / or the second conductor layer 30 takes place in the embodiment shown here via so-called thermal vias 27 ,

Die in der ersten Leiterschicht 28 oder/und der zweiten Leiterschicht 30 aufgenommene Wärme kann anschließend über die gesamte Fläche der ersten Leiterplatte 12 an die Umgebung abgegeben werden.The in the first conductor layer 28 and / or the second conductor layer 30 absorbed heat can then over the entire surface of the first circuit board 12 be delivered to the environment.

In den 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leiterplattenanordnung dargestellt, die im Wesentlichen der Leiterplattenanordnung 10 gemäß 1 und 2 entspricht. Daher sind in den 3 und 4 analoge Teile mit gleichem Bezugszeichen versehen wie in 1 und 2, jedoch vermehrt um die Zahl 100. Die Leiterplattenanordnung 110 gemäß den 3 und 4 wird im Folgenden daher nur insoweit beschrieben werden, als sie sich von der Ausführungsform gemäß 1 und 2 unterscheidet, wobei hiermit ansonsten ausdrücklich auf die Beschreibung der Ausführungsform gemäß 1 und 2 verwiesen sei.In the 3 and 4 a second embodiment of a circuit board assembly according to the invention is shown, which is substantially the circuit board assembly 10 according to 1 and 2 equivalent. Therefore, in the 3 and 4 Analog parts provided with the same reference numerals as in 1 and 2 , but increased by the number 100 , The circuit board assembly 110 according to the 3 and 4 will therefore be described below only insofar as they differ from the embodiment according to FIG 1 and 2 otherwise, with the exception of the description of the embodiment according to FIG 1 and 2 referenced.

Im Gegensatz zu der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leiterplattenanordnung 10 umfasst die in 3 dargestellte Leiterplattenanordnung 110 eine Wärmeabfuhrschnittstelle 132 der ersten Leiterplatte 112, welche auf der der zweiten Leiterplatte 114 abgewandten Seite der ersten Leiterplatte 112 angeordnet ist. Die Wärmeabfuhrschnittstelle 132 ist bevorzugt aus einem Material mit guten Wärmeleiteigenschaften, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium, hergestellt.Unlike in the 1 and 2 illustrated embodiment of the circuit board assembly according to the invention 10 includes the in 3 illustrated circuit board assembly 110 a heat dissipation interface 132 the first circuit board 112 , which on the second circuit board 114 opposite side of the first circuit board 112 is arranged. The heat dissipation interface 132 is preferably made of a material with good thermal conduction properties, such as copper or aluminum.

Die Wärmeabfuhrschnittstelle 132 der ersten Leiterplatte 112 ist auf ihrer der ersten Leiterplatte 112 abgewandten Seite mit einem großflächigen Element, wie beispielsweise einem Kühlkörper oder einem Gehäuseabschnitt, derart verbunden, dass Wärme, welche von der Wärmeaufnahmeschnittstelle 124 an die Wärmeabfuhrschnittstelle 132 der ersten Leiterplatte 112 übertragen wurde, von der Wärmeabfuhrschnittstelle 132 der ersten Leiterplatte 112 an das großflächige Element 134 übertragen werden kann. Von dem großflächigen Element 134 kann die Wärme anschließend an die Umgebung abgegeben werden.The heat dissipation interface 132 the first circuit board 112 is on her first circuit board 112 opposite side with a large-area element, such as a heat sink or a housing portion, connected such that heat, which from the heat receiving interface 124 to the heat dissipation interface 132 the first circuit board 112 was transmitted from the heat dissipation interface 132 the first circuit board 112 to the large-scale element 134 can be transferred. From the large-scale element 134 the heat can then be released to the environment.

Das in 4 vergrößert dargestellte Detail B aus 3 zeigt in einer Querschnittsansicht, dass die Wärmeaufnahmeschnittstelle 124 mit der Wärmeabfuhrschnittstelle 132 der ersten Leiterplatte 112 über Thermal-Vias 127 in Wärmeübertragungsverbindung steht, welche die von der Wärmeaufnahmeschnittstelle 124 aufgenommene Wärme durch die erste Leiterplatte 112 hindurch an die Wärmeabfuhrschnittstelle 132 der ersten Leiterplatte 112 übertragen.This in 4 enlarged shown detail B from 3 shows in a cross-sectional view that the heat receiving interface 124 with the heat dissipation interface 132 the first circuit board 112 about thermal vias 127 is in heat transfer connection, that of the heat receiving interface 124 absorbed heat through the first circuit board 112 through to the heat dissipation interface 132 the first circuit board 112 transfer.

Die in den 1 und 3 dargestellten weiß-gefüllten Pfeile zeigen beispielhaft den Wärmeübertragungsweg von der wärmeerzeugenden Schaltungsanordnung 20, 120 bis zur Abgabe der Wärme an die Umgebung.The in the 1 and 3 illustrated white-filled arrows show an example of the heat transfer path of the heat generating circuit 20 . 120 until the heat is released to the environment.

Denkbar ist natürlich auch, als eine dritte (nicht dargestellte) Ausführungsform eine Kombination der ersten Ausführungsform der Leiterplattenanordnung 10 und der zweiten Ausführungsform der Leiterplattenanordnung 110 zu bilden, so dass von der Wärmeaufnahmeschnittstelle 24, 124 aufgenommene Wärme sowohl an wenigstens eine Leiterschicht der ersten Leiterplatte 12, 112 als auch durch die erste Leiterplatte 12, 112 hindurch an eine Wärmeabfuhrschnittstelle 132 der ersten Leiterplatte 12, 112 übertragen wird. So eine Lösung ist besonders einfach realisierbar und auch besonders wirkungsvoll und stellt somit die bevorzugte Lösung für großen Wärmeabfuhrbedarf dar.It is also conceivable, of course, as a third embodiment (not shown) a combination of the first embodiment of the printed circuit board assembly 10 and the second embodiment of the circuit board assembly 110 to form, so from the heat receiving interface 24 . 124 absorbed heat both to at least one conductor layer of the first circuit board 12 . 112 as well as through the first circuit board 12 . 112 through to a heat dissipation interface 132 the first circuit board 12 . 112 is transmitted. Such a solution is particularly easy to implement and also particularly effective and thus represents the preferred solution for large heat dissipation requirements.

Die Erfindung stellt allgemein eine Leiterplattenanordnung bereit, bei der wenigstens eine zweite Leiterplatte bzw. eine von dieser getragene elektronische Schaltungsanordnung vermittels einer ersten Leiterplatte kühlbar/entwärmbar ist bzw. gekühlt/entwärmt wird.The invention generally provides a printed circuit board arrangement in which at least one second printed circuit board or an electronic circuit arrangement carried by the latter is coolable / heatable or cooled / heated by means of a first printed circuit board.

Claims (14)

Leiterplattenanordnung (10; 110), umfassend eine erste Leiterplatte (12; 112) und wenigstens eine zweite Leiterplatte (14; 114), welche über wenigstens eine Steckverbindungsanordnung (18) miteinander elektrisch gekoppelt oder elektrisch koppelbar sind; wobei die zweite Leiterplatte (14; 114) eine vorzugsweise wenigstens einen Prozessor umfassende elektronische Schaltungsanordnung (20; 120) umfasst, welche im Betrieb abzuführende Wärme erzeugt, die über wenigstens eine Wärmeabfuhrschnittstelle (22) von der zweiten Leiterplatte (14; 114) abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabfuhrschnittstelle (22) an einer der ersten Leiterplatte (12; 112) zugewandten Seite der zweiten Leiterplatte (14; 114) angeordnet ist und mit einer Wärmeaufnahmeschnittstelle (24; 124) der ersten Leiterplatte (12; 112) in Wärmeübertragungsverbindung steht oder bringbar ist, um die von der zweiten Leiterplatte (14; 114) abzuführende Wärme über die erste Leiterplatte (12; 112) abzuführen.Circuit board arrangement ( 10 ; 110 ), comprising a first printed circuit board ( 12 ; 112 ) and at least one second circuit board ( 14 ; 114 ), which via at least one connector assembly ( 18 ) are electrically coupled together or electrically coupled; the second circuit board ( 14 ; 114 ) an electronic circuit arrangement preferably comprising at least one processor ( 20 ; 120 ), which generates heat to be dissipated in operation, which via at least one heat dissipation interface ( 22 ) from the second circuit board ( 14 ; 114 ), characterized in that the heat dissipation interface ( 22 ) on one of the first printed circuit board ( 12 ; 112 ) facing side of the second circuit board ( 14 ; 114 ) and with a heat receiving interface ( 24 ; 124 ) of the first circuit board ( 12 ; 112 ) is in heat transfer connection or can be brought to the of the second circuit board ( 14 ; 114 ) dissipated heat through the first circuit board ( 12 ; 112 ) dissipate. Leiterplattenanordnung (10; 110) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine im wesentlichen plane Kontaktfläche der Wärmeabfuhrschnittstelle (22) und wenigstens eine im wesentlichen plane Kontaktfläche der Wärmeaufnahmeschnittstelle (24; 124) durch Wärmeleitung in Wärmeübertragungsverbindung stehen oder bringbar sind.Circuit board arrangement ( 10 ; 110 ) according to claim 1, characterized in that at least one substantially planar contact surface of the heat removal interface ( 22 ) and at least one substantially planar contact surface of the heat receiving interface ( 24 ; 124 ) are by heat conduction in heat transfer connection or can be brought. Leiterplattenanordnung (10; 110) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Wärmeleitmaterial (26), etwa eine Wärmeleitpaste oder ein Wärmeleitpad, zwischen der Kontaktfläche der Wärmeabfuhrschnittstelle (22) und der Kontaktfläche der Wärmeaufnahmeschnittstelle (24; 124).Circuit board arrangement ( 10 ; 110 ) according to claim 2, characterized by a heat-conducting material ( 26 ), such as a thermal paste or a Wärmeleitpad, between the contact surface of the heat dissipation interface ( 22 ) and the contact surface of the heat receiving interface ( 24 ; 124 ). Leiterplattenanordnung (10; 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine im Betrieb Wärme erzeugende Komponente der elektronischen Schaltungsanordnung (20; 120), beispielsweise der wenigstens eine Prozessor, auf der der ersten Leiterplatte (12; 112) zugewandten Seite der zweiten Leiterplatte (14; 114) angeordnet ist und die Wärmeabfuhrschnittstelle (22) bildet oder dieser zugehörig ist oder flächig mit einem Kontaktelement der Wärmeabfuhrschnittstelle (22) in Wärmeübertragungsverbindung steht.Circuit board arrangement ( 10 ; 110 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one in operation heat generating component of the electronic circuit arrangement ( 20 ; 120 ), for example the at least one processor, on which the first printed circuit board ( 12 ; 112 ) facing side of the second circuit board ( 14 ; 114 ) and the heat dissipation interface ( 22 ) forms or is associated with or flat with a contact element of the heat dissipation interface ( 22 ) is in heat transfer connection. Leiterplattenanordnung (10; 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaufnahmeschnittstelle (24; 124) an wenigstens einer Lage (28; 30) der ersten Leiterplatte (12; 112) aus einem wärmeleitenden Material angeschlossen ist, um über diese von der Wärmeabfuhrschnittstelle (22) aufgenommene Wärme abzuführen.Circuit board arrangement ( 10 ; 110 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the heat absorption interface ( 24 ; 124 ) at least one layer ( 28 ; 30 ) of the first circuit board ( 12 ; 112 ) made of a thermally conductive material is connected to it from the heat dissipation interface ( 22 ) dissipate absorbed heat. Leiterplattenanordnung (10; 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaufnahmeschnittstelle (24; 124) an einer auf der von der zweiten Leiterplatte (14; 114) abgewandten Seite der ersten Leiterplatte (12; 112) angeordneten Wärmeabfuhrschnittstelle (132) der ersten Leiterplatte (12; 112) angeschlossen ist, um über diese von der Wärmeabfuhrschnittstelle (22) der zweiten Leiterplatte (14; 114) aufgenommene Wärme abzuführen.Circuit board arrangement ( 10 ; 110 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the heat absorption interface ( 24 ; 124 ) on one of the second printed circuit board ( 14 ; 114 ) facing away from the first circuit board ( 12 ; 112 ) arranged heat removal interface ( 132 ) of the first circuit board ( 12 ; 112 ) is connected to it via the heat dissipation interface ( 22 ) of the second circuit board ( 14 ; 114 ) dissipate absorbed heat. Leiterplattenanordnung (10; 110) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabfuhrschnittstelle (132) der ersten Leiterplatte (12; 112) wenigstens eines von einer Kühlrippenanordnung, einer Gebläseanordnung, einer Heatpipeanordnung, einem wärmeübertragenden und einer Wärmetauscheranordnung eines Kühlmediumkreislaufs aufweist oder/und mit einem Gehäuse der Leiterplattenanordnung (10; 110) in Wärmeübertragungsverbindung steht.Circuit board arrangement ( 10 ; 110 ) according to claim 6, characterized in that the heat removal interface ( 132 ) of the first circuit board ( 12 ; 112 ) at least one of a cooling fin arrangement, a blower arrangement, a heatpipe arrangement, a heat-transmitting and a heat exchanger arrangement of a cooling medium circuit and / or with a housing of the printed circuit board assembly ( 10 ; 110 ) is in heat transfer connection. Leiterplattenanordnung (10; 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Schaltungsanordnung der ersten Leiterplatte (12; 112) über die Steckverbindungsanordnung (18) mit der elektronischen Schaltungsanordnung (20; 120) der zweiten Leiterplatte (14; 114) wechselwirkt.Circuit board arrangement ( 10 ; 110 ) according to one of the preceding claims, characterized in that an electronic circuit arrangement of the first printed circuit board ( 12 ; 112 ) via the connector assembly ( 18 ) with the electronic circuitry ( 20 ; 120 ) of the second circuit board ( 14 ; 114 ) interacts. Leiterplattenanordnung (10; 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leiterplatte (14; 114) mit dem wenigstens einen Prozessor, wenigstens einem Speichermodul und weiteren von der zweiten Leiterplatte (14; 114) getragenen elektronischen Komponenten einen Single-Board-Computer oder ein SOM-/COM-Computer-Modul bildet.Circuit board arrangement ( 10 ; 110 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the second printed circuit board ( 14 ; 114 ) with the at least one processor, at least one memory module and further from the second printed circuit board ( 14 ; 114 ) forms a single-board computer or a SOM / COM computer module. Leiterplattenanordnung (10; 110) nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltungsanordnung der ersten Leiterplatte (12; 112) über einen Bus der ersten Leiterplatte (12; 112), die Steckverbindungsanordnung (18) und einen Bus der zweiten Leiterplatte (14; 114) mit der elektronischen Schaltungsanordnung (20; 120) der zweiten Leiterplatte (14; 114) wechselwirkt.Circuit board arrangement ( 10 ; 110 ) according to claim 8 and 9, characterized in that the electronic circuit arrangement of the first printed circuit board ( 12 ; 112 ) via a bus of the first circuit board ( 12 ; 112 ), the connector assembly ( 18 ) and a bus of the second circuit board ( 14 ; 114 ) with the electronic circuitry ( 20 ; 120 ) of the second circuit board ( 14 ; 114 ) interacts. Leiterplattenanordnung (10; 110) nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltungsanordnung der ersten Leiterplatte (12; 112) und die elektronische Schaltungsanordnung (20; 120) der zweiten Leiterplatte (14; 114) über einen über die Steckverbindungsanordnung (18) verlaufenden durchgängigen Bus wechselwirken.Circuit board arrangement ( 10 ; 110 ) according to claim 8 and 9, characterized in that the electronic circuit arrangement of the first printed circuit board ( 12 ; 112 ) and the electronic circuitry ( 20 ; 120 ) of the second circuit board ( 14 ; 114 ) via one via the connector assembly ( 18 ) interacting continuous bus interact. Leiterplatte, die als erste Leiterplatte (12; 112) mit wenigstens einer zweiten Leiterplatte (14; 114) zu einer Leiterplattenanordnung (10; 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 kombinierbar ist und wenigstens einen Steckverbinder, welcher mit einem Gegen-Steckverbinder der zweiten Leiterplatte (14; 114) zusammensteckbar ist, und eine Wärmeaufnahmeschnittstelle (24; 124) auf einer der zweiten Leiterplatte (14; 114) zugeordneten Seite aufweist, um von der zweiten Leiterplatte (14; 114) über eine Wärmeabfuhrschnittstelle (22) der zweiten Leiterplatte (14; 114) zugeführte Wärme aufzunehmen und über wenigstens eine Lage (28; 30) der ersten Leiterplatte (12; 112) aus einem wärmeleitenden Material oder/und eine auf einer von der zweiten Leiterplatte (14; 114) abgewandten Seite der ersten Leiterplatte (12; 112) angeordneten Wärmeabfuhrschnittstelle (132) der ersten Leiterplatte (12; 112) abzuführen.Printed circuit board, which serves as the first circuit board ( 12 ; 112 ) with at least one second printed circuit board ( 14 ; 114 ) to a printed circuit board assembly ( 10 ; 110 ) can be combined according to one of claims 1 to 11 and at least one connector, which with a mating connector of the second circuit board ( 14 ; 114 ) and a heat receiving interface ( 24 ; 124 ) on one of the second circuit board ( 14 ; 114 ) associated side of the second circuit board ( 14 ; 114 ) via a heat removal interface ( 22 ) of the second circuit board ( 14 ; 114 ) received heat and at least one layer ( 28 ; 30 ) of the first circuit board ( 12 ; 112 ) of a thermally conductive material and / or one on one of the second printed circuit board ( 14 ; 114 ) facing away from the first circuit board ( 12 ; 112 ) arranged heat removal interface ( 132 ) of the first circuit board ( 12 ; 112 ) dissipate. Leiterplatte, die als zweite Leiterplatte (14; 114) mit einer ersten Leiterplatte (12; 112) zu einer Leiterplattenanordnung (10; 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 kombinierbar ist und wenigstens einen Gegen-Steckverbinder, welcher mit einem Steckverbinder der ersten Leiterplatte (12; 112) zusammensteckbar ist, und eine Wärmeabfuhrschnittstelle (22) auf einer der ersten Leiterplatte (12; 112) zugeordneten Seite aufweist, um mit einer Wärmeaufnahmeschnittstelle (24; 124) der ersten Leiterplatte (12; 112) in Wärmeübertragungsverbindung zu treten und von der zweiten Leiterplatte (14; 114) abzuführende Wärme über die erste Leiterplatte (12; 112) abzuführen.Printed circuit board, which serves as a second printed circuit board ( 14 ; 114 ) with a first printed circuit board ( 12 ; 112 ) to a printed circuit board assembly ( 10 ; 110 ) can be combined according to one of claims 1 to 11 and at least one mating connector, which with a connector of the first circuit board ( 12 ; 112 ) is pluggable, and a heat dissipation interface ( 22 ) on one of the first printed circuit board ( 12 ; 112 ) associated with a heat receiving interface ( 24 ; 124 ) of the first circuit board ( 12 ; 112 ) in heat transfer connection and from the second printed circuit board ( 14 ; 114 ) dissipated heat through the first circuit board ( 12 ; 112 ) dissipate. Leiterplatte nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch die Merkmale der ersten (12; 112) bzw. zweiten (14; 114) Leiterplatte gemäß wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 11.Printed circuit board according to Claim 12 or 13, characterized by the features of the first ( 12 ; 112 ) or second ( 14 ; 114 ) Printed circuit board according to at least one of claims 2 to 11.
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