DE102004062635A1 - Electrical assembly with spacers between multiple circuit carriers - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektrische Baugruppe (1), aufweisend einen Schaltungsträger (2, 23) mit mindestens einem elektrischen Stromkreis (21), der mindestens ein auf einem Oberflächenabschnitt (237) des Schaltungsträgers angeordnetes elektrisches Bauelement (22, 221) aufweist, und mindestens einen weiteren Schaltungsträger (3, 33) mit mindestens einem weiteren elektrischen Stromkreis (31), wobei der Schaltungsträger und der weitere Schaltungsträger derart aneinander angeordnet sind, dass der Stromkreis und der weitere Stromkreis über mindestens eine elektrische Verbindungsleitung (5) elektrisch leitend miteinander verbunden sind, das auf dem Oberflächenabschnitt des Schaltungsträgers angeordnete Bauelement dem weiteren Schaltungsträger gegenüberliegend angeordnet ist und das Bauelement und der weitere Schaltungsträger mit Hilfe mindestens eines Abstandshalters (4) voneinander beabstandet sind. Es resultiert eine elektrische Baugruppe mit einem kompakten, Platz sparenden Aufbau. Besonders eignet sich die Erfindung für die elektrische Kontaktierung eines Leistungshalbleitermoduls, bei dem die auf dem Schaltungsträger, z. B. DCB-Substrat, angeordneten Leistungshalbleiterbauelemente planar und großflächig kontaktiert sind. Auf dem DCB-Substrat lassen sich einfach elektrische Anschlussstellen (235) realisieren, die mit elektrischen Anschlussstellen (331) des weiteren Schaltungsträgers, beispielsweise ein PCB-Substrat, über die Abstandshalter verlötet werden. Die ...The invention relates to an electrical assembly (1), comprising a circuit carrier (2, 23) with at least one electrical circuit (21) having at least one electrical component (22, 221) arranged on a surface section (237) of the circuit carrier, and at least a further circuit carrier (3, 33) with at least one further electrical circuit (31), wherein the circuit carrier and the further circuit carrier are arranged in such a way that the circuit and the further circuit via at least one electrical connection line (5) are electrically connected to each other in that the component arranged on the surface section of the circuit carrier is arranged opposite the further circuit carrier and the component and the further circuit carrier are spaced apart from one another by means of at least one spacer (4). The result is an electrical assembly with a compact, space-saving design. Particularly, the invention is suitable for the electrical contacting of a power semiconductor module, in which the on the circuit carrier, for. B. DCB substrate, arranged power semiconductor devices are contacted planar and large area. Electrical connection points (235) can easily be realized on the DCB substrate, which are soldered to electrical connection points (331) of the further circuit carrier, for example a PCB substrate, via the spacers. The ...
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Baugruppe mit mehreren Schaltungsträgern, die mit Hilfe von Abstandshaltern voneinander beabstandet sind.The The invention relates to an electrical assembly with a plurality of circuit carriers, the spaced apart by means of spacers.
Die elektrische Baugruppe weist beispielsweise einen Schaltungsträger (Substrat) auf, mit dessen Hilfe ein Leistungshalbleitermodul realisiert ist. Auf dem Schaltungsträger des Leistungshalbleitermoduls sind Leistungshalbleiterbauelemente aufgebracht und elektrisch miteinander zu einem elektrischen Stromkreis verschaltet. Zum elektrischen Kontaktieren der Kontakte der Leistungshalbleiterbauelemente werden üblicherweise Bonddrähte verwendet. Zur elektrischen Isolierung sind die Bonddrähte und die Leistungshalbleiterbauelemente in eine Vergussmasse eingegossen. Die Vergussmasse ist beispielsweise Silikon. Das vergossene Leistungshalbleitermodul ist in einem Gehäuse angeordnet.The electrical assembly has, for example, a circuit carrier (substrate) on, with the help of a power semiconductor module is realized. On the circuit carrier of the power semiconductor module are power semiconductor components applied and electrically connected together to form an electrical circuit connected. For electrically contacting the contacts of the power semiconductor components become common Bond wires used. For electrical insulation, the bonding wires and the Power semiconductor components poured into a potting compound. The potting compound is for example silicone. The potted power semiconductor module is in a housing arranged.
Eine Alternative zur Kontaktierung über Bonddrähte ist beispielsweise aus der WO 03/030247 A2 bekannt. Dabei werden die Kontaktflächen der auf einem Schaltungsträger angeordneten Leistungshalbleiterbauelemente großflächig und planar kontaktiert. Zur Kontaktierung wird eine Isolationsfolie auf die Leistungshalbleiterbauelemente auflaminiert. Die Isolationsfolie ist beispielsweise eine Kunststofffolie auf Polyimid- oder Epoxidbasis. Durch Erzeugen von Fenstern in der Isolationsfolie werden die Kontaktflächen der Leistungshalbleiterbauelemente freigelegt. Nachfolgend werden die Kontaktflächen durch Abscheiden von Metall auf den Kontaktflächen und auf Bereichen der Isolationsfolie elektrisch kontaktiert.A Alternative for contacting via bonding wires is For example, from WO 03/030247 A2 known. Here are the contact surfaces the on a circuit carrier arranged power semiconductor devices contacted over a large area and planar. For contacting, an insulating film is applied to the power semiconductor components laminated. The insulating film is for example a plastic film based on polyimide or epoxy. By creating windows in the Insulation foil become the contact surfaces of the power semiconductor components exposed. Subsequently, the contact surfaces by deposition of metal on the contact surfaces and electrically contacted on areas of the insulating film.
In beiden beschriebenen Fällen sind zur elektrischen Kontaktierung des jeweiligen Stromkreises von Außen her bzw. nach Außen hin auf dem jeweiligen Schaltungsträgern elektrische Anschlussstellen vorhanden, die mit Hilfe eines s so genannten „Lead Frames" elektrisch kontaktiert sind. Über ein „Lead Frame" wird der Stromkreis des Leistungshalbleitermoduls mit mindestens einem weiteren, externen Stromkreis elektrisch leitend verbundenIn both cases described are for electrical contacting of the respective circuit from the outside forth or to the outside towards the respective circuit boards electrical connection points present, which contacted by means of a s so-called "lead frame" electrically are. about a "lead Frame "becomes the Circuit of the power semiconductor module with at least one further, external circuit electrically connected
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen kompakten Aufbau einer elektrischen Baugruppe mit mindestens zwei Schaltungsträgern anzugeben.task The present invention is to provide a compact structure of a specify electrical assembly with at least two circuit carriers.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine elektrische Baugruppe angegeben, aufweisend einen Schaltungsträger mit mindestens einem elektrischen Stromkreis, der mindestens ein auf einem Oberflächenabschnitt des Schaltungsträgers angeordnetes elektrisches Bauelement aufweist, und mindestens einen weiteren Schaltungsträger mit mindestens einem weiteren elektrischen Stromkreis, wobei der Schaltungsträger und der weitere Schaltungsträger derart aneinander angeordnet sind, dass der Stromkreis und der weitere Stromkreis über mindestens eine elektrische Verbindungsleitung elektrisch leitend miteinander verbunden sind, das auf dem Oberflächenabschnitt des Schaltungsträgers angeordnete Bauelement dem weiteren Schaltungsträger gegenüberliegend angeordnet ist und das Bauelement und der weitere Schaltungsträger mit Hilfe mindestens eines Abstandshalters voneinander beabstandet sind.to solution The object is an electrical assembly specified, comprising a circuit carrier with at least one electrical circuit, the at least one on a surface section of the circuit board arranged electrical component, and at least one further circuit carrier with at least one further electrical circuit, wherein the circuit carrier and the other circuit carrier such are arranged together, that the circuit and the other Circuit over at least one electrical connection line electrically conductive with each other are connected, arranged on the surface portion of the circuit substrate component the further circuit carrier opposite is arranged and the device and the other circuit carrier with Help at least one spacer are spaced from each other.
Der Stromkreis und der weitere Stromkreis sind über die Verbindungsleitung zu einem Gesamtstromkreis verschaltet. Der Schaltungsträger und der weitere Schaltungsträger weisen zur Bildung eines Gesamtstromkreises entsprechende Anschlussstellen auf. Durch das aneinander Anordnen der Schaltungsträger werden die Stromkreise an den Anschlussstellen elektrisch leitend miteinander verbunden.Of the Circuit and the other circuit are via the connecting line interconnected to a complete circuit. The circuit carrier and the additional circuit carrier have corresponding connection points to form a complete circuit on. By arranging the circuit carrier to each other the circuits at the connection points electrically conductive with each other connected.
Mit dieser Maßnahme kann auf „Lead Frames" zur elektrischen Verbindung des Stromkreises mit einem externen Stromkreis verzichtet werden. Gleichzeitig ist dafür gesorgt, dass das Bauelement und der weitere Schaltungsträger voneinander beabstandet sind, sich einander also nicht berühren. Durch die Anordnung ergibt sich ein vom Schaltungsträger und vom weiteren Schaltungsträger begrenzter Zwischenraum, in dem das Bauelement angeordnet ist. Es resultiert eine Baugruppe mit kompaktem und Platz sparendem Aufbau. Zudem ist das Bauelement im Zwischenraum geschützt.With this measure can be on "Lead Frames "to the electric Connection of the circuit with an external circuit omitted become. At the same time is for it ensured that the component and the other circuit carrier from each other are spaced, so do not touch each other. By the arrangement results itself from the circuit board and from the other circuit carrier limited space in which the device is arranged. It results in an assembly with a compact and space-saving design. In addition, the device is protected in the space.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung ist das Bauelement der elektrischen Schaltung gegen mindestens eine Komponente (weiteres elektrisches Bauelement) der weiteren elektrischen Schaltung des weiteren Schaltungsträgers elektrisch isoliert. Die elektrische Anbindung der Schaltkreise aneinander erfolgt lediglich über die vorgesehenen elektrischen Anschlussstellen. Ein unkontrollierter Kurzschluss zwischen dem Bauelement und der Komponente des weiteren Stromkreises ist ausgeschlossen.According to one special embodiment is the component of the electrical circuit against at least one component (further electrical component) the further electrical circuit of the further circuit carrier electrically isolated. The electrical connection of the circuits to each other takes place only via the intended electrical connection points. An uncontrolled Short circuit between the component and the component of the other Circuit is excluded.
Zur elektrischen Isolierung kann es ausreichen, wenn das Bauelement und der weitere Stromkreis bzw. die Komponente des weiteren Stromkreises einander nicht berühren. Zur elektrischen Isolierung kann auch eine Vergussmasse vorhanden sein, mit der der Zwischenraum zwischen den Schaltungsträgern zumindest teilweise ausgefüllt ist, in der sich das Bauelement befindet. Die Vergussmasse weist beispielsweise Silikon auf. In einer besonderen Ausgestaltung ist aber zur elektrischen Isolierung mindestens eine auf das Bauelement und/oder mindestens eine auf die Komponente des weiteren elektrischen Stromkreises auflaminierte Isolationsfolie vorhanden. Es kann auf die Vergussmasse verzichtet werden. Denkbar ist aber auch, dass die Isolationsfolie und die Vergussmasse zusammen verwendet werden. Besonders elegant ist es dabei, einen Schaltungsträger zu verwenden, bei dem, wie eingangs beschrieben, die elektrische Kontaktierung der aufgebrachten Bauelemente mit Hilfe einer Isolationsfolie hergestellt ist. Die Isolationsfolie ist derart ausgestaltet (Folienstärke, Folienmaterial, etc.) und auflaminert, dass die elektrische Isolierung zu Komponenten des weiteren Schaltungsträgers gewährleistet ist.For electrical insulation, it may be sufficient if the component and the further circuit or the component of the further circuit do not touch each other. For electrical insulation, a potting compound may be present, with which the gap between the circuit carriers is at least partially filled, in which the device is located. The potting compound has, for example, silicone. In a particular embodiment, however, at least one of the component and / or mindes for electrical insulation least one on the component of the further electrical circuit laminated insulating film available. It can be dispensed with the potting compound. It is also conceivable that the insulation film and the potting compound are used together. It is particularly elegant to use a circuit carrier in which, as described above, the electrical contacting of the applied components is produced by means of an insulating film. The insulating film is configured (film thickness, film material, etc.) and laminates that the electrical insulation is ensured to components of the other circuit substrate.
In einer besonderen Ausgestaltung weist der Abstandshalter die elektrische Verbindungsleitung auf. Beispielsweise besteht der Abstandshalter aus einem elektrisch leitfähigen Material. Der Abstandshalter wird mit einer elektrischen Anschlussstelle des Schaltungsträgers und einer weiteren elektrischen Anschlussstelle des weiteren Schaltungsträgers elektrisch und mechanisch kontaktiert. Dazu weist die elektrische Verbindungsleitung gemäß einer besonderen Ausgestaltung ein aus der Gruppe Lot und/oder Leitklebstoff ausgewähltes elektrisch leitfähiges Verbindungsmittel auf. Durch das elektrisch leitfähige Verbindungsmittel werden die Schaltungsträger mechanisch aneinander fixiert. Gleichzeitig entsteht eine elektrische Verbindung zwischen den Schaltkreisen. Es resultiert ein kompakter und mechanisch stabiler Aufbau.In In a particular embodiment, the spacer has the electrical Connection line on. For example, the spacer consists from an electrically conductive Material. The spacer comes with an electrical connection point of the circuit board and a further electrical connection point of the further circuit carrier electrically and mechanically contacted. For this purpose, the electrical connection line according to a particular embodiment one from the group solder and / or conductive adhesive selected electrically conductive Connecting means on. By the electrically conductive connection means become the circuit carriers mechanically fixed to each other. At the same time creates an electrical Connection between the circuits. It results in a compact and mechanically stable construction.
Der Abstandshalter kann beliebig geformt sein. Beispielsweise weist der Abstandshalter eine Säulenform auf. Denkbar ist insbesondere auch, dass der Abstandshalter gekrümmt bzw. gewinkelt ist. Der Abstandshalter weist eine Krümmung auf. Vorzugsweise ist der Abstandshalter dabei derart angeordnet, dass ein möglichst großer Zwischenraum zwischen den Schaltungsträgern zur Aufnahme des elektrischen Bauelements vorhanden ist. Dies gelingt beispielsweise dadurch, dass ein Teil des gekrümmten Abstandshalters vom elektrischen Bauelement wegweist.Of the Spacer can be arbitrarily shaped. For example, points the spacer is a pillar shape on. It is also conceivable, in particular, for the spacer to be curved or is angled. The spacer has a curvature. Preferably the spacer is arranged such that a possible greater Interspace between the circuit carriers for receiving the electrical Component is present. This is achieved, for example, by that part of the curved one Spacer away from the electrical component.
Die Baugruppe kann einen einzigen Abstandshalter zwischen den Schaltungsträgern aufweisen. In einer besonderen Ausgestaltung ist eine Vielzahl von Abstandshaltern vorhanden. Dadurch resultiert ein besonders robuster Aufbau.The Assembly may have a single spacer between the circuit carriers. In a particular embodiment is a plurality of spacers available. This results in a particularly robust construction.
Darüber hinaus können durch mehrere Abstandshalter mehrere elektrische Verbindungsleitungen realisiert sein. Somit ergibt sich eine elektrische Baugruppe mit einer sehr hohen Integrationsdichte.Furthermore can by several spacers several electrical connection lines be realized. This results in an electrical assembly with a very high integration density.
Als Schaltungsträger und weitere Schaltungsträger kommen beliebige anorganische oder organische Schaltungsträger in Frage. Die Schaltungsträger können einschichtig oder mehrschichtig sein. Insbesondere weisen der Schaltungsträger und/oder der weitere Schaltungsträger ein DCB (Direct Copper Bonding)-Substrat oder ein PCB (Printed Circuit Board)-Substrat auf. Beispielsweise ist der Stromkreis auf einem DCB-Substrat realisiert. Der weitere Schaltkreis dagegen auf einem PCB-Substrat.When circuit support and further circuit carriers come any inorganic or organic circuit carriers in question. The circuit carrier can be single-layered or multi-layered. In particular, the circuit carrier and / or the further circuit carriers a DCB (Direct Copper Bonding) substrate or a PCB (Printed Circuit Board) substrate. For example the circuit is realized on a DCB substrate. The further circuit on the other hand, on a PCB substrate.
Das elektrische Bauelement des Schaltungsträgers kann ein beliebiges aktives oder passives elektrisches Bauelement sein. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung ist das Bauelement ein Halbleiterbauelement. Das Halbleiterbauelement ist beispielsweise ein SMD (Surface Mounted Device)-Bauelement des Schaltungsträgers. In einer besonderen Ausgestaltung ist das Halbleiterbauelement ein Leistungshalbleiterbauelement ist. Das Leistungshalbleiterbauelement kann ein MOSFET, IGBT, Bipolartransistor oder eine Diode sein. Der Schaltungsträger ist Bestandteil eines Leistungshalbleitermoduls. Dabei eignet sich insbesondere die eingangs beschriebene, planare und großflächige Kontaktierung der Leistungshalbleiterbauelemente. Durch das Auflaminieren der zur elektrischen Kontaktierung verwendeten Isolationsfolie kann auf einfache Weise für eine effiziente elektrische Isolierung der Bauelemente und der Komponenten des weiteren Stromkreises des weiteren Schaltungsträgers gesorgt werden.The electrical component of the circuit carrier can be any active or passive electrical component. According to a particular embodiment the device is a semiconductor device. The semiconductor device For example, an SMD (Surface Mounted Device) device of the Circuit carrier. In a particular embodiment, the semiconductor device is a Power semiconductor device is. The power semiconductor device may be a MOSFET, IGBT, bipolar transistor or a diode. Of the circuit support is part of a power semiconductor module. It is suitable in particular the planar and large-area contacting described above the power semiconductor devices. By laminating the Insulating foil used for electrical contacting can in a simple way for an efficient electrical insulation of the components and the components the further circuit of the further circuit carrier provided become.
Vorzugsweise ist dabei die Isolationsfolie derart auf dem Leistungshalbleiterbauelement und dem Schaltungsträger aufgebracht, dass eine Oberflächenkontur des Leistungshalbleiterbauelements und/oder eine Oberflächenkontur des Schaltungsträgers in einer Oberflächenkontur der Isolationsfolie abgebildet sind, die dem Leistungshalbleiterbauelement und/oder dem Schaltungsträger abgekehrt ist. Die Isolationsfolie kann aufgeklebt sein. Vorzugsweise ist die Isolationsfolie auf dem Leistungshalbleiterbauelement und auf dem Schaltungsträger auflaminiert. Das Auflaminieren erfolgt vorzugsweise ohne Klebstoff. Die Isolationsfolie wird nicht aufgeklebt. Dazu erfolgt das Auflaminieren beispielsweise unter Anlegen eines Vakuums, wobei ein besonders inniger und fester Kontakt zwischen dem Leistungshalbleiterbauelement und der Isolationsfolie bzw. dem Schaltungsträger und der Isolationsfolie entsteht.Preferably is the insulating film on the power semiconductor device and the circuit carrier applied that a surface contour of the power semiconductor component and / or a surface contour of the circuit board in a surface contour the insulating film are shown, the power semiconductor device and / or the circuit carrier has turned away. The insulation film can be glued on. Preferably is the insulating film on the power semiconductor device and on the circuit carrier laminated. The lamination preferably takes place without adhesive. The insulation film is not glued on. For this purpose, the lamination takes place for example, applying a vacuum, with a particular intimate and firm contact between the power semiconductor device and the insulating film or the circuit carrier and the insulating film arises.
Um eine effiziente elektrische Isolierung mit Hilfe der Isolationsfolie zu erzielen, wird eine dafür notwendige Folienstärke (Foliendicke) der Isolationsfolie gewählt. Die notwendige Folienstärke hängt von verschiedenen Faktoren ab, beispielsweise vom Isolationsmaterial der Isolationsfolie oder von den Bedingungen, unter denen die Baugruppe betrieben wird. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Isolationsfolie eine aus dem Bereich von einschließlich 50 μm bis einschließlich 500 μm und insbesondere eine aus dem Bereich von einschließlich 100 μm bis einschließlich 300 μm ausgewählte Folienstärke aufweist.Around an efficient electrical insulation with the help of the insulating foil to achieve this is necessary film thickness (Film thickness) of the insulation film selected. The necessary film thickness depends on different ones Factors from, for example, the insulating material of the insulation film or the conditions under which the assembly is operated. It has proved to be advantageous if the insulation film one in the range of from 50 microns up to and including 500 microns and in particular has a film thickness selected from the range of 100 μm to 300 μm inclusive.
Um eine notwendige Isolationswirkung der Isolationsfolie zu erreichen, kann eine einzige, möglichst dicke Isolationsfolie auflaminiert werden. Eine entsprechende Isolationswirkung kann aber auch mit mehreren, übereinander gestapelten, dünneren Isolationsfolien erzielt werden.Around to achieve a necessary insulating effect of the insulating film, can be a single, as possible thick insulation film are laminated. A corresponding insulation effect but also with several, one above the other stacked, thinner Insulation films are achieved.
Zusammenfassend ergeben sich mit der Erfindung folgende wesentlichen Vorteile:
- – Mit der Erfindung ist eine kompakte Baugruppe aus mit zwei Schaltungsträgern zugänglich.
- – Auf die Verwendung eines „Lead Frames" zur elektrischen Verbindung des Stromkreises mit einem externen Stromkreis kann verzichtet werden.
- – Bei Verwendung von mehreren Abstandshaltern, die auch als Verbindungsleitungen fungieren, resultiert eine hohe Integrationsdichte.
- – Durch die Verwendung einer auflaminierten Isolationsfolie zur elektrischen Isolierung des Bauteils des Schaltungsträgers kann für eine einfache und effiziente elektrische Isolierung des Bauelements gesorgt werden. Auf eine zusätzliche Isolierung durch Silikonverguss kann verzichtet werden.
- - With the invention, a compact assembly is accessible from two circuit carriers.
- - The use of a "lead frame" for electrical connection of the circuit to an external circuit can be dispensed with.
- - When using several spacers, which also act as connecting lines, results in a high integration density.
- - By using a laminated insulation film for electrical insulation of the component of the circuit substrate can be ensured for a simple and efficient electrical insulation of the device. An additional insulation by Silikonverguss can be dispensed with.
Anhand eines Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen Figuren wird die Erfindung im Folgenden näher beschrieben. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen Abbildungen dar.Based an exemplary embodiments and the associated Figures, the invention is described in more detail below. The figures are schematic and do not represent true to scale illustrations represents.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel
weist die Baugruppe
Der
Schaltungsträger
Auf
einen Oberflächenabschnitt
Durch
ein Fenster
Der
weitere Schaltungsträger
Der
Schaltungsträger
Zumindest
einer der Abstandshalter
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