DE102014211524B4

DE102014211524B4 - Elektronikmodul mit einer Vorrichtung zur Wärmeabführung von durch eine in einem Kunststoffgehäuse angeordnete Halbleitereinrichtung erzeugter Wärme und Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls

Info

Publication number: DE102014211524B4
Application number: DE102014211524.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schneider
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-06-17
Filing date: 2014-06-17
Publication date: 2022-10-20
Anticipated expiration: 2034-06-18
Also published as: CN106463487A; US9842796B2; US20170125326A1; WO2015193129A3; CN106463487B; WO2015193129A2; WO2015193129A9; DE102014211524A1

Abstract

Elektronikmodul miteiner in einem Kunststoffgehäuse (12) angeordneten Halbleitereinrichtung (14);einer elektrisch leitfähigen Plattenanordnung (16), über welche die Halbleitereinrichtung (14) mit elektrischer Leistung versorgbar ist, wobei die elektrisch leitfähige Plattenanordnung (16) mit einer Wärme erzeugenden integrierten Schaltung (14b) der Halbleitereinrichtung (14) über einen Wärmekoppler (18) flächig verbunden ist; undwobei die elektrisch leitfähige Plattenanordnung (16) derart gestaltet ist, dass sie die durch die Wärme erzeugende integrierte Schaltung (14b) der Halbleitereinrichtung (14) erzeugte Wärme an das Kunststoffgehäuse (12) abführt, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Plattenanordnung (16) eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen (16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h) aufweist, wobei ein erster Teil (21) der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen (16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h) derart gestaltet sind, dass sie die Halbleitereinrichtung (14) mit elektrischer Leistung versorgen und ein zweiter Teil (22) der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen (16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h) derart gestaltet sind, dass sie die Halbleitereinrichtung (14) mit elektrischer Leistung versorgen sowie durch die Halbleitereinrichtung (14) erzeugte Wärme an das Kunststoffgehäuse (12) abführen, wobei der Wärmekoppler (18) durch ein Wärmeleitgel oder ein Wärmepad ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektronikmodul mit einer Vorrichtung zur Wärmeabführung von durch eine in einem Kunststoffgehäuse angeordnete Halbleitereinrichtung erzeugter Wärme und ein Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls.
Stand der Technik
Aktuell wird die Wärmeabführung bei elektronischen Steuergeräten, die eine relativ hohe Verlustleistung im Vergleich zur Baugröße aufweisen, im Wesentlichen durch die Wahl des Gehäusematerials gesteuert. Aluminium weist als Gehäusematerial vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich der Wärmeabführung auf, jedoch ist Aluminium im Vergleich zu Kunststoff kostenaufwendiger. Soll Kunststoff als Gehäusematerial verwendet werden, ist es meist erforderlich, die Baugröße des Steuergerätes deutlich zu erhöhen, um eine ausreichende Wärmeabfuhr zu erreichen. Damit die Wärme aus dem Steuergerät abgeleitet werden kann, ist eine gute Wärmeleitung zwischen dem Steuergerät und der Umgebung erforderlich. Kunststoff leitet die Wärme jedoch schlecht, sodass der Ort des Wärmeeintrags relativ heiß wird und die Flächen in unmittelbarer Umgebung des Wärmeeintrags eine nur noch geringe Wärmeabfuhr aufweisen. Dies hat zur Folge, dass eine einfache Vergrößerung der Gehäuseoberfläche nicht immer eine Verbesserung hinsichtlich der Wärmeabfuhr herbeiführt.
Kann die Wärmeanbindung der Wärmequelle an das Gehäuse großflächig ausgeführt werden, dann kann auch ein Kunststoffgehäuse ausreichend Wärme abführen. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass die Wärmequelle mit einem Wärmespreizer, wie z.B. einer Aluminiumplatte, verbunden und der Wärmespreizer großflächig mit dem Gehäuse verbunden wird. Nachteilig ist hierbei, dass ein separater Wärmespreizer erforderlich ist und dieser in einem zusätzlichen Arbeitsschritt ins Gehäuse eingebracht werden muss.
Die DE 20 2009 000 615 U1 offenbart ein formmassenvergossenes Leistungshalbleiterelement, bei dem ein Leistungshalbleiter mit metallischen, an die Außenseite eines Moldmoduls geführten Kontakten in Umhüllungsspritzen mit Duroplasten umgeben ist, und wobei zur Wärmeableitung einer Bodenseite eine Wärmeleitungsstrecke durch den Halbleiter und einen Substratträger vorhanden ist, wobei eine im Bereich eines der Kontakte des Halbleiters auf seiner Oberseite einen der Kontakte flächig bedeckend ausgebildete Kontaktlasche angesetzt ist, und auf dem flächigen Abschnitt der Kontaktlasche wärmeleitend zur Oberseite des Moldmoduls ein wärmeleitendes Element zur Ausbildung einer zweiten wärmeleitenden Brücke an die Außenseite des Moduls vorgesehen ist.
Die US 4 829 403 A beschreibt eine Gehäusestruktur für eine energieabführende Einrichtung mit Wärmeelementen und einem Element zur Modifizierung eines Wärmeflusses.
Die EP 0 306 412 A1 beschreibt ein Gehäuse für eine elektronische Schaltung.
Die US 3 585 455 A beschreibt eine Leiteranordnung mit Halbleiterelementen.
Die DE 101 44 324 A1 beschreibt ein elektrisches Modul mit einer Leiterstruktur, die wärmeleitend mit einer Wärmesenke und andererseits sowohl wärmeleitend als auch elektrisch mit wenigstens einem elektrischen Leistungselement und/oder wenigstens einem wärmeerzeugenden elektrischen Bauelelement verbunden ist.
Die DE 10 2010 002 950 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung mit einer elektrischen und/oder elektronischen Einrichtung mit einem elektrischen und/oder elektronischen Bauelement, und mindestens einen Anschlussbereich mit mindestens einer Kontakteinheit zur elektrischen Kontaktierung der elektrischen und/oder elektronischen Schaltungseinheit.
Die DE 199 10 500 A1 beschreibt ein Steuergerät, umfassend eine in einem Gehäuse angeordnete Leiterplatte, mit wärmeerzeugenden elektrischen/elektronischen Bauelementen, die auf einer ersten Seite der Leiterplatte auf Leiterbahnen angeordnet sind.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft ein Elektronikmodul nach dem Anspruch 1 und insbesondere mit einer in einem Kunststoffgehäuse angeordneten Halbleitereinrichtung, einer elektrisch leitfähigen Plattenanordnung, über welche die Halbleitereinrichtung mit elektrischer Leistung versorgbar ist, wobei die elektrisch leitfähige Plattenanordnung mit einer Wärme erzeugenden integrierten Schaltung der Halbleitereinrichtung über einen Wärmekoppler flächig verbunden ist, und wobei die elektrisch leitfähige Plattenanordnung derart gestaltet ist, dass sie die durch die Wärme erzeugende integrierte Schaltung der Halbleitereinrichtung erzeugte Wärme an das Kunststoffgehäuse abführt.
Die vorliegende Erfindung schafft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls nach dem Anspruch 13. Das Verfahren umfasst ein elektrisches Verbinden einer elektrisch leitfähigen Plattenanordnung mit einer Halbleitereinrichtung, wobei die elektrisch leitfähige Plattenanordnung die Halbleitereinrichtung mit elektrischer Leistung versorgt, ein flächiges Verbinden der elektrisch leitfähigen Plattenanordnung mit einer Wärme erzeugenden integrierten Schaltung der Halbleitereinrichtung über einen Wärmekoppler, und ein Umspritzen der mit der Wärme erzeugenden integrierten Schaltung der Halbleitereinrichtung über den Wärmekoppler verbundenen elektrisch leitfähigen Plattenanordnung mit einem Kunststoff zum Ausbilden eines Kunststoffgehäuses, wobei die elektrisch leitfähige Plattenanordnung die durch die Wärme erzeugende integrierte Schaltung der Halbleitereinrichtung erzeugte Wärme an das Kunststoffgehäuse abführt.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, als Wärmespreizer die schon vorhandene elektrisch leitfähige Plattenanordnung zu nutzen. Somit kann die elektrisch leitfähige Plattenanordnung sowohl zur Bereitstellung von elektrischer Leistung an die Halbleitereinrichtung als auch zur Abführung von durch die Halbleitereinrichtung erzeugter Wärme an das Kunststoffgehäuse verwendet werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die elektrisch leitfähige Plattenanordnung eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen aufweist, welche jeweils zumindest teilweise mit dem Kunststoffgehäuse umspritzt sind und einen im Wesentlichen überwiegenden Teil einer Fläche von zumindest einer, der Wärme erzeugenden integrierten Schaltung der Halbleitereinrichtung gegenüberliegenden Wand des Kunststoffgehäuses bedecken. Durch die großflächige Ausbildung der elektrisch leitfähigen Plattenanordnung bezogen auf das Gehäuse kann diese somit optimal zur Wärmeabfuhr der Halbleitereinrichtung genutzt werden.
Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass die Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen zumindest 50 Prozent, vorzugsweise zumindest 80 Prozent der Fläche von zumindest der, der Wärme erzeugenden integrierten Schaltung der Halbleitereinrichtung gegenüberliegenden Wand des Kunststoffgehäuses bedecken. Die Fläche der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen relativ zu der zumindest einen Wand des Kunststoffgehäuses kann somit in vorteilhafter Weise an bauliche Anforderungen wie z.B. eine erforderliche Wärmeabfuhr der Halbleitereinrichtung angepasst werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein erster Teil der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen eine erste Fläche und ein zweiter Teil der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen eine zweite Fläche aufweist, wobei die zweite Fläche größer als die erste Fläche ausgebildet ist. Somit kann beispielsweise eine Masseleitung der elektrisch leitfähigen Plattenanordnung großflächig ausgeführt und die restlichen Leiter der elektrisch leitfähigen Plattenanordnung derart dimensioniert werden, dass diese eine geringere Fläche aufweisen.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen an einem ersten Ende an einer Außenseite des Kunststoffgehäuses in einem Steckerbereich des Kunststoffgehäuses angeordnet und an einem zweiten Ende mit Anschlüssen der Halbleitereinrichtung elektrisch verbunden sind. Somit kann eine gesamte Länge der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen sowohl zur Leistungsversorgung der Halbleitereinrichtung als auch zur Wärmeabfuhr der durch die Halbleitereinrichtung erzeugten Wärme an das Kunststoffgehäuse verwendet werden.
Es ist ferner vorgesehen, dass die elektrisch leitfähige Plattenanordnung eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen aufweist, wobei ein erster Teil der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen derart gestaltet sind, dass sie die Halbleitereinrichtung mit elektrischer Leistung versorgen und ein zweiter Teil der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen derart gestaltet sind, dass sie die Halbleitereinrichtung mit elektrischer Leistung versorgen sowie durch die Halbleitereinrichtung erzeugte Wärme an das Kunststoffgehäuse abführen. Der erste Teil der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen dient somit in vorteilhafter Weise der elektrischen Leistungsversorgung der Halbleitereinrichtung. Der zweite Teil der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen weist in vorteilhafter Weise sowohl die Funktion der elektrischen Leistungsversorgung der Halbleitereinrichtung als auch die Funktion der Wärmeabfuhr der durch die Halbleitereinrichtung erzeugten Wärme an das Gehäuse auf. Der zweite Teil der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen kann beispielsweise durch eine Masseleitung ausgebildet werden. Diese kann großflächig ausgebildet sein, wodurch eine gute Wärmeabfuhr der durch die Halbleitereinrichtung erzeugten Wärme an das Kunststoffgehäuse ermöglicht wird.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die elektrisch leitfähige Plattenanordnung eine erste Plattenanordnung aufweist, welche derart gestaltet ist, dass sie die Halbleitereinrichtung mit elektrischer Leistung versorgt und eine von der ersten Plattenanordnung getrennt angeordnete zweite Plattenanordnung aufweist, welche derart gestaltet ist, dass sie durch die Halbleitereinrichtung erzeugte Wärme an das Kunststoffgehäuse abführt. Die erste Plattenanordnung weist somit in vorteilhafter Weise die Funktion der elektrischen Leistungsversorgung der Halbleitereinrichtung auf. Die zweite, von der ersten Plattenanordnung getrennte Plattenanordnung weist in vorteilhafter Weise die Funktion der Wärmeabfuhr der durch die Halbleitereinrichtung erzeugten Wärme an das Gehäuse auf.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die erste Plattenanordnung eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen aufweist, welche jeweils zumindest teilweise mit dem Kunststoffgehäuse umspritzt sind, wobei die Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen an einem ersten Ende an einer Außenseite des Kunststoffgehäuses in einem Steckerbereich des Kunststoffgehäuses angeordnet und an einem zweiten Ende mit Anschlüssen der Halbleitereinrichtung elektrisch verbunden sind. Somit kann die erste Plattenanordnung vorzugsweise zur Leistungsversorgung der Halbleitereinrichtung verwendet werden.
Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass die zweite Plattenanordnung zumindest teilweise mit dem Kunststoffgehäuse umspritzt ist und einen im Wesentlichen überwiegenden Teil einer Fläche von zumindest einer, der Wärme erzeugenden integrierten Schaltung der Halbleitereinrichtung gegenüberliegenden Wand des Kunststoffgehäuses bedeckt. Durch die großflächige Ausbildung der zweiten Plattenanordnung bezogen auf das Gehäuse kann diese somit optimal zur Wärmeabfuhr der durch die Halbleitereinrichtung erzeugten Wärme genutzt werden.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die zweite Plattenanordnung zumindest 50 Prozent, vorzugsweise zumindest 80 Prozent der Fläche von zumindest der, der Wärme erzeugenden integrierten Schaltung der Halbleitereinrichtung gegenüberliegenden Wand des Kunststoffgehäuses bedeckt. Die Fläche der zweiten Plattenanordnung relativ zu der zumindest einen Wand des Kunststoffgehäuses kann somit in vorteilhafter Weise an bauliche Anforderungen wie z.B. eine erforderliche Wärmeabfuhr der Halbleitereinrichtung angepasst werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die elektrisch leitfähige Plattenanordnung in einem thermischen Anbindungsbereich zu dem Wärmekoppler von dem Kunststoffgehäuse freigestellt ist. Durch die Freistellung der elektrisch leitfähigen Plattenanordnung in dem thermischen Anbindungsbereich kann in vorteilhafter Weise eine Anbindung der elektrisch leitfähigen Plattenanordnung über den Wärmekoppler an die Halbleitereinrichtung erfolgen.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die elektrisch leitfähige Plattenanordnung durch ein Stanzgitter ausgebildet ist. Da das Stanzgitter bereits bei der Herstellung des Kunststoffgehäuses von dem Kunststoffgehäuse umspritzt bzw. in dieses im Rahmen der Herstellung integriert wird, kann dieses sowohl die Funktion der elektrischen Leistungsversorgung der Halbleitereinrichtung als auch die Funktion der Wärmeabfuhr der durch die Halbleitereinrichtung erzeugten Wärme an das Kunststoffgehäuse bereitstellen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Wärmekoppler durch ein Wärmeleitgel oder ein Wärmepad ausgebildet ist. Dadurch kann eine effiziente Wärmeübertragung zwischen der Halbleitereinrichtung und der elektrisch leitfähigen Plattenanordnung vorgesehen werden.
Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass die Halbleitereinrichtung durch eine Leiterplatte und die auf der Leiterplatte angeordnete integrierte Schaltung ausgebildet ist. Die Wärmeabführungsleistung des Elektronikmoduls kann somit in vorteilhafter Weise an eine Größe der Halbleitereinrichtung angepasst werden.
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
Figurenliste
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
Es zeigen:

1a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls mit einer Vorrichtung zur Wärmeabführung von durch eine in einem Kunststoffgehäuse angeordnete Halbleitereinrichtung erzeugter Wärme gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
1b eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls mit der Vorrichtung zur Wärmeabführung von durch die in dem Kunststoffgehäuse angeordnete Halbleitereinrichtung erzeugter Wärme gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
2a eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls mit der Vorrichtung zur Wärmeabführung von durch die in dem Kunststoffgehäuse angeordnete Halbleitereinrichtung erzeugter Wärme gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
2b eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls mit der Vorrichtung zur Wärmeabführung von durch die in dem Kunststoffgehäuse angeordnete Halbleitereinrichtung erzeugter Wärme gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
3a eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls mit der Vorrichtung zur Wärmeabführung von durch die in dem Kunststoffgehäuse angeordnete Halbleitereinrichtung erzeugter Wärme gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
3b eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls mit der Vorrichtung zur Wärmeabführung von durch die in dem Kunststoffgehäuse angeordnete Halbleitereinrichtung erzeugter Wärme gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung; und
4 ein Ablaufdiagframm eines Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung.

In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
1a zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls mit einer Vorrichtung zur Wärmeabführung von durch eine in einem Kunststoffgehäuse angeordnete Halbleitereinrichtung erzeugter Wärme gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Das Elektronikmodul 1 weist eine in einem Kunststoffgehäuse 12 angeordnete Halbleitereinrichtung 14 und eine Vorrichtung 10 zur Wärmeabführung von durch der in dem Kunststoffgehäuse 12 angeordneten Halbleitereinrichtung 14 erzeugter Wärme auf. Die Vorrichtung 10 zur Wärmeabführung der in dem Kunststoffgehäuse 12 angeordneten Halbleitereinrichtung 14 weist eine elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 auf, welche sowohl die Halbleitereinrichtung 14 mit elektrischer Leistung versorgt als auch durch die Halbleitereinrichtung 14 erzeugte Wärme an das Kunststoffgehäuse 12 abführt. Die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 ist vorzugsweise durch ein Stanzgitter ausgebildet. Das Stanzgitter weist vorzugsweise mehrere Lagen von Metallstreifen auf, welche zu einem Stanzgitterpaket verbunden bzw. gestapelt sind. Alternativ kann das Stanzgitter auch einlagig ausgebildet sein.
Die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 weist eine Mehrzahl von flächig ausgebildeten elektrisch leitfähigen Plattenelementen 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h auf. Ein erster Teil 21 der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h weist eine erste Fläche 17a und ein zweiter Teil 22 der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h weist eine zweite Fläche 17b auf, wobei die zweite Fläche 17b größer als die erste Fläche 17a ausgebildet ist.
Die durch die Mehrzahl von flächig ausgebildeten elektrisch leitfähigen Plattenelementen 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h ausgebildete elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 ist zumindest teilweise mit dem Kunststoffgehäuse 12 umspritzt und bedeckt einen im Wesentlichen überwiegenden Teil einer Fläche einer Wand des Kunststoffgehäuses. Die Halbleitereinrichtung 14 ist durch eine Leiterplatte 14a und auf der Leiterplatte 14a angeordnete anwendungsspezifische integrierte Schaltungen 14b ausgebildet.
Die Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h ist an einem ersten Ende an einer Außenseite des Kunststoffgehäuses 12 in einem Steckerbereich 19 angeordnet und an einem zweiten Ende mit Anschlüssen 20 der Halbleitereinrichtung 14 elektrisch verbunden.
Die Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h deckt gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise zumindest 80 % der Fläche von der zumindest einen Wand des Kunststoffgehäuses 12 ab.
1b zeigt eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls mit der Vorrichtung zur Wärmeabführung von durch die in dem Kunststoffgehäuse angeordnete Halbleitereinrichtung erzeugter Wärme gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 ist in einem thermischen Anbindungsbereich 25 zur thermischen Anbindung der elektrisch leitfähigen Plattenanordnung 16 an die Halbleiteranordnung 14 an einer Innenseite des Kunststoffgehäuses 12 freigestellt. In der vorliegenden ersten Ausführungsform der Erfindung weist die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 drei thermische Anbindungsbereiche 25 auf. Alternativ kann die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 auch eine andere geeignete Anzahl von Anbindungsbereichen 25 aufweisen.
An den jeweiligen thermischen Anbindungsbereichen 25 ist der Wärmekoppler 18 vorgesehen, über welchen die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 mit der Halbleitereinrichtung 14 verbunden ist. Der Wärmekoppler 18 ist vorzugsweise durch ein Wärmeleitgel ausgebildet. Alternativ kann der Wärmekoppler 18 auch durch ein Wärmepad oder ein sonstiges geeignetes Wärmekopplungsmittel ausgebildet sein.
Die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 erstreckt sich von dem Steckerbereich 19 in einen Innenbereich des Kunststoffgehäuses 12. Die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 ist unmittelbar benachbart zu dem Steckerbereich 19 im Inneren des Kunststoffgehäuses 12 in der Wand 12a des Kunststoffgehäuses 12 mit dem Kunststoffgehäuse 12 umspritzt. Die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 erstreckt sich bis zu ihrem zweiten Ende in der Wand 12a des Kunststoffgehäuses 12. An dem zweiten Ende der elektrisch leitfähigen Plattenanordnung 16 ist diese mit den Anschlüssen 20 der Halbleitereinrichtung 14 elektrisch verbunden.
2a zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls mit der Vorrichtung zur Wärmeabführung von durch die in dem Kunststoffgehäuse angeordnete Halbleitereinrichtung erzeugter Wärme gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 weist gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform der Erfindung eine erste Plattenanordnung 23 auf, welche die Halbleitereinrichtung 14 mit elektrischer Leistung versorgt. Das Stanzgitter weist vorzugsweise mehrere Lagen von Metallstreifen auf, welche zu einem Stanzgitterpaket verbunden bzw. gestapelt sind. Alternativ kann das Stanzgitter auch einlagig ausgebildet sein. Die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 weist des Weiteren eine von der ersten Plattenanordnung 23 getrennt angeordnete zweite Plattenanordnung 24 auf, welche durch die Halbleitereinrichtung 14 erzeugte Wärme an das Kunststoffgehäuse 12 abführt.
Die erste Plattenanordnung 23 weist eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h auf, welche jeweils zumindest teilweise mit dem Kunststoffgehäuse umspritzt sind, wobei die Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h an einem ersten Ende an einer Außenseite des Kunststoffgehäuses 12 in einem Steckerbereich 19 angeordnet und an einem zweiten Ende mit Anschlüssen 20 der Halbleitereinrichtung 14 elektrisch verbunden sind. Die zweite Plattenanordnung 24 ist flächig ausgebildet, zumindest teilweise mit dem Kunststoffgehäuse 12 umspritzt und bedeckt einen im Wesentlichen überwiegenden Teil der Fläche der zumindest einen Wand 12a des Kunststoffgehäuses 12. Gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform der Erfindung bedeckt die zweite Plattenanordnung 24 vorzugsweise zumindest 80 % der Fläche von der zumindest einen Wand 12a des Kunststoffgehäuses 12. Die Halbleitereinrichtung 14 ist durch eine Leiterplatte 14a und auf der Leiterplatte 14a angeordnete anwendungsspezifische integrierte Schaltungen 14b ausgebildet.
2b zeigt eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls mit der Vorrichtung zur Wärmeabführung von durch die in dem Kunststoffgehäuse angeordnete Halbleitereinrichtung erzeugter Wärme gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform der Erfindung besteht der wesentliche Unterschied der zweiten Ausführungsform darin, dass die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 zweigeteilt ist. Die erste Plattenanordnung 23 der elektrisch leitfähigen Plattenanordnung 16 ist benachbart zu dem Steckerbereich 19 angeordnet und zumindest teilweise mit dem Kunststoffgehäuse 12 umspritzt. Die erste Plattenanordnung 23 erstreckt sich von dem Steckerbereich 19 an ihrem ersten Ende an der Außenseite des Kunststoffgehäuses 12 bis zu den Anschlüssen 20 der Halbleitereinrichtung 14 an ihrem zweiten Ende.
Die zweite Plattenanordnung 24 ist flächig ausgebildet und zumindest teilweise mit dem Kunststoffgehäuse 12 umspritzt. Die zweite Plattenanordnung 24 ist vollständig in der Wand 12 des Kunststoffgehäuses angeordnet. An vorbestimmten thermischen Anbindungsbereichen 25 zur thermischen Anbindung der elektrisch leitfähigen Plattenanordnung 16 an die Halbleitereinrichtung 14 ist die zweite Plattenanordnung 24 der elektrisch leitfähigen Plattenanordnung 16 an einer Innenseite des Kunststoffgehäuses 12 freigestellt.
In der vorliegenden zweiten Ausführungsform der Erfindung weist die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 drei thermische Anbindungsbereiche 25 auf. Alternativ kann die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 auch eine andere geeignete Anzahl von Anbindungsbereichen 25 aufweisen. An den jeweiligen thermischen Anbindungsbereichen 25 ist der Wärmekoppler 18 vorgesehen, über welchen die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 mit der Halbleitereinrichtung 14 verbunden ist. Der Wärmekoppler 18 ist vorzugsweise durch ein Wärmeleitgel ausgebildet. Alternativ kann der Wärmekoppler 18 auch durch ein Wärmepad oder ein sonstiges geeignetes Wärmekopplungsmittel ausgebildet sein.
3a zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls mit der Vorrichtung zur Wärmeabführung von durch die in dem Kunststoffgehäuse angeordnete Halbleitereinrichtung erzeugter Wärme gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 eine Mehrzahl von flächig ausgebildeten elektrisch leitfähigen Plattenelementen 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h auf, wobei ein erster Teil 21 der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h die Halbleitereinrichtung 14 mit elektrischer Leistung versorgt und ein zweiter Teil 22 der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h die Halbleitereinrichtung 14 mit elektrischer Leistung versorgt und so die durch die Halbleitereinrichtung 14 erzeugte Wärme an das Kunststoffgehäuse 12 abführt.
Der zweite Teil 22 der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h weist eine im Vergleich zu einer Fläche der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h des ersten Teils größere Fläche auf. Der zweite Teil 22 der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h wird vorzugsweise als Masseleitung verwendet. Das Stanzgitter weist vorzugsweise mehrere Lagen von Metallstreifen auf, welche zu einem Stanzgitterpaket verbunden bzw. gestapelt sind. Alternativ kann das Stanzgitter auch einlagig ausgebildet sein. Die Halbleitereinrichtung 14 ist durch eine Leiterplatte 14a und auf der Leiterplatte 14a angeordnete anwendungsspezifische integrierte Schaltungen 14b ausgebildet.
3b zeigt eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls mit der Vorrichtung zur Wärmeabführung von durch die in dem Kunststoffgehäuse angeordnete Halbleitereinrichtung erzeugter Wärme gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung.
Die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 ist in einem thermischen Anbindungsbereich 25 zur thermischen Anbindung der elektrisch leitfähigen Plattenanordnung 16 an die Halbleiteranordnung 14 an einer Innenseite des Kunststoffgehäuses 12 freigestellt. In der vorliegenden ersten Ausführungsform der Erfindung weist die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 drei thermische Anbindungsbereiche 25 auf. Alternativ kann die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 auch eine andere geeignete Anzahl von Anbindungsbereichen 25 aufweisen.
An den jeweiligen thermischen Anbindungsbereichen 25 ist der Wärmekoppler 18 vorgesehen, über welchen die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 mit der Halbleitereinrichtung 14 verbunden ist. Der Wärmekoppler 18 ist vorzugsweise durch ein Wärmeleitgel ausgebildet. Alternativ kann der Wärmekoppler 18 auch durch ein Wärmepad oder ein sonstiges geeignetes Wärmekopplungsmittel ausgebildet sein.
Die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 erstreckt sich von dem Steckerbereich 19 in einen Innenbereich des Kunststoffgehäuses 12. Die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 ist unmittelbar benachbart zu dem Steckerbereich 19 im Inneren des Kunststoffgehäuses 12 in der Wand 12a des Kunststoffgehäuses 12 mit dem Kunststoffgehäuse 12 umspritzt. Die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 erstreckt sich bis zu ihrem zweiten Ende in der Wand 12a des Kunststoffgehäuses 12. Die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 ist im Inneren des Kunststoffgehäuses 12 in einem zu dem Steckerbereich 19 benachbarten Bereich mit den Anschlüssen 20 verbunden.
4 zeigt ein Ablaufdiagframm eines Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung.
Das Verfahren zur Herstellung des Elektronikmoduls umfasst ein elektrisches Verbinden S1 einer elektrisch leitfähigen Plattenanordnung 16 mit einer Halbleitereinrichtung 14, wobei die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 die Halbleitereinrichtung 14 mit elektrischer Leistung versorgt. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein flächiges Verbinden S2 der elektrisch leitfähigen Plattenanordnung 16 mit einer Wärme erzeugenden integrierten Schaltung 14b der Halbleitereinrichtung 14 über einen Wärmekoppler 18.
Das Verfahren umfasst überdies ein Umspritzen S3 der mit der Wärme erzeugenden integrierten Schaltung 14b der Halbleitereinrichtung 14 über den Wärmekoppler 18 verbundenen elektrisch leitfähigen Plattenanordnung 16 mit einem Kunststoff zum Ausbilden eines Kunststoffgehäuses 12, wobei die elektrisch leitfähige Plattenanordnung 16 die durch die Wärme erzeugende integrierte Schaltung 14b der Halbleitereinrichtung 14 erzeugte Wärme an das Kunststoffgehäuse 12 abführt.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise kann die Dimensionierung der Fläche der elektrisch leitfähigen Plattenanordnung 16, welche zur Wärmeabfuhr der durch die Halbleitereinrichtung 14 erzeugter Wärme an bauliche Anforderungen bzw. eine erforderliche Wärmeabfuhr der Halbleitereinrichtung 14 angepasst werden.

Claims

Elektronikmodul mit einer in einem Kunststoffgehäuse (12) angeordneten Halbleitereinrichtung (14); einer elektrisch leitfähigen Plattenanordnung (16), über welche die Halbleitereinrichtung (14) mit elektrischer Leistung versorgbar ist, wobei die elektrisch leitfähige Plattenanordnung (16) mit einer Wärme erzeugenden integrierten Schaltung (14b) der Halbleitereinrichtung (14) über einen Wärmekoppler (18) flächig verbunden ist; und wobei die elektrisch leitfähige Plattenanordnung (16) derart gestaltet ist, dass sie die durch die Wärme erzeugende integrierte Schaltung (14b) der Halbleitereinrichtung (14) erzeugte Wärme an das Kunststoffgehäuse (12) abführt, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Plattenanordnung (16) eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen (16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h) aufweist, wobei ein erster Teil (21) der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen (16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h) derart gestaltet sind, dass sie die Halbleitereinrichtung (14) mit elektrischer Leistung versorgen und ein zweiter Teil (22) der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen (16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h) derart gestaltet sind, dass sie die Halbleitereinrichtung (14) mit elektrischer Leistung versorgen sowie durch die Halbleitereinrichtung (14) erzeugte Wärme an das Kunststoffgehäuse (12) abführen, wobei der Wärmekoppler (18) durch ein Wärmeleitgel oder ein Wärmepad ausgebildet ist.
Elektronikmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Plattenanordnung (16) eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen (16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h) aufweist, welche jeweils zumindest teilweise mit dem Kunststoffgehäuse (12) umspritzt sind und einen im Wesentlichen überwiegenden Teil einer Fläche von zumindest einer, der Wärme erzeugenden integrierten Schaltung (14b) der Halbleitereinrichtung (14) gegenüberliegenden Wand (12a) des Kunststoffgehäuses (12) bedecken.
Elektronikmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen (16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h) zumindest 50 Prozent, vorzugsweise zumindest 80 Prozent der Fläche von zumindest der, der Wärme erzeugenden integrierten Schaltung (14b) der Halbleitereinrichtung (14) gegenüberliegenden Wand (12a) des Kunststoffgehäuses (12) bedecken.
Elektronikmodul nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil (21) der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen (16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h) eine erste Fläche (17a) und ein zweiter Teil (22) der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen (16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h) eine zweite Fläche (17b) aufweist, wobei die zweite Fläche (17b) größer als die erste Fläche (17a) ausgebildet ist.
Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen (16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h) an einem ersten Ende an einer Außenseite des Kunststoffgehäuses (12) in einem Steckerbereich (19) des Kunststoffgehäuses (12) angeordnet und an einem zweiten Ende mit Anschlüssen (20) der Halbleitereinrichtung (14) elektrisch verbunden sind.
Elektronikmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Plattenanordnung (16) eine erste Plattenanordnung (23) aufweist, welche derart gestaltet ist, dass sie die Halbleitereinrichtung (14) mit elektrischer Leistung versorgt und eine von der ersten Plattenanordnung (23) getrennt angeordnete zweite Plattenanordnung (24) aufweist, welche derart gestaltet ist, dass sie durch die Halbleitereinrichtung (14) erzeugte Wärme an das Kunststoffgehäuse (12) abführt.
Elektronikmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Plattenanordnung (23) eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen (16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h) aufweist, welche jeweils zumindest teilweise mit dem Kunststoffgehäuse (12) umspritzt sind, wobei die Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen (16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h) an einem ersten Ende an einer Außenseite des Kunststoffgehäuses (12) in einem Steckerbereich (19) des Kunststoffgehäuses (12) angeordnet und an einem zweiten Ende mit Anschlüssen (20) der Halbleitereinrichtung (14) elektrisch verbunden sind.
Elektronikmodul nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Plattenanordnung (24) zumindest teilweise mit dem Kunststoffgehäuse (12) umspritzt ist und einen im Wesentlichen überwiegenden Teil einer Fläche von zumindest einer, der Wärme erzeugenden integrierten Schaltung (14b) der Halbleitereinrichtung (14) gegenüberliegenden Wand (12a) des Kunststoffgehäuses (12) bedeckt.
Elektronikmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Plattenanordnung (24) zumindest 50 Prozent, vorzugsweise zumindest 80 Prozent der Fläche von zumindest der, der Wärme erzeugenden integrierten Schaltung (14b) der Halbleitereinrichtung (14) gegenüberliegenden Wand (12a) des Kunststoffgehäuses (12) bedeckt.
Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Plattenanordnung (16) in einem thermischen Anbindungsbereich (25) zu dem Wärmekoppler (18) von dem Kunststoffgehäuse (12) freigestellt ist.
Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Plattenanordnung (16) durch ein Stanzgitter ausgebildet ist.
Elektronikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleitereinrichtung (14) durch eine Leiterplatte (14a) und die auf der Leiterplatte (14a) angeordnete integrierte Schaltung (14b) ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls mit den Schritten: elektrisches Verbinden (S1) einer elektrisch leitfähigen Plattenanordnung (16) mit einer Halbleitereinrichtung (14), wobei die elektrisch leitfähige Plattenanordnung (16) die Halbleitereinrichtung (14) mit elektrischer Leistung versorgt; flächiges Verbinden (S2) der elektrisch leitfähigen Plattenanordnung (16) mit einer Wärme erzeugenden integrierten Schaltung (14b) der Halbleitereinrichtung (14) über einen Wärmekoppler (18); und Umspritzen (S3) der mit der Wärme erzeugenden integrierten Schaltung (14b) der Halbleitereinrichtung (14) über den Wärmekoppler (18) verbundenen elektrisch leitfähigen Plattenanordnung (16) mit einem Kunststoff zum Ausbilden eines Kunststoffgehäuses (12), wobei die elektrisch leitfähige Plattenanordnung (16) die durch die Wärme erzeugende integrierte Schaltung (14b) der Halbleitereinrichtung (14) erzeugte Wärme an das Kunststoffgehäuse (12) abführt, wobei die elektrisch leitfähige Plattenanordnung (16) eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen (16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h) aufweist, wobei ein erster Teil (21) der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen (16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h) derart gestaltet wird, dass sie die Halbleitereinrichtung (14) mit elektrischer Leistung versorgen und ein zweiter Teil (22) der Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Plattenelementen (16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h) derart gestaltet wird, dass sie die Halbleitereinrichtung (14) mit elektrischer Leistung versorgen sowie durch die Halbleitereinrichtung (14) erzeugte Wärme an das Kunststoffgehäuse (12) abführen, wobei der Wärmekoppler (18) durch ein Wärmeleitgel oder ein Wärmepad ausgebildet ist.