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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Multilayer-Leiterplatte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine entsprechende Anordnung.
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Multilayer-Leiterplatten, welche mehrere elektrisch leitende Lagen aufweisen, werden bekanntermaßen für hochintegrierte Schaltungen verwendet. In Getriebesteuerungen werden eine elektronische Vorrichtungen mit einer als Steuereinheit dienenden und mit Bauelementen bestückten Leiterplatte verwendet. An der Leiterplatte können auch Baugruppen vorgesehen sein, z.B. Stecker zum Fahrzeug für Stromversorgung, Kommunikation etc., sowie Stecker zum Getriebe inklusive Sensoren, und auch Kontaktierungen zu Ventilen.
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Aufgrund immer höher werdender Anforderungen an die Getriebesteuerung sind immer mehr Bauteile, welche teils auch sehr temperaturempfindlich sind, auf der Leiterplatte verbaut. Dies führt dazu, dass die Bestückung der Leiterplatte immer enger bzw. kompakter wird und auch Möglichkeiten geschaffen werden müssen, um die auf der Leiterplatte angeordneten Bauteile zu kühlen.
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In der
DE 10 2015 210 099 A1 wird zur Lösung des Problems der Kühlung von auf einer Leiterplatte angeordneten Bauteilen eine elektronische Komponente bzw. Vorrichtung mit Leiterplatte und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen vorgeschlagen. Diese Vorrichtung ist derart ausgelegt, dass die elektronischen Bauteile, die auf der Leiterplatte montiert sind, zu einem metallischen Gehäuse, das eine thermische Senke darstellt, hin gekühlt werden. Zusätzlich sind Wärmeleitmaterialien für eine ausreichende Kühlanbindung notwendig.
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In der
DE 10 2011 088 256 A1 wird eine Leiterplatte vorgeschlagen, die für ihren Betrieb wärmeleitende metallisierte Stirnflächen zur Kühlung benötigt.
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In der
DE 10 2011 076 817 A1 wird eine Leiterplatte für eine elektronische Getriebesteuerung vorgeschlagen, die für ihren Betrieb verstärkt Mikrodurchkontaktierungen benötigt.
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Aus dem Stand der Technik ergibt sich der Nachteil, dass für den Betrieb der Leiterplatte zusätzliche Komponenten wie thermische Senken oder Wärmeleitmaterialien nötig sind, welche zusätzliche Prozess-Schritte bei der Herstellung und teils auch aufwändige Montage-Prozesse erfordern und damit auch die Kosten solcher Leiterplatten verteuern.
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Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Multilayer-Leiterplatte sowie eine elektronische Anordnung mit der Multilayer-Leiterplatte bereitzustellen, durch welche die genannten Nachteile überwunden werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Bereitgestellt wird eine Multilayer-Leiterplatte, die gebildet ist aus einer Trägerplatte mit einer Oberseite und einer Unterseite, und zumindest einer auf der Oberseite der Trägerplatte angeordneten elektrisch leitfähigen oberen Innenlage und einer darauf angeordneten elektrisch isolierenden oberen Zwischenschicht, und einer auf der äußersten isolierenden oberen Zwischenschicht angeordneten elektrisch leitfähigen oberen Außenlage, welche die äußerste Lage der Oberseite der Trägerplatte bildet, und zumindest einer auf der Unterseite der Trägerplatte angeordneten elektrisch leitfähigen unteren Innenlage und einer darauf angeordneten elektrisch isolierenden unteren Zwischenschicht, und einer auf der äußersten isolierenden unteren Zwischenschicht angeordneten elektrisch leitfähigen unteren Außenlage, welche die äußerste Lage der Unterseite der Trägerplatte bildet, und wobei die obere und/oder die untere Außenlage mit Bauelementen bestückt ist, und wobei in einer der Innenlagen geführte Leiterbahnen, die mit in einer anderen der Innenlagen geführten Leiterbahnen verbunden sind, jeweils in einer voneinander verschiedenen Vorzugsrichtung geführt sind und der Bereich zwischen den Leiterbahnen mit Potential geflutet ist.
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Durch das erläuterte Routingkonzept kann die Anzahl der erforderlichen Kupferlagen verringert werden, weil keine dedizierte Masselage erforderlich ist. Durch die spezielle Anordnung, nämlich dass jede Innenlage nur Leiterbahnen aufweist, die in einer Richtung, der Vorzugsrichtung, geführt sind, ergibt sich der Vorteil, dass sich parallel zu den Leiterbahnführungen Wärmeleitkanäle ausbilden, so dass dadurch eine effektive Kühlung erfolgen kann.
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In einer Ausgestaltung verlaufen in einer Innenlage geführte Leiterbahnen im Wesentlichen parallel zueinander, und die damit zu verbindenden und in einer benachbarten Innenlage geführten Leiterbahnen verlaufen im Wesentlichen orthogonal dazu.
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In einer Ausgestaltung sind im Potential gebildete und parallel zu jeder Leiterbahn verlaufende Wärmeleitkanäle jeweils mit zumindest einer thermisch leitfähigen Durchkontaktierung versehen.
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Durch die Ausbildung der Wärmeleitkanäle, die bevorzugt orthogonal zueinander ausgebildet und über Durchkontaktierungen miteinander verbunden sind, ergibt sich in den Innenlagen ein dichtmaschiges Netz an Wärmeleitkanälen, das eine sehr gleichmäßige Wärmeverteilung ermöglicht. Außerdem sind die sich aufgrund der Führung der Leiterbahnen und der sich dadurch bildenden Wärmeleitkanäle ergebenden Vorteile hinsichtlich Eigenstörfestigkeit und Abstrahleigenschaften sehr überzeugend, weil die Wärmeleitkanäle in gleicher Weise als symmetrischer Rückleiter für Signale im benachbarten Routingkanal über die dichtmaschigen vertikalen Durchkontaktierungen wirken und eine sehr niederimpedante Massestruktur bereitstellen.
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In einer Ausgestaltung sind mehrere Leiterbahnen zu Leiterbahngruppen zusammengefasst und im Potential gebildete und parallel zu jeder der Leiterbahngruppen verlaufende Wärmeleitkanäle jeweils mit zumindest einer thermisch leitfähigen Durchkontaktierung versehen.
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Durch das Zusammenfassen mehrerer Leiterbahnen in Signalgruppen, bevorzugt mit verwandten elektrischen Eigenschaften, also z.B. in eine Gruppe Analogleitungen, erfolgt eine effektive Bündelung, und artfremde Signale, in diesem Beispiel z.B. digitale Leitungen, können effektiv über die dazwischen liegende Potentialstruktur, die z.B. als Massestruktur ausgebildet ist, geschirmt werden.
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In einer Ausgestaltung sind mehrere thermisch leitfähige Durchkontaktierungen in einem vorgegebenen Abstand zueinander angeordnet. Somit kann ein dichtmaschiges Netz an thermisch leitfähigen Kanälen erzeugt und damit eine effektive Kühlung innerhalb der Multilayer-Leiterplatte realisiert werden.
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In einer Ausgestaltung ist die obere und/oder die untere Außenlage mit Leiterbahnen versehen. Somit kann vorhandener Platz ebenfalls für die Kontaktierung von Bauelementen verwendet werden, insbesondere von Bauelementen mit hohem Strombedarf.
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In einer Ausgestaltung ist ein Stromzuleitungssignal über eine als erster Leiterzug ausgebildete Leiterbahn auf einer Außenlage zwischen zumindest zwei auf dieser Außenlage angeordneten und miteinander elektrisch zu verbindenden Bauelementen geführt, und ein Stromrückleitungssignal ist über eine als zweiter Leiterzug ausgebildete Leiterbahn auf der zu der Außenlage direkt benachbarten ersten Innenlage geführt.
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In einer Ausgestaltung ist der erste Leiterzug auf die obere und die untere Außenlage aufgeteilt und die Verbindung der Teile des ersten Leiterzugs erfolgt über elektrisch leitfähige Durchkontaktierungen oder Durchsteckkontakte zwischen oberer und unterer Außenlage.
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Durch die Verwendung der Außenlage für eine Signal- bzw. Stromleitung ergibt sich der Vorteil, dass keine Durchkontaktierungen zur Realisierung der Stromzuführung benötigt werden. Somit kann über den Stromzuleitungsweg und auch über den Stromrückleitungsweg ein Strompfad mit näherungsweise konstantem Querschnitt bereitgestellt werden, der nicht von den Löchern der elektrisch leitfähigen Durchkontaktierungen verjüngt wird. Weiterhin werden thermische Impedanzen und damit verbundene Verluste beim Führen bzw. Routing der Stromzuführung als auch der Stromrückführung vermieden. Außerdem können zur Verbindung der zur Stromrückführung benötigten elektrisch leitfähigen Durchkontaktierungen Bereiche außerhalb des Stromzuleitungsweges bzw. benachbart zum Stromzuleitungsweg verwendet werden.
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In einer Ausgestaltung weist die obere Zwischenschicht, die zu der oberen Außenlage direkt benachbart ist, eine Dicke von weniger als 100µm auf, und/oder die untere Zwischenschicht, die zu der unteren Außenlage direkt benachbart ist, weist eine Dicke von weniger als 100µm auf.
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Durch verbreiterte Leiterzüge auf der Außenlage ergibt sich eine vergrößerte Überlappungsfläche zwischen Stromzuleitung und Stromrückleitung. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass ein verringerter Abstand zwischen Außenlage und erster Innenlage möglich ist. Außerdem wird durch die Reduktion des Abstandes eine verbessere antiparallele Ausrichtung von Stromzuleitung und Stromrückleitung ermöglicht. Somit kann eine verbesserte Stromsymmetrie gewährleistet werden und eine verbesserte frequenzunabhängige Magnetfeldauslöschung, bzw.-reduktion erreicht werden.
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Vorgeschlagen wird ferner eine elektronische Anordnung mit einem Gehäuse und einer darin angeordneten vorher beschriebenen Multilayer-Leiterplatte.
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Wenn in einem Aufbau einer elektronischen Anordnung keine wirksame Anbindung an einen Kühlkörper möglich ist, um die elektronischen Bauteile, die beidseitig auf der Leiterplatte montiert sind, zu kühlen, da keine zusätzlichen externen Kühlelemente oder Anbindungen an metallische Wärmesenken, z.B. eine Getriebeglocke möglich ist, kann die sich selbst kühlende beschriebene Multilayer-Leiterplatte eingesetzt werden. Somit können Prozess-Schritte, zusätzliche fehleranfällige Bauteile und Kosten gespart werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert:
- 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Multilayer-Leiterplatte gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 2a und 2b zeigen Draufsichten der ersten oberen und der ersten unteren Innenlage einer Multilayer-Leiterplatte gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 2c zeigt eine Draufsicht auf übereinandergelegte erste obere und erste untere Innenlage einer Multilayer-Leiterplatte aus 2a und 2b gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 2d zeigt eine perspektivische Ansicht der in 2c gezeigten übereinandergelegten Innenlagen.
- 3 zeigt eine Schnittdarstellung einer Leiterbahnführung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der in 3 gezeigten Ausführung.
- 5 zeigt eine Schnittdarstellung einer Leiterbahnführung gemäß einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung
- 6 zeigt einen schematischen Aufbau einer elektronischen Anordnung mit der Multilayer-Leiterplatte gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es wird für den beschriebenen Zweck eine Multilayer-Leiterplatte mit mindestens vier elektrisch leitfähigen Lagen bereitgestellt, wobei davon zwei als Außenlagen, also als äußerste Lagen ohne weitere Schicht darüber und mit Bauelementen bestückbar, ausgebildet sind. Ferner sind mindestens zwei weitere Lagen der vier elektrisch leitfähigen Lagen als Innenlagen ausgebildet. Weitere Innenlagen sind denkbar, die folgenden Beschreibungen beziehen sich jedoch auf zwei Innenlagen, da das verwendete Prinzip auf weitere Innenlagen übertragbar ist.
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1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Multilayer-Leiterplatte 100 gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die gezeigte Multilayer-Leiterplatte 100 weist vier elektrisch leitfähigen Lagen bzw. Schichten 21, 22, 31, 32 auf. Diese sind bevorzugt aus einem elektrisch leitenden Material gebildet, z.B. Kupfer.
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In 1 ist zu sehen, dass an der äußersten Oberseite 2 und der äußersten Unterseite 3 der Multilayer-Leiterplatte 100 zwei äußerste Lagen gebildet sind. Diese sind nachfolgend gemäß ihrer Anordnung als obere Außenlage 21 bzw. untere Außenlage 31 bezeichnet. Der Aufbau zur Multilayer-Leiterplatte 100 erfolgt, indem die einzelnen elektrisch leitfähigen Lagen 21, 22, 31, 32 und elektrisch isolierenden Lagen 23, 33 abwechselnd auf die Trägerschicht 1 aufgebracht werden. Die Trägerschicht 1 ist dabei vorzugsweise eine elektrisch isolierende Schicht, so dass als erste Lage eine elektrisch leitfähige Schicht, z.B. die in 1 gezeigte erste obere Innenlage 22 und/oder die erste untere Innenlage 32, aufgebracht werden kann.
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Zwischen einer Außenlage 21 bzw. 31 und der Trägerschicht 1 ist mindestens eine weitere Lage, nachfolgend gemäß ihrer Anordnung als obere Innenlage 22 oder untere Innenlage 32 bezeichnet, angeordnet. Jede der Innenlagen 22 bzw. 32 ist von jeder benachbarten Lage durch eine elektrisch isolierende Zwischenschicht getrennt. In 1 ist lediglich eine Zwischenschicht 23 bzw. 33 vorhanden, da nur eine obere und eine untere Innenlage 22, 32 und eine obere und eine untere Außenlage 21, 31 gezeigt sind.
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Die Lagen 21-23 bzw. 31-33 sind jeweils auf der Trägerschicht nacheinander mittels bekannten Verfahren aufgebracht.
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Ein wesentliches Merkmal, das bei der Konstruktion der vorgeschlagenen Multilayer-Leiterplatte 100 zu Tragen kommt, ist, dass die Führung der Leiterbahnen 6 in den einzelnen Innenlagen 22 bzw. 32 (ausschließlich) in einer Vorzugsrichtung erfolgt. In 2a und 2b sind jeweils Vorzugsrichtungen für Leiterbahnen 6 in unterschiedlichen Innenlagen 22 bzw. 32 der Multilayer-Leiterplatte 100 gezeigt. 2a zeigt die erste obere Innenlage 22 als Draufsicht. Hier sind die auch teils in Gruppen angeordneten Leiterbahnen 6 nur in einer Richtung, in 2a der senkrechten Richtung, angeordnet bzw. geroutet. In 2b ist die erste untere Innenlage 32 als Draufsicht dargestellt. Hier werden die Leiterbahnen und Leiterbahngruppen 6 in einer zu der Richtung der Leiterbahnen 6 in der ersten oberen Lage 22 unterschiedlichen, bevorzugt orthogonal dazu verlaufenden Richtung, in 2b als waagrechte Richtung gezeigt, angeordnet bzw. geroutet. 2c zeigt eine Draufsicht der beiden in 2a und 2b gezeigten Innenlagen 22 und 32, wobei hier die eigentlich nicht sichtbaren Leiterbahnen und Leiterbahngruppen 6 der unteren Innenschicht 32 ebenfalls zu sehen sind. Auch ist zu sehen, dass die thermischen Durchkontaktierungen 9 und die gezeigte elektrisch leitfähige Durchkontaktierung 5 zur Verbindung der Leiterbahnen 6 in den beiden Innenlagen 22 und 32 nach Übereinanderlegen der Innenlagen bzw. Fertigstellen der Multilayer-Leiterplatte 100 direkt einander gegenüber liegen. Die Trägerschicht 1 und die isolierende Zwischenschicht 23 bzw. 33 sind dabei wegen der besseren Darstellbarkeit nicht gezeigt. Dies ist ebenfalls in 2d zu sehen, welche eine perspektivische Darstellung der in 2c gezeigten Ausführung ohne die Trägerplatte 1 und ohne die isolierende Zwischenschicht 23 bzw. 33 zeigt.
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Zudem werden alle Bereiche der Multilayer-Leiterplatte 100, die nicht zur Entflechtung der Leiterbahnen 6 verwendet werden, mit einem Potential 7, z.B. Masse, geflutet. Dies erfolgt wiederum über bekannte Verfahren. Aus der Anordnung der Leiterbahnen 6 in einer Vorzugsrichtung für jede der Innenlagen 22 bzw. 32 und das Fluten mit Potential 7 ergibt sich der Vorteil, dass sich parallel zu den geführten Leiterbahnen 6 Wärmeleitkanäle 8 ausbilden, welche als Pfeile in den Figuren dargestellt sind. Es ist hierbei möglich, jeder Leiterbahn 6 einen eigenen Wärmeleitkanal 8 zuzuordnen. Auch können Leiterbahngruppen 6 mit m*n Leiterbahnen 6 verdichtet angeordnet bzw. geroutet werden. Diesen Gruppen 6, welche z.B. Analog-Leitungen oder Digital-Leitungen bündeln, kann jeweils ein einziger Gesamtwärmeleitkanal 8 zugeordnet werden. Somit ergeben sich in der oberen bzw. der unteren Innenlage 22 bzw. 32 Wärmeleitkanäle 8, die orthogonal zu einander angeordnet sind, wenn die Leiterbahnen 6 oder Leiterbahngruppen 6 wie in 2a und 2b gezeigt zueinander orthogonal angeordnet sind.
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Weiterhin werden in die Wärmeleitkanäle 8 dichtmaschig vertikale thermische Durchkontaktierungen 9 eingebracht, die die einzelnen elektrisch leitfähigen Lagen, hier die Innenlagen 22 und 32, thermisch miteinander verbinden. Somit wird in den Innenlagen 22 und 32 ein dichtmaschiges Netz an Wärmeleitkanälen 8 aufgebaut, so dass die durch die Stromführung und/oder die Bauelemente erzeugte Wärme sehr gut in alle Bereiche der Multilayer-Leiterplatte 100 verteilt werden kann.
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Es ist zwar erkennbar, dass sich einzelne Verbindungen verlängern, da kein diagonales Routing für die direkte Verbindung angewendet wird, insgesamt überwiegen hier aber deutlich die aufgezeigten Vorteile.
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In einer Weiterbildung werden auch die Außenlagen 21 bzw. 31 für Leiterbahnführungen verwendet, sofern zwischen den Bauteilen 4 bzw. 41-43, welche auf der Multilayer-Leiterplatte 100 anzuordnen sind, Platz dafür vorhanden ist. Hierbei ist wiederum zu beachten, dass benachbarte Lagen 21, 22 und 31, 32 jeweils senkrecht zueinander entflochten werden.
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Darüber hinaus sind die Vorteile, die sich aus dem erläuterten Routingkonzept ergeben, ebenfalls hinsichtlich Eigenstörfestigkeit und Abstrahleigenschaften sehr überzeugend, da die Wärmeleitkanäle 8 in gleicher Weise als symmetrischer Rückleiter für Signale im benachbarten Routingkanal über die dichtmaschigen vertikalen Durchkontaktierungen wirken und eine sehr niederimpedante Massestruktur bereitstellen.
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Des Weiteren können Signalgruppen bzw. Leiterbahngruppen 6 mit verwandten elektrischen Eigenschaften, also z.B. Analogleitungen, effektiv gebündelt werden und artfremde Signale, z.B. digitale Leitungen, können effektiv über die Massestruktur geschirmt werden.
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Weiterhin wird die Multilayer-Leiterplatte 100 vereinfacht, da keine metallisierten Stirnflächen und Mikrodurchkontaktierungen benötigt werden. Zudem kann die Anzahl der erforderlichen Kupferlagen, also vor allem der Innenlagen 22 bzw. 32 durch das erläuterte Routingkonzept verringert werden, weil aufgrund des Flutens der Bereiche der Multilayer-Leiterplatte 100, die nicht zur Entflechtung der Leiterbahnen 6 verwendet werden, mit einem Potential 7, keine dedizierte Masselage erforderlich ist.
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In einer weiteren Ausführung ist ein vereinfachtes Leistungs-Routing-Konzept, das für Signale mit erhöhtem Strombedarf angewendet wird, gezeigt.
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In 3 ist eine Ausgestaltung von Versorgungsleitungen gezeigt, die für einen erhöhten Strombedarf ausgelegt sind. Beispielsweise führt eine Versorgungsleitung, welche als Stromzuleitung bzw. als erster Leiterzug 61 bezeichnet wird, in der Außenlage 21 von einem Fahrzeugstecker 41, der mit einer Stromversorgung verbunden ist, über einen elektronischen Schalter 4 an Endstufen 4, deren Ausgänge an einen Ventilstecker 4 geführt werden, welcher wiederum Ventile als Aktuatoren kontaktiert. Zurückgeführt wird über einen zweiten Leiterzug 62, welcher bevorzugt in der ersten Innenlage 22, also der direkt zur Außenlage 21 benachbart angeordneten Lage angeordnet ist. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung von 3, bei der gut erkennbar ist, dass die Stromzuführung, also der erste Leiterzug 61 großflächig ausgebildet ist, d.h. nicht von Durchkontaktierungen unterbrochen ist.
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Das vereinfache Leistungs-Routing-Konzept weist durch das Routing des Stromzuleitungs-Signals auf einer der Außenlagen 21 bzw. 31 diverse Vorteile auf. Es sind keine elektrisch leitfähigen Durchkontaktierungen zur Realisierung der Stromzuführung nötig, wodurch über den Stromzuleitungsweg, also den ersten Leiterzug 61, ein Strompfad mit näherungsweise konstantem Querschnitt bereitgestellt wird, der nicht von den Löchern der elektrisch leitfähigen Durchkontaktierungen verjüngt wird. Weiterhin werden thermische Impedanzen und damit verbundene Verluste beim Routing der Stromzuführung vermieden.
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Durch das Routing des Stromrückleitung-Signals, also des zweiten Leiterzugs 62, auf der zur Außenlage 21 benachbarten ersten Innenlage 22 direkt unterhalb des Stromzuleitungs-Signals, also des ersten Leiterzugs 61, kann über den Stromrückleitweg ebenfalls ein Strompfad mit näherungsweise konstantem Querschnitt bereitgestellt werden, der nicht von den Löchern der Durchkontaktierungen verjüngt wird. Weiterhin werden auch hier thermische Impedanzen und damit verbundene Verluste beim Routing der Stromrückführung vermieden. Die zur Verbindung der für die Stromrückführung benötigten elektrisch leitfähigen Durchkontaktierungen 5 können in Bereichen außerhalb des Stromzuleitungsweges 61 bzw. benachbart zum Stromzuleitungsweg 61 angeordnet werden, wie in 3 gezeigt.
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Ferner kann eine Bereitstellung der erforderlichen Leitungsquerschnitte der Stromzuleitungs-Signale durch verbreiterte Leiterzüge 61 auf der Außenlage 21 erfolgen, anstatt mehrere Lagen parallel zu verwenden. Dasselbe gilt für die Bereitstellung der erforderlichen Leitungsquerschnitte des Stromrückleitungs-Signale durch verbreiterte Leiterzüge 62 auf der zur Außenlage 21 benachbarten Innenlage 22. Auch hier ist es nicht nötig, mehrere Lagen parallel zu verwenden.
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Aus der Anordnung ergibt sich der Vorteil, dass eine vergrößerte Überlappungsfläche zwischen Stromzuleitung und Stromrückleitung geschaffen wird. Die Breite der Leiterzüge 61 und 62 hängt dabei vom benötigten Strombedarf ab und wird vom Fachmann entsprechend der Anwendung bestimmt.
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Zusätzlich kann ein dünnes Isolationsmedium, auch als erste Zwischenschicht 23 bzw. 33 bezeichnet, zwischen Außenlage 21 bzw. 31 und der benachbarten Innenlage 22 bzw. 33 verwendet werden, z.B. mit einer Dicke d <100µm. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass ein verringerter Abstand zwischen Außenlage 21 bzw. 31 und erster Innenlage 22 bzw. 33 etablieren kann. In Kombination mit der vergrößerten Überlappungsfläche kann der thermische Übergangswiderstand von der Außenlage 21 bzw. 31 als Wärmequelle zur ersten Innenlage 22 bzw. 33, die in Kombination mit weiteren elektrisch leitfähigen Flächen in der Multilayer-Leiterplatte als Wärmesenke wirkt, auf ein Minimum reduziert werden. Außerdem wird durch die Reduktion des Abstandes d eine verbessere antiparallele Ausrichtung von Stromzuleitung und Stromrückleitung ermöglicht. Somit kann eine verbesserte Stromsymmetrie gewährleistet und eine verbesserte frequenzunabhängige Magnetfeldauslöschung, bzw. Magnetfeldreduktion erreicht werden.
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In 5 ist eine Weiterbildung der Anordnung aus 3 gezeigt. Diese kann erforderlich werden, wenn die verfügbare Leiterbahnbreite auf einer Außenlage 21 bzw. 31 nicht ausreicht, um den erforderlichen Zuleitungsstrom zu tragen. Deshalb kann der Strom zu gleichen Teilen auf beide Außenlagen 21 und 31 aufgeteilt werden. Der Zuleitungsstrom wird also nicht nur auf einer der beiden Außenlagen 21 geführt. Somit wird also die für 3 und 4 erläuterte Anordnung auf die gegenüberliegende Leiterplattenseite, also z.B. von der Oberseite 2 auf die Unterseite 3, gespiegelt. Um die entsprechende leitende Verbindung herzustellen, werden z.B. elektrisch leitfähige Durchkontaktierungen 5, z.B. Durchsteckkontakte von Steckern, verwendet. Deren Eingänge bzw. Ausgänge liegen sich gegenüber, so dass eine direkte Verbindung durch die Multilayer-Leiterplatte 100 hergestellt werden kann, wie in 2d, 3 und 5 zu sehen. Somit wird nicht nur der Querschnitt von Stromzuleitung verdoppelt, sondern auch die Übergangsfläche. Weiterhin wird der thermische Widerstand halbiert und die Stromsymmetrie nicht beeinträchtigt.
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In 6 ist eine elektronische Anordnung gezeigt, in der die beschriebene Multilayer-Leiterplatte 100 angeordnet werden kann. Hierzu wird die Multilayer-Leiterplatte 100, z.B. auf ein Kunststoffgehäuse 200 montiert. Ferner wird die Multilayer-Leiterplatte 100 mit Steckern 41 zum Fahrzeug, umfassend die Spannungsversorgung, Kommunikation, usw., zum Getriebe 42, umfassend Sensoren, usw., und einer Kontaktierung zu Ventilen, also einem Ventilstecker 43, im Getriebe verbunden. Das Gehäuse wird mit einem Deckel 201 verschlossen, so dass der bzw. die Getriebestecker 42 und der bzw. die Fahrzeugstecker 41 daraus hervorschauen, um eine Verbindungsmöglichkeit ins Innere des Gehäuses 200, insbesondere zur Multilayer-Leiterplatte 100 bereitzustellen. Ein solcher Aufbau ist kostengünstig zu realisieren. Die Multilayer-Leiterplatte 100 selbst wird bei einer Umgebungstemperatur von ca. 105-120°C betrieben. In diesem Aufbau ist allerdings keine wirksame Anbindung an einen Kühlkörper möglich, um die elektronischen Bauteile, die beidseitig auf der Leiterplatte montiert sind, zu kühlen, da keine zusätzlichen externen Kühlelemente oder Anbindungen an metallische Wärmesenken, z.B. eine Getriebeglocke möglich ist. Somit können Lösungen aus dem Stand der Technik hier nicht verwendet werden und die Leiterplatte selbst muss so konstruiert werden, dass diese selbst ausreichend kühlfähig ist und somit einen zerstörungsfreien Betrieb der auf beiden Seiten der Leiterplatte montierten elektronischen Bauteile sicherstellt. Dies wird durch die vorher beschriebene Multilayer-Leiterplatte gewährleistet.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Multilayer-Leiterplatte
- 1
- Trägerplatte
- 2
- Oberseite der Trägerplatte
- 21
- obere Außenlage
- 22
- erste obere Innenlage
- 23
- eine erste obere Zwischenschicht
- d
- Dicke der Zwischenschicht 23 und 33
- 3
- Unterseite der Trägerplatte
- 31
- untere Außenlage
- 32
- erste untere Innenlage
- 33
- erste untere Zwischenschicht
- 4
- elektronische Bauelemente
- 41
- Fahrzeugstecker
- 42
- Getriebestecker
- 43
- Ventilstecker
- 5
- elektrisch leitfähige Durchkontaktierungen
- 6
- Leiterbahnen
- 61
- erster Leiterzug
- 62
- zweiter Leiterzug
- 7
- Masse
- 8
- Wärmeleitkanäle
- 9
- thermische Durchkontaktierungen
- 300
- elektronische Anordnung
- 200
- Gehäuse
- 201
- Deckel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015210099 A1 [0004]
- DE 102011088256 A1 [0005]
- DE 102011076817 A1 [0006]
