DE102004025773A1 - Electronic structural component, has two electronic circuits directly bonded with pins and arranged on single lead frame on which two areas are designed, where one area is thermally isolated from other area by heat circumstances - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement mit einem Gehäuse und einem Leadframesystem, an dem elektrische Anschlusspins ausgebildet sind und auf dem mindestens zwei integrierte elektronische Schaltkreise direkt angeordnet sind, die miteinander und mit den Anschlusspins direkt gebondet sind, wobei die elektronischen Schaltkreise unterschiedliche elektrische Verlustleistungen an ihre Umgebung abgeben, sowie ein Verfahren zu Herstellung eines elektronischen Bauelements.The The invention relates to an electronic component with a housing and a leadframe system, formed on the electrical connection pins are and on the at least two integrated electronic circuits are arranged directly with each other and with the connecting pins are directly bonded, the electronic circuits are different electrical power losses to their environment, as well as a Method for producing an electronic component.
Aus
der
Nachteilig bei der Ausführung nach dem Stand der Technik ist, dass auf einem Leadframe in der Regel nur ein einziges Halbleiterbauelemente angeordnet ist. Dieses Halbleiterbauelement gehört einer elektrischen Verlustleistungsklasse an. Es werden zum Beispiel Leitungstransistoren, die im Betrieb eine hohe Wärmemenge erzeugen, auf einem Leadframe angeordnet und in einem Gehäuse verkapselt, wohingegen eine logische Schaltung, wie zum Beispiel die CPU (Central Process Unit) eines Steuergerätes, auf einem anderen Leadframe angeordnet und separat mit einem Gehäuse versehen wird. Der Grund hierfür ist, dass die vom Leistungshalbleiterbauelement erzeugte Wärmemenge effektiv abgeführt werden muss und verhindert werden muss, dass das logische Halbleiterbauelement durch die vom Leistungshalbleiter erzeugte Wärmemenge aufgeheizt wird, was zu einer Störung des Schaltverhaltens oder zum kompletten Ausfall der logischen Schaltkreise führen könnte.adversely in the execution The state of the art is that on a leadframe in the Usually only a single semiconductor components is arranged. This Semiconductor device heard an electrical power loss class. It will be for example Line transistors, which generate a high amount of heat during operation, on one Leadframe arranged and encapsulated in a housing, whereas a logic circuit, such as the CPU (Central Process Unit) of a control unit, arranged on a different leadframe and provided separately with a housing becomes. The reason for that is that the amount of heat generated by the power semiconductor device effectively dissipated must be and must be prevented that the logical semiconductor device is heated by the amount of heat generated by the power semiconductor, which to a fault the switching behavior or the complete failure of the logic circuits to lead could.
Um dennoch mit den von den logischen Schaltkreisen erzeugten Signalen elektrische Bauteile, die eine hohe Leistung aufnehmen, wie zum Beispiel die Einspritzdüsen eines Kfz-Verbrennungsmotors ansteuern zu können, werden die logischen Bauelemente zusammen mit Leistungshalbleiterbauelementen auf eine Platine verbaut, wodurch ein komplettes Steuergerät für das besagte Einspritzsystem gebildet wird. Die Trennung von Peripheriebauelementen, zu denen die Leistungshalbleiterbauelemente gehören, und Corebauelementen, zu denen zum Beispiel die CPU gehört, ist aus thermischer Sicht notwendig, beinhaltet aber den Nachteil, dass die Corebauelemente und die Peripheriebauelemente auf einer Leiterplatte angeordnet werden müssen und elektrisch miteinander verbunden werden müssen.Around nevertheless with the signals generated by the logic circuits electrical components that absorb high power, such as Example the injectors be able to control a motor vehicle internal combustion engine, the logical Components together with power semiconductor devices on a Board installed, creating a complete controller for the said Injection system is formed. The separation of peripheral devices, which include the power semiconductor devices, and core devices, to which, for example, the CPU belongs, is necessary from a thermal point of view, but has the disadvantage that the core components and the peripheral components on a circuit board must be arranged and electrically together need to be connected.
Dies hat zum einen erhöhte Produktionskosten zur Folge und zum anderen stellt ein jeder elektrische Verbindungspunkt auf einer Leiterplatte eine potenzielle Fehler- bzw. Ausfallquelle dar.This has increased for a Production costs result and on the other hand, every electrical Connection point on a printed circuit board a potential error or failure source.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein elektronisches Bauelement zu schaffen, das sowohl Logik- und Rechenoperationen ausführen kann, als auch genügend elektrische Leistung führen kann, um leistungsaufnehmende elektrische Bauteile, wie zum Beispiel die Einspritzdüsen eines Verbrennungsmotors, ansteuern zu können.task The present invention is therefore an electronic component which can perform both logic and arithmetic operations, as well as enough lead electrical power can be used to power-absorbing electrical components, such as the injectors an internal combustion engine, to be able to control.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die elektronischen Schaltkreise auf einem einzigen Leadframe angeordnet sind, auf dem mindestens ein erster und ein zweiter Bereich ausgebildet ist, wobei der erste Bereich durch eine Wärmefalle weitgehend thermisch von dem zweiten Bereich isoliert ist und wobei der erste elektronische Schaltkreis in dem ersten Bereich und der zweite elektronische Schaltkreis in dem zweiten Bereich angeordnet ist.According to the invention Task solved by that the electronic circuits on a single leadframe are arranged on the at least a first and a second area is formed, wherein the first area by a heat trap is largely thermally isolated from the second region and wherein the first electronic circuit in the first area and the second electronic circuit is disposed in the second area.
Vorteilhaft dabei ist, dass zwei unterschiedliche elektronische Schaltkreise, die sehr verschiedene Funktionen erfüllen und unterschiedlichen Verlustleistungsklassen angehören können, auf einem Leadframe integriert sind und damit ein einziges integriertes Bauelement bilden. Dadurch entfallen aufwendige Verbindungen der Schaltkreise untereinander auf einer Platine, was die Herstellungskosten vermeidet und die Anzahl der möglichen Fehlerstellen minimiert. Die Wärmefalle zwischen den Bereichen auf denen die elektronischen Schaltkreise angeordnet sind, verhindert weitgehend die thermische Beeinträchtigung des elektronischen Schaltkreises mit der geringen Verlustleistung durch den Schaltkreis mit der hohen Verlust leistung. Beide Schaltkreise können daher vorteilhaft in einem elektronischen Bauelement zusammengefasst werden.The advantage here is that two different electronic circuits that can fulfill very different functions and belong to different power classes, are integrated on a leadframe and thus form a single integrated component. This eliminates complex connections of the circuits with each other on a circuit board, which avoids the cost and minimizes the number of possible fault locations. The heat trap between the areas on which the electronic circuits are arranged, largely prevents the thermal degradation of the electronic circuit with the low power loss through the circuit with the high power loss. Both circuits can therefore be advantageous in an electronic Component be summarized.
Bei einer Weiterbildung ist mindestens ein elektronischer Schaltkreis ein Peripheriebauelement. Wenn auf dem einzigen Leadframe ein Peripheriebauelement angeordnet ist, kann eine hohe elektrische Leistung geschaltet und zur Verfügung gestellt werden, mit der zum Beispiel elektrische Antriebe für Fensterheber oder dergleichen versorgt werden können. Dabei erzeugt das Peripheriebauelement eine hohe Verlustleistung, die aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung des Peripheriebauelements auf dem Leadframe nur einen sehr geringen Einfluss auf weitere dort angeordnete elektronische Schaltkreise hat.at a development is at least one electronic circuit a peripheral device. If on the single leadframe a peripheral device is arranged, a high electric power can be switched and to disposal be made with the example of electric drives for windows or the like can be supplied. In this case, the peripheral device generates a high power loss due to the inventive arrangement the peripheral device on the leadframe only a very small Influence on other arranged there electronic circuits has.
Bei einer nächsten Weiterbildung ist mindestens ein elektronischer Schaltkreis ein Corebauelement. Wenn auf dem einzigen Leadframe ein Corebauelement angeordnet ist, können die zu steuernden Abläufe berechnet werden und vorgesehene Programme ausgeführt werden. Die vom Corebauelement erzeugten Signale werden über die Bonddrähte an das auch auf dem Leadframe angeordnete Peripheriebauelement weitergegeben wodurch ein einziges elektronisches Bauelement gleichzeitig Steuersignale berechnen und die Leistung zur Ansteuerung von Endverbrauchern (zum Beispiel den elektrischen Fensterhebern, oder Einspritzdüsen) liefern kann.at one next Continuing education is at least one electronic circuit Core component. If on the single leadframe a core device is arranged the processes to be controlled calculated and planned programs are executed. The signals generated by the core component are connected via the bonding wires to the also passed on the lead frame peripheral device arranged whereby a single electronic component simultaneously control signals calculate and the power to drive end users (for Example, the electric windows, or injectors) supply can.
Bei einer Ausgestaltung ist die Wärmefalle als mindestens eine schlitzförmige oder langlochförmige Ausnehmung in dem Leadframe ausgebildet. Solche Ausnehmungen können beim Fertigungsvorgang des Leadframes aus einem Metallband (z. B. einem Kupferband) leicht mit in den Leadframe eingebracht werden. Da eine schlitzförmige oder langlochförmige Ausnehmung den Leadframe fast vollständig in zwei thermisch getrennte Bereiche aufzuteilen vermag, stellt diese Ausgestaltung eine sehr einfache und effektive Ausführung der Erfindung dar.at In one embodiment, the heat trap as at least one slit-shaped or oblong-shaped Recess formed in the leadframe. Such recesses can at Manufacturing process of the leadframe from a metal strip (eg Copper tape) can be easily introduced into the leadframe. There one slotted or oblong-shaped Recess the leadframe almost completely in two thermally separated Divide areas, this configuration is a very simple and effective execution of the invention.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Wärmefalle als mindestens eine lochförmige Ausnehmung in dem Leadframe ausgebildet ist. Auch Löcher sind sehr einfach in den Leadframe einzubringen und stellen eine gute Wärmebarriere dar.Furthermore It is beneficial if the heat trap as at least one hole-shaped Recess is formed in the leadframe. Also holes are very easy to bring in the leadframe and make a good one thermal barrier represents.
Eine weitere Verbesserung der Wärmeisolation zwischen den beiden Bereichen auf dem Leadframe erreicht man, wenn gemäß vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung die Wärmefalle als mindestens eine meanderförmige Ausnehmung oder mindestens eine sinusförmige Ausnehmung in dem Leadframe ausgebildet ist.A further improvement of the heat insulation between the two areas on the leadframe can be reached, though in accordance with advantageous Further developments of the invention, the heat trap as at least one meandering Recess or at least one sinusoidal recess in the leadframe is trained.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn das Peripheriebauelement direkt auf dem ersten Bereich des Leadframes angeordnet ist. Die direkte Anordnung des Peripheriebauelementes, ohne thermisch isolierende Zwischenschicht, wird durch die erfindungsgemäße thermische Isolation des ersten Bereichs möglich. Hierdurch können Herstellungskosten, Herstellungsmaterialen und Produktionszeiten für das elektronische Bauelement optimiert werden. Dieselben Vorteile ergeben sich, wenn das Corebauelement direkt auf dem zweiten Bereich des Leadframes angeordnet ist.moreover it is advantageous if the peripheral device directly on the first area of the leadframe is arranged. The direct arrangement of the Peripheral device, without thermally insulating intermediate layer, is determined by the inventive thermal Isolation of the first area possible. This allows Production costs, production materials and production times for the electronic component to be optimized. Same advantages when the core device is directly on the second area of the Leadframes is arranged.
Bei einer Weiterbildung ist der erste Bereich bzw. der zweite Bereich in seiner Größe im Rahmen der Abmessungen des Leadframes frei skalierbar ist. Freie Skalierbarkeit bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Größe und Form des ersten bzw. zweiten Bereichs auf dem Leadframesystem frei wählbar ist. Dies hat den Vorteil, dass man einen Bereich an die Abmessun gen des Core- bzw. Peripheriebauelementes anpassen kann, wobei dem jeweils anderen Bereich dann die Restfläche der für die Bauelementaufnahme zur Verfügung stehenden Fläche des Leadframesystems verbleibt.at a further training is the first area or the second area in its size in the context of Dimensions of the leadframe is freely scalable. Free scalability in this context means that the size and shape of the first or second Area on the lead frame system is freely selectable. This has the advantage that you have a range of the dimen conditions of the core or Peripheriebauelementes can adapt to the other area then the remaining area of the for the Component recording available standing surface of the Leadframesystems remains.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung wird in die Wärmefalle ein thermischer Isolator eingebracht, der die Wärmeleitung über die Wärmefalle weiter reduziert. Durch die gezielte Auswahl eines thermisch isolierenden Materials und dessen Einbringung in die Wärmefalle kann der Wärmeaustausch zwischen den Bereichen des Leadframesystems weiter unterdrückt werden.at An embodiment of the invention is in the heat trap, a thermal insulator introduced, the heat conduction over the heat trap further reduced. Through the targeted selection of a thermally insulating Materials and its introduction into the heat trap can heat exchange between the areas of the lead frame system are further suppressed.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der erste Bereich in einer ersten Ebene und der zweite Bereich in einer zweiten Ebene des Leadframes ausgebildet ist. Die Anordnung der Bereiche in zwei verschiedenen Ebenen des Leadframes behindert einen Wärmeübergang von dem einen Bereich zum anderen weiter, weil auch ein Wärmeübergang, der auf Umwegen um die Wärmefalle herum erfolgt, verhindert wird.Furthermore It is advantageous if the first area is in a first level and the second area is formed in a second level of the leadframe is. The arrangement of the areas in two different levels of the Leadframes obstructs a heat transfer from one area to another on, because a heat transfer, the detour around the heat trap is done around, is prevented.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Gehäuse im Bereich der Ebene auf der das Corebauelement angeordnet ist gegenüber dem Bereich auf dem das Peripheriebauelement angeordnet ist eine Verjüngung nahe der Wärmefalle aufweist. Durch dieses Merkmal wird der Wärmetransport über das Gehäuse und die darunter liegende Leiterplatte verhindert.in this connection It is particularly advantageous if the housing is in the area of the plane the core component is arranged opposite the region on which Peripheral device is arranged a taper near the heat trap having. By this feature, the heat transfer through the casing and prevents the underlying PCB.
Bei einer nächsten Weiterbildung sind die zum ersten Bereich führenden Anschlusspins in anderer Stärke und Dichte ausgebildet, als die zum zweiten Bereiche führenden Anschlusspins. Dies ist vorteilhaft, da zum Beispiel ein als Leistungshalbleiter ausgebildetes Peripheriebauelement sehr große elektrische Ströme leiten muss, die dann über wenige aber starke An schlusspins geführt werden, während ein Corebauelement fast keine Leistung aufnimmt aber eine Vielzahl von Steuersignalen zugeführt bekommt, womit die Anzahl der Anschlusspins groß ist, diese aber recht dünn ausgeführt werden können.In a next development, the connecting pins leading to the first region are formed in a different thickness and density than the connecting pins leading to the second region. This is advantageous because, for example, designed as a power semiconductor peripheral device must conduct very large electrical currents, which are then passed over a few but strong connection pins on, while a core component absorbs almost no power but gets a variety of control signals supplied, so the number of connection pins is large, but these can be made quite thin.
Bei einer Ausgestaltung liegt einer der beiden Bereiche des Leadframes direkt auf der Leiterplatte auf. Durch die direkte Auflage des Bereiches auf der Leiterplatte ist die dort zum Beispiel von einem Leistungshalbleiter erzeugte Abwärme gut auf die Leiterplatte übertragbar, die wiederum die aufgenommene Wärme an einen Kühlkörper abführen kann. Hierdurch wird eine gute Kühlung des abwärmeerzeugenden Peripheriebauelementes gewährleistet.at an embodiment is one of the two areas of the leadframe directly on the circuit board. Due to the direct edition of the area the circuit board is there for example from a power semiconductor generated waste heat good transferable to the PCB, in turn, the heat absorbed can dissipate to a heat sink. This will be a good cooling of the waste heat-producing Peripheral device ensures.
Im Hinblick auf das Verfahren wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zunächst die mindestens zwei elektronischen Schaltkreise direkt auf die mindestens zwei Bereiche aufgebracht werden, wobei der erste Schaltkreis im ersten Bereich angeordnet wird und der zweite Schaltkreis im zweiten Bereich angeordnet wird, wonach der erste Schaltkreis mindestens mit dem zweiten Schaltkreis verbondet wird und beide Schaltkreise mit den Anschlusspins verbondet werden, wonach der Leadframe und die darauf angeordneten Schaltkreise mit einer ein Gehäuse bildenden Vergussmasse vergossen werden, wonach das Leadframesystem im Bereich der Wärmefalle in mindestens zwei einzelne Leadframes getrennt wird.in the With regard to the method, the object is achieved in that first the at least two electronic circuits directly to the at least two areas are applied, the first circuit in the the first area is arranged and the second circuit in the second Area is arranged, after which the first circuit at least is connected to the second circuit and both circuits be connected to the terminal pins, after which the leadframe and the circuits arranged thereon with a housing forming a Potting compound are cast, after which the lead frame system in the area the heat trap is separated into at least two individual leadframes.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind Core- und Peripheriebauelemente auf einem einzigen Leadframesystem anzuordnen und miteinander zu verschalten und in einem elektronischen Bauteil vereinbar, ohne, dass es zu thermischen Beeinträchtigung der Core- und Peripheriebauelemente untereinander kommen kann, da die gut wärmeleitende metallische Verbindung zwi schen den beiden Bereiche des Leadframes durch den Verfahrensschritt der Trennung vollständig unterbrochen ist.By the inventive method are core and peripheral devices on a single leadframe system to arrange and interconnect with each other and in an electronic Component compatible without causing thermal damage the core and peripheral components can come together because the good heat-conducting metallic connection between the two areas of the leadframe is completely interrupted by the step of the separation.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungen zu. Einige davon sind beispielhaft in den Figuren dargestellt.The Invention leaves numerous versions too. Some of these are exemplified in the figures.
In
den
Nach
In
In
In
den
In
Nach
- 11
- Elektronisches Bauelementelectronic module
- 22
- Gehäusecasing
- 33
- LeadframesystemLead Frame System
- 44
- Anschlusspinconnector pin
- 55
- integrierter elektronischer Schaltkreisintegrated electronic circuit
- 66
- Bonddrahtbonding wire
- 7 7
- erster Bereichfirst Area
- 8 8th
- zweiter Bereichsecond Area
- 99
- Wärmefalleheat trap
- 1010
- Peripheriebauelementperipheral device
- 1111
- CorebauelementCore component
- 1212
- schlitz- oder langlochförmige Ausnehmungslot- or oblong-shaped recess
- 13 13
- lochförmige Ausnehmung.hole-shaped recess.
- 1414
- sinus- oder meanderförmige AusnehmungSine- or meandering recess
- 15 15
- thermischer Isolatorthermal insulator
- 1616
- ersten Ebenefirst level
- 17 17
- zweiten Ebenesecond level
- 1818
- Verjüngung.Rejuvenation.
- 1919
- Leiterplattecircuit board
- 2020
- Kühlkörperheatsink
- 2121
- Lautsprecherspeaker
- 2222
- Wegfahrsperreimmobilizer
- 2323
- CAN BusCAN bus
- 2424
- weitere elektronische BauteileFurther electronic components
- 2525
- Abbiegungturn
- 2626
- dritter Bereichthird Area
- 2727
- erster elektronischer Schaltkreisfirst electronic circuit
- 2828
- zweiter elektronischer Schaltkreissecond electronic circuit
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