CN105340076B - 电路装置及用于制造控制车辆变速器的电路装置的方法 - Google Patents

电路装置及用于制造控制车辆变速器的电路装置的方法 Download PDF

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Abstract

用于控制车辆变速器的电路装置(202)包括集成电路(206)，该集成电路用第一表面(312)紧固在电路载体(300)的第一载体表面(314)上，并且在与第一表面(312)对置的第二表面(316)上具有用于从集成电路(206)排出热量的传热面(310)，尤其是其中，该传热面(310)构造为用于与冷却体(308)接触的接触面。

Description

电路装置及用于制造控制车辆变速器的电路装置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制车辆变速器的电路装置及用于制造控制车辆变速器的电路装置的方法。
背景技术
电子部件由于高的结构空间需求而始终具有在功能范围不变或提高的情况下不断变小的趋势。由此提高构件中的功率密度，这需要对现有的解决方案进行改进或者使用新的设计，以便满足提高的热量需求。
在目前的产生大的损耗功率的高度集成电路或者IC(英语IC＝integratedcircuit)的情况下存在两个待考虑的并且限制最大可能的功率密度的边界条件。在集成模块或IC方面，即使在最高的环境温度和所产生的最大损耗功率的情况下也不允许超过特定的最大结点温度或连接温度。否则这将导致模块的损坏或者导致在特定的范围以外的运行。作为第二边界条件要考虑在最大的环境温度和损耗功率情况下最大可能的钎焊点温度，在该情况下仍然能够保证钎焊连接不受损害。如果假定采用目前的钎焊技术，那么最大可能的钎焊点温度明显低于最大结点温度。
发明内容
在这样的背景下，本发明提供根据独立权利要求的一种改善的用于控制车辆变速器的电路装置以及一种改善的用于制造控制车辆变速器的电路装置的方法。有利的设计方案从从属权利要求以及以下的描述中得出。
如果电路装置具有如下集成电路，其冷却连接位于与集成电路的钎焊连接对置的那一侧上，那么可以导出很大的(热)功率。这类型的电路装置可以以更高的功率密度实现。
因为根据这里提出的途径，集成电路的热去耦或散热通过与冷却体的直接连接实现，而不是经由钎焊点通过印制电路板实现，所以可以明显降低印制电路板温度或者钎焊点温度。相应地可以充分利用最大可能的结点温度，其中，尽管如此还可以将要求更严苛的钎焊点温度保持在低水平。
根据这里提出的电路设计可以实现很紧凑的布置。例如，可以在印制电路板的与集成电路的钎焊连接对置的那一侧上安置其他构件或连接接头。
一种用于控制车辆变速器的电路装置具有集成电路，该集成电路用第一表面紧固在电路载体的第一载体表面上，并且在与第一表面对置的第二表面上具有用于从集成电路排出热量的传热面，尤其是其中，该传热面构造为用于与冷却体接触的接触面。
电路装置可以用于道路车辆，例如乘用车或货车的变速器控制。电路装置可以理解为被装配的印制电路板或者电器，例如控制设备。电路装置可以具有通向变速器的接口。集成电路或IC可以包括多个布置在中央芯片上的适用于操控车辆变速器的电子元器件。集成电路可以包括壳体以及用于电连接到印制电路板或电路载体上的联接线。集成电路可以是高度集成电路。电路载体的载体表面既可以构造用于电连接，也可以构造用于集成电路的材料紧固。例如，集成电路可以通过其第一表面与电路载体的载体表面的钎焊连接而牢固地紧固在该电路载体上。集成电路的第一和第二表面可以是彼此对置的主面，即可以是集成电路的全部侧面中具有最大延伸尺寸的两个侧面。相应地，电路载体的第一载体表面可以是两个彼此对置的主面之一，即，可以是电路载体的全部侧面中具有最大延伸尺寸的侧面。传热面由于其在集成电路的外侧上的暴露位置也可称为裸露焊盘。传热面可以布置在集成电路的壳体上或者布置在壳体的凹部中，从而使传热面可以将集成电路的损耗热量最佳地从集成电路的内部向外排出到冷却体上。电路装置的关于传热面布置在集成电路的背对印制电路板的侧面上的有利的结构也可以被称为集成电路的反向连接(Reverse-Anbindung，英语reverse＝反向)。
集成电路尤其是可以至少具有调压器和末级元件。集成电路作为系统基础芯片的这种实施方案具有如下优点：可以将不同的功能汇总到具有最大电功率的最紧凑的结构空间上。
根据一种实施方式，电路装置可以具有冷却体，该冷却体与集成电路的传热面连接。例如，传热面可以直接或者通过中间层与冷却体连接。冷却体可以完全地或者部分地由金属构成。有利地，冷却体可以布置成使得从集成电路排出的热量由电路载体排走。通过冷却体可以将来自于集成电路的损耗热量排出。因此可以以这种方式延长集成电路的使用寿命。
电路装置例如可以具有壳体。在这种情况下，集成电路可以布置在壳体内部，并且壳体的面对集成电路第二表面的壳体壁可以成形为冷却体。集成电路的第二表面和壳体壁可以彼此平行地或者基本上平行地布置。壳体壁可以完全地或者部分地由金属构成。通过将壳体或壳体壁用作冷却体可以省略附加的冷却体。由此得到重量和结构空间优点。
根据电路装置的一种实施方式可以在集成电路的传热面与冷却体之间布置一种传热材料。该传热材料可以以位于传热面上的层的形式存在。该层可以实施为传热面的宽度或者略微更宽。除了对于集成电路的保护和稳定功能的优点以外，采用该实施方式还可以实现对来自于待冷却的构件的损耗热量的更快且更有针对性的排出。
根据电路装置的一种实施方式，电路载体的与第一载体表面对置的第二载体表面可以具有至少一个用于接触集成电路的电子元器件和/或外部电压供应的接头。电子元器件可以是电路装置的任意的附加的部件。也可以在第二载体表面上设置用于连接多个不同的电子元器件的附加的接头。该实施方式提供如下优点：可以将附加的部件特别节省空间地布置在电路装置上，这是因为通过有利的反向连接，集成电路的冷却可以完全通过印制电路板的第一载体表面进行，并且因此可以完全自由使用第二载体表面。
根据一种特别的实施方式，电路装置可以具有塑封件，该塑封件在电路载体的至少一个区段上以及冷却体的至少一个区段上延伸。例如，可以将塑封件构造为用于完全覆盖电路载体以及壳体。采用该实施方式可以以简单的方式同时保证对集成电路的碰撞保护以及冷却体与传热面的最佳连接。
用于制造控制车辆变速器的电路装置的制造方法具有下列步骤：
提供具有第一表面和与第一表面对置的第二表面的集成电路，该第二表面具有用于排出来自于集成电路的热量的传热面，尤其是其中，该传热面构造为用于与冷却体接触的接触面；
将集成电路用第一表面布置在电路载体的第一载体表面上；并且
将集成电路的第一表面与电路载体的第一载体表面连接，尤其是其中，该连接实施为材料锁合(stoffschlüssig)的连接。
连接步骤例如可以通过以材料锁合的方式实施的钎焊过程执行。
附图说明
借助附图示例性地更详细地阐述本发明。其中：
图1示出根据现有技术的集成电路的冷却连接的视图；
图2示出具有根据本发明一个实施例的用于控制车辆变速器的电路装置的车辆的框图；
图3示出根据本发明一个实施例的采用反向组装技术的集成电路冷却连接的视图；
图4示出根据本发明另一实施例的采用反向组装技术的集成电路的冷却连接的视图；
图5示出根据本发明一个实施例的具有电路载体塑封件的采用反向组装技术的集成电路冷却连接的视图；并且
图6示出根据本发明一个实施例的用于制造用于控制车辆变速器的电路装置的制造方法的流程图。
在本发明的有利的实施例的以下描述中，对于在不同的图中示出的并且相似地作用的元件采用相同或相似的附图标记，其中省略对这些元件的重复描述。
具体实施方式
图1示出具有集成电路的常规冷却连接的电路装置100的局部视图。示出了电路载体102，该电路载体布置在由金属形成的电路壳体的壳体上侧104与壳体下侧106之间。在电路载体或印制电路板102的表面上，除了其他部件以外还布置有具有传热面110的高度集成系统基础芯片108。传热面110(也称为裸露焊盘)存在于系统基础芯片108的面对电路载体102的表面上，并且与电路载体102的表面邻接。在这里使用电路壳体的片段性示出的壳体下侧106作为冷却体。电路载体102与壳体下侧106之间的间隙形成多个热通道112之一，一层传热材料114布置于热通道中。
在图1中所示的根据现有技术的标准解决方案的情况下，试图将具有损耗功率的模块108尽可能最佳地连接到冷却体106上。为此，模块或系统基础芯片108具有钎焊到印制电路板102上的裸露焊盘110。通过印制电路板102与冷却体之间的传热材料114(也称为“空隙填充物”)和印制电路板102中的热通道112进行尽可能最佳的热连接。在这种情况下特别注意到的是，模块壳体的裸露焊盘110与印制电路板102的内层的连接尽可能以平面方式实施，从而也通过该路径将尽可能多的热量导出或扩散到印制电路板102中。在大部分目前的IC 108中，裸露焊盘110位于GND电势并因此可以全面地与印制电路板层联接。
图2示出具有用于控制车辆200的变速器204的电路装置202的实施例的车辆200的框图。车辆200在这里是乘用车。替选地，车辆200可以是货车或者有轨车辆。变速器204构造用于驱动车辆200的发动机。为了控制变速器204，电路装置202具有集成电路206，该集成电路通过两根电线208A、208B与变速器连接。在变速器204中可以根据这里提出的途径构建电路装置202，其能够实现变速器204的功能的切换或控制。在这里，在电路装置202中布置有一个或者多个IC或者集成电路206，集成电路例如与图1中所示的具有损耗功率的模块108类似地构建。这些IC可以相应于以下参照图3至5的描述构建在电路载体上，并构造用于控制指令的实施或电子处理。
图3示出根据本发明一种实施例的采用反向组装技术的来自于图2的集成电路206的冷却连接的详细视图。以横截面侧视图示出了图2的电路装置202的一个片段。电路装置202包括电路载体300、集成电路206以及第一电子元器件302和第二电子元器件304。此外，电路装置202由壳体包围，在图3的视图中片段性地示出了该壳体的上壳体壁306和下壳体壁308。在电路装置202的图3中示出的实施例中，壳体由金属形成，并且下壳体壁308形成用于排出来自于集成电路206的损耗热量的冷却体。根据图中未示出的替选的实施例，电路装置可以具有一个或多个附加的冷却体。根据集成电路206的图3中所示的实施例，它实施为具有一个或多个调压器和/或末级元件的系统基础芯片。在该高度集成的实施方案中，集成电路206的特征在于高的功率密度以及相应高的有待最佳地导出的损耗热量。
将集成电路206连接于印制电路板或者电路载体300上的上述反向技术的特征在于，将用于排出来自于集成电路206的热量的传热面310布置在离开电路载体300的方向上。相应地，将电路装置202布置成使得集成电路206的第一表面312紧固在电路载体300的第一载体表面314上。在电路装置202的图3中示出的实施例的情况下，集成电路206在印制电路板300上的紧固通过钎焊实现。集成电路206的具有传热面310的第二表面316相应地面对壳体下侧或者下壳体壁308。因此可以有利地将来自于高度集成电路的热量排出到在这里形成冷却体的下壳体壁中，而不用像现有技术中那样穿过电路载体300的接地层。
电路装置202的图3中示出的实施例具有一层传热材料318，该传热材料层布置在下壳体壁308与第一载体表面314之间的间隙中。在这种情况下，将传热材料318布置在下壳体壁308的表面与集成电路206的传热面310之间，从而使得传热材料无间隙地位于两个部件308、310上。通过其特征在于高损耗功率的系统基础芯片206与电路载体300的反向连接可以将热量直接通过传热材料318引导至冷却体或者壳体308，并且不需要经由印制电路板300的路径。因此实现集成电路206与电路载体300的热去耦，并因此可以使热量保持远离集成电路206的第一表面312上的要求严苛的钎焊点。
借助图3中的视图示出的新的结构设计(其中，系统基础芯片206采用反向组装技术置入)除了改善地排出来自于系统基础芯片206的热量以外还带来其他优点，即，与第一载体表面314对置的印制电路板侧或者第二载体表面320可以完全用于装配其他的元器件302、304，这是因为它不需要用于连接冷却元件。
图4借助另一详细视图示出了采用反向组装技术的电路装置202的另一实施例，用以阐述电路载体300的目前不再需要用于散热的第二载体表面320的多种可能的用途。在这里将SMD插头或者表面安装的元器件作为第一电子元器件302布置在第二载体表面320上。除此以外也可以将第二载体表面320用作向外的任意的连接部位。在图4中示出的实施例中，借助熔焊或钎焊的绞合线400，在第二载体表面320上设置用于集成电路206的外部电压供应或输出的联接可能性。通过绞合线400(其例如可以相应于图2的电线208A和208B)可以在电路装置202与车辆的变速器之间产生能量流。替选地，也可以将绞合线400用于集成电路206与变速器控制之间的信号传递。
根据在这里提出的发明的另一实施例，在第二载体表面320上设置用于引线框架的联接可能性或任意的键合连接。此外，在这里与图3中所示的实例不同的是，在电路载体的第一载体表面314上与系统基础芯片206相邻地设置有另一电子部件。
图5又以片段的详细视图示出电路装置202的借助图4阐述的实施例的示例性的改进方案。在这里，在生产后为电路装置202设有塑封件500。如图5中所示，形成壳体的金属体以及电路载体300至少在侧面上由塑封件500包围。因此可以将印制电路板300并因而将集成电路206稳定化，并实现印制电路板300与电路装置202的壳体的稳固的连接。
图6示出用于制造控制车辆变速器的电路装置的制造方法600的实施例的流程图。该电路装置可以是借助图2至5所阐述的根据本发明的电路装置的实施例。在步骤602中提供具有第一表面和与第一表面对置的第二表面的集成电路，该第二表面具有用于将来自于集成电路的热量排出的传热面，尤其是其中，传热面构造为用于与冷却体接触的接触面。在步骤604中，将集成电路用第一表面布置在电路载体的第一载体表面上。在步骤606中建立集成电路的第一表面与电路载体的第一载体表面的连接，尤其是其中，该连接实施为材料锁合的连接。材料锁合的连接例如可以通过钎焊产生。
这里所提出的电路装置采用反向技术的结构设计允许在具有高的功率密度的电子控制设备中明显更紧凑的解决方案。根据本发明的电路装置的借助上述图形描述的不同实施方式与向外的接口相组合此外特别适用于集成的变速器控制。
所描述的以及图形所示的实施例仅是示例性地选择的。不同的实施例可以完全地或者参照单个特征彼此组合。一个实施例也可以用其他实施例的特征补充。
此外，根据本发明的方法步骤可以重复实施并且可以以与所描述的顺序不同的顺序实施。
如果一个实施例包括第一特征与第二特征之间的“和/或”关系，那么可以将其理解为该实施例根据一种实施方式既具有第一特征又具有第二特征，并且根据另一种实施方式要么仅具有第一特征要么仅具有第二特征。
附图标记
100 根据现有技术的电路装置
102 根据现有技术的电路载体
104 根据现有技术的壳体上侧
106 根据现有技术的壳体下侧
108 根据现有技术的高度集成系统基础芯片
110 根据现有技术的传热面
112 根据现有技术的通道
114 根据现有技术的传热材料
200 车辆
202 电路装置
204 变速器
206 集成电路
208A 第一电线
208B 第二电线
300 电路载体
302 第一电子元器件
304 第二电子元器件
306 上壳体壁
308 下壳体壁，冷却体
310 传热面
312 集成电路的第一表面
314 电路载体的第一载体表面
316 集成电路的第二表面
318 传热材料
320 电路载体的第二载体表面
400 外部电压供应
500 塑封件
600 用于制造电路装置的制造方法
602 提供集成电路的步骤
604 将集成电路布置于电路载体上的步骤
606 集成电路与电路载体的连接步骤

Claims (8)

1.用于控制车辆(200)的变速器(204)的电路装置(202)，其中，所述电路装置(202)具有集成电路(206)，所述集成电路用第一表面(312)紧固在电路载体(300)的第一载体表面(314)上，并且仅在与所述第一表面(312)对置的第二表面(316)上具有用于从所述集成电路(206)排出热量的传热面(310)，
其中，所述传热面(310)构造为用于与冷却体(308)连接的接触面，
其中，所述电路装置(202)具有壳体，其中，所述集成电路(206)布置在所述壳体内部，并且所述壳体的面对所述集成电路(206)的第二表面(316)的壳体壁成形为所述冷却体(308)，
其中，所述电路装置(202)具有塑封件(500)，其中，所述壳体以及所述电路载体(300)在整个侧面上由所述塑封件(500)包围。
2.根据权利要求1所述的电路装置(202)，其特征在于，所述集成电路(206)至少具有调压器和末级元件。
3.根据权利要求1所述的电路装置(202)，其特征在于，所述电路装置(202)具有所述冷却体(308)，所述冷却体与所述集成电路(206)的传热面(310)连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电路装置(202)，其特征在于，在所述集成电路(206)的传热面(310)与所述冷却体(308)之间布置有传热材料(318)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电路装置(202)，其特征在于，所述电路载体(300)的与所述第一载体表面(314)对置的第二载体表面(320)具有至少一个用于接触所述集成电路(206)的电子元器件(302、304)和/或外部电压供应(400)的和/或用于所述集成电路(206)与变速器控制装置之间的信号传递的接头。
6.用于制造控制车辆(200)变速器(204)的电路装置(202)的制造方法(600)，其特征在于，所述制造方法(600)具有下列步骤：
提供(602)具有第一表面(312)和与所述第一表面(312)对置的第二表面(316)的集成电路(206)，仅所述第二表面具有用于排出来自于所述集成电路的热量的传热面(310)，
其中，所述传热面(310)构造为用于与冷却体(308)连接的接触面，
其中，所述电路装置(202)具有壳体，其中，所述集成电路(206)布置在所述壳体内部，并且所述壳体的面对所述集成电路(206)的第二表面(316)的壳体壁成形为所述冷却体(308)，
其中，所述电路装置(202)具有塑封件(500)，其中，所述壳体以及所述电路载体(300)在整个侧面上由所述塑封件(500)包围；
将所述集成电路(206)用所述第一表面(312)布置(604)在电路载体(300)的第一载体表面(314)上；并且
将所述集成电路(206)的第一表面(312)与所述电路载体(300)的第一载体表面连接(606)。
7.根据权利要求6所述的制造方法(600)，其特征在于，所述传热面(310)构造为用于与冷却体(308)接触的接触面。
8.根据权利要求6所述的制造方法(600)，其特征在于，所述集成电路(206)的第一表面(312)与所述电路载体(300)的第一载体表面的连接实施为材料锁合的连接。
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