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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine elektronische Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der
DE 33 15 583 A1 bekannt. Die bekannte Schaltungsanordnung weist ein elektronisches Bauteil auf, das auf einem Kühlblock angeordnet ist, welcher wiederum auf einem Kühlblech aufsitzt. Der Kühlblock ist in einer Durchgangsöffnung eines Trägerelements angeordnet, wobei das Trägerelement beispielsweise Leiterbahnen aufweist, die über Bondverbindungen mit Anbindeflächen des elektronischen Bauelements verbunden sind. Die Anbindeflächen der Bonddrähte sind dabei in etwa in der Ebene der Oberseite des Trägerelements angeordnet.
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Weiterhin ist es aus der
DE 197 03 639 A1 bekannt, zur Verringerung der Abstände zwischen den Leiterbahnen, welche über Bondverbindungen mit Anbindeflächen eines elektronischen Bauelements verbunden sind, zwischen den dem elektronischen Bauteil zugewandten Leiterbahnenden und den Anbindeflächen des Bauelements zusätzliche Anbindeflächen auf dem Trägerelement vorzusehen, die seitlich und in Axialrichtung zueinander versetzt angeordnet sind. Die Kontaktierung zwischen dem Bauelement und dem jeweiligen Leiterbahnende erfolgt über zwei Bondverbindungen, einer ersten Bondverbindung, die zwischen dem Leiterbahnende und der zusätzlichen Anbindefläche ausgebildet ist, und einer zweiten Bondverbindung, die zwischen der zusätzlichen Anbindefläche und der Anbindefläche an dem elektronischen Bauelement angeordnet ist. Derartige, über eine zusätzliche Anbindefläche verfügende Bondverbindungen ermöglichen es, eine größere horizontale Distanz zwischen einem Schaltungsträger wie einer Leiterplatte und einer Anbindefläche an dem elektronischen Bauteil zu überbrücken, ohne dass dadurch ein einzelner Bonddraht eine bestimmte Länge überschreitet.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für eine elektronische Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass trotz der Anordnung des elektronischen Bauelements auf einem ersten Schaltungsträger und einer von dem ersten Schaltungsträger örtlich getrennten Stromzuführung eine einzige Bondverbindung ausreichend ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem elektronischen Bauelement und einem (ersten) Schaltungsträger auszubilden. Insbesondere sollen auch Anordnungen von elektronischen Bauelementen auf möglichst einfache Art und Weise elektrisch kontaktierbar sein, bei denen das elektronische Bauelement in einem relativ großen Abstand, oder in Bezug zum ersten Schaltungsträger auf einem Niveau oberhalb des ersten Schaltungsträgers angeordnet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Schaltungsanordnung für eine elektronische Schaltung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der erste Schaltungsträger mit einem Überbrückungselement verbunden ist, und dass das Überbrückungselement eine Anschlussfläche aufweist, mit der das dem ersten Bauelement abgewandte Ende der Verbindung elektrisch verbunden ist.
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Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass mittels des Überbrückungselements ein örtlicher Abstand zwischen einer Anbindefläche eines elektronischen Bauelements für eine Verbindung und dem anderen Ende der Verbindung überbrückt werden kann, ohne dass dadurch eine weitere Verbindung zum Beispiel ein zweiter Bonddraht erforderlich ist oder ein derartiger Bonddraht eine bestimmte Länge überschreitet. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass das Überbrückungselement (unmittelbar) mit dem ersten Schaltungsträger elektrisch verbunden ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für eine elektronische Schaltung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Um einen möglichst kompakten Aufbau einer gattungsgemäßen Schaltungsanordnung bei guter Kühlung zu erzielen, ist es vorgesehen, dass das wenigstens eine erste Bauelement auf einem zweiten Schaltungsträger angeordnet ist, und dass der zweite Schaltungsträger in Wirkverbindung mit dem Kühlelement angeordnet ist.
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In konkreter geometrischer Ausgestaltung des zuletzt gemachten Vorschlags ist es vorgesehen, dass die beiden Schaltungsträger voneinander beabstandet, vorzugsweise parallel zueinander angeordnet sind, und dass das Kühlelement zwischen den beiden Schaltungsträgern angeordnet ist. Eine derartige Anordnung schafft darüber hinaus die Möglichkeit, ein und dasselbe Kühlelement zur Kühlung beider Schaltungsträger zu verwenden. Darüber hinaus wird dadurch ein besonders robuster mechanischer Aufbau der Schaltungsanordnung erzielt, da die beiden Schaltungsträger in Art eines Sandwichaufbaus mit dem Kühlelement verbunden sind.
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Wie bereits erläutert, ermöglicht es eine erfindungsgemäße Anordnung der beiden Schaltungsträger insbesondere, dass auch auf dem ersten Schaltungsträger auf der dem Kühlelement zugewandten und/oder abgewandten Seite wenigstens ein zweites elektronisches Bauelement angeordnet ist, und dass das wenigstens eine zweite Bauelement gegebenenfalls in Wirkverbindung mit dem Kühlelement angeordnet ist. Somit kann ein und dasselbe Kühlelement zur Kühlung von auf unterschiedlichen Seiten des Kühlelements angeordneten elektronischen Bauteilen dienen.
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Zur Ausbildung einer thermisch gut leitenden Verbindung zwischen dem wenigstens einen zweiten elektronischen Bauelement auf dem ersten Schaltungsträger und dem Kühlelement wird vorgeschlagen, dass zwischen dem ersten Schaltungsträger, zumindest im Bereich des wenigstens einen zweiten Bauelements, und dem Kühlelement eine thermische Verbindung, insbesondere in Form eines Wärmeleitmediums, beispielsweise in Form eines Wärmeleitklebers oder einer Wärmeleitpaste ausgebildet ist.
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Um es insbesondere zu ermöglichen, dass das Kühlelement (üblicherweise in Form einer Kühlplatte) im Überdeckungsbereich mit den beiden Schaltungsträgern angeordnet werden kann, kann es vorgesehen sein, dass der Kühlkörper eine Aussparung aufweist, in die das Überbrückungselement hineinragt, wobei das Überbrückungselement zumindest in etwa bis zur Ebene des wenigstens einen ersten Bauteils ragt. Eine derartige geometrische Ausbildung des Überbrückungselements bewirkt insbesondere eine relativ einfach ausbildbare elektrische (Bond-)Verbindung, da die Anbindefläche des Überbrückungselements sich in der gleichen Ebene befindet wie das zu kontaktierende erste elektronische Bauelement und dadurch für den Fall einer Bondverbindung ein Bondwerkzeug bzw. einen Bondkopf eine relativ gute Zugänglichkeit aufweist.
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In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, bei der eine erhöhte Packungsdichte an Bauelementen dadurch erzielbar ist, dass auf beiden Seiten des Kühlelements eine Vielzahl von elektronischen Bauelementen angeordnet werden kann, ist es vorgesehen, dass mehrere erste Bauelemente auf unterschiedlichen zweiten Schaltungsträgern angeordnet sind, die auf der gleichen Seite in Wirkverbindung mit dem Kühlkörper angeordnet sind, und dass zwischen den mehreren ersten Bauelementen weitere (Bond-)Verbindungen ausgebildet sind.
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In bevorzugter konstruktiver Ausgestaltung des Überbrückungselements ist dieses entweder blockförmig oder in Form eines Überbrückungsbügels ausgebildet, wobei das Überbrückungselement mit dem ersten Schaltungsträger mittels einer Einpress-, Schraub- oder einer Lötverbindung verbunden ist.
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Insbesondere bei Überbrückungselementen, die aus einem Material bestehen, welches nicht bondbar ist, kann es vorgesehen sein, dass die Anschlussfläche des Überbrückungselements zur Ausbildung einer kontaktier- bzw. bondfähigen Fläche mechanisch bearbeitet und/oder mit einer kontaktier- bzw. bondfähigen Beschichtung versehen ist.
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Eine gute Kühlwirkung des Kühlelements bzw. die Möglichkeit trotz kompakter Bauweise und Anordnung von Bauelementen eine möglichst hohe Wärmemenge aus dem Bereich der elektronischen Schaltung abzuführen wird erzielt, wenn das Kühlelement als eine mit Kühlkanälen versehene Aluminiumplatte ausgebildet ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
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1 einen vereinfachten Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für eine elektronische Schaltung,
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2 eine Draufsicht auf die Schaltungsanordnung in Richtung des Pfeils II der 1,
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3 eine perspektivische Ansicht eines Überbrückungselements, wie es bei der Schaltungsanordnung gemäß der 1 verwendet wird und
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4 eine perspektivische Ansicht eines gegenüber 3 abgewandelten Überbrückungselements.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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Die in den 1 und 2 dargestellte Schaltungsanordnung 10 für eine elektronische Schaltung findet beispielsweise und nicht einschränkend Verwendung in der Kraftfahrzeugtechnik. Insbesondere sind dabei Anwendungsfälle umfasst, die der Steuerung/Regelung von relativ hohen Strömen dienen, wie sie beispielsweise bei Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen vorkommen. Darüber hinaus ist es vorgesehen, eine derartige Schaltungsanordnung 10 beispielsweise in einem Gehäuse eines Steuergeräts anzuordnen.
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Die Schaltungsanordnung 10 weist einen ersten Schaltungsträger 11 auf, der insbesondere in Form einer Leiterplatte ausgebildet ist, wobei der erste Schaltungsträger 11 dazu ausgebildet ist, relativ hohe Ströme leiten zu können. Parallel und beabstandet zum ersten Schaltungsträger 11 ist wenigstens ein zweiter Schaltungsträger 12a, 12b vorgesehen. Bei dem einen zweiten Schaltungsträger 12a kann es sich beispielsweise, und nicht einschränkend, um ein (keramisches) DBC-Substrat handeln, während es sich bei dem anderen zweiten Schaltungsträger 12b ebenfalls beispielhaft und nicht einschränkend um ein LTCC-Substrat handelt.
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Auf dem zweiten Schaltungsträger 12a ist wenigstens ein erstes elektronisches Bauelement 15, insbesondere in Form einer integrierten Schaltung, angeordnet. Das erste elektronische Bauelement 15 weist entsprechend der Darstellung der 1 und 2 mehrere erste Anbindeflächen 16 auf, die u.a. dazu ausgebildet sind, das erste elektronische Bauelement 15 zum Beispiel mittels Bonddrähte aufweisender elektrische Verbindungen 17 zu kontaktieren. Auf dem anderen zweiten Schaltungsträger 12b ist beispielhaft ein weiteres elektronisches Bauelement 19 angeordnet, welches erste Anbindeflächen 21 aufweist, die beispielhaft über Bonddrähte aufweisende elektrische Verbindungen 18 mit ersten Anbindeflächen 16 des ersten elektronischen Bauelements 15 verbunden sind.
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Die beiden zweiten Schaltungsträger 12a, 12b sind beispielsweise mittels eines Wärmeleitklebers 22 mit der Oberseite 23 eines im Wesentlichen plattenförmigen Kühlelements 25 thermisch verbunden. Bei dem Kühlelement 25 kann es sich insbesondere um einen aus Aluminium bestehenden Kühlkörper handeln, in dem im Einzelnen nicht dargestellte Kühlkanäle 26 ausgebildet sind, die von einem Kühlmittel, beispielsweise Wasser, durchströmt sind, um von dem ersten elektronischen Bauelement 15 sowie dem weiteren elektronischen Bauelement 19 erzeugte Wärme aus dem Bereich der Schaltungsanordnung 10 abzuführen.
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Das Kühlelement 25 weist eine als Durchgangsöffnung ausgebildete Aussparung 28 auf, in die mit relativ geringem seitlichen Abstand ein Überbrückungselement 30 hineinragt. Das entsprechend der Darstellung der 1 bis 3 im Wesentlichen blockförmig ausgebildete Überbrückungselement 30 weist einen Sockelbereich 31 mit daran angeformten Füßen 32 auf, die dazu ausgebildet sind, mit entsprechenden Öffnungen 33 im ersten Schaltungsträger 11 eine Einpressverbindung 35 auszubilden. Auf der den Füßen 32 abgewandten Seite des Sockelbereichs 31 schließt sich an diesen ein quaderförmiger Bereich 36 an, dessen Oberseite 37 eine Anschlussfläche 38 ausbildet, die dazu ausgebildet ist, die elektrischen Verbindungen 17 mit dem ersten elektronischen Bauelement 15 auszubilden.
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Das Überbrückungselement 30 besteht entweder aus einem Grundmaterial, das für sich genommen zum Beispiel eine bondfähige Anschlußfläche 38 aufweist, oder aber aus einem Material, das nach einer mechanischen Bearbeitung und/oder beispielsweise dem Vorsehen einer Beschichtung 39 die elektrisch kontaktierbare Anschlussfläche 38 ausbildet.
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Die Oberseite 37 des Überbrückungselements 30 fluchtet zumindest in etwa mit der Oberseite des ersten Schaltungsträgers 11 bzw. dem ersten Bauelement 15. Darüber hinaus wird erwähnt, dass das Überbrückungselement 30 entweder zusätzlich zur Einpressverbindung 35, oder aber bei Verzicht auf die Füße 32 auch über eine Löt- oder Schraubverbindung mit dem ersten Schaltungsträger 11 verbunden werden kann. Über das Überbrückungselement 30 wird zusammen mit den elektrischen Verbindungen 17 eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Schaltungsträger 11 und dem ersten elektronischen Bauelement 15 auf dem zweiten Schaltungsträger 12a ausgebildet.
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In der 4 ist ein im bügelförmiges Überbrückungselement 30a gezeigt, welches beispielhaft als Stanz-/Biegeteil aus einem Kupfermaterial besteht, welches im Querschnitt im Wesentlichen U-förmig ausgebildet ist. Darüber hinaus weist das Überbrückungselement 30a zwei an diesem angeformte und in Richtung der Oberseite 37a des Überbrückungselements 30a ragende Befestigungsabschnitte 41, 42 auf, die in entsprechende Durchgangsöffnungen des ersten Schaltungsträgers 11 eingreifen, um eine Einpress- oder Lötverbindung 35a auszubilden. Die Höhe des Überbrückungselements 30a ist in Analogie zum Überbrückungselement 30 an die Dicke des Kühlelements 25 derart angepasst, dass die Oberseite 37a und das Überbrückungselements 30a zumindest in etwa mit der Oberseite des in der 4 nicht erkennbaren zweiten Schaltungsträgers 12a fluchtet.
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Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass auf der dem Kühlelement 25 zugewandten Oberseite des ersten Schaltungsträgers 11 wenigstens ein weiteres zweites elektronisches Bauelement 45a angeordnet ist, das über einen Wärmeleitkleber 46 thermisch mit der Unterseite 47 des Kühlelements 25 verbunden ist. Bei dem wenigstens einen zweiten elektronischen Bauelement 45a handelt es sich ebenfalls um ein Bauelement 45a, das Wärme erzeugt, die über das Kühlelement 25 von der Schaltungsanordnung 10 abgeführt wird. Zusätzlich ist es beispielhaft vorgesehen, dass ein weiteres zweites Bauelement 45b auf der dem Kühlelement 25 abgewandten Seite des Schaltungsträgers 11 angeordnet ist. Das Bauelement 45b ist beispielsweise als Leistungsbauelement ausgebildet und über Anschlusspins 48, die in entsprechenden Bohrungen des Schaltungsträgers 11 angeordnet sind und Lötverbindungen mit dem Schaltungsträger 11 verbunden. Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass zur Vermeidung von Kurzschlüssen das Kühlelement 25 im Bereich der Anschlusspins Aussparungen 49 aufweist, um einen Kontakt mit dem Kühlelement 25 zu vermeiden.
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Die soweit beschriebene Schaltungsanordnung 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3315583 A1 [0002]
- DE 19703639 A1 [0003]
