DE102018007243B4 - Electrical circuit - Google Patents
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Abstract
Elektrische Schaltung (4), insbesondere eines Haushaltsgeräts (2), mit einem Schaltungsträger (8), an dem ein elektrisches oder elektronisches Bauelement (10) angelötet ist, und mit einem metallischen Bauteil (20), das von dem Schaltungsträger (8) beabstandet ist, sowie mit einem Abstandshalter (12), der zwischen dem Schaltungsträger (8) und dem metallischen Bauteil (20) angeordnet ist und an diesen anliegt, und der eine Aussparung (14) aufweist, innerhalb derer das Bauelement (10) angeordnet ist, wobei die Aussparung (14) mittels einer Vergussmasse (24) befüllt ist, und wobei der Abstandshalter (12) aus einem Schaumstoff, nämlich einem Polyurethan, erstellt ist.Electrical circuit (4), in particular of a household appliance (2), with a circuit carrier (8) to which an electrical or electronic component (10) is soldered, and with a metallic component (20) which is spaced from the circuit carrier (8) is, as well as with a spacer (12) which is arranged between the circuit carrier (8) and the metallic component (20) and rests against them, and which has a recess (14) within which the component (10) is arranged, wherein the recess (14) is filled by means of a potting compound (24), and wherein the spacer (12) is made from a foam, namely a polyurethane.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung mit einem Schaltungsträger. Beispielsweise ist die elektrische Schaltung ein Bestandteil eines Haushaltsgeräts. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schaltung.The invention relates to an electrical circuit with a circuit carrier. For example, the electrical circuit is part of a household appliance. The invention also relates to a method for producing an electrical circuit.
Eine Vielzahl von Geräten weisen elektrische Schaltungen auf, mittels derer einzelne Funktionen des jeweiligen Geräts beeinflusst werden. Die elektrischen Schaltungen selbst umfassen meist eine Anzahl an elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen, die meist zueinander mittels eines Schaltungsträgers stabilisiert und miteinander elektrisch kontaktiert sind. Dabei ist es je nach Güte der jeweiligen Bauelemente sowie eines mittels dieser geführten elektrischen Stroms und der jeweils anliegenden elektrischen Spannung möglich, dass eine vergleichsweise große Verlustleistung auftritt. Die Verlustleistung wird meist in Wärme umgewandelt, was zu einer Erwärmung des jeweiligen Bauelements führt. Infolgedessen ist es erforderlich, das Material des Bauelements sowie dessen Ausgestaltung auf die Erwärmung abzustimmen, was Herstellungskosten erhöht.A large number of devices have electrical circuits by means of which individual functions of the respective device are influenced. The electrical circuits themselves usually comprise a number of electrical and / or electronic components, which are usually stabilized with respect to one another by means of a circuit carrier and are in electrical contact with one another. In this case, depending on the quality of the respective components as well as an electrical current carried by means of them and the electrical voltage applied in each case, it is possible that a comparatively large power loss occurs. The power loss is mostly converted into heat, which leads to the respective component heating up. As a result, it is necessary to match the material of the component and its design to the heating, which increases manufacturing costs.
Eine Alternative hierzu ist das Kühlen des jeweiligen Bauelements. Hierfür wird meist ein Kühlkörper herangezogen, der thermisch mit dem Bauelement kontaktiert ist. Somit können auch vergleichsweise kostengünstige Bauelementen herangezogen werden. Das Bauelement wird beispielsweise mechanisch an dem Kühlkörper fixiert, insbesondere mittels eines Klebers. Bei einer derartigen Befestigung ist es jedoch möglich, dass der Kleber, der Kühlkörper und/oder das Bauelement unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, weswegen bei Betrieb in diesen mechanische Spannungen entstehen. Die sich während der vollständigen Lebensdauer der elektrischen Schaltung abwechselnden mechanischen Spannungen können zu einer frühzeitigen Zerstörung des Bauelements oder eine Ablösung von dem Kühlkörper führen.An alternative to this is cooling the respective component. A heat sink that is in thermal contact with the component is usually used for this purpose. Thus, comparatively inexpensive components can also be used. The component is, for example, mechanically fixed to the heat sink, in particular by means of an adhesive. With such a fastening, however, it is possible that the adhesive, the heat sink and / or the component have different coefficients of thermal expansion, which is why mechanical stresses arise in these during operation. The alternating mechanical stresses during the entire service life of the electrical circuit can lead to premature destruction of the component or detachment from the heat sink.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete elektrische Schaltung sowie ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schaltung anzugeben, wobei vorteilhafterweise eine Robustheit erhöht ist, wobei zweckmäßigerweise Herstellungskosten verringert sind, und wobei insbesondere eine Herstellung vereinfacht ist.The invention is based on the object of specifying a particularly suitable electrical circuit and a particularly suitable method for producing an electrical circuit, wherein robustness is advantageously increased, production costs are expediently reduced, and production is simplified in particular.
Hinsichtlich der elektrischen Schaltung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.With regard to the electrical circuit, this object is achieved according to the invention by the features of claim 1 and with regard to the method by the features of
Die elektrische Schaltung weist ein elektrisches oder elektronisches Bauelement auf, das an einem Schaltungsträger angelötet ist. Das elektrische Bauelement ist beispielsweise ein Kondensator, eine elektrische Spule oder eine elektrische Drossel. Insbesondere ist das elektrische Bauelement ein Widerstand, zum Beispiel ein ohmscher Widerstand, oder ein variabler Widerstand. Besondere ist der Widerstand temperaturabhängig. Das elektronische Bauteil ist beispielsweise ein Mikroprozessor, insbesondere ein integrierter Schaltkreis. Im Weiteren wird unter Bauelement insbesondere jeweils elektrisches bzw. elektronisches Bauelement verstanden. Das Bauelement ist beispielsweise ein aktives Bauelement oder ein passives Bauelement. Insbesondere ist das Bauelement ein Halbleiter. Vorzugsweise umfasst die elektrische Schaltung mehrere derartige Bauelemente, die beispielsweise zueinander baugleich oder besonders bevorzugt zueinander zumindest teilweise unterschiedlich ausgestaltet sind.The electrical circuit has an electrical or electronic component that is soldered to a circuit carrier. The electrical component is, for example, a capacitor, an electrical coil or an electrical choke. In particular, the electrical component is a resistor, for example an ohmic resistor, or a variable resistor. The resistance is particularly temperature-dependent. The electronic component is, for example, a microprocessor, in particular an integrated circuit. In the following, a component is understood to mean, in particular, an electrical or electronic component. The component is, for example, an active component or a passive component. In particular, the component is a semiconductor. The electrical circuit preferably comprises a plurality of such components which, for example, are structurally identical to one another or, particularly preferably, are at least partially different from one another.
Mittels des Schaltungsträgers ist das Bauelement, insbesondere die Anzahl an Bauelementen, mechanisch stabilisiert. Vorzugsweise erfolgt hierbei auch eine elektrische Kontaktierung des Bauelements mit einer Leiterbahn oder dergleichen des Schaltungsträgers. Insbesondere sind die Bauelemente miteinander derart verschaltet, dass bei Betrieb eine bestimmte Funktion ausgeführt wird.The component, in particular the number of components, is mechanically stabilized by means of the circuit carrier. In this case, electrical contact is preferably also made between the component and a conductor track or the like of the circuit carrier. In particular, the components are interconnected with one another in such a way that a specific function is carried out during operation.
Die elektrische Schaltung weist ferner ein metallisches Bauteil auf, das beispielsweise aus einem einzigen Metall oder unterschiedlichen Metallen erstellt ist. Zum Beispiel sind die Metalle voneinander trennbar ausgestaltet. Alternativ hierzu ist das metallische Bauteil aus einer Legierung erstellt. Das metallische Bauteil ist von dem Schaltungsträger beabstandet. Insbesondere ist hierbei kein mechanischer direkter Kontakt zwischen dem metallischen Bauteil und der elektrischen Schaltung realisiert. Somit ist ein elektrischer Kurzschluss vermieden. Zweckmäßigerweise ist das metallische Bauteil von dem Bauelement beabstandet, sodass bei Montage eine Beschädigung des Bauelements durch das metallische Bauteil vermieden ist. Auch ist auf diese Weise ein elektrischer Kurzschluss vermieden und eine elektrische Spannungsfestigkeit somit erhöht.The electrical circuit also has a metallic component that is made, for example, from a single metal or different metals. For example, the metals are designed to be separable from one another. As an alternative to this, the metallic component is made from an alloy. The metallic component is spaced from the circuit carrier. In particular, there is no mechanical direct contact between the metallic component and the electrical circuit. This avoids an electrical short circuit. The metallic component is expediently spaced from the component so that damage to the component by the metallic component is avoided during assembly. An electrical short circuit is also avoided in this way and an electrical dielectric strength is thus increased.
Zudem umfasst die elektrische Schaltung einen Abstandshalter, der zwischen dem Schaltungsträger und dem metallischen Bauteil angeordnet ist. Der Abstandshalter liegt sowohl an dem Schaltungsträger als auch an dem metallischen Bauteil an. Insbesondere wird die Position des Schaltungsträgers bezüglich des metallischen Bauteils mittels des Abstandshalters stabilisiert. Vorzugsweise liegt der Abstandshalter mechanisch direkt an dem Schaltungsträger und/oder dem metallischen Bauteil an. Alternativ hierzu sind zwischen dem Abstandshalter und dem Schaltungsträger und/oder dem metallischen Bauteil noch weitere Komponenten angeordnet. Vorzugsweise erfolgt eine im Wesentlichen flächige Anlage an dem Schaltungsträger und/oder dem metallischen Bauteil, was eine Robustheit erhöht.In addition, the electrical circuit comprises a spacer which is arranged between the circuit carrier and the metallic component. The spacer rests against both the circuit carrier and the metallic component. In particular, the position of the circuit carrier with respect to the metallic component is stabilized by means of the spacer. The spacer is preferably in direct mechanical contact with the circuit carrier and / or the metallic component. Alternatively, between the spacer and the circuit carrier and / or the metallic Component still further components arranged. There is preferably a substantially flat contact with the circuit carrier and / or the metallic component, which increases robustness.
Der Abstandshalter weist eine Aussparung auf, die insbesondere durchgehend ausgestaltet ist. Innerhalb der Aussparung ist das Bauelement angeordnet. Somit ist das Bauelement zumindest teilweise mittels des Abstandshalters umgeben und mittels dessen zumindest teilweise geschützt. Die Aussparung selbst ist mittels einer Vergussmasse befüllt. Beispielsweise ist die Aussparung lediglich teilweise mit der Vergussmasse befüllt, wobei zweckmäßigerweise das Bauelement mit der Vergussmasse vollständig abgedeckt ist. Besonders bevorzugt ist die Aussparung vollständig mit der Vergussmasse befüllt. Zweckmäßigerweise ist ein Stoffschluss zwischen der Vergussmasse und dem Schaltungsträger und/oder zwischen der Vergussmasse und dem metallischen Bauteil realisiert. Besonders bevorzugt jedoch ist zumindest im Montagezustand das metallische Bauteil mit dem Schaltungsträger mittels der Vergussmasse verklebt.The spacer has a recess which is designed in particular to be continuous. The component is arranged within the recess. Thus, the component is at least partially surrounded by the spacer and at least partially protected by it. The recess itself is filled with a potting compound. For example, the recess is only partially filled with the potting compound, the component being expediently completely covered with the potting compound. Particularly preferably, the recess is completely filled with the potting compound. A material bond between the potting compound and the circuit carrier and / or between the potting compound and the metallic component is expediently implemented. Particularly preferably, however, the metallic component is glued to the circuit carrier by means of the potting compound, at least in the assembled state.
Mittels der Vergussmasse erfolgt eine thermische Anbindung des Bauelements, sodass bei Betrieb mittels der Vergussmasse zumindest teilweise eine Wärme zu bzw. von dem Bauelement weg geführt wird. Mittels der Vergussmasse werden dabei das Bauelement und der Abstandshalter zumindest teilweise stabilisiert, was eine Robustheit erhöht. So ist es insbesondere möglich, zunächst das Bauelement an dem Schaltungsträger anzulöten und erst im Anschluss hieran die Aussparung mit der Vergussmasse zu befüllen. Folglich ist eine vergleichsweise zeitaufwendige Positionierung des Bauelements bezüglich des Schaltungsträgers nicht erforderlich. So kann zunächst das Bauelement an dem Schaltungsträger angelötet werden, bevor die Aussparung mittels der Vergussmasse befüllt wird. Somit ist eine Herstellung vereinfacht. Zudem wird mittels des Abstandshalters zumindest teilweise eine Form für die Vergussmasse bereitgestellt, was eine Herstellung zusätzlich vereinfacht. Auch ist auf diese Weise ein unkontrollierter Austritt der Vergussmasse vermieden, was einerseits eine Qualität erhöht. Andererseits ist ein Verbrauch der Vergussmasse verringert, was Herstellungskosten reduziert.A thermal connection of the component takes place by means of the potting compound, so that heat is at least partially conducted to or away from the component during operation by means of the potting compound. The component and the spacer are at least partially stabilized by means of the sealing compound, which increases robustness. It is thus possible in particular to first solder the component to the circuit carrier and only then to fill the recess with the potting compound. Consequently, a comparatively time-consuming positioning of the component with respect to the circuit carrier is not necessary. Thus, the component can first be soldered to the circuit carrier before the recess is filled with the potting compound. Production is thus simplified. In addition, a mold for the casting compound is at least partially provided by means of the spacer, which additionally simplifies production. An uncontrolled escape of the casting compound is also avoided in this way, which on the one hand increases quality. On the other hand, consumption of the casting compound is reduced, which reduces manufacturing costs.
Die elektrische Schaltung ist beispielsweise ein Bestandteil eines Geräts, wie insbesondere eines Haushaltsgeräts. Das Haushaltsgerät ist zum Beispiel ein Haushaltsgroßgerät, wie ein Kühlschrank, eine Herd oder ein Ofen. Das metallische Bauteil ist vorzugsweise thermisch mit einem Innenraum des Haushaltsgeräts kontaktiert, beispielsweise einen Kühlraum oder einem Ofenraum.The electrical circuit is, for example, part of a device, such as a household appliance in particular. The household appliance is, for example, a large household appliance such as a refrigerator, a stove or an oven. The metallic component is preferably in thermal contact with an interior space of the household appliance, for example a cooling space or an oven space.
Vorzugsweise reicht die Vergussmasse von dem Bauelement bis zu dem metallischen Bauteil, sodass das metallische Bauteil mittels der Vergussmasse mit dem Bauelement thermisch kontaktiert ist. Auf diese Weise ist ein Wärmeübertrag zwischen metallischen Bauteil und dem Bauelement ermöglicht. Auch ist auf diese Weise eine Robustheit weiter erhöht.The potting compound preferably extends from the component to the metallic component, so that the metallic component is in thermal contact with the component by means of the potting compound. In this way, a heat transfer between the metallic component and the component is made possible. Robustness is also further increased in this way.
Vorzugsweise ist die Vergussmasse thermisch leitend ausgestaltet. Zumindest jedoch weist die Vergussmasse einen Wärmeleitkoeffizienten auf, der größer als der von Luft ist. Insbesondere ist die Wärmeleitfähigkeit größer als 0,1 W/mK, größer als 0,2 W/mK, größer als 1 W/mK, größer als 10 W/mK, größer als 20 W/mK oder größer als 100 W/mK. Somit erfolgt eine thermische Anbindung des Bauelements mittels der Vergussmasse. Die Vergussmasse ist beispielsweise ein Thermoplast oder ein Duroplast. Besonders bevorzugt ist die Vergussmasse ein Gießharz. Die Vergussmasse ist zweckmäßigerweise mittels eines Spritzgussverfahrens in die Aussparung eingebracht. Auf diese Weise ist eine geeignete Ausfüllung der Aussparung realisiert.The potting compound is preferably designed to be thermally conductive. At least, however, the potting compound has a coefficient of thermal conductivity that is greater than that of air. In particular, the thermal conductivity is greater than 0.1 W / mK, greater than 0.2 W / mK, greater than 1 W / mK, greater than 10 W / mK, greater than 20 W / mK or greater than 100 W / mK. The component is thus thermally connected by means of the potting compound. The potting compound is, for example, a thermoplastic or a thermosetting plastic. The casting compound is particularly preferably a casting resin. The potting compound is expediently introduced into the recess by means of an injection molding process. In this way, a suitable filling of the recess is realized.
Beispielsweise ist in der Aussparung lediglich das Bauelement angeordnet. Besonders bevorzugt umfasst die elektrische Schaltung mehrere derartige Bauelemente, die innerhalb der Aussparung angeordnet sind. Somit sind auch diese Bauelemente thermisch mit der Vergussmasse kontaktiert. Alternativ hierzu weist der Abstandshalter beispielsweise mehrere derartige Aussparungen auf, wobei jeder der Aussparungen zumindest eines der Bauteil zugeordnet ist.For example, only the component is arranged in the recess. The electrical circuit particularly preferably comprises a plurality of such components which are arranged within the recess. These components are thus also thermally contacted with the potting compound. As an alternative to this, the spacer has, for example, several such cutouts, each of the cutouts being assigned to at least one of the components.
Besonders bevorzugt ist die Aussparung mittels des Schaltungsträgers, des metallischen Bauteil sowie des Abstandshalters begrenzt. Mit anderen Worten bilden der Schaltungsträger, das metallischen Bauteil und der Abstandshalter die Begrenzung für die Aussparung, die zweckmäßigerweise geschlossen ausgestaltet ist. Somit ist kein unkontrollierter Austritt der Vergussmasse möglich, was einen Materialbedarf reduziert. Daher ist eine Qualität verbessert. Insbesondere ist hierbei die Aussparung vollständig mit dem Vergussmasse befüllt, sodass das metallische Bauteil mittels der Vergussmasse mit dem Schaltungsträger sowie dem Bauelement thermisch kontaktiert ist. Mittels der Vergussmasse erfolgt hierbei zudem eine Stabilisierung des Schaltungsträgers bezüglich des metallischen Bauteils.The recess is particularly preferably delimited by means of the circuit carrier, the metallic component and the spacer. In other words, the circuit carrier, the metallic component and the spacer form the boundary for the recess, which is expediently designed to be closed. This means that no uncontrolled discharge of the potting compound is possible, which reduces material requirements. Hence, quality is improved. In particular, the recess is completely filled with the potting compound, so that the metallic component is in thermal contact with the circuit carrier and the component by means of the potting compound. The potting compound also stabilizes the circuit carrier with respect to the metallic component.
Hierbei dient der Abstandshalter insbesondere im Wesentlichen lediglich der zumindest teilweisen Bereitstellung der Begrenzung der Aussparung. Mit anderen Worten wird die mechanische Integrität zweckmäßigerweise mittels der Vergussmasse bereitgestellt. Somit ist es ermöglicht, den Abstandshalter im Wesentlichen lediglich auf die Funktion des Haltens der Vergussmasse in der Aussparung bei Montage zu optimieren. Folglich kann vergleichsweise kostengünstiges Material herangezogen werden. Auch ist es auf diese Weise möglich, ein Gewicht sowie Herstellungskosten zu reduzieren. Zusammenfassend wird vorzugsweise mittels des Abstandshalters der Schaltungsträger bezüglich des metallischen Bauteils nicht oder lediglich bei Montage vor Befüllung der Aussparung mit der Vergussmasse mittels des Abstandshalters stabilisiert. Somit ist eine Herstellung weiter vereinfacht, und es kann vergleichsweise leicht bearbeitbares Material für den Abstandshalter herangezogen werden.In this case, the spacer serves, in particular, essentially only to at least partially provide the delimitation of the recess. In other words, the mechanical integrity is expediently provided by means of the potting compound. It is thus possible for the spacer to essentially only perform the function of holding the potting compound in the recess Optimize assembly. Consequently, comparatively inexpensive material can be used. It is also possible in this way to reduce weight and manufacturing costs. In summary, preferably by means of the spacer, the circuit carrier is not stabilized with respect to the metallic component or is only stabilized by means of the spacer during assembly before the recess is filled with the potting compound. Production is thus further simplified, and comparatively easily machinable material can be used for the spacer.
Beispielsweise liegt das Bauelement an dem Abstandshalter an. Besonders bevorzugt jedoch ist der Abstandshalter von dem Bauelement beabstandet. Mit anderen Worten ist das Bauelement von der Begrenzung der Aussparung beabstandet. Somit erfolgt insbesondere eine Temperaturübertragung lediglich mittels der Vergussmasse. Daher ist eine thermische Belastung des Abstandshalters verringert. Auch ist es möglich, den Abstandshalter aus einem Material mit einem vergleichsweise geringen Wärmeleitkoeffizienten zu fertigen.For example, the component rests against the spacer. However, the spacer is particularly preferably at a distance from the component. In other words, the component is spaced from the delimitation of the recess. Thus, in particular, temperature transfer takes place only by means of the potting compound. Thermal stress on the spacer is therefore reduced. It is also possible to manufacture the spacer from a material with a comparatively low coefficient of thermal conductivity.
Der Abstandshalter ist aus einem Kunststoff hergestellt. Somit ist eine Bearbeitung des Abstandshalters vereinfacht, insbesondere ein Einbringen der Aussparung. Zudem ist es möglich, den Abstandshalter bereits von vornherein mit der Aussparung zu fertigen. Der Abstandshalter ist aus einem Schaumstoff erstellt. Somit ist ein Gewicht des Abstandshalters verringert. insbesondere ist hierbei der Schaumstoff schwammförmig ausgestaltet. Aufgrund einer derartigen Materialwahl ist ein Gewicht des Abstandshalters weiter reduziert, sodass das Gewicht elektrische Schaltung verringert ist. Auch ist eine Lagerhaltung vereinfacht. Zudem ist bei einer derartigen Materialwahl der Abstandshalter zumindest teilweise elastisch verformbar, was eine Montage vereinfacht. Als Schaumstoff wird ein Polyurethan verwendet. Vorzugsweise wird als Material des Abstandshalters ein Schaumstoff herangezogen der unter dem Namen Poron von der Rogers Corporation vertrieben wird.The spacer is made of a plastic. Machining of the spacer is thus simplified, in particular making the recess. In addition, it is possible to manufacture the spacer with the recess from the outset. The spacer is made from a foam. Thus, a weight of the spacer is reduced. in particular, the foam is designed in the shape of a sponge. Due to such a choice of material, a weight of the spacer is further reduced, so that the weight of the electrical circuit is reduced. Storage is also simplified. In addition, with such a choice of material, the spacer is at least partially elastically deformable, which simplifies assembly. A polyurethane is used as the foam. A foam which is sold under the name Poron by Rogers Corporation is preferably used as the material of the spacer.
Beispielsweise ist der Abstandshalter im Wesentlichen lose auf den Schaltungsträger und/oder das metallische Bauteil aufgelegt. Besonders bevorzugt jedoch ist der Abstandshalter an dem Schaltungsträger oder dem metallischen Bauteil, vorzugsweise an beiden, befestigt. Zweckmäßigerweise wird jeweils als Befestigungsmittel ein Kleber herangezogen. Mit anderen Worten ist der Abstandshalter mit dem Schaltungsträger und/oder dem metallischen Bauteil verklebt. Somit ist vor Befüllung mit der Vergussmasse eine Robustheit erhöht. Auch ist ein Befüllen mit der Vergussmasse erleichtert, da ein unbeabsichtigtes Lösen des metallischen Bauteils und/oder des Schaltungsträgers verhindert ist. Geeigneterweise ist hierbei der Abstandhalter aus dem Schaumstoff hergestellt, der zweckmäßigerweise an sich gegenüberliegenden Seiten, nämlich der dem metallischen Bauteil sowie der dem Schaltungsträger zugewandte Seite, mit einer Klebeschicht versehen ist. Mit anderen Worten ist der Abstandhalter beidseitig mit der Klebeschicht versehen.For example, the spacer is placed essentially loosely on the circuit carrier and / or the metallic component. However, the spacer is particularly preferably attached to the circuit carrier or the metallic component, preferably to both. An adhesive is expediently used as the fastening means in each case. In other words, the spacer is glued to the circuit carrier and / or the metallic component. Robustness is thus increased before filling with the potting compound. Filling with the potting compound is also made easier since unintentional loosening of the metallic component and / or the circuit carrier is prevented. In this case, the spacer is suitably made from the foam, which is expediently provided with an adhesive layer on opposite sides, namely the side facing the metallic component and the side facing the circuit carrier. In other words, the spacer is provided with the adhesive layer on both sides.
In einer vorteilhaften Alternative ist der Abstandshalter formschlüssig oder kraftschlüssig mit dem Schaltungsträger oder dem metallischen Bauteil oder beiden, verbunden. Durch die formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung ist die Robustheit schon vor der Befüllung mit Vergussmasse erhöht. Auch ist ein Befüllen mit der Vergussmasse erleichtert, da ein unbeabsichtigtes Lösen des metallischen Bauteils und/oder des Schaltungsträgers verhindert ist. Geeigneterweise ist hierbei der Abstandhalter aus dem Schaumstoff hergestellt, der zweckmäßigerweise an sich gegenüberliegenden Seiten, nämlich der dem metallischen Bauteil sowie der dem Schaltungsträger zugewandte Seite, mit einer formschlüssigen oder einer kraftschlüssigen Verbindung versehen ist. Mit anderen Worten ist der Abstandhalter beidseitig mit einer formschlüssigen oder einer kraftschlüssigen Verbindung versehen.In an advantageous alternative, the spacer is positively or non-positively connected to the circuit carrier or the metallic component or both. The form-fitting or force-fitting connection increases the robustness even before filling with potting compound. Filling with the potting compound is also made easier since unintentional loosening of the metallic component and / or the circuit carrier is prevented. In this case, the spacer is suitably made from the foam, which is expediently provided with a positive or non-positive connection on opposite sides, namely the side facing the metallic component and the side facing the circuit carrier. In other words, the spacer is provided on both sides with a form-fit or a force-fit connection.
Beispielsweise ist der Schaltungsträger ein Molded Interconnect Device (MID). Besonders bevorzugt jedoch ist der Schaltungsträger eine Leiterplatte, die beispielsweise flexibel ist. Besonders bevorzugt jedoch ist die Leiterplatte starr ausgestaltet, was eine Robustheit erhöht und Herstellungskosten verringert. Insbesondere ist die Leiterplatte aus einem glasfaserverstärkten Epoxidharz erstellt und erfüllt zweckmäßigerweise die Materialkennung FR
Vorzugsweise ist das metallische Bauteil eine Metallplatte oder umfasst zumindest diese. Geeigneterweise ist die Metallplatte parallel zu dem Schaltungsträger angeordnet. Hierbei weist der Schaltungsträger zweckmäßigerweise zumindest teilweise eine flächige Ausgestaltung auf. Insbesondere ist der Schaltungsträger als Leiterplatte ausgestaltet. Zweckmäßigerweise befinden sich das metallische Bauteil und der Schaltungsträger nicht in einer Ebene sondern sind senkrecht zu der jeweiligen Ausbreitungsrichtung zueinander versetzt. Der Versatz wird vorzugsweise mittels des Abstandshalters überbrückt. Geeigneterweise überdecken sich die Projektion des metallischen Bauteils auf den Schaltungsträger und umgekehrt senkrecht zu der jeweiligen Ausbreitungsrichtung zumindest teilweise. Aufgrund einer derartigen Anordnung ist eine Montage vereinfacht. Zudem ist es vereinfacht, die Aussparung abzudichten, sodass ein Austritt der Vergussmasse aus dieser vergleichsweise effektiv verhindert ist. Auch ist ein Platzbedarf verringert.The metallic component is preferably or at least comprises a metal plate. The metal plate is suitably arranged parallel to the circuit carrier. In this case, the circuit carrier expediently has at least partially a flat design. In particular, the circuit carrier is designed as a printed circuit board. The metallic component and the circuit carrier are expediently not located in one plane but are offset from one another perpendicular to the respective direction of propagation. The offset is preferably bridged by means of the spacer. The projection of the metallic component onto the circuit carrier and vice versa at least partially overlap one another, perpendicular to the respective direction of propagation. Due to Such an arrangement simplifies assembly. In addition, it is simplified to seal the recess, so that the potting compound is prevented from escaping from it in a comparatively effective manner. A space requirement is also reduced.
In einer alternativen Ausgestaltung weist der Schaltungsträger eine für einen Formschluss geeignete geometrische Ausgestaltung auf, beispielsweise eine rastbare Ausgestaltung. In einer weiteren alternativen Ausgestaltung weist der Schaltungsträger eine für einen Kraftschluss geeignete geometrische Ausgestaltung auf. Beispielsweise kann dies eine Ausnehmung und ein die Geometrie der Ausnehmung widergebendes Gegenstück sein, wie beispielsweise ein Konus und ein konisches Gegenstück oder ein Loch und ein dem Querschnitt des Lochs entsprechendes Gegenstück.In an alternative configuration, the circuit carrier has a geometric configuration suitable for a form fit, for example a latchable configuration. In a further alternative configuration, the circuit carrier has a geometric configuration suitable for a force fit. For example, this can be a recess and a counterpart reflecting the geometry of the recess, such as a cone and a conical counterpart or a hole and a counterpart corresponding to the cross section of the hole.
Beispielsweise ist das metallische Bauteil ein Kühlkörper. Hierbei ist das metallische Bauteil beispielsweise als Metallplatte ausgestaltet oder weist zusätzlich Kühlrippen auf, die vorzugsweise von dem Schaltungsträger weg weisen. Somit wird mittels des metallischen Bauteils das Bauelement bei Betrieb gekühlt. Das Bauelement ist vorzugsweise ein Leistungshalbleiter, beispielsweise ein Leistungshalbleiterschalter. Die thermische Ankopplung an den Kühlkörper erfolgt vorzugsweise mittels der Vergussmasse. In einer alternativen Ausgestaltungsform ist das Bauelement beispielsweise ein Sensor, insbesondere ein Temperatursensor. Aufgrund der Vergussmasse erfolgt zweckmäßigerweise eine thermische Kopplung mit dem metallischen Bauteil, sodass mittels des Bauelements über die Vergussmasse die Temperatur des metallischen Bauteils bei Betrieb erfasst wird.For example, the metallic component is a heat sink. In this case, the metallic component is designed, for example, as a metal plate or additionally has cooling fins, which preferably point away from the circuit carrier. The component is thus cooled during operation by means of the metallic component. The component is preferably a power semiconductor, for example a power semiconductor switch. The thermal coupling to the heat sink is preferably carried out by means of the potting compound. In an alternative embodiment, the component is, for example, a sensor, in particular a temperature sensor. Due to the potting compound, there is expediently a thermal coupling with the metallic component, so that the temperature of the metallic component is detected during operation by means of the component via the potting compound.
Beispielsweise wird bei Herstellung der Abstandshalter auf dem Schaltungsträger oder dem metallischen Bauteil angeordnet. Im Anschluss hieran wird beispielsweise die Aussparung mit der Vergussmasse befüllt und die jeweils andere Komponente, also das metallische Bauelement bzw. der Schaltungsträger, geeignet positioniert, sodass der Abstandhalter auch an dieser anliegt. Besonders bevorzugt jedoch wird bei Montage zunächst der Abstandshalter zwischen dem Schaltungsträger und dem metallischen Bauteil angeordnet. Das metallische Bauteil weist zweckmäßigerweise ein Loch auf, das in der Aussparung endet. Über das Loch erfolgt zweckmäßigerweise die Befüllung der Aussparung mittels der Vergussmasse. Somit ist eine Herstellung vereinfacht. Zweckmäßigerweise weist das metallische Bauteil zwei Löcher auf, die beide in der Aussparung enden, und die zueinander vorzugsweise beabstandet sind. Geeigneterweise erfolgt die Befüllung der Aussparung mit der Vergussmasse über eines der Löcher, und über das weitere der Löcher tritt zweckmäßigerweise etwaiges, sich in der Aussparung befindendes Material aus, insbesondere Luft. Somit ist es möglich, die Aussparung im Wesentlichen vollständig mit der Vergussmasse zu befüllen.For example, the spacer is arranged on the circuit carrier or the metallic component during manufacture. Following this, for example, the recess is filled with the potting compound and the respective other component, that is to say the metallic component or the circuit carrier, is suitably positioned so that the spacer also rests against it. Particularly preferably, however, the spacer is initially arranged between the circuit carrier and the metallic component during assembly. The metallic component expediently has a hole which ends in the recess. The opening is expediently filled by means of the potting compound via the hole. Production is thus simplified. The metallic component expediently has two holes which both end in the recess and which are preferably spaced apart from one another. The recess is suitably filled with the casting compound via one of the holes, and any material located in the recess expediently escapes via the other of the holes, in particular air. It is thus possible to fill the recess essentially completely with the potting compound.
In einer Alternative hierzu weist beispielsweises das metallische Bauteil das Loch und der Schaltungsträger ein weiteres Loch auf, das in der Aussparung mündet. Vorzugsweise erfolgt die Befüllung über eines der Löcher, insbesondere das des metallischen Bauteils. Die Luft tritt geeigneterweise durch das Loch der Schaltungsträgers auf. In einer weiteren Alternative ist das metallische Bauteil insbesondere unversehrt ausgestaltet, und der Schaltungsträger weist ein Loch, vorzugsweise zwei Löcher auf, die in der Aussparung münden. Zweckmäßigerweise erfolgt die Befüllung der Aussparung mit der Vergussmasse durch zumindest eines der Löcher des Schaltungsträgers. Somit ist das metallische Bauteil unversehrt, was eine Herstellung vereinfacht. Auch ist eine vergleichsweise große unversehrte Fläche des metallischen Bauteils realisiert, was insbesondere eine Wärmeabfuhr verbessert, sofern das metallische Bauteil beispielsweise der Kühlkörper ist. Auch ist eine Einbringung des Lochs vereinfacht.In an alternative to this, for example, the metallic component has the hole and the circuit carrier has a further hole which opens into the recess. The filling is preferably carried out via one of the holes, in particular that of the metallic component. The air suitably enters through the hole in the circuit board. In a further alternative, the metallic component is designed, in particular, to be intact, and the circuit carrier has a hole, preferably two holes, which open into the recess. The recess is expediently filled with the casting compound through at least one of the holes in the circuit carrier. The metallic component is thus intact, which simplifies manufacture. A comparatively large, undamaged surface of the metallic component is also implemented, which in particular improves heat dissipation if the metallic component is, for example, the heat sink. The introduction of the hole is also simplified.
Beispielsweise ist das Bauelement ein bedrahtetes Bauelements, wobei die Montage zweckmäßigerweise mittels eines THT-Verfahrens erfolgt. Besonders bevorzugt jedoch ist das Bauelement ein oberflächenmontierbares Bauelement, das zweckmäßigerweise mittels eines SMD-Verfahrens an dem Schaltungsträger angelötet ist. Auf diese Weise sind Herstellungskosten reduziert. Zudem ist eine Herstellungszeit verringert. Auch ist auf diese Weise eine Miniaturisierung vereinfacht. Dabei ist trotz der Ausgestaltung des Bauelements als oberflächenmontierbares Bauelement (SMD-Bauelement) dennoch eine vergleichsweise effiziente thermische Anbindung an das metallische Bauteil mittels der Vergussmasse ermöglicht.For example, the component is a wired component, the assembly expediently taking place by means of a THT method. Particularly preferably, however, the component is a surface-mountable component which is expediently soldered to the circuit carrier by means of an SMD process. In this way, manufacturing costs are reduced. In addition, a manufacturing time is reduced. Miniaturization is also simplified in this way. In this case, despite the design of the component as a surface-mountable component (SMD component), a comparatively efficient thermal connection to the metallic component is made possible by means of the potting compound.
Besonders bevorzugt weist die elektrische Schaltung einen Kontaktstift auf, der an dem Schaltungsträger angelötet ist. Der Kontaktstift ist mit dem Bauelement elektrisch kontaktiert, beispielsweise direkt oder mittels einer weiteren Komponente, beispielsweise eines weiteren Bauelements. Vorzugsweise erfolgt jeweils die elektrische Kontaktierung mittels einer Leiterbahn des Schaltungsträgers. Der Kontaktstift selbst ist außerhalb der Aussparung angeordnet. Somit ist eine elektrische Kontaktierung des sich in der Aussparung befindenden Bauelements mittels des Kontaktstifts trotz der Vergussmasse ermöglicht. Insbesondere ist der Kontaktstift ein Bestandteil eines Anschlussterminals oder dergleichen. Zumindest jedoch dient der Kontaktstift vorzugsweise dem Austausch von Signalen mit dem Bauelement und/oder der Bestromung des Bauelements. Aufgrund des Kontaktstifts erfolgt ein vergleichsweise einfacher Anschluss an eine Leitung, wie ein Kabel. Hierfür ist der Kontaktstift geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Der Kontaktstift ist beispielsweise aus einem Metall erstellt, insbesondere einem Kupfer. Vorzugsweise ist der Kontaktstift aus dem verzinnten Kupfer erstellt, sodass eine vergleichsweise hohe elektrische Leitfähigkeit bereitgestellt ist, wobei eine Oxidation vermieden ist. Beispielsweise wird verzinntes CUSN6 herangezogen.The electrical circuit particularly preferably has a contact pin which is soldered to the circuit carrier. The contact pin is in electrical contact with the component, for example directly or by means of a further component, for example a further component. The electrical contact is preferably made in each case by means of a conductor track of the circuit carrier. The contact pin itself is arranged outside the recess. This enables electrical contact to be made with the component located in the recess by means of the contact pin despite the potting compound. In particular, the contact pin is part of a connection terminal or the like. At least, however, the contact pin is preferably used to exchange signals with the component and / or to energize the component. Due to the contact pin, there is a comparatively simple connection to a line, like a cable. The contact pin is suitable for this, in particular provided and set up. The contact pin is made for example from a metal, in particular a copper. The contact pin is preferably made from the tinned copper, so that a comparatively high electrical conductivity is provided, with oxidation being avoided. For example, tinned CUSN6 is used.
Besonders bevorzugt befindet sich der Kontaktstift auf der gleichen Seite des Schaltungsträgers wie das Bauelement. Auf diese Weise ist eine Montage vereinfacht. Vorzugsweise ist der Kontaktstelle von dem metallischen Bauteil beabstandet, sodass ein elektrischer Kurzschluss vermieden ist. Beispielsweise ist der Kontaktstift mittels eines Pin-in-Paste-Verfahrens (THR-Verfahren; „Throughhole-Reflow“-Verfahren) montiert. Hierfür wird ein Reflowprozess herangezogen, und eine Lotpaste wird zweckmäßigerweise in eine Öffnung des Schaltungsträgers gedruckt, durch die der Kontaktstift zur Montage geführt wird. Somit ist es möglich, den Kontaktstift und das Bauelement in einem Arbeitsschritt an dem Schaltungsträger anzubinden, zumindest sofern das Bauelement vorzugsweise ein oberflächenmontierbares Bauelement ist. Somit ist lediglich ein einziger Arbeitsschritt erforderlich, was eine Herstellungszeit verkürzt und Herstellungskosten reduziert.The contact pin is particularly preferably located on the same side of the circuit carrier as the component. Assembly is simplified in this way. The contact point is preferably at a distance from the metallic component, so that an electrical short circuit is avoided. For example, the contact pin is mounted using a pin-in-paste process (THR process; “throughhole reflow” process). A reflow process is used for this, and a solder paste is expediently printed into an opening in the circuit carrier through which the contact pin is guided for assembly. It is thus possible to connect the contact pin and the component to the circuit carrier in one work step, at least if the component is preferably a surface-mountable component. Thus, only a single work step is required, which shortens manufacturing time and reduces manufacturing costs.
Zweckmäßigerweise weist der Schaltungsträger zwei derartige Kontaktstifte auf, die beispielsweise zueinander baugleich sind. Hierbei sind die beiden Kontaktstifte vorzugsweise mit dem Bauelement elektrisch kontaktiert und jeweils außerhalb der Aussparung angeordnet. Vorzugsweise ist das Bauelement in Reihe zwischen die Kontaktstifte geschaltet, sodass mittels des Bauelements eine zwischen den Kontaktstiften bei Betrieb anliegende elektrische Spannung und/oder ein zwischen den Kontaktstiften fließender elektrischer Strom mittels des Bauelements zumindest teilweise beeinflusst werden.The circuit carrier expediently has two contact pins of this type which, for example, are structurally identical to one another. In this case, the two contact pins are preferably electrically contacted with the component and are each arranged outside the recess. The component is preferably connected in series between the contact pins, so that by means of the component, an electrical voltage applied between the contact pins during operation and / or an electrical current flowing between the contact pins can be at least partially influenced by means of the component.
Das Verfahren dient der Herstellung einer elektrischen Schaltung, die einen Schaltungsträger aufweist, an den ein elektrisches oder elektronisches Bauelement angelötet ist, und die ein metallisches Bauteil umfasst, das von dem Schaltungsträger beabstandet ist. Ferner weist die elektrische Schaltung einen Abstandhalter auf, der zwischen dem Schaltungsträger und dem metallischen Bauteil angeordnet ist und an diesen anliegt liegt, und der eine Aussparung aufweist. Innerhalb der Aussparung ist das Bauelement angeordnet, wobei die Aussparung mittels einer Vergussmasse befüllt ist.The method is used to produce an electrical circuit which has a circuit carrier to which an electrical or electronic component is soldered and which includes a metallic component that is spaced apart from the circuit carrier. Furthermore, the electrical circuit has a spacer which is arranged between the circuit carrier and the metallic component and rests against the latter, and which has a recess. The component is arranged within the recess, the recess being filled by means of a potting compound.
Das Verfahren sieht vor, dass der Schaltungsträger mit dem daran angelöteten elektrischen oder elektronischen Bauteil bereitgestellt wird. Hierfür wird beispielsweise der Schaltungsträger und das Bauelement als zwei separate Komponenten zunächst bereitgestellt und diese miteinander verlötet, beispielsweise in einem SMD-Verfahren. Sofern der Kontaktstift vorhanden ist, wird hierbei der Kontaktstift in dem gleichen Arbeitsschritt zweckmäßigerweise an dem Schaltungsträger angelötet, vorzugsweise mittels eines Pin-in-Paste-Verfahrens.The method provides that the circuit carrier with the electrical or electronic component soldered to it is provided. For this purpose, for example, the circuit carrier and the component are initially provided as two separate components and these are soldered to one another, for example in an SMD process. If the contact pin is present, the contact pin is expediently soldered to the circuit carrier in the same work step, preferably by means of a pin-in-paste process.
In einem weiteren Arbeitsschritt wird der Abstandhalter zwischen dem Schaltungsträger und dem metallischen Bauteil angeordnet, sodass das Bauelement innerhalb der Aussparung angeordnet ist, wobei der Abstandhalter an dem Schaltungsträger und an dem metallischen Bauteil anliegt. Insbesondere ist auf diese Weise eine Lagenanordnung (Sandwich-Anordnung) realisiert. Vorzugsweise wird der Abstandhalter mit dem Schaltungsträger verklebt. Alternativ oder besonders bevorzugt in Kombination hierzu wird der Abstandhalter mit dem metallischen Bauteil verklebt. In einem weiteren Arbeitsschritt wird die Aussparung mittels die der Vergussmasse befüllt, bzw. vollständig. Hierbei ist die Vergussmasse zweckmäßigerweise zumindest teilweise flüssig, was eine Montage vereinfacht Somit ist das Bauelement thermisch mit dem metallischen Bauteil gekoppelt. Geeigneterweise wird im Anschluss hieran die Vergussmasse ausgehärtet, was eine Robustheit erhöht. Beispielsweise erfolgt hierfür eine Vernetzung oder Trocknung der Vergussmasse.In a further work step, the spacer is arranged between the circuit carrier and the metallic component, so that the component is arranged within the recess, the spacer resting against the circuit carrier and the metallic component. In particular, a layer arrangement (sandwich arrangement) is implemented in this way. The spacer is preferably glued to the circuit carrier. Alternatively or particularly preferably in combination with this, the spacer is glued to the metallic component. In a further work step, the recess is filled or completely filled with the sealing compound. In this case, the potting compound is expediently at least partially liquid, which simplifies assembly. Thus, the component is thermally coupled to the metallic component. The potting compound is suitably cured after this, which increases robustness. For example, the casting compound is crosslinked or dried for this purpose.
Die im Zusammenhang mit der elektrischen Schaltung beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren zu übertragen und umgekehrt.The advantages and developments described in connection with the electrical circuit can also be applied to the method and vice versa.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 schematisch vereinfacht ein Haushaltsgerät mit einer elektrischen Schaltung, -
2 perspektivisch in einer halbtransparenten Darstellung die elektrische Schaltung, -
3 die elektrische Schaltung in einer Schnittdarstellung, und -
4 ein Verfahren zur Herstellung der elektrischen Schaltung.
-
1 schematically simplified a household appliance with an electrical circuit, -
2 the electrical circuit in perspective in a semi-transparent representation, -
3 the electrical circuit in a sectional view, and -
4th a method of manufacturing the electrical circuit.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.
In
In
An dem Schaltungsträger
Der Abstandhalter
Der Abstandhalter
Das metallische Bauteil
Die Aussparung
Ferner umfasst die elektrische Schaltung
In
In einem zweiten Arbeitsschritt
In einem sich anschließenden vierten Arbeitsschritt
Das metallische Bauteil
Zusammenfassend wird aufgrund der Kombination des Bauelements
Aufgrund dieser Art des Aufbaus, der insbesondere ein Schicht-/Lage-Aufbau ist, ist eine Anpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzelnen Komponenten ermöglicht, insbesondere der Vergussmasse
Der Schaltungsträger
Als ein Anwendungsfall wird mittels des Bauelements
Mittels des Abstandshalters
Innerhalb der Aussparung
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 22
- HaushaltsgerätHome appliance
- 44th
- elektrische Schaltungelectrical circuit
- 66
- ElektromotorElectric motor
- 88th
- SchaltungsträgerCircuit carrier
- 1010
- elektrisches/elektronisches Bauelementelectrical / electronic component
- 1212th
- AbstandshalterSpacers
- 1414th
- AussparungRecess
- 1616
- erste Klebeschichtfirst adhesive layer
- 1818th
- zweite Klebeschichtsecond adhesive layer
- 2020th
- metallisches Bauteilmetallic component
- 2222nd
- Lochhole
- 2424
- VergussmasseCasting compound
- 2626th
- KontaktstiftContact pin
- 2828
- VerfahrenProcedure
- 3030th
- erster Arbeitsschrittfirst step
- 3232
- zweiter Arbeitsschrittsecond step
- 3434
- dritter Arbeitsschrittthird step
- 3636
- vierter Arbeitsschritt fourth step
- IIIIII
- SchnittebeneCutting plane
Claims (10)
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