Eine bekannte Vorrichtung (US 4,979, 074) weist elektrische Bauteile, eine Leiterplatte (PCB), ein thermisch gut leitfä- higes Elastomer und einen Kühlkörper auf. Die Leiterplatte ist mit gewöhnlich bedrahteten Bauelementen bestückt. Die An- schlussdrähte der Bauelemente, die durch die Leiterplatte hindurchragen, werden in das Elastomer gedrückt, bis die Un- terseite der Leiterplatte plan an der ihr zugewandten Seite des Elastomers anliegt und die andere Seite des Elastomers plan an einem Kühlkörper anliegt. Die Leiterplatte, das E- lastomer und der Kühlkörper werden mechanisch mit Hilfe einer Schraube verbunden. Auf diese Weise entsteht ein thermisch leitfähiger Pfad, über den die Verlustleistung des elektri- schen Bauelements an den Kühlkörper abgegeben wird.

Das Elastomer stellt das Element mit der geringsten thermi- schen Leitfähigkeit im Pfad dar. Wird zur mechanischen Ver- bindung von Leiterplatte, Elastomer und Kühlkörper das E- lastomer noch beidseitig mit einem Klebefilm versehen, so wird die Wärmeleitung durch diesen Klebefilm weiter ver- schlechtert. Der zulässige Arbeitsbereich des elektrischen Bauelements wird hierdurch eingeschränkt. Bei einer Über- schreitung der zulässigen Temperatur des Bauelements kann es zum Totalausfall des Bauelements oder zu Teilschäden kommen, die früher oder später auch zu einem Totalausfall des Bauele- ments führen können.

Der Einsatz von Klebefolien mit erhöhter thermischer Leitfä- higkeit reduziert bei den zur Zeit zur Verfügung stehenden Materialen die mechanische Haftfähigkeit.

Bei der Verwendung von Wärmeleitklebern besteht die Gefahr, dass sich unterhalb der thermisch kritischen Bauelemente Lufteinschlüsse bilden. Diese verschlechtern wiederum die thermische Anbindung an den Kühlkörper und auch die mechani- sche Verbindung zum Kühlkörper wird dadurch geschwächt.

Aus der Patentschrift EP 0 489 958 B1 ist eine Leiterplatte bekannt, die eine Aussparung aufweist, in die eine gut wärme- leitende Metallplatte eingesetzt ist. Diese Platte wird von unten, d. h. von der Lötseite her in die Leiterplatte einge- setzt und mit dem Bauelement mit einem Niet verbunden. An- schließend wird die Leiterplatte mit einem Gehäuse mechanisch verbunden.

Da die Bauelemente der Schaltungsanordnung nach dem Bestücken direkt mit einer Wärmesenke verbunden sind, ist eine Repara- tur eines bei einem ersten Test festgestellten Defekts eines Bauelements nun nicht mehr möglich. Die Ursache hierfür liegt darin, dass nahezu die gesamte zugeführte Wärme an die Wärme- senke abgeleitet wird und das Lot so nicht genügend erwärmt werden kann, um die Lötverbindungen des Bauelements zu tren- nen und das Bauelement zu ersetzen. Eine nachträgliche Ver- besserung der thermischen Anbindung des elektrischen Bauele- ments an die Wärmesenke, beispielsweise nach einem ersten Test, ist hier nicht möglich, da die Platte vor der Verbin- dung mit dem Gehäuse eingesetzt werden muss.

Des Weiteren muss die Aussparung in der Leiterplatte im De- sign des Schaltungslayouts berücksichtigt werden. Dies ist einerseits aufwändig, sowohl beim Design, als auch bei der Fertigung der Leiterplatte, andererseits wird durch die Aus- sparung auch sehr viel Platz auf der Leiterplatte bean- sprucht.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Wärmeableitvorrichtung zum Ableiten von Wärme, die von einem elektrischen Bauelement er- zeugt wird, zu schaffen, die eine Verbesserung der thermi- schen Leitfähigkeit zwischen Bauelement und Kühlelement er- möglicht und eine gute und einfach zu fertigende Wärmeablei- tung an ein Kühleelement sicherstellt. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung einen Test einer Schaltungsanordnung und eventuell einen Austausch des Bauelements zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wärmeableitvor- richtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einem Verfahren zum Herstellen der Wärmeableitvorrichtung gemäß An- spruch 7 gelöst.

Zur Lösung der Aufgabe der Erfindung ist bei der Wärmeableit- vorrichtung unterhalb von einem elektrischen Bauelement, das eine hohe Verlustleistung aufweist, ein Hohlraum angeordnet.

Dieser Hohlraum wird nachträglich mit einem thermisch gut leitfähigen Füllstoff gefüllt. In dem Bereich der Leiterplat- te, an dem aufgrund der Verlustleitung des Bauelements Abwär- me entsteht, wird auf diese Weise für eine thermisch gut leitfähige Verbindung zwischen'Bauelement und Kühlelement ge- sorgt.

Die Erfindung eignet sich besonders zur Verlängerung der Le- bensdauer und einer Erhöhung der Zuverlässigkeit von elektro- nischen Komponenten in Bereichen erhöhter Umgebungstempera- tur, wie sie beispielweise bei einer Steuerelektronik auf dem Gebiet der Automobiltechnik vorkommen. Hier wird die Steuer- elektronik zunehmend im Bereich der Fahrzeugkomponenten, wie beispielsweise Motor, Getriebe oder Bremsen, angeordnet.

Die Erfindung ermöglicht weiter eine gezielte und dadurch auch kostengünstige thermische Anbindung thermisch kritischer Bauelemente an ein Kühlelement.

Im Gegensatz zu einer herkömmlichen thermischen Anbindung des elektrischen Bauelements an eine Wärmesenke, ist es mit Hilfe der Erfindung möglich, den wärmeleitfähigen Füllstoff nach- träglich einzubringen, d. h. der Füllstoff kann nach dem Be- stücken der Leiterplatte und/oder nach dem mechanischen Fi- xieren der Leiterplatte auf dem Kühlelement eingebracht wer- den. Somit bietet die erfindungsgemäße Wärmeableitvorrich- tung, trotz einer guten thermischen Anbindung nach der Befül- lung des Hohlraums, noch die Möglichkeit einer Reparatur, durch einen Austausch eines Bauelements.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Füllstoff wird durch eine Öffnung von außen in den Hohl- raum eingebracht. Durch dieselbe oder eine weitere Öffnung entweicht die durch den Füllstoff aus dem Hohlraum verdrängte Luft. Das Einbringen des Füllstoffes erfolgt durch Einpressen des Füllstoffes in den Hohlraum.

Alternativ kann der Füllstoff auch durch Unterdruck in den Hohlraum eingesaugt werden oder aufgrund der Kapillarkraft, die durch die Oberflächenspannung des in diesem Fall flüssi- gen Füllstoffs entsteht, in den Hohlraum eingesaugt werden.

Es kann auch ein fester Füllstoff in den Hohlraum eingebracht werden, der in gekörnter Form oder als Pulver vorliegt.

Weiter kann ein flüssiger Füllstoff verwendet werden, der nach dem Einbringen aushärtet. So wird verhindert, dass der Füllstoff im späteren Betrieb aus dem Hohlraum austreten kann. Alternativ kann nach dem Einbringen die Öffnung ver- schlossen werden.

Anhand der schematischen Zeichnungen werden im folgenden zwei Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen :

Figur 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäßen Wärmeab- leitvorrichtung, Figur 2 einen Schnitt durch die Wärmeableitvorrichtung, entlang der Linie II-II in Figur l, Figur 3 einen Schnitt durch die Wärmeableitvorrichtung, entlang der Linie III-III in Figur 1, und Figur 4 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Wärmeableitvorrichtung, dieser entspräche dem entlang der Linie III-III in Figur 1.

Eine in Figur 1 in der Draufsicht dargestellte erfindungsge- mäße Wärmeableitvorrichtung weist eine Leiterplatte 4 mit zu- mindest einem elektrischen Bauelement 1, eine Folie 5 (vgl.

Fig. 2) und einem Kühlelement 6 auf. Das Bauelement 1 erzeugt im Betrieb aufgrund seiner Verlustleitung Wärme.

Unterhalb des Bauelements 1 ist zwischen Bauelement 1 und Kühlelement 6 ein Hohlraum 9 angeordnet.

Die beidseitig mit einem Klebefilm versehene Folie 5 weist an der Stelle, die sich im montierten Zustand unterhalb des e- lektrischen Bauelements 1 befindet, eine Ausnehmung auf.

Diese Ausnehmung kann beispielsweise durch Stanzen der Klebe- folie 5 hergestellt werden.

Aufgrund der Ausnehmung bildet sich im montierten Zustand der Hohlraum 9 zwischen dem Bauelement 1 und dem Kühlelement 6.

Das Bauelement 1, hier ein oberflächenmontiertes Bauelement 1 (SMD), ist mit Anschlusskontakten 2 an Lötpads 3 der Lei- terplatte 4 angelötet (vgl. Fig. 2 und 3). Es ist auf diese Weise sowohl elektrisch als auch mechanisch mit der Leiter- platte 4 verbunden.

Die Leiterplatte 4 weist seitlich neben dem Bauelement 1 eine erste Öffnung 8 und auf der gegenüberliegenden Seite neben dem Bauelement 1 eine weitere Öffnung 8 in der Leiterplatte 4 auf. Die beiden Öffnungen 8 und 81 schaffen von außen Zu- gänge zum Hohlraum unterhalb des Bauelements 1. Die Öffnungen 8 und 8 können beispielsweise als Bohrungen in der Leiter- platte 4 realisiert sein.

Durch die erste Öffnung 8 wird ein Füllstoff 7 in den Hohl- raum eingebracht. Als Füllstoff 7 kann eine Wärmeleitpaste auf Silikonbasis verwendet werden, wie beispielsweise"Arctic Silver 2", die ungefähr 80% verkapseltes Silber enthält.

Über die zweite Öffnung 8'kann die durch den Füllstoff 7 verdrängte Luft aus dem Hohlraum entweichen, so dass der Hohlraum größtenteils ohne Luftblasen mit dem Füllstoff 7 be- füllt werden kann.

Der in Figur 2 dargestellt Schnitt durch die Wärmeableitvor- richtung entlang der Linie II-II von Figur 1 zeigt die Vor- richtung im montierten Zustand. Der Hohlraum ist ebenfalls schon mit dem Füllstoff 7 befüllt.

Die Leiterplatte 4 wird bei der Montage mit der Klebefolie 5 auf das Kühlelement 6 aufgeklebt. Anschließend wird der Hohl- raum unterhalb des Bauelements 1 mit dem gut wärmeleitfähi- gen Füllstoff 7 gefüllt.

Der in Figur 3 dargestellte Schnitt entlang der Linie III-III von Figur 1 zeigt die Wärmeableitvorrichtung um 90° gedreht.

Der Füllstoff 7 wird unter Druck in die erste Öffnung 8 ein- gebracht. Der Füllstoff 7 füllt den Hohlraum und verdrängt die darin befindliche Luft, die durch die zweite Öffnung 8'entweicht.

Der Füllgrad des Hohlraums kann beispielsweise aufgrund des Austretens von Füllstoff 7 aus der zweiten Öffnung 8'oder aufgrund der eingebrachten Füllstoffmenge beurteilt werden.

Die Befüllung des Hohlraums kann beispielsweise auch durch Unterdruck oder die Kapillarkraft des Füllstoffs 7 erfolgen.

Hierzu kann je nach Konstruktion von Hohlraum und Einfüllöff- nung auch nur eine Öffnung 8 oder 8 notwendig sein.

Bei der Befüllung durch Unterdruck wird über der ersten oder zweiten Öffnung 8 der Füllstoff 7 aufgebracht und durch Un- terdruck, der an der ersten Öffnung 8 erzeugt wird, in den Hohlraum hineingezogen.

Im Falle der Befüllung durch Kapillarkraft wird der in eine Öffnung 8 oder 8 eingebrachte Füllstoff 7 aufgrund dieser Kraft in den Hohlraum hineingezogen.

Bei flüssigen oder gekörnten Füllstoffen 7, die nach dem Be- füllen nicht aushärten, können die Öffnungen 8 und/oder 8 zu dem Hohlraum nach dem Befüllen verschlossen werden.

Um möglichst keine Lufteinschlüssen unterhalb des Bauele- ments 1 zu erhalten, kann eine Form des Hohlraums 9 gewählt werden, wie sie beispielsweise in Figur 1 gestrichelt darge- stellt ist. Die hier dargestellte Form des Hohlraums 9 ist o- valförmig ausgebildet und weist keine Ecken auf, in die der Füllstoff 7 nur schwer eingebracht werden könnte. Es können auch andere Formen verwendet werden, die funktionell gleich- wertig sind.

Bei dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbei- spiel wurde zusätzlich zwischen dem Bauelement 1 und der Lei- terplatte 4 ein thermisch gut leitfähiges Element 10, bei- spielsweise eine thermisch gut leitfähige Folie oder Paste, eingebracht. Dadurch geht die Wärme besser vom Bauelement 1

über die Leiterplatte 4 und den Füllstoff 7 auf das Kühlele- ment 6 über.

Alternativ kann auch das Kühlelement 6 mit Öffnungen zum Be- füllen und/oder Entlüften versehen sein.

Eine Befüllung des Hohlraums über nur eine einzige Öffnung 8 oder 8 mit einem kombinierten Befüll-und Entlüftungsstutzen oder durch das Erzeugen eines Unterdrucks im Hohlraum ist auch möglich. Bei der Befüllung durch nur eine Öffnung 8 oder 8 wird durch einen Teil der Öffnung 8 oder 8 der Füllstoff 7 eingebracht, durch den anderen Teil der Öffnung 8 oder 8 entweicht die verdrängte Luft.

Um die Wärmeleitfähigkeit der Leiterplatte 4 zu verbessern, können im Bereich unterhalb des Bauelements 1 Durchkontak- tierungen angebracht werden.

Zusätzlich zu dem Hohlraum 9 kann die Leiterplatte 4-wie im zweiten Ausführungsbeispiel in Figur 4 dargestellt zumindest - im Bereich des Bauelements 1 eine Aussparung 11 aufweisen und durch den Füllstoff 7 oder durch ein anderes thermisch gut leitfähiges Material ersetzt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 haben funktionell i- dentische Elemente wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel dieselben Bezugszeichen wie in Figur 3.

Das Befüllen der Aussparung 11 in der Leiterplatte 4 kann e- benfalls wie oben beschrieben nach dem Bestücken durch die Öffnung 8 oder 8 erfolgen oder aber auch durch Einbringen eines thermisch gut leitfähigen Materials in die Aussparung 11 vor dem Bestücken und einer Befüllung des Hohlraums mit dem Füllstoff 7 nach dem Bestücken. Auf diese Weise können nach dem Bestücken. noch Tests durchgeführt werden und eventu- ell defekte Bauteile ausgetauscht werden.