DE102018121403A1 - Method of making a stabilized board - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Platine und Herstellungsverfahren einer Platine, bei dem auf einer ersten Leiterplatte mindestens ein Bauelement angeordnet wird, welches zu einer horizontalen Ebene der ersten Leiterplatte flächig ausgedehnt ist und dessen zwei horizontale Ausdehnungen seine Höhe um ein Vielfaches übersteigen, bei dem in Richtung einer ersten horizontalen Ausdehnung des mindestens einen Bauelementes eine erste Achse gebildet wird, bei dem senkrecht dazu in der horizontalen Ebene der ersten Leiterplatte eine zweite Achse gebildet wird, bei dem parallel zu der zweiten Achse mindestens ein Metallelement angeordnet wird, welches flächig ausgedehnt ist, dessen erste horizontale Ausdehnung entlang der zweiten Achse die zweite horizontale Ausdehnung des mindestens einen Bauelementes um einen Faktor größer eins übersteigt und sich beide Begrenzungen der zweiten horizontalen Ausdehnung des Bauelementes innerhalb der ersten horizontalen Ausdehnung des Metallelementes befinden, und bei dem das mindestens eine Metallelement entlang der ersten Achse mit einem vorbestimmten Abstand, der als ein Bruchteil der zweiten horizontalen Ausdehnung des Bauelementes gewählt wird, unmittelbar benachbart zu dem mindestens einen Bauelement angeordnet wird, wobei durch ein vorbestimmtes Material und eine vorbestimmte Bauhöhe des mindestens einen Metallelementes eine Biegesteifigkeit der Platine erhöht wird.The present invention relates to a circuit board and a manufacturing method of a circuit board, in which at least one component is arranged on a first printed circuit board, which is extended to a horizontal plane of the first printed circuit board and the two horizontal dimensions of which exceed its height many times over, in the direction of one first horizontal extent of the at least one component, a first axis is formed, in which a second axis is formed perpendicularly to it in the horizontal plane of the first printed circuit board, in which at least one metal element is arranged parallel to the second axis, the metal element being extended in area, the first horizontal extent along the second axis exceeds the second horizontal extent of the at least one component by a factor greater than one and both limits of the second horizontal extent of the component are within the first horizontal extent of the metal element find, and in which the at least one metal element along the first axis with a predetermined distance, which is selected as a fraction of the second horizontal dimension of the component, is arranged immediately adjacent to the at least one component, by a predetermined material and a predetermined overall height a bending stiffness of the board is increased of the at least one metal element.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Platine, bei dem neben Schaltungselementen weitere Bauteile eingebettet werden.The present invention relates to a method for producing a circuit board, in which further components are embedded in addition to circuit elements.

Ein Einbetten, ein sogenanntes Embedding, von Bauteilen in Platinen, auch als Leiterplatten oder printed circuit boards bezeichnet, ist eine neuere Entwicklung innerhalb einer Leiterplattentechnologie, welche zum Ziel hat, Baugruppen in ihrer Größe zu reduzieren und die Bauteile selbst besser entwärmen zu können. Außerdem gewinnt man durch eine Integrierung der Bauteile in die Platine eine zusätzliche Oberfläche für eine Platzierung weiterer Bauteile.Embedding, a so-called embedding, of components in circuit boards, also referred to as printed circuit boards, is a recent development within circuit board technology, which aims to reduce the size of assemblies and to be able to heat the components better. In addition, by integrating the components into the circuit board, an additional surface for placing additional components is gained.

Meist werden die Bauteile in einem Rahmen aus einem Isolator, bspw. bestehend aus vorimprägnierten Fasern, auch als Prepreg oder speziell als FR4 bezeichnet, angeordnet und/oder mit einem Dielektrikum vergossen, um an einer Oberfläche der Leiterplatte Wölbungen, Lücken oder dergleichen zu verhindern. Beispielhaft wird dies in der Druckschrift US 2015/0061144 A1 aufgezeigt, bei der eine Anordnung von Chipbaugruppen, jeweilig getrennt voneinander durch eine dielektrische Einbettmasse, eine obere und eine untere Kontaktplatte aufweist. Die Einbettmasse verbindet die Chipbaugruppen stoffschlüssig miteinander.The components are usually arranged in a frame made of an insulator, for example consisting of pre-impregnated fibers, also referred to as prepreg or specifically as FR4, and / or potted with a dielectric in order to prevent curvatures, gaps or the like on a surface of the printed circuit board. This is exemplified in the publication US 2015/0061144 A1 shown, in which an arrangement of chip assemblies, each separated from one another by a dielectric investment, has an upper and a lower contact plate. The investment material integrally connects the chip assemblies.

Demnach werden bspw. für die einzubettenden Bauteile jeweilig Löcher aus einer FR4-Platte ausgeschnitten, in welche die Bauteile eingelegt werden. Anschließend wird die Platte mit den eingelegten Bauteilen mit zumindest einer von einer Seite aufgelegten FR4-Schicht verpresst. Die ausgeschnittenen Löcher für die Bauteile dürfen dabei nicht beliebig groß ausfallen, da der Rahmen den Pressdruck aufnehmen soll, um Beschädigungen dazwischenliegender Bauteile zu vermeiden. Ebenso soll nach dem Verguss mit einem Harz oder einem anderen Dielektrikum ein ausgehärtetes Material durch seine möglichst lückenlose Umschließung des mindestens einen Bauteiles und einer dadurch gebildeten Hülle oder Struktur möglichst einen Großteil von einwirkenden Kräften aufnehmen und ableiten.Accordingly, holes are cut out of an FR4 plate, for example, for the components to be embedded, into which the components are inserted. The plate with the inserted components is then pressed with at least one FR4 layer applied from one side. The holes cut out for the components must not be of any size, since the frame should absorb the pressure to avoid damage to the components in between. Likewise, after the encapsulation with a resin or another dielectric, a cured material should absorb and dissipate as much of the acting forces as possible through its gapless encapsulation of the at least one component and a casing or structure formed thereby.

Darüber hinaus wird dadurch die mechanische Stabilität der Platine erhöht. So offenbart die US-amerikanische Druckschrift US 2010/0103634 A1 eine Leiterplatte mit eingebetteten Komponenten, leitenden Teilen auf der Oberfläche und eine aus einer Metallplatte bestehende Schicht, um die Belastung der Leiterplatte zu verringern.This also increases the mechanical stability of the board. So the US publication discloses US 2010/0103634 A1 a printed circuit board with embedded components, conductive parts on the surface and a layer consisting of a metal plate in order to reduce the stress on the printed circuit board.

Das Einbetten von Metallleitern in eine Leiterplatte an sich wird in der Druckschrift US 2015/0327355 A1 vorgeschlagen. Eine rechtwinklig abgewinkelte Leiterplattenstruktur wird über eine Biegung hinweg durch ein eingebettetes Leitungselement verbunden.The embedding of metal conductors in a printed circuit board itself is described in the document US 2015/0327355 A1 suggested. A circuit board structure angled at right angles is connected via a bend by an embedded line element.

Besteht der Bedarf, verhältnismäßig großflächige Bauteile in die Platine zu integrieren, müssen diese druckstabil verbaut werden. Sollen mehrere solcher wegen ihrer Fläche druckanfällige Bauteile nebeneinander in große freigestellte Aussparungen eines FR4-Rahmens platziert werden, muss ein jeweiliger Steg aus FR4-Material zwischen den Bauteilen zum Druckausgleich vergrößert werden, was wiederum den Platzbedarf signifikant erhöht. Zwar kann ein erhöhter FR4-Rahmenanteil und/oder eine jeweilig kleinere Aussparung dies verhindern und die Platine mechanisch stabilisieren, allerdings bleibt dementsprechend weniger Platz für Bauelemente zurück und der Vorteil im Vergleich zum Aufwand schwindet.If there is a need to integrate relatively large components into the board, they must be installed in a pressure-stable manner. If several such components, which are sensitive to pressure due to their surface area, are to be placed next to one another in large cutouts in an FR4 frame, a respective web made of FR4 material between the components must be enlarged to equalize the pressure, which in turn significantly increases the space requirement. An increased portion of the FR4 frame and / or a respectively smaller cutout can prevent this and mechanically stabilize the circuit board, but accordingly less space is left for components and the advantage in comparison to the effort disappears.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Platine bereitzustellen, bei dem eine auf die Platine und von ihr umfasste Bauteile einwirkende Biegekraft, welche durch ein großflächiges Ausmaß der Platine einen enormen Hebel entwickeln kann, aufgenommen und/oder abgeleitet wird. Der Platzbedarf der Platine an sich soll dabei nicht erhöht werden, weder in horizontaler noch vertikaler Richtung. Ferner ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine dem Verfahren entsprechend hergestellte Platine bereitzustellen.Against this background, it is an object of the present invention to provide a method for producing a circuit board in which a bending force acting on the circuit board and components comprised by it, which can develop an enormous lever due to a large area of the circuit board, is absorbed and / or is derived. The space requirement of the board itself should not be increased, neither in the horizontal nor in the vertical direction. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a circuit board produced in accordance with the method.

Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein Verfahren zur Herstellung einer Platine vorgeschlagen, bei dem auf einer ersten Leiterplatte mindestens ein Bauelement angeordnet wird, welches zu einer horizontalen Ebene der ersten Leiterplatte flächig ausgedehnt ist und dessen zwei horizontale Ausdehnungen seine Höhe um ein Vielfaches übersteigen, bei dem in Richtung einer ersten horizontalen Ausdehnung des mindestens einen Bauelementes eine erste Achse gebildet wird, bei dem senkrecht dazu in der horizontalen Ebene der ersten Leiterplatte eine zweite Achse gebildet wird, bei dem parallel zu der zweiten Achse mindestens ein Metallelement angeordnet wird, welches flächig ausgedehnt ist, dessen erste horizontale Ausdehnung entlang der zweiten Achse die zweite horizontalen Ausdehnung des mindestens einen Bauelementes um einen Faktor größer eins übersteigt und sich beide Begrenzungen der zweiten horizontalen Ausdehnung des Bauelementes innerhalb der ersten horizontalen Ausdehnung des Metallelementes befinden, und bei dem das mindestens eine Metallelement entlang der ersten Achse mit einem vorbestimmten Abstand, der als ein Bruchteil der horizontalen Ausdehnung des Bauelementes gewählt wird, unmittelbar benachbart zu dem mindestens einen Bauelement angeordnet wird, wobei durch ein vorbestimmtes Material und eine vorbestimmte Bauhöhe des mindestens einen Metallelementes eine Biegesteifigkeit der Platine erhöht wird.To achieve the above-mentioned object, a method for producing a circuit board is proposed, in which at least one component is arranged on a first circuit board, which is extended over a surface to a horizontal plane of the first circuit board and whose two horizontal extensions exceed its height many times over, in which a first axis is formed in the direction of a first horizontal extension of the at least one component, in which a second axis is formed perpendicularly thereto in the horizontal plane of the first printed circuit board, in which at least one metal element is arranged parallel to the second axis, which is flat is extended, the first horizontal dimension along the second axis exceeds the second horizontal dimension of the at least one component by a factor greater than one and both limits of the second horizontal dimension of the component within the first horizontal dimension tion of the metal element, and in which the at least one metal element along the first axis with a predetermined distance, which is selected as a fraction of the horizontal extent of the component, is arranged immediately adjacent to the at least one component, wherein by a predetermined material and a predetermined overall height of the at least one Metal element a bending stiffness of the board is increased.

Vorteilhaft wird eine zweite horizontale Ausdehnung des mindestens einen Metallelementes in einem Größenbereich ähnlich zu der ersten horizontalen Ausdehnung des Bauelementes gewählt. Da eine übliche Größe des mindestens einen Bauelements mindestens mehrere Millimeter beträgt, sollte das mindestens eine Metallelement in seiner zweiten horizontalen Ausdehnung in einem Bereich gleich oder größer 5mm betragen.A second horizontal dimension of the at least one metal element is advantageously chosen in a size range similar to the first horizontal dimension of the component. Since a usual size of the at least one component is at least several millimeters, the at least one metal element in its second horizontal extent should be equal to or greater than 5 mm in a region.

Der vorbestimmte Abstand zwischen dem mindestens einen Metallelement und dem mindestens einen Bauelement beträgt entlang der ersten Achse vorteilhaft nicht mehr als etwa 20 mm. Ein kleinerer Abstand von weniger als 10 mm ist besonders vorteilhaft.The predetermined distance between the at least one metal element and the at least one component is advantageously not more than about 20 mm along the first axis. A smaller distance of less than 10 mm is particularly advantageous.

Das vorbestimmte Material des mindestens einen Metallelementes wird aus einem die Biegesteifigkeit der Platine erhöhenden Metall oder Metalllegierung gebildet. Vorteilhaft kann hierzu bspw. Kupfer, plattiertes Aluminium, oder Messing herangezogen werden.The predetermined material of the at least one metal element is formed from a metal or metal alloy which increases the bending stiffness of the board. For example, copper, clad aluminum or brass can advantageously be used for this purpose.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens ein weiteres Bauelement in Richtung der zweiten Achse benachbart zu dem bereits angeordneten mindestens einen Bauelement angeordnet. Vorteilhaft erstreckt sich das mindestens eine Metallelement in seiner ersten horizontalen Ausdehnung entlang einer Aufreihung erfindungsgemäß angeordneter Bauelemente und ist mindestens so lang wie diese Aufreihung. Hierdurch werden mechanische Kräfte, wie bspw. Biegekräfte, in Richtung der zweiten Achse durch das mindestens eine Metallelement kompensiert. Weiter vorteilhaft kann so ein aus dem Stand der Technik bekannter FR4-Rahmen zwischen auf der Platine angeordneten Bauelementen reduziert oder sogar lokal eingespart werden und eine Beabstandung der Bauelemente im Vergleich zum Stand der Technik verringert oder sogar vollständig eliminiert werden.In one embodiment of the method according to the invention, at least one further component is arranged in the direction of the second axis adjacent to the at least one component already arranged. The at least one metal element advantageously extends in its first horizontal extent along a row of components arranged according to the invention and is at least as long as this row. As a result, mechanical forces, such as bending forces, in the direction of the second axis are compensated for by the at least one metal element. Further advantageously, an FR4 frame known from the prior art can be reduced or even saved locally between components arranged on the circuit board, and a spacing of the components can be reduced or even completely eliminated in comparison with the prior art.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren werden Zwischenräume zwischen auf der ersten Leiterplatte angeordneten Bauteilen, welche mindestens durch das mindestens eine Bauelement und das mindestens eine Metallelement gebildet werden, mit einem Isolator-Material, bspw. FR4 oder einem aus FR4 bestehenden Rahmen, ausgefüllt. Auch ist es denkbar bei sehr kleinen Zwischenräumen lediglich mit einem Epoxidharz zu verfüllen und weiteres Isolator-Material, wie z. B. ein Glasfasergewebe, einzusparen. Dies ist bspw. bei Zwischenräumen in einem Bereich von 0,1 mm bis etwa 2 mm denkbar. Demgegenüber muss bei einem aus dem Stand der Technik bekannten FR4-Rahmen ein zwischen Freistellungen für Bauteile vorhandener Steg eine Mindestbreite von meist einigen Millimetern aufweisen, damit die Platine durch solche Stege stabilisiert wird. Eine solche Stegbreite vergrößert jedoch eine zur Anordnung der Bauelemente benötigte Fläche auf der Platine und vermindert eine Packungsdichte unter Umständen so weit, dass sich ein Einbetten der Bauteile nicht lohnt. Des Weiteren stellt eine Kante zwischen Bauelement und dem Epoxidharz, welches aus einem Verguss oder einer Imprägnierung eines Prepregs stammt, eine Schwachstelle dar, der lediglich durch eine Klebeverbindung mit dem Epoxidharz entgegengewirkt wird. Durch eine flächige Ausdehnung der Platine können an ihr angreifende mechanische Kräfte einen Hebel entwickeln, der an diesen Kanten zu einem Bruch der Klebeverbindung führt. Zusätzlich können Vibrationen die Klebeverbindung degradieren. Solche Nachteile oder Schwachstellen werden durch das mindestens eine Metallelement behoben, indem es mögliche auftretende Hebelkräfte oder andere mechanische Kräfte aufnimmt, und dies nicht mehr, wie im Stand der Technik üblich, durch einen ausreichend breiten Prepreg-Rahmen geschieht. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht so eine Verminderung des Abstandes zwischen mehreren des mindestens einen Bauelementes.In a further embodiment of the method according to the invention, spaces between components arranged on the first printed circuit board, which are formed by at least one component and the at least one metal element, are covered with an insulator material, for example. FR4 or one out FR4 existing framework, filled out. It is also conceivable to fill only with an epoxy resin in the case of very small gaps and to use further insulator material, such as, for. B. to save a glass fiber fabric. This is conceivable, for example, in the case of gaps in a range from 0.1 mm to approximately 2 mm. In contrast, in the case of an FR4 frame known from the prior art, a web that is present between exemptions for components must have a minimum width of usually a few millimeters so that the board is stabilized by such webs. However, such a web width increases an area on the circuit board required for arranging the components and, under certain circumstances, reduces a packing density to such an extent that embedding the components is not worthwhile. Furthermore, an edge between the component and the epoxy resin, which comes from a potting or an impregnation of a prepreg, is a weak point, which is only counteracted by an adhesive connection with the epoxy resin. Due to a flat expansion of the board, mechanical forces acting on it can develop a lever that leads to a break in the adhesive connection at these edges. In addition, vibrations can degrade the adhesive bond. Such disadvantages or weak points are eliminated by the at least one metal element by absorbing possible lever forces or other mechanical forces, and this no longer happens, as is customary in the prior art, by means of a sufficiently wide prepreg frame. The method according to the invention thus enables a reduction in the distance between a plurality of the at least one component.

In einer fortgesetzt weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens ein Zwischenraum derart eng bemessen, dass er ohne Einbringung eines Isolatorrahmensteges rein mit Harz, beispielsweise Epoxidharz, ausgefüllt wird. Das Harz kann bspw. aus mit Harz getränkten unmittelbar oberhalb oder unterhalb des mindestens einen Bauelementes eingebrachten Isolatorschichten bei einem Fertigungsprozess eines Verpressens austreten und in den mindestens einen eng bemessenen Zwischenraum fließen. Auch explizit zugeführtes Epoxidharz oder ein anderes flüssiges Isolatormaterial, welches zu einer festen Phase aushärtet, kann verwendet werden, um den eng bemessenen Zwischenraum zu verfüllen. Ein solcher Zwischenraum bemisst sich bspw. aus einem noch notwendig zu erhaltenden minimalen Abstand als Toleranzausgleich bei mechanischen oder thermischen Verschiebungen. Im Gegensatz dazu muss im Stand der Technik dagegen zwischen dem mindestens einen Bauelement und dem mindestens einen Metallelement ein Isolatorrahmen liegen, mit Stegbreiten von zumindest einem Millimeter, typischerweise eher zwei bis drei Millimetern.In a further, further embodiment of the method according to the invention, at least one intermediate space is dimensioned so narrowly that it is filled in purely with resin, for example epoxy resin, without the introduction of an insulator frame web. The resin can, for example, emerge from insulator layers impregnated with resin immediately above or below the at least one component during a manufacturing process of pressing and flow into the at least one narrowly spaced space. Explicitly supplied epoxy resin or another liquid insulator material that hardens to a solid phase can also be used to fill the narrow space. Such a space is measured, for example, from a minimum distance that is still necessary to be maintained as tolerance compensation for mechanical or thermal displacements. In contrast, in the prior art, on the other hand, there must be an insulator frame between the at least one component and the at least one metal element, with web widths of at least one millimeter, typically rather two to three millimeters.

In einer noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schließt das mindestens eine zu mindestens einem Metallelement benachbarte Bauelement zu mindestens einer nicht mit dem mindestens einen Metallelement benachbarten Seite mit mindestens einem Rand der Platine ab. Damit ist das mindestens eine Bauelement an einem solchen Randabschluss auch nicht von einem Isolatorrahmen oder Teilen davon umgeben. Die mechanische Stabilität der Platine wird durch das mindestens eine zu dem mindestens einen Bauelement benachbarte Metallelement ausreichend gewährleistet. Zu anderen Seiten als dem Randabschluss und/oder dem unmittelbar benachbarten mindestens einen Metallelement ist es hingegen vorteilhaft, Teile eines Isolatorrahmens oder einen Steg, vorzugsweise aus FR4, anzuordnen.In yet another embodiment of the method according to the invention, the at least one component adjacent to at least one metal element terminates with at least one edge of the circuit board on at least one side not adjacent to the at least one metal element. This is at least one component on one such edge termination not surrounded by an insulator frame or parts thereof. The mechanical stability of the circuit board is sufficiently ensured by the at least one metal element adjacent to the at least one component. On the other hand, other than the edge termination and / or the immediately adjacent at least one metal element, it is advantageous to preferably make parts of an insulator frame or a web FR4 to arrange.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch das mindestens eine Metallelement eine Stromleitung zu dem mindestens einen Bauelement bewirkt. Das mindestens eine Metallelement übernimmt so die Funktion einer Leiterbahn, und steht auf der ersten Leiterplatte mit dem mindestens einen Bauelement in Kontakt. Insbesondere größere Stromstärken können so zu den Bauelementen geführt werden, was besonders vorteilhaft bei Leistungselektroniken ist. Es ist denkbar, dass das mindestens eine Metallelement an mindestens zwei Stellen mittelbar über andere stromführende Leiter oder aber auch unmittelbar mit Bauteilen der Platine verbunden ist. Die elektrische Verbindung kann beispielsweise durch eine Lötung mit einem Weichlot, beispielsweise einer Zinnlegierung, erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die elektrische Verbindung jedoch durch Galvanisierung. Beispielsweise kann die Galvanisierung erfolgen, indem beispielsweise ein Loch mechanisch oder mit einem LASER zwischen durch ein trennendes Isolationsmaterial zwischen dem mindestens einen Metallelement und einem daran elektrisch anzubindenden stromführenden Leiter gebohrt wird, dieses anschließend mit einer leitenden Oberfläche, beispielsweise aus Graphit oder einem leitenden Polymer, beschichtet und anschließend galvanisch mit einem Leiter, beispielsweise Kupfer galvanisiert wird.In a further embodiment of the method according to the invention, the at least one metal element effects a power line to the at least one component. The at least one metal element thus takes on the function of a conductor track and is in contact with the at least one component on the first circuit board. In particular, larger currents can be led to the components, which is particularly advantageous in power electronics. It is conceivable that the at least one metal element is connected at least two points indirectly via other current-carrying conductors or else directly to components of the circuit board. The electrical connection can be made, for example, by soldering with a soft solder, for example a tin alloy. However, the electrical connection is preferably made by galvanization. For example, the galvanization can be carried out by, for example, drilling a hole mechanically or with a LASER between through a separating insulation material between the at least one metal element and a current-carrying conductor to be electrically connected to it, this then with a conductive surface, for example made of graphite or a conductive polymer, coated and then electroplated with a conductor, for example copper.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch das mindestens eine Metallelement eine Wärmeableitung von dem mindestens einen Bauelement bewirkt. Ein thermischer Kontakt zwischen dem mindestens einen Metallelement und dem mindestens einen Bauelement findet großflächig über den elektrischen Kontakt statt. Des Weiteren kann auch über einen sich zwischen dem mindestens einen Metallelement und dem mindestens einen Bauelement befindlichen, gegebenenfalls mit Isolator-Material ausgefüllten Zwischenraum, der bspw. bei einem Abstand von weniger als 1 mm sehr klein ausfallen kann, ein Wärmeübertrag stattfinden. Es ist denkbar, dass auch weitere Bauteile der Platine, welche zu dem mindestens einen Metallelement benachbart sind, von diesem entwärmt werden. Das mindestens eine Metallelement leitet dann die Wärme zu einem Anschluss außerhalb der Platine, an dem sich ein Kühlkörper oder eine sonstige aktive, bspw. Kühlleitung, oder passive, bspw. Gehäuse, Wärmesenke befinden kann, weiter und/oder sorgt für eine großflächigere Verteilung der Wärme in der Platine.In a further embodiment of the method according to the invention, the at least one metal element causes heat dissipation from the at least one component. Thermal contact between the at least one metal element and the at least one component takes place over a large area via the electrical contact. Furthermore, heat transfer can also take place via an intermediate space located between the at least one metal element and the at least one component and possibly filled with insulator material, which can be very small, for example, at a distance of less than 1 mm. It is conceivable that other components of the board, which are adjacent to the at least one metal element, are also heated by the latter. The at least one metal element then conducts the heat to a connection outside the circuit board, at which a heat sink or another active, for example cooling line, or passive, for example housing, heat sink can be located and / or ensures a larger distribution of the Heat in the board.

Das flächig ausgedehnte mindestens eine Bauelement kann bspw. eine integrierte Schaltung in Form eines Chips oder ein Bare-Die-Chip ohne Gehäuse oder ein Lead-Frame, englisch für Anschlussrahmen, oder ein oberflächenmontierter Transistor, bspw. surface-mount-MOSFET, sein. Insbesondere kann es sich dabei um ein leistungselektronisches Bauteil, wie bspw. einen Leistungshalbleiterschalter handeln. Das mindestens eine Bauelement kann mit weiteren Bauelementen eine Transistor-Halbbrücke bilden. Die Transistor-Halbbrücke wird bspw. durch zwei in Serie angeordneten Transistore, z. B. n-Typ MOSFETs, gebildet. Zu der Halbbrücke kann eine erste Stromleitung, gekoppelt mit einem Pluspol, und eine zweite Stromleitung, gekoppelt mit einem Minuspol, führen, jeweils gebildet durch mindestens ein Metallelement. Ein weiteres Metallelement kann mit der Stromleitung innerhalb der Halbbrücke beaufschlagt sein, so dass erfindungsgemäß insgesamt drei Metallelemente angeordnet werden, die gleichzeitig die Platine stabilisieren, Strom führen, und Wärmeleitung betreiben. Gegebenenfalls kann die Transistor-Halbbrücke aber auch in dem mindestens einen Bauelement integriert sein und nur zwei Metallelemente Verwendung finden. Weiter ist es denkbar, mehrere des mindestens einen Bauelements, die jeweilig durch Leistungshalbleiterschalter gebildet werden, zu einem Multilevelkonverter bzw. einem modularen Multilevelkonverter anzuordnen und mehrere des mindestens einen Metallelements mit der Stromleitung zu beaufschlagen.The areally extended at least one component can be, for example, an integrated circuit in the form of a chip or a bare die chip without a housing or a lead frame, or a surface-mounted transistor, for example surface-mount MOSFET. In particular, it can be a power electronic component, such as a power semiconductor switch. The at least one component can form a transistor half-bridge with other components. The transistor half-bridge is, for example, by two transistors arranged in series, for. B. n-type MOSFETs formed. A first power line, coupled with a positive pole, and a second power line, coupled with a negative pole, can lead to the half bridge, each formed by at least one metal element. Another metal element can be acted upon by the power line within the half-bridge, so that according to the invention a total of three metal elements are arranged which simultaneously stabilize the circuit board, carry current, and operate heat conduction. If necessary, the transistor half-bridge can also be integrated in the at least one component and only two metal elements can be used. Furthermore, it is conceivable to arrange a plurality of the at least one component, which are each formed by power semiconductor switches, to form a multilevel converter or a modular multilevel converter and to apply several of the at least one metal element to the power line.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die erste Leiterplatte mindestens eine Schicht, welche gleiche oder kleinere horizontale Ausmaße aufweist wie die erste Leiterplatte, aufgebracht und dadurch das auf der ersten Leiterplatte angeordnete mindestens eine Bauelement und das mindestens eine Metallelement eingebettet. Vorteilhaft ist eine erste der mindestens einen Schicht aus Isolator-Material, bspw. FR4, beschaffen. Die aufgebrachte mindestens eine Schicht kann dann bspw. mit den einzubettenden Bauteilen und der ersten Leiterplatte verpresst werden. Abschließend kann bspw. eine zweite Leiterplatte aufgebracht werden, die vorteilhaft mit weiteren Bauteilen bestückt wird.In a further embodiment of the method according to the invention, at least one layer having the same or smaller horizontal dimensions as the first printed circuit board is applied to the first printed circuit board, and the at least one component and the at least one metal element arranged on the first printed circuit board are thereby embedded. A first of the at least one layer of insulator material, for example FR4, is advantageous. The applied at least one layer can then be pressed, for example, with the components to be embedded and the first printed circuit board. Finally, a second circuit board can be applied, for example, which is advantageously equipped with further components.

In einer noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zu einer weiteren Erhöhung der Biegesteifigkeit der Platine mindestens eine weitere Schicht als eine Metallschicht gewählt, wobei die mindestens eine Metallschicht von der ersten Leiterplatte durch mindestens eine Isolatorschicht getrennt wird.In a still further embodiment of the method according to the invention, at least one further layer is selected as a metal layer to further increase the bending stiffness of the board, the at least one metal layer being separated from the first printed circuit board by at least one insulator layer.

Eine oberste Schicht und/oder dazwischenliegende Schichten können durch sog. Vias oder andere Durchkontaktierungen elektrisch miteinander verbunden sein. An uppermost layer and / or layers in between can be electrically connected to one another by so-called vias or other plated-through holes.

In einer fortgeführt weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die vorbestimmte Bauhöhe des mindestens einen Metallelementes mindestens gleich oder höher als die des mindestens einen Bauelementes gewählt. Um einen beim Verpressen mehrerer Schichten entstehenden Druck nicht auf das möglicherweise druckempfindliche mindestens eine Bauelement wirken zu lassen, wird vorteilhaft die Bauhöhe des mindestens einen Metallelements geringfügig, d. h. kleiner als 1mm, höher als die des mindestens einen Bauelementes gewählt. Vorteilhaft sind dabei auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Bauelementes jeweilig in der entsprechenden Bauhöhe angefertigte Metallelemente angeordnet. Es ist aber auch denkbar, dass mindestens ein Metallelement als ein Metallwinkel, d. h. in Form eines Winkels gebildet wird und mindestens ein Bauelement von einem solchen Metallwinkel umgeben wird.In a further embodiment of the method according to the invention, the predetermined overall height of the at least one metal element is selected to be at least equal to or higher than that of the at least one component. In order not to allow a pressure generated during the pressing of several layers to act on the possibly pressure-sensitive at least one component, the overall height of the at least one metal element is advantageously slightly, i. H. selected less than 1mm, higher than that of the at least one component. In this case, metal elements manufactured in the corresponding overall height are advantageously arranged on two opposite sides of the component. But it is also conceivable that at least one metal element as a metal angle, i. H. is formed in the form of an angle and at least one component is surrounded by such a metal angle.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das mindestens eine Bauelement und das mindestens eine Metallelement von einem Rahmen aus Isolator-Material umgeben. Der Rahmen kann bspw. aus dem Inversen der einzubettenden Bauteile gestaltet werden, d. h. quasi als Negativform zu der Anordnung des mindestens einen Bauelements und des mindestens einen Metallelements ausgebildet sein.In a further embodiment of the method according to the invention, the at least one component and the at least one metal element are surrounded by a frame made of insulator material. The frame can be designed, for example, from the inverse of the components to be embedded, i. H. quasi as a negative form to the arrangement of the at least one component and the at least one metal element.

Ferner wird eine Platine beansprucht, bei der auf einer ersten Leiterplatte mindestens ein Bauelement angeordnet ist, welches zu einer horizontalen Ebene der Leiterplatte flächig ausgedehnt ist und dessen zwei horizontale Ausdehnungen seine Höhe um ein Vielfaches übersteigt, bei der in Richtung einer ersten horizontalen Ausdehnung des mindestens einen Bauelementes eine erste Achse gebildet ist, bei der senkrecht dazu in der horizontalen Ebene der ersten Leiterplatte eine zweite Achse gebildet ist, bei der parallel zu der zweiten Achse mindestens ein Metallelement angeordnet ist, welches flächig ausgedehnt ist, dessen erste horizontale Ausdehnung entlang der zweiten Achse die zweite horizontale Ausdehnung des mindestens einen Bauelementes um einen Faktor größer eins übersteigt und sich beide Begrenzungen der zweiten horizontalen Ausdehnung des Bauelementes innerhalb der ersten horizontalen Ausdehnung des Metallelementes befinden, und bei der das mindestens eine Metallelement entlang der ersten Achse mit einem vorbestimmten Abstand, der einen Bruchteil der horizontalen Ausdehnung des Bauelementes beträgt, zu dem unmittelbar benachbarten mindestens einen Bauelement angeordnet ist, wobei durch ein vorbestimmtes Material und eine vorbestimmte Bauhöhe des mindestens einen Metallelementes eine Biegesteifigkeit der Platine erhöht ist.Furthermore, a circuit board is claimed in which at least one component is arranged on a first printed circuit board, which is extended to a horizontal plane of the printed circuit board and whose two horizontal dimensions exceed its height many times over, in the direction of a first horizontal expansion of the at least a component, a first axis is formed, in which a second axis is formed perpendicular to it in the horizontal plane of the first printed circuit board, in which at least one metal element is arranged parallel to the second axis, which is extended in area, the first horizontal extent of which along the second Axis exceeds the second horizontal dimension of the at least one component by a factor greater than one and both limits of the second horizontal dimension of the component are within the first horizontal dimension of the metal element, and in which the at least one metal element is removed along the first axis at a predetermined distance, which is a fraction of the horizontal extent of the component, to the immediately adjacent at least one component is arranged, wherein a bending stiffness of the board is increased by a predetermined material and a predetermined height of the at least one metal element.

In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Platine ist das mindestens eine Metallelement aus mindestens einem der folgenden Materialien oder aus einer Kombination von mindestens zwei der folgenden Materialien gebildet: Kupfer, plattiertes Aluminium, Messing.In an embodiment of the circuit board according to the invention, the at least one metal element is formed from at least one of the following materials or from a combination of at least two of the following materials: copper, plated aluminum, brass.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Platine ist die erste Leiterplatte mit einer weiteren Schicht, welche die gleichen horizontalen Ausmaße aufweist wie die erste Leiterplatte, überdeckt und dadurch das auf der ersten Leiterplatte angeordnete mindestens eine Bauelement und das mindestens eine Metallelement eingebettet.In a further embodiment of the circuit board according to the invention, the first printed circuit board is covered with a further layer, which has the same horizontal dimensions as the first printed circuit board, and thereby the at least one component and the at least one metal element arranged on the first printed circuit board are embedded.

In noch weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Platine ist die mindestens eine weitere Schicht als eine Isolatorschicht oder eine Metallschicht oder eine Leiterplatte, wahlweise mit elektronischen Bauelementen bestückt, gebildet.In yet another embodiment of the circuit board according to the invention, the at least one further layer is formed as an insulator layer or a metal layer or a printed circuit board, optionally equipped with electronic components.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.

Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Komponenten sind dieselben Bezugszeichen zugeordnet.

  • 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Aufbau einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Platine, die gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde.
  • 2 zeigt in schematischer Darstellung einen weiteren Aufbau einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Platine, die gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde.
  • 3 zeigt in schematischer Darstellung einen seitlichen Schnitt durch einen Aufbau einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Platine, die gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde.
  • 4 zeigt in schematischer Darstellung eine einzubettende Halbbrücke samt Metallelementen, die gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens angeordnet sind.
  • 5 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere einzubettende Halbbrücke samt Metallelementen, die gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens innerhalb eines Rahmens auf einer Leiterplatte angeordnet werden.
  • 6 zeigt in schematischer Darstellung einen Aufbau einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Platine mit einem Rahmen und einer Isolatorschicht, hergestellt gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
The figures are described coherently and comprehensively, the same components are assigned the same reference numerals.
  • 1 shows a schematic representation of a structure of an embodiment of a circuit board according to the invention, which was produced according to an embodiment of the method according to the invention.
  • 2 shows a schematic representation of a further structure of an embodiment of a circuit board according to the invention, which was produced according to an embodiment of the method according to the invention.
  • 3 shows a schematic representation of a side section through a structure of an embodiment of a circuit board according to the invention, which was produced according to an embodiment of the method according to the invention.
  • 4 shows a schematic representation of a half-bridge to be embedded together with metal elements which are arranged according to an embodiment of the method according to the invention.
  • 5 shows a schematic representation of a further half-bridge to be embedded together with metal elements which are arranged according to an embodiment of the method according to the invention within a frame on a printed circuit board.
  • 6 shows a schematic representation of a structure of another embodiment of a circuit board according to the invention with a frame and an insulator layer, produced according to an embodiment of the method according to the invention.

In 1 wird in schematischer Darstellung ein Aufbau einer Platine 100, die gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde, gezeigt. Auf einer Leiterplatte 102 sind mehrere Bauelemente 104 angeordnet, deren horizontale Ausdehnungen eine erste Achse 108 und eine dazu senkrecht stehende zweite Achse 106 definieren. In Richtung der ersten Achse 108 findet man, getrennt durch einen im Verhältnis zu der horizontalen Ausdehnung des jeweiligen Bauelementes 104 kleinen Abstand ein flächig ausgedehntes Metallelement 110, 112, 114. Die Bauelemente 104 stellen jeweilig bspw. einen Leistungshalbleiterschalter dar. Das jeweilige Metallelement 110, 112, 114 hat eine in Richtung der ersten Achse 106 ausreichende Ausdehnung, um entlang einer kompletten horizontalen Ausdehnung mindestens eines Bauelementes 104 zu verlaufen und so an die Platine angreifende Hebelkräfte aufzunehmen. Bei der gezeigten Platine 100 erstrecken sich die Metallelemente 110 und 112 jeweilig entlang von drei aneinandergereihten Bauelementen 104 und ragen über die Leiterplatte 102 zum Anschluss an eine Stromversorgung. Das Metallelement 114 erstreckt sich innerhalb der Leiterplatte 102 entlang aller sechs Bauelemente 104. Alle Metallelemente 110, 112, 114 stehen über Kontakte auf der Leiterplatte 102 mit den jeweilig unmittelbar benachbarten Bauelementen 104 in elektrischer Verbindung. Der gezeigte Aufbau stellt einen Stand eines Ablaufs einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, bevor auf die Leiterplatte 102 ein Rahmen, etwa aus FR4 oder Prepreg, und mögliche weitere Isolatorschichten und/oder Metallschichten aufgesetzt und alles zusammen verpresst wird.In 1 is a schematic representation of a structure of a circuit board 100 , which was produced according to an embodiment of the method according to the invention. On a circuit board 102 are several components 104 arranged, the horizontal dimensions of a first axis 108 and a second axis perpendicular to it 106 define. In the direction of the first axis 108 one finds, separated by one in relation to the horizontal extent of the respective component 104 small spacing an extensive metal element 110 . 112 . 114 , The components 104 each represent, for example, a power semiconductor switch. The respective metal element 110 . 112 . 114 has one in the direction of the first axis 106 sufficient expansion to run along a complete horizontal extent of at least one component 104 to run and so absorb leverage acting on the board. In the circuit board shown 100 extend the metal elements 110 and 112 in each case along three lined up components 104 and protrude over the circuit board 102 for connection to a power supply. The metal element 114 extends within the circuit board 102 along all six components 104 , All metal elements 110 . 112 . 114 stand over contacts on the circuit board 102 with the respectively immediately adjacent components 104 in electrical connection. The structure shown represents a state of a sequence of an embodiment of the method according to the invention, before on the circuit board 102 a frame, about out FR4 or prepreg, and possible further insulator layers and / or metal layers and everything is pressed together.

2 zeigt in schematischer Darstellung einen weiteren Aufbau einer Platine 200, die gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde. Auf die Leiterplatte 202 wurde als Beispiel für eine Modulbrücke eine Grundschaltung eines modularen Multilevelkonverters, hier gebildet aus 12 Leistungshalbleiterschaltern 204, aufgebracht. Alle Leistungshalbleiterschalter 204 sind mit einem jeweiligen Ende über die Leiterplatte 202 mit dem unmittelbar benachbarten Metallelement 206 verbunden, während die vier weiteren Metallelemente 208, 210, 212, 214 entlang von jeweils drei Leistungshalbleiterschaltern 204 angeordnet sind und über die Leiterplatte 202 zum Anschluss an eine Stromversorgung hinausragen. Wiederum sorgen die im Vergleich zu den flächig quadratisch ausgebildeten Leistungshalbleiterschaltern 204 eher länglich gestalteten Metallelemente 206, 208, 210, 212 und 214 für eine Biegesteifigkeit der Platine 200. Auch hier kann ein weiterer Aufbau mit einem FR4-Rahmen und mehreren Isolatorschichten im Wechsel mit Metallschichten erfolgen. 2 shows a schematic representation of a further structure of a circuit board 200 , which was produced according to an embodiment of the method according to the invention. On the circuit board 202 a basic circuit of a modular multilevel converter, formed here as an example for a module bridge 12 Power semiconductor switches 204 , applied. All power semiconductor switches 204 are at each end over the circuit board 202 with the immediately adjacent metal element 206 connected while the four other metal elements 208 . 210 . 212 . 214 along three power semiconductor switches each 204 are arranged and over the circuit board 202 protrude for connection to a power supply. Again, the power semiconductor switches have a square design 204 rather elongated metal elements 206 . 208 . 210 . 212 and 214 for bending rigidity of the board 200 , Here, too, a further construction with an FR4 frame and several insulator layers alternating with metal layers can take place.

3 zeigt in schematischer Darstellung einen seitlichen Schnitt durch einen Aufbau einer Platine 300, die gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde. Ein eingebettetes Bauelement 304 ist unmittelbar benachbart zu zwei Metallelementen 306 angeordnet. Ein Rahmen 312 umfasst alle Bauteile 304 und 306 zum Rand der Platine 300 hin. Nach oben und unten befinden sich mehrere Isolatorschichten 302, abwechselnd mit mehreren Metallschichten 310, wobei letztere ebenfalls zur Erhöhung der Biegesteifigkeit der Platine 300 beitragen. Die beiden Metallelemente 306 sind geringfügig in ihrer Bauhöhe gegenüber dem Bauelement 304, bspw. um bis zu 1mm, erhöht, um einen Pressdruck auf das Bauelement 304 beim Verpressen aller Schichten abzufangen. Schließlich befindet sich in einem Zwischenraum zwischen den Metallelementen 306, einer sich nach oben befindlichen Isolatorschicht 302 und dem Bauelement 304 ein Epoxidharz 308. Dieses kann bspw. beim Verpressen aus der Isolatorschicht 302 ausgetreten und in den Zwischenraum geflossen sein. Auch ein absichtliches Verfüllen mit Epoxidharz ist denkbar. Weiter ist es denkbar, ein mit mindestens einer Seite zu mindestens einem Metallelement 306 benachbartes Bauelement 304 entweder auf der anderen Seite oder senkrecht hierzu mit einem Rand der Platine abschließen zu lassen, ohne dass das Bauelement 304 zu diesem Randabschluss hin mit einem Isolatorrahmen 312 oder einem Teil davon umgeben ist. Die mechanische Stabilität der Platine an dieser Stelle wird durch das mindestens eine zu dem mindestens einen Bauelement 304 benachbarte Metallelement 306 ausreichend gewährleistet. Zu anderen Seiten als dem Randabschluss und/oder dem unmittelbar benachbarten mindestens einen Metallelement 306 ist es hingegen vorteilhaft, Teile eines Isolatorrahmens 312 oder einen Steg, vorzugsweise aus FR4, anzuordnen. 3 shows a schematic representation of a side section through a structure of a circuit board 300 , which was produced according to an embodiment of the method according to the invention. An embedded component 304 is immediately adjacent to two metal elements 306 arranged. A frame 312 includes all components 304 and 306 to the edge of the board 300 there. There are several layers of insulator at the top and bottom 302 , alternating with several layers of metal 310 , the latter also to increase the bending stiffness of the board 300 contribute. The two metal elements 306 are slightly in height compared to the component 304 , for example by up to 1 mm, increased by a pressing pressure on the component 304 intercept when pressing all layers. Finally, there is a space between the metal elements 306 , an insulator layer on top 302 and the component 304 an epoxy resin 308 , This can, for example, when pressing out of the insulator layer 302 emerged and flowed into the space. Deliberate filling with epoxy resin is also conceivable. It is also conceivable to connect one with at least one side to at least one metal element 306 adjacent component 304 either on the other side or perpendicular to it with an edge of the board without the component 304 to this edge termination with an insulator frame 312 or part of it is surrounded. The mechanical stability of the circuit board at this point is at least one to the at least one component 304 adjacent metal element 306 adequately guaranteed. To sides other than the edge termination and / or the immediately adjacent at least one metal element 306 however, it is advantageous to use parts of an insulator frame 312 or a web, preferably made of FR4 to arrange.

4 zeigt in schematischer Darstellung 400 eine einzubettende Halbbrücke samt Metallelementen 406, 408, 410, die gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens angeordnet sind. Die Bauelemente 404 können bspw. Bare-Dies oder Lead-Frames darstellen, auf denen Transistoren montiert sind. Über das Metallelement 402 wird dann eine jeweilige Halbbrücke zwischen den anderen Metallelementen 406, 408 und 410 gebildet. Die Metallelemente 402, 406, 408, 410 wurden in einem ersten Herstellungsschritt mit den Bauelementen 404 kontaktiert und können in einem weiteren Herstellungsschritt auf einer Leiterplatte angeordnet werden. 4 shows in a schematic representation 400 a half-bridge to be embedded together with metal elements 406 . 408 . 410 which are arranged according to an embodiment of the method according to the invention. The components 404 can represent, for example, bare dies or lead frames on which transistors are mounted. About the metal element 402 then becomes a respective half bridge between the other metal elements 406 . 408 and 410 educated. The Metal elements 402 . 406 . 408 . 410 were in a first manufacturing step with the components 404 contacted and can be arranged in a further manufacturing step on a circuit board.

5 zeigt in schematischer Darstellung 500 eine weitere einzubettende Halbbrücke samt Metallelementen 506, 508, 510, die gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens innerhalb eines Rahmens 512 auf einer Leiterplatte 502 angeordnet werden. Die Bauelemente 504 können bspw. Bare-Dies oder Lead-Frames darstellen, auf denen Transistoren montiert sind. Über das Metallelement 510 wird dann eine jeweilige Halbbrücke zwischen den anderen Metallelementen 506 und 508 gebildet. Die Metallelemente 506, 508, 510 wurden in einem ersten Herstellungsschritt mit den Bauelementen 504 kontaktiert und werden im nächsten Herstellungsschritt auf einer Leiterplatte 502 zwischen einem Rahmen 512 angeordnet. Der Rahmen 512 ist dabei das Inverse bzw. die Negativ-Form der einzubettenden Halbbrücke samt aller Metallelemente 506, 508, 510. 5 shows in a schematic representation 500 another half-bridge to be embedded together with metal elements 506 . 508 . 510 which according to an embodiment of the method according to the invention within a frame 512 on a circuit board 502 to be ordered. The components 504 can represent, for example, bare dies or lead frames on which transistors are mounted. About the metal element 510 then becomes a respective half bridge between the other metal elements 506 and 508 educated. The metal elements 506 . 508 . 510 were in a first manufacturing step with the components 504 contacted and are in the next manufacturing step on a circuit board 502 between a frame 512 arranged. The frame 512 is the inverse or negative form of the half-bridge to be embedded together with all metal elements 506 . 508 . 510 ,

6 zeigt in schematischer Darstellung einen Aufbau 600 einer Platine mit einem Rahmen und einer Isolatorschicht 612, hergestellt gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auf einer Leiterplatte 608, bspw. aus FR4 gebildet, sind Gruppen einzubettender Bauelemente 604, bspw. Transistoren, angeordnet. Weiterhin ist als stabilisierendes Metallelement 606 ein Metallwinkel aufgebracht. Eine Verbindung zwischen den Bauelementen 604 untereinander und dem Metallelement 606 kann über metallisierte Kontaktauflagen 602 erfolgen. Die Bauelemente 604 und das Metallelement 606 haben senkrecht zur horizontalen Ausdehnung der Leiterplatte 608 eine jeweilige Bauhöhe. Ein in einer der jeweilig größten Bauhöhe der Bau- bzw. Metallelemente entsprechenden Dicke gebildeter FR4-Rahmen 610 wird in einem Herstellungsschritt auf die Leiterplatte 608 mit den Bauelementen 604 und dem Metallelement 606 aufgesetzt. Eine Isolatorschicht 612, bspw. aus FR4-Prepreg-Material bildet eine oberste Auflage. Im letzten Herstellungsschritt werden die übereinandergelegten Schichten 608, 610 und 612 miteinander verpresst. Es ist denkbar, dass während der Herstellungsschritte weitere aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren, wie eine Erzeugung von Vias bzw. Durchkontaktierungen, ausgeführt werden. 6 shows a schematic representation of a structure 600 a circuit board with a frame and an insulator layer 612 , produced according to an embodiment of the method according to the invention. On a circuit board 608 , for example FR4 formed, are groups of components to be embedded 604 , for example transistors. It is also used as a stabilizing metal element 606 applied a metal bracket. A connection between the components 604 with each other and the metal element 606 can over metallized contact pads 602 respectively. The components 604 and the metal element 606 have perpendicular to the horizontal expansion of the circuit board 608 a respective height. A FR4 frame formed in a thickness corresponding to the greatest overall height of the building or metal elements 610 is on the circuit board in one manufacturing step 608 with the components 604 and the metal element 606 put on. An insulator layer 612 , for example made of FR4 prepreg material, forms a top layer. In the last manufacturing step, the layers are superimposed 608 . 610 and 612 pressed together. It is conceivable that further methods known from the prior art, such as the generation of vias or plated-through holes, are carried out during the production steps.

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Claims (15)

Verfahren zur Herstellung einer Platine (300, 600), bei dem auf einer ersten Leiterplatte (102, 202, 502, 608) mindestens ein Bauelement (104, 204, 304, 404, 504, 604) angeordnet wird, welches zu einer horizontalen Ebene der ersten Leiterplatte (102, 202, 502, 608) flächig ausgedehnt ist und dessen zwei horizontale Ausdehnungen seine Höhe um ein Vielfaches übersteigen, bei dem in Richtung einer ersten horizontalen Ausdehnung des mindestens einen Bauelementes (104, 204, 304, 404, 504, 604) eine erste Achse (108) gebildet wird, bei dem senkrecht dazu in der horizontalen Ebene der ersten Leiterplatte (102, 202, 502, 608) eine zweite Achse (106) gebildet wird, bei dem parallel zu der zweiten Achse (106) mindestens ein Metallelement (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) angeordnet wird, welches flächig ausgedehnt ist, dessen erste horizontale Ausdehnung entlang der zweiten Achse (106) die zweite horizontale Ausdehnung des mindestens einen Bauelementes (104, 204, 304, 404, 504, 604) um einen Faktor größer eins übersteigt und sich beide Begrenzungen der zweiten horizontalen Ausdehnung des Bauelementes (104, 204, 304, 404, 504, 604) innerhalb der ersten horizontalen Ausdehnung des Metallelementes (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) befinden, und bei dem das mindestens eine Metallelement (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) entlang der ersten Achse (108) mit einem vorbestimmten Abstand, der als ein Bruchteil der zweiten horizontalen Ausdehnung des Bauelementes (104, 204, 304, 404, 504, 604) gewählt wird, unmittelbar benachbart zu dem mindestens einen Bauelement (104, 204, 304, 404, 504, 604) angeordnet wird, wobei durch ein vorbestimmtes Material und eine vorbestimmte Bauhöhe des mindestens einen Metallelementes (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) eine Biegesteifigkeit der Platine (300, 600) erhöht wird.Method for producing a circuit board (300, 600), in which at least one component (104, 204, 304, 404, 504, 604) is arranged on a first printed circuit board (102, 202, 502, 608), which is directed to a horizontal plane of the first printed circuit board (102, 202, 502, 608) and the two horizontal dimensions of which exceed its height many times over, in the direction of a first horizontal dimension of the at least one component (104, 204, 304, 404, 504, 604) a first axis (108) is formed, in which a second axis (106) is formed perpendicular to it in the horizontal plane of the first printed circuit board (102, 202, 502, 608), in which parallel to the second axis (106) at least one metal element (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) is arranged, which is extended in area, the first horizontal extension along the second axis (106) the second horizontal extent of the at least one component it (104, 204, 304, 404, 504, 604) exceeds by a factor greater than one and both limits of the second horizontal dimension of the component (104, 204, 304, 404, 504, 604) within the first horizontal dimension of the metal element (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) and where the at least one metal element (110, 112, 114, 208, 210 , 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) along the first axis (108) at a predetermined distance, which is a fraction of the second horizontal extent of the component (104, 204, 304, 404, 504, 604) is selected, is arranged immediately adjacent to the at least one component (104, 204, 304, 404, 504, 604), with a predetermined material and a predetermined overall height of the at least one metal element (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) a bending stiffness of the board (300, 600) is increased. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mindestens ein weiteres Bauelement (104, 204, 304, 404, 504, 604) in Richtung der zweiten (106) Achse benachbart zu dem bereits angeordneten mindestens einen Bauelement (104, 204, 304, 404, 504, 604) angeordnet wird.Procedure according to Claim 1 , in which at least one further component (104, 204, 304, 404, 504, 604) is arranged in the direction of the second (106) axis adjacent to the at least one component (104, 204, 304, 404, 504, 604) already arranged becomes. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem Zwischenräume zwischen auf der ersten Leiterplatte (102, 202, 502, 608) angeordneten Bauteilen, welche mindestens durch das mindestens eine Bauelement (104, 204, 304, 404, 504, 604) und das mindestens eine Metallelement (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) gebildet werden, mit einem Isolator-Material (308, 512, 610) ausgefüllt werden.Method according to one of the preceding claims, in which gaps between components arranged on the first printed circuit board (102, 202, 502, 608), which are defined by at least one component (104, 204, 304, 404, 504, 604) and the at least one a metal element (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) are formed, filled with an insulator material (308, 512, 610) . Verfahren nach Anspruch 3, bei dem mindestens ein Zwischenraum derart eng bemessen ist, dass er ohne Einbringung eines Isolatorrahmensteges rein mit Epoxidharz ausgefüllt wird.Procedure according to Claim 3 , in which at least one intermediate space is dimensioned so narrow that it is filled in purely with epoxy resin without the introduction of an insulator frame web. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem das mindestens eine von mindestens einem Metallelement benachbarte Bauelement zu mindestens einer nicht mit dem mindestens einen Metallelement benachbarten Seite mit mindestens einem Rand der Platine abschließt.Method according to one of the preceding claims, in which the at least one component adjacent to at least one metal element terminates with at least one edge of the circuit board on at least one side not adjacent to the at least one metal element. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem durch das mindestens eine Metallelement (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) eine Stromleitung zu dem mindestens einen Bauelement (104, 204, 304, 404, 504, 604) bewirkt wird.Method according to one of the preceding claims, in which through the at least one metal element (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) a power line to the at least a component (104, 204, 304, 404, 504, 604) is effected. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem durch das mindestens eine Metallelement (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) eine Wärmeableitung von dem mindestens einen Bauelement (104, 204, 304, 404, 504, 604) bewirkt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the at least one metal element (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) dissipates heat from the at least one a component (104, 204, 304, 404, 504, 604) is effected. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem auf die erste Leiterplatte (502, 608) mindestens eine Schicht (302, 310, 612), welche gleiche oder kleinere horizontale Ausmaße aufweist als die erste Leiterplatte (502, 608), aufgebracht wird und dadurch das auf der ersten Leiterplatte (502, 608) angeordnete mindestens eine Bauelement (504, 604) und das mindestens eine Metallelement (506, 508, 510, 606) eingebettet werden.Method according to one of the preceding claims, in which at least one layer (302, 310, 612) which has the same or smaller horizontal dimensions than the first printed circuit board (502, 608) is applied to the first printed circuit board (502, 608) and thereby the at least one component (504, 604) arranged on the first printed circuit board (502, 608) and the at least one metal element (506, 508, 510, 606) are embedded. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem zu einer weiteren Erhöhung der Biegesteifigkeit der Platine (300, 600) mindestens eine Schicht als eine Metallschicht (310) gewählt wird, wobei die mindestens eine Metallschicht (310) von der ersten Leiterplatte (102, 202, 502, 608) durch mindestens eine Isolatorschicht (302) getrennt wird.Procedure according to Claim 8 , in which at least one layer is selected as a metal layer (310) in order to further increase the flexural rigidity of the circuit board (300, 600), the at least one metal layer (310) passing through from the first printed circuit board (102, 202, 502, 608) at least one insulator layer (302) is separated. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Bauhöhe des mindestens einen Metallelementes (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) mindestens gleich oder höher als die des mindestens einen Bauelementes (104, 204, 304, 404, 504, 604) gewählt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the overall height of the at least one metal element (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) is at least equal to or higher selected as that of the at least one component (104, 204, 304, 404, 504, 604). Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem das mindestens eine Bauelement (304, 504, 604) und das mindestens eine Metallelement (306, 506, 508, 510, 606) von einem Rahmen aus Isolator-Material (312, 512, 610) umgeben wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the at least one component (304, 504, 604) and the at least one metal element (306, 506, 508, 510, 606) from a frame made of insulator material (312, 512, 610) is surrounded. Platine (300, 600), bei der auf einer ersten Leiterplatte (102, 202, 502, 608) mindestens ein Bauelement (104, 204, 304, 404, 504, 604) angeordnet ist, welches zu einer horizontalen Ebene der ersten Leiterplatte (102, 202, 502, 608) flächig ausgedehnt ist und dessen zwei horizontale Ausdehnungen seine Höhe um ein Vielfaches übersteigt, bei der in Richtung einer ersten horizontalen Ausdehnung des mindestens einen Bauelementes (104, 204, 304, 404, 504, 604) eine erste Achse (108) gebildet ist, bei der senkrecht dazu in der horizontalen Ebene der ersten Leiterplatte (102, 202, 502, 608) eine zweite Achse (106) gebildet ist, bei der parallel zu der zweiten Achse (106) mindestens ein Metallelement (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) angeordnet ist, welches flächig ausgedehnt ist, dessen erste horizontale Ausdehnung entlang der zweiten Achse (106) die zweite horizontale Ausdehnung des mindestens einen Bauelementes (104, 204, 304, 404, 504, 604) um einen Faktor größer eins übersteigt und sich beide Begrenzungen der zweiten horizontalen Ausdehnung des Bauelementes (104, 204, 304, 404, 504, 604) innerhalb der ersten horizontalen Ausdehnung des Metallelementes (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) befinden, und bei der das mindestens eine Metallelement (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) entlang der ersten Achse (108) mit einem vorbestimmten Abstand, der einen Bruchteil der zweiten horizontalen Ausdehnung des Bauelementes (104, 204, 304, 404, 504, 604) beträgt, zu dem unmittelbar benachbarten mindestens einen Bauelement (104, 204, 304, 404, 504, 604) angeordnet ist, wobei durch ein vorbestimmtes Material und eine vorbestimmte Bauhöhe des mindestens einen Metallelementes (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) eine Biegesteifigkeit der Platine (300, 600) erhöht ist.Circuit board (300, 600), in which on a first circuit board (102, 202, 502, 608) at least one Component (104, 204, 304, 404, 504, 604) is arranged, which is extended to a horizontal plane of the first printed circuit board (102, 202, 502, 608) and whose two horizontal dimensions exceed its height many times over a first axis (108) is formed in the direction of a first horizontal extension of the at least one component (104, 204, 304, 404, 504, 604), in which, perpendicularly thereto, in the horizontal plane of the first printed circuit board (102, 202, 502 , 608) a second axis (106) is formed, in which at least one metal element (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, parallel to the second axis (106), 508, 510, 606) is arranged, which is extended in area, the first horizontal extent along the second axis (106) the second horizontal extent of the at least one component (104, 204, 304, 404, 504, 604) by a factor larger one exceeds and both boundaries of the second horizontal Au expansion of the component (104, 204, 304, 404, 504, 604) within the first horizontal expansion of the metal element (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606), and in which the at least one metal element (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) along the first axis (108 ) at a predetermined distance, which is a fraction of the second horizontal extent of the component (104, 204, 304, 404, 504, 604), from the immediately adjacent at least one component (104, 204, 304, 404, 504, 604) is arranged, with a predetermined material and a predetermined height of the at least one metal element (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) a bending stiffness Circuit board (300, 600) is raised. Platine (300, 600) nach Anspruch 12, bei dem das mindestens eine Metallelement (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) aus mindestens einem der folgenden Materialien gebildet ist: Kupfer, plattiertes Aluminium, Messing.Board (300, 600) after Claim 12 , wherein the at least one metal element (110, 112, 114, 208, 210, 212, 214, 306, 406, 408, 410, 506, 508, 510, 606) is formed from at least one of the following materials: copper, plated Aluminum, brass. Platine (300, 600) nach Anspruch 12 oder 13, bei der die erste Leiterplatte (502, 608) mit einer weiteren Schicht (302, 310, 612), welche die gleichen horizontalen Ausmaße aufweist wie die erste Leiterplatte (502, 608), überdeckt ist und dadurch das auf der ersten Leiterplatte (502, 608) angeordnete mindestens eine Bauelement (504, 604) und das mindestens eine Metallelement (506, 508, 510, 606) eingebettet sind.Board (300, 600) after Claim 12 or 13 , in which the first printed circuit board (502, 608) is covered with a further layer (302, 310, 612), which has the same horizontal dimensions as the first printed circuit board (502, 608), and thereby on the first printed circuit board (502 , 608) arranged at least one component (504, 604) and the at least one metal element (506, 508, 510, 606) are embedded. Platine nach Anspruch 14, bei der die mindestens eine weitere Schicht als eine Isolatorschicht (302, 612) oder eine Metallschicht (310) oder eine zweite Leiterplatte, wahlweise mit elektronischen Bauelementen bestückt, gebildet ist.Board after Claim 14 , in which the at least one further layer is formed as an insulator layer (302, 612) or a metal layer (310) or a second printed circuit board, optionally equipped with electronic components.
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