DE10045696B4 - circuitry - Google Patents

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Abstract

Schaltungsanordnung:
– mit einem ersten Kontakt (21) und einem zweiten Kontakt (22)
– mit einer Kontakteinrichtung (10), welche einen primären Kontaktbereich (11) und damit elektrisch leitend verbunden einen sekundären Kontaktbereich (12) aufweist und durch welche der erste und der zweite Kontakt (21, 22) der Schaltungsanordnung (20) miteinander elektrisch leitend verbunden sind, und
– mit einem Kühlbereich (28),
– wobei an einem der Kontaktbereiche (11, 12) ein Verbindungsbereich (14) vorgesehen ist, durch welchen eine mechanische und thermische Verbindung zwischen der Kontakteinrichtung (10) und dem Kühlbereich (28) und ein Wärmetransport von der Kontakteinrichtung (10) zum Kühlbereich (28) hin und mithin eine Erwärmung der Kontakteinrichtung (10) erreicht werden,
dadurch gekennzeichnet,
– dass eine Halteeinrichtung (29) vorgesehen ist,
– dass die Kontakteinrichtung (10) durch die Halteeinrichtung (29) in der Schaltungsanordnung (20) mechanisch gehaltert, positioniert und fixiert wird,
– dass der Verbindungsbereich (14) aus einem mechanisch elastischen...Circuitry:
With a first contact (21) and a second contact (22)
- With a contact device (10) having a primary contact region (11) and electrically conductively connected to a secondary contact region (12) and through which the first and the second contact (21, 22) of the circuit arrangement (20) electrically conductively connected are and
With a cooling area (28),
Wherein a connection region (14) is provided at one of the contact regions (11, 12), by means of which a mechanical and thermal connection between the contact device (10) and the cooling region (28) and a heat transfer from the contact device (10) to the cooling region ( 28) and thus heating of the contact device (10) can be achieved,
characterized,
That a holding device (29) is provided,
- That the contact device (10) by the holding device (29) in the circuit arrangement (20) is mechanically supported, positioned and fixed,
- That the connecting portion (14) made of a mechanically elastic ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a circuit arrangement according to the preamble of the claim 1.

Schaltungsanordnungen, insbesondere Leistungshalbleitermodule, 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 mindestens eine Kontakteinrichtung, zum Beispiel in Form eines Anschlusses 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 zumindest von der Schaltungseinheit Wärmemenge aufzunehmen, um die Schaltungseinheit zu entwärmen.Circuitry in particular power semiconductor modules, have an electronic Circuit or circuit unit, through which a desired function the circuit arrangement is substantially realized. For contacting the circuit unit is usually at least one contact device, formed for example in the form of a connection. Furthermore Circuit arrangements usually have at least one carrier, on which at least the circuit unit and the contact device can be arranged and / or halterbar. Furthermore, the carrier is in the Usually designed to operate at least by the circuit unit heat to de-warm the circuit unit.

Bei vielen Anwendungen sind über die ausgebildeten Kontakteinrichtungen nicht nur interne Verschaltungen und Kontaktierungen 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.at many applications are over the trained contact devices not only internal interconnections and contacts of the circuit arrangements formed, but it finds over these contact devices also the contacting and interconnection with the so-called outside world, especially with other, external circuit arrangements, instead of.

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 Betrieb mit mindestens dem ersten bzw. zweiten Kontakt verbunden zu werden. So ist es zum Beispiel üblich, den primären Kontaktbereich mit einer externen weiteren Schaltungsanordnung zu kontaktieren, zum Beispiel durch Aufstecken einer sogenannten Steckkarte oder Schaltungskarte auf eine Mehrzahl von vorgesehenen 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 one Contact area on. These are essentially electrically conductive formed and also substantially electrically conductive with each other connected. The primary or secondary Contact area are formed, in operation with at least the first or second contact to be connected. So it is common, for example, the primary Contacting contact area with an external further circuitry, For example, by attaching a so-called plug-in card or Circuit card on a plurality of provided contact devices. The secondary Contact areas of the contact device are the corresponding Connection or contacting with internal circuit units of Circuit arrangement formed.

Insbesondere im Bereich der Leistungshalbleiterelektronik, bei welchem relativ hohe Spannungen und elektrische Ströme zwischen Schaltungsanordnungen und mithin entsprechend hohe elektrische Leistungen zu übertragen sind, müssen die vorgesehenen Kontakteinrichtungen wechsellastbeständig ausgelegt sein. Das bedeutet, daß gerade im Hinblick auf eine mechanische Halterung der Kontakteinrichtung die jeweilige thermische Wechsellast berücksichtigt werden muß, wobei sich somit ein starres Montieren der unterschiedlichen thermischen Belastungen ausgesetzten Kontakteinrichtung zum Beispiel auf einem Träger verbietet. Somit scheidet ein mechanisches Fixieren durch Schrauben oder Löten auf einem Träger aus, weil derartige mechanische Verbindungen nicht widerstandsfähig genug sind.Especially in the field of power semiconductor electronics, in which relatively high voltages and electrical currents between circuits and therefore transmit correspondingly high electrical power are, must the proposed contact devices designed to withstand alternating load be. That means that just with regard to a mechanical mounting of the contact device the respective thermal load must be considered, where thus a rigid mounting of the different thermal Loaded contact device, for example, on a carrier prohibits. Thus separates a mechanical fixing by screws or soldering on a carrier because such mechanical connections are not robust enough are.

Des weiteren ist bei bekannten Kontakteinrichtungen bzw. bei bekannten Schaltungsanordnungen problematisch, daß aufgrund der Übergangswiderstände und der übertragenen hohen elektrischen Leistungen gerade die Kontakteinrichtungen dazu neigen, besonders hohe Temperaturen, insbesondere im Bereich der primären und sekundären Kontaktbereiche, anzunehmen. Dies führt dazu, daß bei bekannten Kontakteinrichtungen und Schaltungsanordnungen die elektrische Leistungsaufnahme oft nicht weiter gesteigert werden kann.Of Another is in known contact devices or in known Circuit arrangements problematic that due to the contact resistance and the transmitted high electrical outputs, the contact devices tend to especially high temperatures, especially in the area of primary and secondary Contact areas to accept. This causes that in known Contact devices and circuit arrangements the electrical power consumption often can not be increased further.

Die US 5,559,374 A betrifft einen integrierten Schaltkreis vom Hybridtyp, bei welchem eine Kontakteinrichtung für ein Leistungshalbleitermodul vorgestellt wird, wobei jeweils zwischen der Kontakteinrichtung und einer Bodenplatte oder einem Substrat ein Kontaktbereich zum mechanischen Verbinden vorgesehen ist. Der Verbindungsbereich wird dabei durch eine Isolationsschicht oberhalb des Substrats, durch eine Kupferplatte und eine Lötstelle gebildet.The US 5,559,374 A relates to a hybrid type integrated circuit in which a contactor device for a power semiconductor module is presented, wherein a contact region for mechanical connection is respectively provided between the contact device and a bottom plate or a substrate. The connection region is formed by an insulating layer above the substrate, by a copper plate and a solder joint.

Die EP 0 752 720 A2 betrifft eine Kontakteinrichtung zur Einstellung von möglichst geringen parasitären Induktivitäten bei Elektrodeneinrichtungen, die möglichst auch während des Betriebs einer Halbleitereinrichtung gehalten werden sollen. Aufrecht orientierte Bereiche von Hauptelektrodenplatten, die als Hauptstrompfade dienen sollen, sind in Wandbereichen eines Gehäuses eingelassen, wobei die Hauptelektrodenplatten zueinander parallel ausgerichtet sind. Dadurch werden parasitäre Induktivitäten, welche durch die Hauptelektrodenplatten verursacht werden, weitestgehend unterdrückt.The EP 0 752 720 A2 relates to a contact device for setting the lowest possible parasitic inductances in electrode devices, which should be kept as possible during operation of a semiconductor device. Upright-oriented portions of main electrode plates to serve as main current paths are embedded in wall portions of a case with the main electrode plates aligned in parallel with each other. As a result, parasitic inductances caused by the main electrode plates are largely suppressed.

Aus der DE 197 19 703 A1 ist ein Leistungshalbleitermodul mit einem Keramiksubstrat bekannt. Bei diesem Leistungshalbleitermodul sind Anschlusselemente in Öffnungen eines Kunststoffgehäuses eingepresst. Dadurch wird eine besonders hohe Zuverlässigkeit für interne Verbindungen zwischen dem Substrat und den Anschlusselementen gewährleistet, weil durch die Einpressung verhindert wird, dass sich die Anschlusselemente im Kunststoffgehäuse lockern.From the DE 197 19 703 A1 For example, a power semiconductor module with a ceramic substrate is known. In this power semiconductor module connecting elements are pressed into openings of a plastic housing. This ensures a particularly high level of reliability for internal connections between the substrate and the connection elements because the press-fit prevents the connection elements from loosening in the plastic housing.

Die EP 1 035 586 A1 betrifft ein Halbleitermodul sowie einen das Halbleitermodul aufweisenden Leistungskonverter. Bei dem vorgestellten Halbleitermodul ist eine Drahtelektrode einstückig ausgebildet oder in einen Harzbereich eingepresst, wel cher von einer Gehäuseeinrichtung separiert ausgebildet ist. Eine Verbindungseinrichtung, die ein Kontaktpad zum Verbinden eines Metalldrahts mit der Drahtelektrode sichert, ist mit einem Substrat mit einem darauf angebrachten Leistungshalbleiterelement verbunden, und zwar mittels eines Klebstoffes. Gemäß diesem Stand der Technik kann eine Elektrode in einer geeigneten Position im Halbleitermodul vorgesehen sein, wodurch sich eine besonders hohe Freiheit im Bezug auf die Wahl des Layouts ergibt.The EP 1 035 586 A1 relates to a semiconductor module and a power converter having the semiconductor module. In the presented semiconductor module, a wire electrode is integrally formed or pressed into a resin region, wel holes separated from a housing device is formed. A connection device, which is a contact pad for securing a metal wire to the wire electrode is connected to a substrate having a power semiconductor element mounted thereon by means of an adhesive. According to this prior art, an electrode can be provided in a suitable position in the semiconductor module, which results in a particularly high freedom with respect to the choice of the layout.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, bei welchen eine besonders hohe elektrische Leistung übertragbar bzw. verarbeitbar ist.Of the Invention is based on the object, a circuit arrangement create, in which a particularly high electrical power transferable or processable.

Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Schaltungsanordnung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind jeweils Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.The Task is in a generic circuit arrangement according to the invention with the features of the characterizing part of claim 1. Advantageous developments the circuit arrangement according to the invention are each subject of the dependent Dependent claims.

Die gattungsgemäße Schaltungsanordnung weist einen ersten Kontakt, einen zweiten Kontakt, eine Kontakteinrichtung sowie einen Kühlbereich auf. Die Kontakteinrichtung weist einen primären Kontaktbereich und einen damit elektrisch leitend verbundenen sekundären Kontaktbereich auf. Durch die Kontakteinrichtung werden der erste Kontakt und der zweite Kontakt der Schaltungsanordnung miteinander elektrisch leitend verbunden.The generic circuit arrangement has a first contact, a second contact, a contact device and a cooling area on. The contact device has a primary contact region and a so that electrically connected secondary contact area. By the contact means become the first contact and the second contact the circuit arrangement electrically conductively connected to each other.

An mindestens einem der Kontaktbereiche ist ein Verbindungsbereich vorgesehen. Dieser Verbindungsbereich ist ausgebildet, im Betrieb der Kontakteinrichtung eine mechanische und thermische Verbindung zwischen der Kontakteinrichtung, insbesondere dem verbundenen Kontaktbereich davon, und einem Kühlbereich der Schaltungsanordnung, insbesondere einer Bodenplatte davon, auszubilden, um im Betrieb einen Wärmetransport von der Kontakteinrichtung zum Kühlbereich hin und mithin eine Entwärmung der Kontakteinrichtung zu erreichen.At at least one of the contact areas is a connection area intended. This connection area is formed during operation the contact device a mechanical and thermal connection between the contact device, in particular the connected contact region of it, and a cooling area the circuit arrangement, in particular a bottom plate thereof, to form during operation a heat transfer from the contact device to the cooling area now and then a heat dissipation reach the contact device.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Halteeinrichtung vorgesehen ist, dass die Kontakteinrichtung durch die Halteeinrichtung in der Schaltungsanordnung mechanisch gehaltert, positioniert und fixiert wird, dass der Verbindungsbereich aus einem mechanisch elastischen Material gebildet ist oder ein solches aufweist, und dass dadurch eine funktionsmäßige Entkopplung zwischen der Halteeinrichtung und dem Verbindungsbereich erfolgt.The inventive circuit arrangement is characterized in that a holding device is provided is that the contact device by the holding device in the Circuit arrangement is mechanically held, positioned and fixed, that the connection area of a mechanically elastic material is formed or has such, and that thereby a functional decoupling between the holding device and the connection area.

Bei herkömmlichen Schaltungsanordnung und Kontakteinrichtungen wird eine Entwärmung, wenn überhaupt, gewöhnlich über die entsprechenden elektrischen Kontaktierungen am primären bzw. am sekundären Kontaktbereich, d.h. also über die daran angeschlossenen Schaltungseinheiten, 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.at usual Circuitry and contact devices will provide a cooling, if any, usually over the corresponding electrical contacts on the primary or on secondary Contact area, i. So over the connected circuit units, at least partially realized. this leads to to that at usual Contact devices this depending on the electrical power to be transmitted heat in excess, making the transferable electric power is limited.

Dem entgegen ist eine Grundidee der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer zusätzlichen, quasi aktiven Kühlung zu versehen, durch welche im Betrieb der Schaltungsanordnung der Kontakteinrichtung Wärmemenge entzogen werden kann, insbesondere zu einem Kühlbereich hin, welcher im Bereich der Schaltungsanordnung vorgesehen ist, wo durch eine übermäßige Erwärmung der Kontakteinrichtung erfindungsgemäß verhindert wird.the contrary is a basic idea of the present invention, a generic circuit arrangement with an additional, quasi-active cooling to provide, by which during operation of the circuit arrangement of Contact device heat quantity can be withdrawn, in particular to a cooling area out, which in the area the circuit arrangement is provided, where by excessive heating of the Contact device according to the invention prevented becomes.

Diese zusätzliche, aktive Kühlung der Kontakteinrichtung wird dadurch realisiert, daß zumindest in einem der Kontaktbereiche ein Verbindungsbereich ausgebildet ist, durch welchen eine mechanische und/oder thermische Verbindung zwischen der Kontakteinrichtung und der Kühleinrichtung der Schaltungsanordnung geschaffen wird. Dadurch kann im Betrieb der Kontakteinrichtung im Rahmen der Schaltungsanordnung ständig Wärmemenge von der Kontakteinrichtung direkt an die Kühleinrichtung der Schaltungsanordnung abgegeben werden. Dadurch ist es möglich, im Rahmen des thermischen Limits der Kontakteinrichtung die zu übertragende elektrische Leistung weiter zu steigern, ohne daß eine übermäßige Erhitzung oder Erwärmung der Kontakteinrichtung eintritt.These additional active cooling the contact device is realized in that at least formed in one of the contact areas a connection region is, by which a mechanical and / or thermal connection between the contact device and the cooling device of the circuit arrangement is created. This can during operation of the contact device in the context of the circuit arrangement continuously amount of heat from the contact device directly to the cooling device of the Circuit arrangement are delivered. This makes it possible in the Frame of the thermal limit of the contact device to be transmitted electrical To further increase performance without excessive heating or heating of the contact device entry.

Um gleichzeitig den Beanspruchungen aufgrund der thermischen Wechsellasten in mechanischer Hinsicht gerecht zu werden, ist es vorgesehen, daß die Kontakteinrichtung Schaltungsanordnung ausgebildet ist im Betrieb von einer im Bereich der Schaltungsanordnung vorgesehenen Halteeinrichtung gehaltert zu werden. Durch diese Maßnahme findet praktisch eine funktionsmäßige Entkopplung zwischen 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 Kühlbereich der Schaltungsanordnung realisiert, dies aber ausschließlich zum Zwecke des thermischen Kontakts oder der thermischen Verbindung zur Wärmemengeübertragung an den Kühlbereich der Schaltungsanordnung. Der Verbindungsbereich übernimmt somit keine Funktion des mechanischen Fixierens.Around at the same time the stresses due to the thermal alternating loads From a mechanical point of view, it is provided that the contact device Circuit arrangement is formed in the operation of one in the area held holding device provided the circuit arrangement to become. By this measure finds practically a functional decoupling between Holding device and connection area instead, wherein the holding device essentially the mechanical task of holding, positioning and Fixing the contact device in operation takes over, whereas the connection area Although a mechanical contacting of the connection area at the cooling area the circuit arrangement realized, but only for Purpose of thermal contact or thermal connection for heat transfer to the cooling area the circuit arrangement. The connection area thus assumes no function of mechanical fixation.

Um eine besonders günstige Entwärmung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zu ermöglichen, ist es gemäß einer bevor zugten Ausführungsform. der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 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 besonders große Wärmemenge aus der erfindunsgemäßen Schaltungsanordnung an den Kühlbereich der Schaltungsanordnung übertragen werden kann.To a particularly favorable cooling of the circuit arrangement according to the invention he possible, it is in accordance with a ferred embodiment. the circuit arrangement according to the invention provided that the connection region comprises a material with high thermal conductivity, in particular greater than or equal to 0.5 W / mK, or is formed from such a material. This ensures that per unit time, a particularly large amount of heat from the erfindunsgemäßen circuit arrangement can be transferred to the cooling area of the circuit arrangement.

Da der Verbindungsbereich erfindungsgemäß nicht zur Übernahme einer mechanischen Halterungsfunktion vorgesehen sein muß, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung der Verbindungsbereich ein Material aufweisen oder von einem solchen Material gebildet werden, welches mechanisch elastisch ausgebildet ist. Dadurch kann den thermischen Wechsellasten auf besonders geeignete Art und Weise Rechnung getragen werden. Es wird somit eine besonders haltbare thermische Verbindung zwischen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und der Kühleinrichtung der Schaltungsanordnung realisiert.There the connection area according to the invention is not to take over a mechanical support function must be provided can according to a another embodiment the circuit arrangement according to the invention the connection region comprise a material or of such a material are formed, which is mechanically elastic. Thereby can the thermal exchange loads in a particularly suitable way and Be taken into account. It is thus a particularly durable thermal connection between the circuit arrangement according to the invention and the cooling device realized the circuit arrangement.

Alternativ kann der Verbindungsbereich auch zur Ausübung mechanischer Haltefunktionen ausgebildet sein. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn entweder keine zusätzliche Halteeinrichtung vorgesehen ist oder wenn die Kontakteinrichtung im Betrieb in einer Halteeinrichtung eingebettet ist und diese dann gemeinsam mit der Kontakteinrichtung mittels des Verbindungsbereichs z.B. auf einem Träger der Schaltungsanordnung befestigt wird. Wesentlich ist dabei für die Erfindung jeweils, daß der Verbindungsbereich zur Wärmeübertragung ausgelegt ist.alternative The connection area can also be used to perform mechanical holding functions be educated. This is e.g. then the case, if either no additional Holding device is provided or when the contact device is embedded in operation in a holding device and this then together with the contact device by means of the connection area e.g. on a carrier the circuit arrangement is attached. It is essential for the invention each, that the Connection area for heat transfer is designed.

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 Kühleinrichtung der Schaltungsanordnung zu gewährleisten, wird es bevorzugt, daß der Verbindungsbereich ein im wesentlichen elek trisch isolierendes Material aufweist oder von einem solchen Material gebildet wird. Dadurch kann auch gewährleistet werden, daß beim Vorsehen einer Mehrzahl von Kontakteinrichtungen, welche im allgemeinen unterschiedliche Potentiale tragen, im Hinblick auf die gemeinsame thermische Verbindung an derselben Kühleinrichtung eine elektrische Entkoppelung der Mehrzahl von Kontakteinrichtungen gewährleistet ist.In The rule is the cooling area the circuit arrangement substantially metallic, in particular made of copper, be formed. To an electrical decoupling of Contact device according to the invention from the cooling area or from the cooling device to ensure the circuit arrangement is it prefers that the Connecting area a substantially no electric insulating material or formed from such a material. Thereby can also be guaranteed be that while providing a plurality of contact devices, which are generally different Carry potentials with regard to the common thermal connection at the same cooling device an electrical decoupling of the plurality of contact devices guaranteed is.

Eine besonders flexible erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 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, insbesondere für einen im wesentlichen großen Bereich von Betriebstemperaturen. Durch diese Maßnahme eröffneten sich Möglichkeiten einer breiten Anwendungspalette, ohne für jeden Anwendungsbereich jeweils eine speziell zugeschnittene Kontakteinrichtung vorsehen zu müssen.A particularly flexible circuit arrangement according to the invention arises when the connection area comprises a material or is formed by such a material whose mechanical, thermal and / or electrical properties substantially in time and / or thermally stable, in particular for a substantially large area from operating temperatures. This measure opened up possibilities a wide range of applications, without for each scope to provide a specially tailored contact device.

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.Preferably the connection region is formed so that it as Material a plastic, a polymer, a resin, an adhesive or the like and / or a combination or compound thereof or is formed from such a material.

Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, insbesondere als Leistungshalbleitermodul, kann das Spektrum der verarbeitbaren und übertragbaren elektrischen Leistungen über die herkömmlicherweise bestehenden Limits, insbesondere im Hinblick auf die thermischen Wechsellasten, erweitert werden. By the circuit arrangement according to the invention, In particular, as a power semiconductor module, the spectrum of processable and transferable electrical services over the conventionally existing limits, in particular with regard to thermal Exchange rates, to be extended.

Um den thermischen Wechsellasten insbesondere Rechnung zu tragen, ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vorgesehen, daß eine Halte einrichtung ausgebildet ist, durch welche die Erfindung für mehrere Kontakteinrichtungen im Bereich der Schaltungsanordnung, insbesondere wechsellastbeständig, halterbar ist.Around In particular, to take into account the thermal exchange loads, is it according to one preferred embodiment the circuit arrangement according to the invention provided that a Holding device is formed, by which the invention for several Contact devices in the field of circuit arrangement, in particular alternating load resistance, is halterbar.

Dabei kann vorteilhafterweise die vorgesehene Halteeinrichtung als Gehäuseelement oder als Teil davon ausgebildet sein. Hierbei bietet es sich insbesondere an, daß gewöhnliche Gehäuseelemente oder Stege, in denen die Kontakteinrichtungen auf gewöhnliche oder herkömmliche Art und Weise aufgenommen sind, zusätzlich mit einer entsprechenden erfindungsgemäß bei der Kontakteinrichtung vorgesehenen Verbindungsbereich ausgebildet sind, um die entsprechende mechanische und thermische Verbindung zwischen Kontakteinrichtung und/oder Halteeinrichtung mit der Kühleinrichtung auszubilden.there can advantageously the proposed holding device as a housing element or be formed as part of it. This is particularly suitable that ordinary Housing elements or Webs in which the contactors on ordinary or conventional Way are included, in addition with a corresponding According to the invention in the Contact device provided connection area are formed to the appropriate mechanical and thermal connection between Contact device and / or holding device with the cooling device train.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung auf der Grundlage eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung näher erläutert.following the invention with reference to a schematic drawing on the Basis of a preferred embodiment the circuit arrangement according to the invention explained in more detail.

1 ist eine schematische und teilweise geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einer Ausführungsform der Kontakteinrichtung im Betrieb. 1 is a schematic and partially sectioned side view of an embodiment of the circuit arrangement according to the invention with an embodiment of the contact device in operation.

2 zeigt einen Graphen zur Veranschaulichung der Entwärmungskapazität bei Verwendung der Kontakteinrichtung. 2 shows a graph illustrating the Entwärmungskapazität using the contact device.

In 1 ist in einer schematischen und teilweise geschnittenen Seitenansicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 20 unter Verwendung einer Ausführungsform der Kontakteinrichtung 10 im Betrieb dargestellt.In 1 is a schematic and partially sectioned side view of an embodiment of the circuit arrangement according to the invention 20 using an embodiment of the contact device 10 shown in operation.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 20 weist eine Schaltungseinheit 24 auf, welche auf einem Schaltungsträger 26, zum Beispiel einem DCB-Substrat, angeordnet ist. Der Schaltungsträger 26 bzw. das DCB-Substrat ist auf einem Träger 28 angeordnet 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 according to the invention 20 has a circuit unit 24 on which on a circuit carrier 26 , For example, a DCB substrate is arranged. The circuit carrier 26 or the DCB substrate is on a support 28 arranged and fixed. This carrier 28 forms a bottom plate, which may for example be made essentially of copper, to a heat dissipation of at least the circuit substrate 26 and the circuit unit arranged thereon 24 to ensure 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 Gehäuseelement 29 ist eine Ausführungsform der Kontakteinrichtung 10 eingelassen. Diese wird durch das Gehäuseelement 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 Verbindungsbereich 14 realisiert sein.In the left edge area of the carrier 28 the circuit arrangement according to the invention 20 is a housing element 29 , For example, a bridge or the like formed. In this housing element 29 is an embodiment of the contact device 10 admitted. This is done by the housing element 29 mechanically positioned, fixed and held. The housing element 29 is made of a substantially electrically insulating material and on the support 28 fixed. This fixation could also be due to an extensive connection area 14 be realized.

Die in das Gehäuseelement 29 eingelassene Kontakteinrichtung 10 ist in Form eines großen L ausgebildet, und zwar durch zwei im wesentlichen senkrecht aufeinander stehende 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 Kontakteinrichtung 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 Kontakteinrichtung 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 Kontakt 21, den primären und sekundären Kontaktbereich 11, 12 der Kontakteinrichtung 10 sowie über den zwischen den Kontaktpunkten 22a, 22b vorgesehenen Kontakt 22 eine leitende Verbindung und Kontaktierung der Schaltungseinheit 24 mit der Außenwelt realisiert.The in the housing element 29 recessed contact device 10 is formed in the form of a large L, by two substantially perpendicular contact areas, namely a primary contact area 11 which is oriented substantially vertically upright, and a substantially horizontally disposed secondary contact region 12 , At the primary contact area 11 the contact device 10 is a contact during operation 21 , For example, the contact of another external circuitry or plug-in card, attached and electrically contacted. On the other hand, at the secondary contact area 12 the contact device 10 via a contact point 22a a contact 22 attached, which at its second end via another contact point 22b with the circuit unit 24 connected and electrically contacted. This way is about the contact 21 , the primary and secondary contact area 11 . 12 the contact device 10 as well as over the between the contact points 22a . 22b provided contact 22 a conductive connection and contacting the circuit unit 24 realized with the outside world.

Unterhalb des sekundären Kontaktbereichs 12 der Kontakteinrichtung 10 ist der sogenannte Verbindungsbereich 14 ausgebildet, durch welchen eine thermische Verbindung zwischen der Kontakteinrichtung 10, insbesondere dem sekundären Kontaktbereich 12 davon, und dem Träger 28 oder der Bodenplatte der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 20 hergestellt wird. Im Betrieb wird somit Wärmemenge direkt vom sekundären Kontaktbereich 12 zur Bodenplatte 28 hin übertragbar.Below the secondary contact area 12 the contact device 10 is the so-called connection area 14 formed, through which a thermal connection between the contact device 10 , in particular the secondary contact area 12 of it, and the carrier 28 or the bottom plate of the circuit arrangement according to the invention 20 will be produced. In operation, heat is thus directly from the secondary contact area 12 to the bottom plate 28 transferable.

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 2 ist ein Graph gezeigt, welcher qualitativ den Temperaturverlauf in Abhängigkeit von der Ortsposition, insbesondere in Abhängigkeit von den Positionen der Punkte A, B, C, angibt, wobei die Abszisse des Graphen in etwa die Ortskoordinate, also den Ort, vorgibt und wobei die Ordinate des Graphen in 2 qualitativ 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 22b on the circuit unit 24 are location positions A, B and C marked. In 2 a graph is shown which qualitatively indicates the temperature profile as a function of the spatial position, in particular as a function of the positions of the points A, B, C, the abscissa of the graph roughly specifying the spatial coordinate, ie the location, and the ordinates of the graph in 2 qualitatively represents the temperature at the respective place.

Die Spur S, also die gestrichelte Linie, zeigt den qualitativen Temperaturverlauf für herkömmliche Schaltungsanordnungen unter Verwendung herkömmlicher Kontakteinrichtungen, also unter Fortlassung eines thermischen Verbindungsbereichs 14. Die Punkte A und C repräsentieren dabei die Bereiche der Übergangswiderstände zur externen Schaltungsanordnung am ersten Kontakt 21 bzw. zur internen Schaltungseinheit 24 am Kontaktpunkt 22b. Die Temperaturen TA und TC an diesen Positionen A und C sind im wesentlichen durch die dort gegebenen Übergangswiderstände und durch die zu übertragende elektrische Leistung bestimmt. Diese Temperaturen TA und TC werden nicht oder nur gering beeinflußt.The trace S, ie the dashed line, shows the qualitative temperature profile for conventional circuit arrangements using conventional contact devices, that is, omitting a thermal connection region 14 , The points A and C represent the areas of the contact resistances to the external circuitry at the first contact 21 or to the internal circuit unit 24 at the contact point 22b , The temperatures T A and T C at these positions A and C are determined essentially by the contact resistances given there and by the electrical power to be transmitted. These temperatures T A and T C are not or only slightly influenced.

Aufgrund der thermischen Eigenschaften bei Fortlassung des thermischen Verbindungsbereichs 14 ergibt sich im Mittelbereich 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 Schalteinheit 24 an den Träger 28 erfolgt. Demzufolge akkumulieren sich die Wärmemengen im Bereich des Ortes B, wodurch die relativ hohe Ortstemperatur T'B resultiert.Due to the thermal properties in the absence of the thermal connection area 14 results in the central region at location B, a relatively high location temperature T ' B , because a cooling of the conventional contact device exclusively via the contacts 21 and 22 to external or, via the switching unit 24 to the carrier 28 he follows. As a result, the amounts of heat accumulate in the area of the location B, resulting in the relatively high location temperature T ' B.

Die Spur E, die durchgezogene Linie in der 2, repräsentiert dagegen den qualitativen Temperaturverlauf im Falle des erfindungsgemäßen Vorsehens des thermischen Verbindungsbereichs 14 bei der Kontakteinrichtung 10 bzw. bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 20.The lane E, the solid line in the 2 , on the other hand, represents the qualitative temperature profile in the case of the inventive provision of the thermal connection region 14 at the contact device 10 or in the circuit arrangement according to the invention 20 ,

Wie oben bereits geschildert wurde, sind die Temperaturen TA und TC an den Orten A und C im wesentlichen unverändert gegenüber der herkömmlichen Kontakteinrichtung bzw. der herkömmlichen Schaltungsanordnung.As has already been described above, the temperatures T A and T C at the locations A and C are essentially unchanged compared with the conventional contactor or the conventional one Circuitry.

Aufgrund der thermischen Verbindung oder thermischen Ankopplung des sekundären Kontaktbereichs 12 der Kontakteinrichtung 10 an den Träger 28 der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 20 findet im Betrieb nunmehr ein Wärmemengenübergang vom sekundären Kontaktbereich 12, also von der Kontakteinrichtung 10, an den Träger 28 statt, was eine Entwärmung der Kontakteinrichtung 10 zur Folge hat. Dadurch bildet der Bereich in der Nachbarschaft des thermischen Verbindungsbereichs 14 im wesentlichen eine Wärmesenke für die Kontakteinrichtung 10. Dies macht sich im Ergebnis durch eine Absenkung der Ortstemperatur von T'B auf TB im Ortsbereich B im Gegensatz zur herkömmlichen Kontakteinrichtung unter Fortlassung des erfindungsgemäßen Verbindungsbereichs 14 bemerkbar.Due to the thermal connection or thermal coupling of the secondary contact area 12 the contact device 10 to the carrier 28 the circuit arrangement according to the invention 20 In operation now finds a heat transfer from the secondary contact area 12 , So from the contact device 10 , to the wearer 28 instead, causing a cooling of the contact device 10 entails. As a result, the area forms in the vicinity of the thermal connection area 14 essentially a heat sink for the contact device 10 , As a result, this is achieved by a lowering of the location temperature from T ' B to T B in location area B, in contrast to the conventional contact device, with the omission of the connection area according to the invention 14 noticeable.

1010
Kontakteinrichtungcontactor
1111
primärer Kontaktbereichprimary contact area
1212
sekundärer Kontaktbereichsecondary contact area
1414
thermischer Verbindungsbereichthermal connecting area
2020
Schaltungsanordnungcircuitry
2121
erster Kontaktfirst Contact
2222
zweiter Kontaktsecond Contact
22a, b22a, b
KontaktpunkteContact points
2424
Schaltungseinheitcircuit unit
2626
Schaltungsträgercircuit support
2828
Träger, BasisplatteCarrier, base plate
2929
Gehäuseelementhousing element
A, B, CA, B, C
Ortspunktelocation points
TA, TB, TC T A , T B , T C
Ortstemperaturenlocal temperatures

Claims (5)

Schaltungsanordnung: – mit einem ersten Kontakt (21) und einem zweiten Kontakt (22) – mit einer Kontakteinrichtung (10), welche einen primären Kontaktbereich (11) und damit elektrisch leitend verbunden einen sekundären Kontaktbereich (12) aufweist und durch welche der erste und der zweite Kontakt (21, 22) der Schaltungsanordnung (20) miteinander elektrisch leitend verbunden sind, und – mit einem Kühlbereich (28), – wobei an einem der Kontaktbereiche (11, 12) ein Verbindungsbereich (14) vorgesehen ist, durch welchen eine mechanische und thermische Verbindung zwischen der Kontakteinrichtung (10) und dem Kühlbereich (28) und ein Wärmetransport von der Kontakteinrichtung (10) zum Kühlbereich (28) hin und mithin eine Erwärmung der Kontakteinrichtung (10) erreicht werden, dadurch gekennzeichnet, – dass eine Halteeinrichtung (29) vorgesehen ist, – dass die Kontakteinrichtung (10) durch die Halteeinrichtung (29) in der Schaltungsanordnung (20) mechanisch gehaltert, positioniert und fixiert wird, – dass der Verbindungsbereich (14) aus einem mechanisch elastischen Material gebildet ist oder ein solches aufweist und – dass dadurch eine funktionsmäßige Entkopplung zwischen der Halteeinrichtung (29) und dem Verbindungsbereich (14) erfolgt.Circuit arrangement: with a first contact ( 21 ) and a second contact ( 22 ) - with a contact device ( 10 ), which has a primary contact area ( 11 ) and thus electrically connected to a secondary contact area ( 12 ) and through which the first and the second contact ( 21 . 22 ) of the circuit arrangement ( 20 ) are electrically conductively connected to each other, and - with a cooling area ( 28 ), - where at one of the contact areas ( 11 . 12 ) a connection area ( 14 ) is provided, by which a mechanical and thermal connection between the contact device ( 10 ) and the cooling area ( 28 ) and a heat transfer from the contact device ( 10 ) to the cooling area ( 28 ) and thus a heating of the contact device ( 10 ), characterized in that - a holding device ( 29 ) is provided, - that the contact device ( 10 ) by the holding device ( 29 ) in the circuit arrangement ( 20 ) is mechanically held, positioned and fixed, - that the connection area ( 14 ) is formed from or comprises a mechanically elastic material, and - characterized in that a functional decoupling between the holding device ( 29 ) and the connection area ( 14 ) he follows. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (29) als Gehäuseelement oder als Teil eines Gehäuseelements ausgebildet ist.Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that the holding device ( 29 ) is formed as a housing element or as part of a housing element. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (14) ein Material aus der Gruppe aufweist, die gebildet wird von Kunststoff, Polymer, Harz, Kleber und Kombinationen dieser Stoffe.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the connection region ( 14 ) has a material from the group formed by plastic, polymer, resin, adhesive and combinations of these substances. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (14) ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit größer oder gleich 0,5 W/mK aufweist oder von einem solchen gebildet wird.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the connection region ( 14 ) has a material with high thermal conductivity greater than or equal to 0.5 W / mK or is formed by such. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (14) ein elektrisch isolierendes Material aufweist oder von einem solchen gebildet wird.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the connection region ( 14 ) comprises or is formed by an electrically insulating material.
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