CN103650646A - 用于检查基板是否正确粘合在电和热导体上的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检查在基板(6)与电和热导体(2)之间是否以薄的、整面的粘合层正确粘合的方法，在基板的正面(8)上设有带有印制导线(12)和电子组件(14)的电路(10)，其中，印制导线(12)与电和热导体(2)分别借助电缆接头(20)连接在电压源(24)的相反的电极(22)上并通过测得的电容推断出粘合层(18)的质量。在粘合层太厚或不是整面的情况下，测得的电容不在预先设定的区间以内。

Description

用于检查基板是否正确粘合在电和热导体上的方法
技术领域
本发明涉及一种用于检查基板是否正确粘合在电和热导体上的方法，其中，在基板和电导体之间构造粘合层，在基板的正面上设有带有印制导线和电子组件的电路，该电导体固定在基板的背面上。
背景技术
为了控制电机驱动的泵使用带有通过印制导线相互电连接的控制和功率组件的基板。功率组件和视安装位置而定的环境产生热量，该热量必须从各基板上的电子组件散发掉，以避免电路由于过高的热载荷而受损。基于此原因，基板固定在冷却体上，该冷却体一般由导电及导热性好的金属，尤其是铝制造，并且要么在其背对基板的一侧被冷却剂环绕流动以便通过冷却剂散发热量，要么具有肋条，所述肋条能够散热到空气流中。基板在铝制冷却体上的固定可以摩擦配合地、材料结合地或形面配合地进行。为了即使在较高的热载荷时也能确保从基板到冷却体的足够的散热，必须实施尽可能平面的连接并且以到待连接的冷却体尽可能小的距离连接。
相应地，在DE10051945Cl中公开一种用于汽车电子部件的基板的连接装置，其中，此连接借助热导粘合剂实现。
从迄今尚未公开的欧洲申请EP11165116.2中已知，通过在冷却体和陶瓷基板之间产生真空实施这种粘合，由此即使在易断裂的陶瓷基板中也可实现整面的且薄的粘合层。
在此，粘合层越薄且越整面，热导就越好。因此，需要能在检查粘合时判断粘合层的厚度和在粘合层的区域内是否存在可能的空气夹杂物。
还从JP4344402AA中已知，通过测量电容器的电容确定多层基板的厚度，该电容器通过在基板的正面和背面上的传导性的层构成。未涉及判断冷却体和基板之间粘合连接的质量。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于检查基板是否正确粘合在电和热导体上的方法，该方法可以准确地判断粘合层厚度和是否是整面粘合并因此判断粘合层的质量，以便可以确保组件足够的散热。
该技术问题通过一种具有权利要求1的特征的、检查基板是否正确粘合在电和热导体上的方法解决。
通过印制导线和电导体分别借助电缆接头连接到电压源的相反的电极上，其中，通过测得的电容推断出粘合层的质量，能够以简单的方式实现无损伤的层厚测量和粘合质量的确定。在此，印制导线在电和热导体的一侧和另一侧上用作平板电容器对置的平板，其中，在这些平板之间设有已知厚度的非传导性的电路载体和待确定厚度的粘合剂。电容在此一方面与层厚有关，另一方面与粘合层的介电常数有关，该介电常数在空气夹杂物情况下变化，因此电容是一个粘合层质量和厚度的度量。
电缆接头优选通过电路的供电触点与印制导线连接。供电触点可很容易接近。此外，可重复与该位置的连接，从而可以通过电缆接头的导线之间的电容性耦合剔除测量误差。
在按本发明的方法的一种扩展设计中，首先确定所用粘合剂的介电常数，由此去掉由于无粘合剂导致的具有变化介电常数的错误测量结果。
此外，为了改善测量结果，有利地直接在将电缆接头与导体和印制导线接触之前执行偏移补偿。通过在电缆接头与基板之间间隔一个定义的距离的情况下测量的这种归零，很大程度地消除电容性耦合或空气湿度的影响。
优选，将测得的电容与电容的上限值和下限值比较，若电容位于上下限值之间的区间内，则推断出粘合正确。该区间在此可以选择为较小，因为存在较高的测量精度。因此，若维持极限值，可以推断出粘合是整面的且足够薄。
这种方法确保在基板和电和热导体之间的粘合，通过此粘合，确保热负载的基板的足够的散热，从而可靠地避免热敏感的电子组件停止运转，由此可以判断粘合在层厚和可能的空气夹杂物方面的质量。
附图说明
下列根据附图描述按本发明的方法。
图1简略示出粘合在冷却体上的基板的侧视图，
图2简略示出与电缆接头相连接的基板的俯视图。
图3示出检查步骤的流程图。
具体实施方式
在图1中示出导体2，该导体由导热且导电的金属，优选铝制成并用作冷却体，该冷却体在安装到其下侧4上之后被流体冷却剂环绕流动。
基板6固定在该导体2上，该基板6例如可以由陶瓷制成并且在其正面8设有由印制的电气印制导线12和与之连接的电子组件1组成的电路10，这些电子组件例如包含电气的功率半导体。当然，也可以考虑其它的电路材料，如FR4以及其它的用于例如通过蚀刻或层压铜箔制造印制导线的方法。
在与电路10相反的、基板6的背面16和冷却体2之间的连接借助热导粘合剂实现，该热导粘合剂电绝缘地并且导热地作用。它具有大致200000mPas的粘性，因此它是膏状的粘合剂，该粘合剂很好定量配给并且不易于滴落。将该粘合剂螺旋状地以粘合剂珠形式涂敷，然后在真空下将空气吸入通道之间，由此应当通过随后给基板6的正面8施加以大气压力，由于正面8和背面16之间的压力差进行平面的粘合。
形成的粘合层18的厚度应当为约l00μm并且非常均匀。在此通过将固体混合到膏状的粘合剂中，预先给定约50μm的最小厚度。因此，确保基板6或布置在基板6上的电子组件14朝冷却体2方向的最优化的散热。
按本发明，为了检查粘合层的质量并因此检查电导体2和印制导线12的热传递量的质量，如图2中所示，借助两个电缆接头20连接在电压源24的相反的电极22上。与印制导线12的连接在此通过电路10的供电触点26进行。
该接触导致，电气印制导线12形成电容器的第一平板，导体2形成电容器的相对置的第二平板，该第二平板具有与在这两个平板之间由基板6和粘合层18组成的绝缘材料有关的电容。
平板电容器的电容以本身已知的方式由下列方程式(1)计算：
C = A d ϵ 0 · ϵ r - - - ( 1 )
其中，C是电容
A是平板的有效重叠面
d是平板的间距
εγ是平板之间的材料的相对介电常数
ε0是绝对介电常数(8.85419*10-12ASV-1m-1)
在此情况下，获得在电容器的平板之间双层的结构，因此方程式(2)得出： C = A d 1 ϵ 0 · ϵ r 1 + d 2 ϵ 0 · ϵ r 2 - - - ( 2 )
其中，d1是基板的层厚
d2是粘合层的层厚
εγ1是基板材料的相对介电常数
εγ2是粘合剂的相对介电常数
方程式(2)的未知数是粘合层的厚度d2，该厚度根据该方程式(2)的变换求得：
d 2 = ϵ r 2 · ( ϵ 0 · A C - d 1 ϵ r 1 ) - - - ( 3 )
在所用的基板6的厚度和其相对介电常数已知并且两个用作平板的电容器部分的重叠面积已知时，必须尽可能为各新产生的情况提前以已知的方式确定粘合剂的相对介电常数。然后测量电容，然后由此可以借助方程式(3)确定粘合层的厚度或质量。电容的测量例如可以借助Wavetek公司的LCR55执行。
为了除去空气湿度以及电缆接头20的两个导线的电容性耦合，直接在将电缆接头20放在供电触点26和导体2上之前，以定义的例如1cm的距离执行偏移补偿。在此，电缆接头20还以尽可能简单的方式如在执行本来的测量时一样地相对布置。
通过相应执行的参考测量，例如300pF的上限值Co以及例如225pF的下限值Cu确定作为电容区间，在该区间内，可以推断出粘合层的质量足够。因此，根据图3中的流程图，在步骤28开始电容测量。在下面的步骤30中输入下限值和上限值。在步骤32中开始在定义的点施加电压并且测量一个值Kist。当然，可以执行多次测量，并且在步骤34中该多次测量例如通过方差估计借助高斯误差传播定律受到测量值修正，因此获得已修正的电容Ckor。当然，也可以使用其它已知的测量值修正方法。在下面的步骤36中，将已修正的测量值Ckor与下限值Cu比较。若Ckor小于Cu，则认为粘合是不好的并且选出由基板6和导体2构成的单元，如通过附图标记38所示。否则，在后面的步骤40中将已修正的测量值Ckor与上限值Co比较。若Ckor小于Co，则继续进行步骤42并且认为该单元是好的。否则，继续进行步骤44并且认为该单元是不好的。该方法以步骤46结束。
明显的是，在粘合层18太厚时，测得的电容变小，并因此从用于电容的极限值的区间向下偏离。因此，发现粘合剂中存在导致更大层厚的杂质的部分。若存在空气夹杂物，则认为实际的相对介电常数更小。随之导致，测得的电容同样向下偏离。若在一个确定的区域上没有粘合剂在基板下方，则平板通过真空整面地、但不充分固定地支承在冷却体2上，由此测得的电容向上从该区间下降。因此导致，所有在粘合中的重要错误都通过这种测量方式发现，从而可以可靠地避免交付有瑕疵的部件。
因此，该方法适合用于测量极其薄的且热导性好的粘合层，因此由于保证了整面的、薄的粘合层，所以即使在较高的热载荷时也可以可靠地避免电子设备的故障。
明显的是，本申请的保护范围不限于所描述的实施例。可以考虑不同的用于优化该方法的修改和扩展方案，如测量点的固定和测量的自动化，只要不偏离主权利要求的保护范围即可。

Claims (5)

1.一种用于检查基板(6)是否正确粘合在电和热导体(2)上的方法，其中，在所述基板(6)和所述电和热导体(2)之间构造粘合层(18)，在所述基板(6)的正面(8)上设有带有印制导线(12)和电子组件(14)的电路(10)，所述电和热导体(2)固定在所述基板(6)的背面(16)上，
其特征在于，所述印制导线(12)与所述电和热导体(2)分别借助电缆接头(20)连接在电压源(24)的相反的电极(22)上，其中，通过测得的电容推断所述粘合层(18)的质量。
2.按权利要求1所述的用于检查基板(6)是否正确粘合在电和热导体(2)上的方法，
其特征在于，所述电缆接头(20)通过电路(10)的供电触点(26)与所述印制导线(12)连接。
3.按权利要求1或2所述的用于检查基板(6)是否正确粘合在电和热导体(2)上的方法，
其特征在于，首先确定所用粘合剂的介电常数。
4.按前述权利要求之一所述的用于检查基板(6)是否正确粘合在电和热导体(2)上的方法，
其特征在于，直接地在所述电缆接头(20)与所述电和热导体(2)和所述印制导线(12)接触之前执行偏移补偿。
5.按前述权利要求之一所述的用于检查基板(6)是否正确粘合在电和热导体(2)上的方法，
其特征在于，将所述测得的电容(C)与用于所述电容的上限值(Co)和下限值(Cu)比较，若所述电容位于所述下限值(Cu)和所述上限值(Co)之间的区间内，则推断出粘合是正确的。
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