DE10045696A1 - Contact device and circuit arrangement - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kontakteinrichtung gemäß dem Ober begriff des Anspruchs 1 sowie eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.The invention relates to a contact device according to the Ober Concept of claim 1 and a circuit arrangement according to the preamble of claim 8.
Schaltungsanordnungen, insbesondere Leistungshalbleitermodule oder dergleichen, weisen eine elektronische Schaltung oder Schaltungseinheit auf, durch welche eine gewünschte Funktion der Schaltungsanordnung im wesentlichen realisiert wird. Zur Kontaktierung der Schaltungseinheit ist in der Regel minde stens eine Kontakteinrichtung, zum Beispiel in Form eines An schlusses oder dergleichen, ausgebildet. Des weiteren weisen Schaltungsanordnungen in der Regel mindestens einen Träger auf, auf welchem zumindest die Schaltungseinheit sowie die Kontakteinrichtung anordenbar und/oder halterbar sind. Ferner ist der Träger in der Regel dazu ausgebildet, im Betrieb zu mindest von der Schaltungseinheit Wärmemenge aufzunehmen, um die Schaltungseinheit zu entwärmen.Circuit arrangements, in particular power semiconductor modules or the like, have an electronic circuit or Circuit unit through which a desired function the circuit arrangement is essentially realized. to Contacting the circuit unit is usually at least at least one contact device, for example in the form of a contact conclusion or the like. Furthermore point Circuit arrangements usually have at least one carrier on which at least the circuit unit and the Contact device can be arranged and / or held. Further the carrier is usually designed to operate to absorb at least heat from the circuit unit in order to to heat the circuit unit.
Bei vielen Anwendungen sind über die ausgebildeten Kontaktein richtungen nicht nur interne Verschaltungen und Kontaktierun gen der Schaltungsanordnungen ausgebildet, sondern es findet über diese Kontakteinrichtungen auch die Kontaktierung und Verschaltung mit der sogenannten Außenwelt, insbesondere also mit weiteren, externen Schaltungsanordnungen, statt.In many applications, trained contacts are not only internal interconnections and contacts trained against the circuit arrangements, but it takes place via these contact devices also the contacting and Interconnection with the so-called outside world, in particular with additional, external circuit arrangements, instead.
Die Kontakteinrichtungen weisen in der Regel mindestens einen primären und einen sekundären Kontaktbereich auf. Diese sind im wesentlichen elektrisch leitend ausgebildet und ebenfalls im wesentlichen elektrisch leitend miteinander verbunden. Der primäre bzw. sekundäre Kontaktbereich sind ausgebildet, im Be trieb mit mindestens dem ersten bzw. zweiten Kontakt verbunden zu werden. So ist es zum Beispiel üblich, den primären Kon taktbereich mit einer externen weiteren Schaltungsanordnung zu kontaktieren, zum Beispiel durch Aufstecken einer sogenannten Steckkarte oder Schaltungskarte auf eine Mehrzahl von vorgese henen Kontakteinrichtungen. Die sekundären Kontaktbereiche der Kontakteinrichtung sind dabei zur entsprechenden Verbindung oder Kontaktierung mit internen Schaltungseinheiten der Schaltungsanordnung ausgebildet.The contact devices usually have at least one primary and a secondary contact area. These are essentially electrically conductive and also essentially electrically connected together. The primary or secondary contact area are formed in the Be driven connected to at least the first or second contact to become. For example, it is common for the primary con clock range with an additional external circuit arrangement contact, for example by attaching a so-called Plug-in card or circuit card on a plurality of vorese contact devices. The secondary contact areas of the Contact devices are for the corresponding connection or contact with internal circuit units of the Circuitry formed.
Insbesondere im Bereich der Leistungshalbleiterelektronik, bei welchem relativ hohe Spannungen und elektrische Ströme zwi schen Schaltungsanordnungen und mithin entsprechend hohe elek trische Leistungen zu übertragen sind, müssen die vorgesehenen Kontakteinrichtungen wechsellastbeständig ausgelegt sein. Das bedeutet, daß gerade im Hinblick auf eine mechanische Halte rung der Kontakteinrichtung die jeweilige thermische Wechsel last berücksichtigt werden muß, wobei sich somit ein starres Montieren der unterschiedlichen thermischen Belastungen ausge setzten Kontakteinrichtung zum Beispiel auf einem Träger ver bietet. Somit scheidet ein mechanisches Fixieren durch Schrau ben oder Löten auf einem Träger aus, weil derartige mechani sche Verbindungen nicht widerstandsfähig genug sind.Especially in the field of power semiconductor electronics, at which has relatively high voltages and electrical currents between circuit arrangements and therefore correspondingly high elec services are to be transferred, the intended Contact devices should be designed to withstand alternating loads. The means that just with regard to a mechanical stop the respective thermal change load must be taken into account, thus resulting in a rigid Assemble the different thermal loads put contact device for example on a carrier offers. Mechanical fixing by means of screws is therefore ruled out ben or soldering on a carrier because such mechani connections are not strong enough.
Des weiteren ist bei bekannten Kontakteinrichtungen bzw. bei bekannten Schaltungsanordnungen problematisch, daß aufgrund der Übergangswiderstände und der übertragenen hohen elektri schen Leistungen gerade die Kontakteinrichtungen dazu neigen, besonders hohe Temperaturen, insbesondere im Bereich der pri mären und sekundären Kontaktbereiche, anzunehmen. Dies führt dazu, daß bei bekannten Kontakteinrichtungen und Schaltungsan ordnungen die elektrische Leistungsaufnahme oft nicht weiter gesteigert werden kann.Furthermore, in known contact devices or known circuit arrangements problematic that due to the contact resistance and the transferred high electri services, especially the contact facilities tend to particularly high temperatures, especially in the area of pri mary and secondary contact areas. this leads to to the fact that in known contact devices and circuit regulations often do not further the electrical power consumption can be increased.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kontakaeinrich tung sowie eine Schaltungsanordnung zu schaffen, bei welchen eine besonders hohe elektrische Leistung übertragbar bzw. ver arbeitbar ist. The invention has for its object a Kontakaeinrich device and to create a circuit arrangement in which a particularly high electrical power transferable or ver is workable.
Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Kontakteinrichtung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe bei einer gat tungsgemäßen Schaltungsanordnung erfindungsgemäß mit den Merk malen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 8 gelöst. Vor teilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kontakt einrichtung bzw. der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind jeweils Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.The task is with a generic contact device according to the invention with the features of the characterizing part of claim 1 solved. Furthermore, the task with a gat circuit arrangement according to the invention with the Merk paint the characterizing part of claim 8 solved. before partial further developments of the contact according to the invention device or the circuit arrangement according to the invention are the subject of the dependent subclaims.
Die erfindungsgemäße Kontakteinrichtung ist dadurch gekenn zeichnet, daß an mindestens einem der Kontaktbereiche ein Ver bindungsbereich vorgesehen ist. Dieser Verbindungsbereich ist ausgebildet, im Betrieb der Kontakteinrichtung eine mechani sche und thermische Verbindung zwischen der Kontakteinrich tung, insbesondere dem verbundenen Kontaktbereich davon, und einem Kühlbereich der Schaltungsanordnung, insbesondere einer Bodenplatte davon, auszubilden, um im Betrieb einen Wärme transport von der Kontakteinrichtung zum Kühlbereich hin und mithin eine Entwärmung der Kontakteinrichtung zu erreichen.The contact device according to the invention is thereby characterized records that a Ver. at least one of the contact areas binding area is provided. This connection area is trained a mechani in the operation of the contact device cal and thermal connection between the contact device device, in particular the associated contact area thereof, and a cooling area of the circuit arrangement, in particular one Base plate of it to train to heat in operation transport from the contact device to the cooling area and to achieve a cooling of the contact device.
Bei herkömmlichen Kontakteinrichtungen wird eine Entwärmung, wenn überhaupt, gewöhnlich über die entsprechenden elektri schen Kontaktierungen am primären bzw. am sekundären Kontakt bereich, d. h. also über die daran angeschlossenen Schaltungs einheiten, zumindest teilweise realisiert. Dies führt dazu, daß bei herkömmlichen Kontakteinrichtungen diese sich je nach zu übertragender elektrischer Leistung im Übermaß erhitzen, wodurch die übertragbare elektrische Leistung limitiert ist.With conventional contact devices, cooling, if any, usually through the appropriate electri contacts on the primary or secondary contact area, d. H. so about the connected circuit units, at least partially realized. This leads to, that with conventional contact devices this varies depending on heat excess electrical power to be transferred, whereby the transferable electrical power is limited.
Dem entgegen ist eine Grundidee der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Kontakteinrichtung mit einer zusätzlichen, quasi aktiven Kühlung zu versehen, durch welche im Betrieb der Kontakteinrichtung - das heißt also bei und nach Montage in einer Schaltungsanordnung - der Kontakteinrichtung Wärmemenge entzogen werden kann, insbesondere zu einem Kühlbereich hin, welcher im Bereich der Schaltungsanordnung vorgesehen ist, wodurch eine übermäßige Erwärmung der Kontakteinrichtung erfin dungsgemäß verhindert wird.In contrast, a basic idea of the present invention is a generic contact device with an additional, to provide quasi-active cooling, by means of which the Contact device - that means during and after installation in a circuit arrangement - the contact device amount of heat can be withdrawn, especially towards a cooling area, which is provided in the area of the circuit arrangement, whereby excessive heating of the contact device properly prevented.
Diese zusätzliche, aktive Kühlung der Kontakteinrichtung wird dadurch realisiert, daß zumindest in einem der Kontaktbereiche ein Verbindungsbereich ausgebildet ist, durch welchen eine me chanische und/oder thermische Verbindung zwischen der Kon takteinrichtung und der Kühleinrichtung der Schaltungsanord nung geschaffen wird. Dadurch kann im Betrieb der Kontaktein richtung im Rahmen der Schaltungsanordnung ständig Wärmemenge von der Kontakteinrichtung direkt an die Kühleinrichtung der Schaltungsanordnung abgegeben werden. Dadurch ist es möglich, im Rahmen der thermischen Limits der Kontakteinrichtung die zu übertragende elektrische Leistung weiter zu steigern, ohne daß eine übermäßige Erhitzung oder Erwärmung der erfindungsgemäßen Kontakteinrichtung eintritt.This additional, active cooling of the contact device will realized in that at least in one of the contact areas a connection area is formed through which a me mechanical and / or thermal connection between the con clock device and the cooling device of the circuit arrangement is created. This allows the contact to operate direction in the context of the circuit arrangement constant amount of heat from the contact device directly to the cooling device of the Circuit arrangement are given. This makes it possible within the thermal limits of the contact device to further increase transmitted electrical power without excessive heating or warming of the invention Contact device occurs.
Um gleichzeitig den Beanspruchungen aufgrund der thermischen Wechsellasten in mechanischer Hinsicht gerecht zu werden, ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemä ßen Kontakteinrichtung vorgesehen, daß diese ausgebildet ist, im Betrieb von einer im Bereich der Schaltungsanordnung vorge sehenen Halteeinrichtung gehaltert zu werden. Durch diese Maß nahme findet praktisch eine funktionsmäßige Entkopplung zwi schen Halteeinrichtung und Verbindungsbereich statt, wobei die Halteeinrichtung im wesentlichen die mechanische Aufgabe des Halterns, Positionierens und Fixierens der Kontakteinrichtung im Betrieb übernimmt, wogegen der Verbindungsbereich zwar eine mechanische Kontaktierung des Verbindungsbereichs am Kühlbe reich der Schaltungsanordnung realisiert, dies aber aus schließlich zum Zwecke des thermischen Kontakts oder der ther mischen Verbindung zur Wärmemengeübertragung an den Kühlbe reich der Schaltungsanordnung. Der Verbindungsbereich über nimmt somit keine Funktion des mechanischen Fixierens.To at the same time the stresses due to the thermal Alternating loads in mechanical terms is to be met it according to a preferred embodiment of the invention ß contact device provided that this is formed in the operation of one in the area of the circuit arrangement see holding device to be held. By that measure takes practically a functional decoupling between rule holding device and connection area, the Holding device essentially the mechanical task of Holding, positioning and fixing the contact device takes over in operation, whereas the connection area does mechanical contacting of the connection area on the cooling unit realizes the circuit arrangement, but this from finally for the purpose of thermal contact or ther mix connection for heat transfer to the cooling area range of circuitry. The connection area over thus has no mechanical fixing function.
Um eine besonders günstige Entwärmung der erfindungsgemäßen Kontakteinrichtung zu ermöglichen, ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kontakteinrich tung vorgesehen, daß der Verbindungsbereich ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere größer oder gleich 0,5 W/mK, aufweist oder von einem solchen Material gebildet wird. Dadurch wird erreicht, daß pro Zeiteinheit eine beson ders große Wärmemenge aus der erfindungsgemäßen Kontaktein richtung an den Kühlbereich der Schaltungsanordnung übertragen werden kann.To a particularly favorable cooling of the invention To enable contact device, it is according to a preferred Embodiment of the contact device according to the invention device provided that the connection area with a material high thermal conductivity, in particular greater or equal 0.5 W / mK, or formed from such a material becomes. This ensures that a particular per unit time ders large amount of heat from the contacts according to the invention direction transmitted to the cooling area of the circuit arrangement can be.
Da der Verbindungsbereich erfindungsgemäß nicht unbedingt zur Übernahme einer mechanischen Halterungsfunktion vorgesehen sein muß, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Kontakteinrichtung der Verbindungsbereich ein Ma terial aufweisen oder von einem solchen Material gebildet wer den, welches mechanisch elastisch ausgebildet ist. Dadurch kann den thermischen Wechsellasten auf besonders geeignete Art und Weise Rechnung getragen werden. Es wird somit eine beson ders haltbare thermische Verbindung zwischen der erfindungsge mäßen Kontakteinrichtung und der Kühleinrichtung der Schal tungsanordnung realisiert.Since the connection area is not necessarily according to the invention Assumption of a mechanical mounting function provided must be, according to a further embodiment of the inventions Invention contact device the connection area a Ma have material or formed by such a material the one that is mechanically elastic. Thereby can the thermal alternating loads in a particularly suitable manner and ways are taken into account. It will be a special one ders durable thermal connection between the fiction moderate contact device and the cooling device of the scarf arrangement realized.
Alternativ kann der Verbindungsbereich auch zur Ausübung me chanischer Haltefunktionen ausgebildet sein. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn entweder keine zusätzliche Halteeinrich tung vorgesehen ist oder wenn die Kontakteinrichtung im Be trieb in einer Halteeinrichtung eingebettet ist und diese dann gemeinsam mit der Kontakteinrichtung mittels des Verbindungs bereichs z. B. auf einem Träger der Schaltungsanordnung befe stigt wird. Wesentlich ist dabei für die Erfindung jeweils, daß der Verbindungsbereich zur Wärmeübertragung ausgelegt ist.Alternatively, the connection area can also be used for exercise chanic holding functions. This is e.g. B. then the case if either no additional holding device device is provided or if the contact device in the loading was embedded in a holding device and then this together with the contact device by means of the connection area z. B. on a carrier of the circuit arrangement is increased. It is essential for the invention in each case that the connection area is designed for heat transfer.
In der Regel wird der Kühlbereich der Schaltungsanordnung im wesentlichen metallisch, insbesondere aus Kupfer, ausgebildet sein. Um eine elektrische Entkopplung der erfindungsgemäßen Kontakteinrichtung vom Kühlbereich oder von der Kühleinrich tung der Schaltungsanordnung zu gewährleisten, wird es bevor zugt, daß der Verbindungsbereich ein im wesentlichen elektrisch isolierendes Material aufweist oder von einem solchen Material gebildet wird. Dadurch kann auch gewährleistet wer den, daß beim Vorsehen einer Mehrzahl von Kontakteinrichtun gen, welche im allgemeinen unterschiedliche Potentiale tragen, im Hinblick auf die gemeinsame thermische Verbindung an der selben Kühleinrichtung eine elektrische Entkoppelung der Mehr zahl von Kontakteinrichtungen gewährleistet ist.As a rule, the cooling area of the circuit arrangement in the essentially metallic, in particular made of copper his. To electrically decouple the invention Contact device from the cooling area or from the cooling device direction of the circuit arrangement to ensure it will that the connection area is essentially electrical Has insulating material or from such Material is formed. This also ensures who that if a plurality of contact devices are provided genes that generally have different potentials with regard to the common thermal connection at the same cooling device an electrical decoupling of the more number of contact devices is guaranteed.
Eine besonders flexible erfindungsgemäße Kontakteinrichtung ergibt sich dann, wenn der Verbindungsbereich ein Material aufweist oder von einem solchen Material gebildet wird, dessen mechanische, thermische und/oder elektrische Eigenschaften im wesentlichen zeitlich und/oder thermisch stabil sind, insbe sondere für einen im wesentlichen großen Bereich von Betrieb stemperaturen. Durch diese Maßnahme eröffneten sich Möglich keiten einer breiten Anwendungspalette, ohne für jeden Anwen dungsbereich jeweils eine speziell zugeschnittene Kontaktein richtung vorsehen zu müssen.A particularly flexible contact device according to the invention arises when the connection area is a material has or is formed from such a material, the mechanical, thermal and / or electrical properties in the are essentially stable over time and / or thermally, in particular especially for an essentially large area of operation stemperaturen. This measure opened up possibilities a wide range of applications, without for every application a specially tailored contact to have to provide direction.
Vorzugsweise wird der Verbindungsbereich derart ausgebildet, daß er als Material einen Kunststoff, ein Polymer, ein Harz, einen Kleber oder dergleichen und/oder eine Kombination oder Verbindung davon aufweist oder von einem derartigen Material gebildet wird.The connection area is preferably formed in such a way that that as a material it is a plastic, a polymer, a resin, an adhesive or the like and / or a combination or Has connection thereof or of such a material is formed.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, insbesondere Lei stungshalbleitermodul oder dergleichen, ist dadurch gekenn zeichnet, daß dort gerade mindestens eine erfindungsgemäße Kontakteinrichtung vorgesehen ist. Durch diese Maßnahmen kann das Spektrum der verarbeitbaren und übertragbaren elektrischen Leistungen über die herkömmlicherweise bestehenden Limits, insbesondere im Hinblick auf die thermischen Wechsellasten, erweitert werden.The circuit arrangement according to the invention, in particular Lei device semiconductor module or the like, is characterized records that there is at least one invention Contact device is provided. Through these measures the spectrum of processable and transferable electrical Benefits over the conventionally existing limits, especially with regard to the thermal alternating loads, be expanded.
Um den thermischen Wechsellasten insbesondere Rechnung zu tra gen, ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Schaltungsanordnung vorgesehen, daß eine Halteeinrichtung ausgebildet ist, durch welche die Erfindung für mehrere Kontakteinrichtungen im Bereich der Schaltungsanord nung, insbesondere wechsellastbeständig, halterbar ist.To take account of the thermal alternating loads in particular gene, according to a preferred embodiment of the invention Invention circuit arrangement provided that a holding device is formed by which the invention for several contact devices in the field of circuit arrangement tion, in particular resistant to changing loads, can be retained.
Dabei kann vorteilhafterweise die vorgesehene Halteeinrichtung als Gehäuseelement oder als Teil davon ausgebildet sein. Hier bei bietet es sich insbesondere an, daß gewöhnliche Gehäusee lemente, Stege oder dergleichen, in denen die Kontakteinrich tungen auf gewöhnliche oder herkömmliche Art und Weise aufge nommen sind, zusätzlich mit einer entsprechenden erfindungsge mäß bei der Kontakteinrichtung vorgesehenen Verbindungsbereich ausgebildet sind, um die entsprechende mechanische und thermi sche Verbindung zwischen Kontakteinrichtung und/oder Halteein richtung mit der Kühleinrichtung auszubilden.The holding device provided can advantageously be used be designed as a housing element or as part thereof. here at it is particularly useful that ordinary housing elements, webs or the like in which the contact device tion in the usual or conventional way are taken, in addition with a corresponding erfindungsge according to the connection area provided for the contact device are trained to the appropriate mechanical and thermal cal connection between the contact device and / or holding direction with the cooling device.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung auf der Grundlage eines bevorzugten Ausführungsbei spiels der erfindungsgemäßen Kontakteinrichtung bzw. der er findungsgemäßen Schaltungsanordnung näher erläutert.The invention is based on a schematic Drawing based on a preferred embodiment game of the contact device according to the invention or he Circuit arrangement according to the invention explained in more detail.
Fig. 1 ist eine schematische und teilweise geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einer Ausfüh rungsform der erfindungsgemäßen Kontakteinrichtung im Betrieb. Fig. 1 is a schematic and partially sectioned side view of an embodiment of the inventive circuit arrangement with an embodiment of the inventive contact device in operation.
Fig. 2 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung der Ent wärmungskapazität bei Verwendung der erfindungsge mäßen Kontakteinrichtung. Fig. 2 shows a graph illustrating the Ent heat capacity when using the contact device according to the invention.
In Fig. 1 ist in einer schematischen und teilweise geschnitte nen Seitenansicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 20 unter Verwendung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kontakteinrichtung 10 im Betrieb darge stellt. In Fig. 1, in a schematic and partly cross-sectional elevation view of an embodiment of the circuit arrangement 20 of the invention using an embodiment of the contact device 10 of the invention is in operation provides Darge.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 20 weist eine Schal tungseinheit 24 auf, welche auf einem Schaltungsträger 26, zum Beispiel einem DCB-Substrat, angeordnet ist. Der Schaltungs träger 26 bzw. das DCB-Substrat ist auf einem Träger 28 ange ordnet und fixiert. Dieser Träger 28 bildet eine Bodenplatte, welche zum Beispiel im wesentlichen aus Kupfer hergestellt sein kann, um eine Entwärmung zumindest des Schaltungsträgers 26 und der darauf angeordneten Schaltungseinheit 24 im Betrieb zu gewährleisten.The circuit arrangement 20 according to the invention has a circuit unit 24 , which is arranged on a circuit carrier 26 , for example a DCB substrate. The circuit carrier 26 or the DCB substrate is arranged on a carrier 28 and fixed. This carrier 28 forms a base plate, which for example can be made essentially of copper, in order to ensure that at least the circuit carrier 26 and the circuit unit 24 arranged thereon are cooled during operation.
Im linken Randbereich des Trägers 28 der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 20 ist ein Gehäuseelement 29, zum Beispiel ein Steg oder dergleichen, ausgebildet. In dieses Gehäuseele ment 29 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kon takteinrichtung 10 eingelassen. Diese wird durch das Gehäusee lement 29 mechanisch positioniert, fixiert und gehaltert. Das Gehäuseelement 29 ist aus einem im wesentlichen elektrisch isolierenden Material gefertigt und auf dem Träger 28 fixiert. Diese Fixierung könnte auch durch einen ausgedehnten Verbin dungsbereich 14 realisiert sein.A housing element 29 , for example a web or the like, is formed in the left edge region of the carrier 28 of the circuit arrangement 20 according to the invention. In this housing element 29 , an embodiment of the contact device 10 according to the invention is embedded. This is mechanically positioned, fixed and held by the housing element 29 . The housing element 29 is made of an essentially electrically insulating material and fixed on the carrier 28 . This fixation could also be realized by an extensive connection area 14 .
Die in das Gehäuseelement 29 eingelassene erfindungsgemäße Kontakteinrichtung 10 ist in Form eines großen L ausgebildet, und zwar durch zwei im wesentlichen senkrecht aufeinander ste hende Kontaktbereiche, nämlich einen primären Kontaktbereich 11, welcher im wesentlichen vertikal aufrecht orientiert ist, und einen im wesentlichen horizontal angeordneten sekundären Kontaktbereich 12. Am primären Kontaktbereich 11 der Kontakt einrichtung 10 ist im Betrieb ein Kontakt 21, zum Beispiel der Kontakt einer weiteren, externen Schaltungsanordnung oder Steckkarte, befestigt und elektrisch kontaktiert. Andererseits ist am sekundären Kontaktbereich 12 der erfindungsgemäßen Kon takteinrichtung 10 über einen Kontaktpunkt 22a ein Kontakt 22 angebracht, welcher an seinem zweiten Ende über einen weiteren Kontaktpunkt 22b mit der Schaltungseinheit 24 verbunden und elektrisch kontaktiert ist. Auf diese Weise wird über den Kon takt 21, den primären und sekundären Kontaktbereich 11, 12 der erfindungsgemäßen Kontakteinrichtung 10 sowie über den zwi schen den Kontaktpunkten 22a, 22b vorgesehenen Kontakt 22 eine leitende Verbindung und Kontaktierung der Schaltungseinheit 24 mit der Außenwelt realisiert.The inserted into the housing element 29 contact device 10 according to the invention is designed in the form of a large L, namely by two substantially perpendicularly standing contact areas, namely a primary contact area 11 , which is oriented essentially vertically upright, and a substantially horizontally arranged secondary Contact area 12 . At the primary contact area 11 of the contact device 10 , a contact 21 , for example the contact of a further external circuit arrangement or plug-in card, is fastened and electrically contacted during operation. On the other hand, a contact 22 is attached to the secondary contact area 12 of the contact device 10 according to the invention via a contact point 22 a, which is connected at its second end via a further contact point 22 b to the circuit unit 24 and is electrically contacted. In this way, clock via the con 21, the primary and secondary contact region 11, 12 of the contact device 10 of the invention as well as the interim rule the contact points 22 a, 22 b provided for contact 22, a conductive compound and contacting the circuit unit 24 realized with the outside world.
Unterhalb des sekundären Kontaktbereichs 12 der erfindungsge mäßen Kontakteinrichtung 10 ist der sogenannte Verbindungsbe reich 14 ausgebildet, durch welchen eine thermische Verbindung zwischen der erfindungsgemäßen Kontakteinrichtung 10, insbe sondere dem sekundären Kontaktbereich 12 davon, und dem Träger 28 oder der Bodenplatte der erfindungsgemäßen Schaltungsanord nung 20 hergestellt wird. Im Betrieb wird somit Wärmemenge di rekt vom sekundären Kontaktbereich 12 zur Bodenplatte 28 hin übertragbar.Below the secondary contact region 12 of the erfindungsge MAESSEN contact means 10 of the so-called Verbindungsbe is formed reaching 14 through which a thermal connection between the inventive contact device 10, in particular the secondary contact area sondere 12 thereof, and the carrier 28 or the bottom plate of Schaltungsanord inventive voltage 20 produced becomes. During operation, the amount of heat can thus be transferred directly from the secondary contact region 12 to the base plate 28 .
Im primären Kontaktbereich 11, sekundären Kontaktbereich 12 und im Bereich des Kontaktpunkts 22b auf der Schaltungseinheit 24 sind Ortspositionen A, B und C markiert. In Fig. 2 ist ein Graph gezeigt, welcher qualitativ den Temperaturverlauf in Ab hängigkeit von der Ortsposition, insbesondere in Abhängigkeit von den Positionen der Punkte A, B, C, angibt, wobei die Ab szisse des Graphen in etwa die Ortskoordinate, also den Ort, vorgibt und wobei die Ordinate des Graphen in Fig. 2 qualita tiv die Temperatur an dem jeweiligen Ort repräsentiert.In the primary contact area 11 , secondary contact area 12 and in the area of the contact point 22 b on the circuit unit 24 , location positions A, B and C are marked. In Fig. 2, a graph is shown which qualitatively indicates the temperature profile as a function of the location, in particular as a function of the positions of the points A, B, C, wherein the abscissa of the graph roughly corresponds to the location coordinate, that is, the location , specifies and the ordinate of the graph in Fig. 2 qualitatively represents the temperature at the respective location.
Die Spur S. also die gestrichelte Linie, zeigt den qualitati ven Temperaturverlauf für herkömmliche Schaltungsanordnungen unter Verwendung herkömmlicher Kontakteinrichtungen, also un ter Fortlassung eines thermischen Verbindungsbereichs 14. Die Punkte A und C repräsentieren dabei die Bereiche der Über gangswiderstände zur externen Schaltungsanordnung am ersten Kontakt 21 bzw. zur internen Schaltungseinheit 24 am Kontakt punkt 22b. Die Temperaturen TA und TC an diesen Positionen A und C sind im wesentlichen durch die dort gegebenen Übergangs widerstände und durch die zu übertragende elektrische Leistung bestimmt. Diese Temperaturen TA und TC werden erfindungsgemäß nicht oder nur gering beeinflußt. The track S., ie the dashed line, shows the qualitative temperature profile for conventional circuit arrangements using conventional contact devices, that is to say without a thermal connection region 14 . Points A and C represent the areas of the transition resistances to the external circuit arrangement at the first contact 21 and to the internal circuit unit 24 at the contact point 22 b. The temperatures T A and T C at these positions A and C are essentially determined by the contact resistance given there and by the electrical power to be transmitted. These temperatures T A and T C are not or only slightly influenced according to the invention.
Aufgrund der thermischen Eigenschaften bei Fortlassung des thermischen Verbindungsbereichs 14 ergibt sich im Mittelbe reich am Ort B eine relativ hohe Ortstemperatur T' B, weil eine Entwärmung der herkömmlichen Kontakteinrichtung ausschließlich über die Kontakte 21 und 22 nach extern bzw. über die Schalt einheit 24 an den Träger 28 erfolgt. Demzufolge akkumulieren sich die Wärmemengen im Bereich des Ortes B, wodurch die rela tiv hohe Ortstemperatur T' B resultiert.Due to the thermal properties with omission of the thermal connection area 14 results in the Mittelbe rich at location B a relatively high local temperature T ' B , because cooling of the conventional contact device only via the contacts 21 and 22 to the outside or via the switching unit 24 to the Carrier 28 takes place. As a result, the amounts of heat accumulate in the area of location B, which results in the relatively high location temperature T ' B.
Die Spur E, die durchgezogene Linie in der Fig. 2, repräsen tiert dagegen den qualitativen Temperaturverlauf im Falle des erfindungsgemäßen Vorsehens des thermischen Verbindungsbe reichs 14 bei der erfindungsgemäßen Kontakteinrichtung 10 bzw. bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 20.The lane E, the solid line in FIG. 2, repre other hand, the qualitative advantage temperature profile in the case of providing according to the invention the thermal Verbindungsbe Reich 14 in the inventive contact device 10 or, in the inventive circuit assembly 20.
Wie oben bereits geschildert wurde, sind die Temperaturen TA und TC an den Orten A und C im wesentlichen unverändert gegen über der herkömmlichen Kontakteinrichtung bzw. der herkömmli chen Schaltungsanordnung.As has already been described above, the temperatures T A and T C at the locations A and C are essentially unchanged compared to the conventional contact device or the conventional circuit arrangement.
Aufgrund der thermischen Verbindung oder thermischen Ankopp lung des sekundären Kontaktbereichs 12 der erfindungsgemäßen Kontakteinrichtung 10 an den Träger 28 der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 20 findet im Betrieb nunmehr ein Wärmemen genübergang vom sekundären Kontaktbereich 12, also von der er findungsgemäßen Kontakteinrichtung 10, an den Träger 28 statt, was eine Entwärmung der Kontakteinrichtung 10 zur Folge hat. Dadurch bildet der Bereich in der Nachbarschaft des thermi schen Verbindungsbereichs 14 im wesentlichen eine Wärmesenke für die erfindungsgemäße Kontakteinrichtung 10. Dies macht sich im Ergebnis durch eine Absenkung der Ortstemperatur von T' B auf TB im Ortsbereich B im Gegensatz zur herkömmlichen Kon takteinrichtung unter Fortlassung des erfindungsgemäßen Ver bindungsbereichs 14 bemerkbar. Due to the thermal compound or thermal Ankopp of the secondary contact region lung 12 of the contact device according to the invention 10 to the support 28 of the circuit assembly 20 according to the invention is in operation, now a Wärmemen genübergang from the secondary contact region 12, that of he inventive contact device 10 on the carrier 28 instead of, which results in heat dissipation of the contact device 10 . Thereby substantially forms the area in the vicinity of the connecting portion 14 thermi rule a heat sink for the inventive contact device 10th This is reflected in the result by a lowering of the local temperature from T ' B to T B in the local area B, in contrast to the conventional contact device while leaving the connecting area 14 according to the invention.
1010
Kontakteinrichtung
contactor
1111
primärer Kontaktbereich
primary contact area
1212
sekundärer Kontaktbereich
secondary contact area
1414
thermischer Verbindungsbereich
thermal connection area
2020
Schaltungsanordnung
circuitry
2121
erster Kontakt
first contact
2222
zweiter Kontakt
22a, b Kontaktpunkte
second contact
22a, b contact points
2424
Schaltungseinheit
circuit unit
2626
Schaltungsträger
circuit support
2828
Träger, Basisplatte
Carrier, base plate
2929
Gehäuseelement
A, B, C Ortspunkte
TA housing element
A, B, C location points
T A
, TB , T B
, TC , T C
Ortstemperaturen
local temperatures
Claims (10)
daß an mindestens einem der Kontaktbereiche (11, 12) ein Verbindungsbereich (14) vorgesehen ist und
daß der Verbindungsbereich (14) ausgebildet ist, im Betrieb der Kontakteinrichtung (10) eine mechanische und thermische Verbindung zwischen der Kontakteinrichtung (10), insbesonde re dem verbundenen Kontaktbereich (11, 12), und einem Kühl bereich (28) der Schaltungsanordnung (20), insbesondere ei ner Bodenplatte davon, auszubilden, um einen Wärmetransport von der Kontakteinrichtung (10) zum Kühlbereich (28) hin und mithin eine Entwärmung der Kontakteinrichtung (10) zu errei chen.1. Contact device which is designed to electrically connect at least a first and a second contact ( 21 , 22 ) of a circuit arrangement ( 20 ), in particular a power semiconductor module or the like, to one another, and which has at least one primary and one se secondary contact area ( 11 , 12 ), which are essentially electrically conductive, essentially electrically connected to one another and are designed to be connected to at least the first or second contact ( 21 , 22 ) in operation, thereby featured ,
that a connection area ( 14 ) is provided on at least one of the contact areas ( 11 , 12 ) and
that the connection area ( 14 ) is formed during operation of the contact device ( 10 ), a mechanical and thermal connection between the contact device ( 10 ), in particular the connected contact area ( 11 , 12 ), and a cooling area ( 28 ) of the circuit arrangement ( 20 ), in particular a base plate thereof, in order to achieve heat transfer from the contact device ( 10 ) to the cooling area ( 28 ) and consequently heat dissipation of the contact device ( 10 ).
mindestens einer Schaltungseinheit (24),
mindestens einer Kontakteinrichtung (10), welche ausgebildet ist, im Betrieb zumindest mit der Schaltungseinheit (24) kontaktiert zu werden, und
mindestens einem Träger (28), auf welchem zumindest die Schaltungseinheit (24) sowie die Kontakteinrichtung (10) an ordenbar und/oder halterbar sind und welcher ausgebildet ist, im Betrieb zumindest von der Schaltungseinheit (24) Wärmemenge aufzunehmen, um diese zu entwärmen,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Kontakteinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 vorgesehen ist.8. Circuit arrangement, in particular power semiconductor module or the like, with
at least one circuit unit ( 24 ),
at least one contact device ( 10 ) which is designed to be contacted at least with the circuit unit ( 24 ) during operation, and
at least one carrier ( 28 ) on which at least the circuit unit ( 24 ) and the contact device ( 10 ) can be arranged and / or held and which is designed to absorb at least heat quantity from the circuit unit ( 24 ) during operation in order to heat it,
characterized,
that a contact device ( 10 ) according to one of claims 1 to 7 is provided.
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