DE102019107080B4

DE102019107080B4 - Arrangement with a printed circuit board and a power semiconductor component to be cooled

Info

Publication number: DE102019107080B4
Application number: DE102019107080.5A
Authority: DE
Inventors: Jörg Ammon; Harald Kobolla
Original assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2021-08-12
Anticipated expiration: 2039-03-21
Also published as: DE102019107080A1

Abstract

Anordnung (1) mit einer Leiterplatte (2), mit einem auf einer ersten Hauptseite (202) dieser Leiterplatte (2) angeordneten und zu entwärmenden gehausten Leistungshalbleiterbauelement (3) mit einer, der ersten Hauptseite (202) der Leiterplatte (2) zugewandten, Bauelementunterseite (302) und mit einem Kühlbauteil (4) mit einem Kühlbauteilhauptkörper (40) und einem von diesem wegstehenden Kühlbauteildom (42), wobei eine Kontaktfläche (32,34,36) des Leistungshalbleiterbauelements (3) auf einer Teilfläche einer zugeordneten Leiterbahn (22,24,26) der Leiterplatte (2) angeordnet und mit dieser elektrisch leitend verbunden ist, wobei die Leiterplatte (2) eine von der ersten zu einer zweiten hierzu parallelen Hauptseite (202,204) hindurchreichende Ausnehmung (28) aufweist, wobei in dieser Ausnehmung (28) der Kühlbauteildom (42) derart angeordnet ist, dass er seitlich an einer der Längsseiten über das Leistungshalbleiterbauelement (3) hinausragt, und der Kühlbauteilhauptkörper (40) mit einer der Leiterplatte zugewandte Kühlbauteilhauptkörperoberfläche (400) auf der zweiten Hauptseite (204) der Leiterplatte (2) aufliegt oder von der zweiten Hauptseite (204) der Leiterplatte (2) beabstandet angeordnet ist und wobei eine Domkontaktfläche (420) in thermisch leitendem Kontakt mit einem Abschnitt der Bauelementunterseite (302) steht und wobei zwischen der Domkontaktfläche (420) und dem Abschnitt der Bauelementunterseite des Leistungshalbleiterbauelements (3) eine elektrisch isolierende und thermisch leitende Schicht, eine Folie (50), angeordnet ist und wobei diese elektrisch isolierende Folie (50) zwischen den Kontaktflächen der Bauelementunterseite (302) und der Domkontaktfläche (420) angeordnet ist und auch an der Domumfangsfläche (422) anliegt.Arrangement (1) with a circuit board (2), with a housed power semiconductor component (3) which is arranged on a first main side (202) of this circuit board (2) and is to be cooled, with a power semiconductor component (3) facing the first main side (202) of the circuit board (2), Component underside (302) and with a cooling component (4) with a cooling component main body (40) and a cooling component dome (42) protruding therefrom, a contact surface (32,34,36) of the power semiconductor component (3) on a partial surface of an associated conductor track (22 , 24, 26) of the printed circuit board (2) and is connected to it in an electrically conductive manner, the printed circuit board (2) having a recess (28) extending through from the first to a second main side (202, 204) parallel thereto, wherein in this recess ( 28) the cooling component dome (42) is arranged such that it protrudes laterally on one of the longitudinal sides over the power semiconductor component (3), and the cooling component main body (40) with one of the Circuit board facing cooling component main body surface (400) rests on the second main side (204) of the circuit board (2) or is arranged at a distance from the second main side (204) of the circuit board (2) and wherein a dome contact surface (420) is in thermally conductive contact with a portion of the Component underside (302) stands and wherein between the dome contact surface (420) and the section of the component underside of the power semiconductor component (3) an electrically insulating and thermally conductive layer, a film (50), is arranged and this electrically insulating film (50) between the Contact surfaces of the component underside (302) and the dome contact surface (420) is arranged and also rests against the dome circumferential surface (422).

Description

Die Erfindung beschreibt eine Anordnung mit einer Leiterplatte, mit einem hierauf angeordneten zu entwärmenden gehausten Leistungshalbleiterbauelement und mit einem Kühlbauteil.The invention describes an arrangement with a printed circuit board, with a housed power semiconductor component to be cooled and with a cooling component arranged thereon.

Allgemein bekannt und fachüblich ist es zu entwärmende gehauste Bauelemente, wie Leistungshalbleiterbauelemente, auf einer Leiterbahn einer Leiterplatte anzuordnen. Auf einer der Leiterplatte abgewandten Bauelementeoberseite dieser Bauelemente wird hierzu ein Kühlbauteil angeordnet, das mit dieser Bauelementoberseite in direktem thermischen Kontakt steht.It is generally known and customary in the art to arrange housed components to be cooled, such as power semiconductor components, on a conductor track of a circuit board. For this purpose, a cooling component is arranged on a component top side of these components facing away from the printed circuit board and is in direct thermal contact with this component top side.

Die DE 10 2009 051 632 A1 offenbart eine Leiterplatte mit einem elektrischen Bauelement und einem Kühlkörper zum Kühlen des Bauelements. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kühlkörper eine Metallplatte ist, welche die Leiterplatte trägt und eine Erhebung aufweist, die in eine Ausnehmung der Leiterplatte eingreift und das Bauelement trägt.the DE 10 2009 051 632 A1 discloses a printed circuit board with an electrical component and a heat sink for cooling the component. According to the invention it is provided that the heat sink is a metal plate which carries the circuit board and has an elevation which engages in a recess in the circuit board and carries the component.

In WO 2018/069476 A1 wird eine Montageanordnung offenbart, die eine elektronische Komponente umfasst, die auf einer oberen Oberfläche einer Leiterplatte montiert ist, mindestens einen elektrischen Verbinder umfasst und ferner ein Wärmepad umfasst, das auf einer unteren Oberfläche des Bauteils vorgesehen ist. Die Leiterplatte ist auf einem Kühlkörper montiert und mit einer Öffnung unter dem Wärmeleitpad des Bauteils versehen. Der Kühlkörper hat eine Kühlkörperverlängerung, die sich durch die davon räumlich getrennte Leiterplatte erstreckt. Eine Wärmeleitpaste ist vorgesehen, um eine elektrisch isolierende thermische Verbindung zwischen dem Wärmeleitpad und der Kühlkörperverlängerung sicherzustellen.In WO 2018/069476 A1 discloses a mounting assembly comprising an electronic component mounted on a top surface of a circuit board, comprising at least one electrical connector, and further comprising a thermal pad provided on a bottom surface of the component. The circuit board is mounted on a heat sink and has an opening under the component's thermal pad. The heat sink has a heat sink extension that extends through the printed circuit board, which is spatially separated from it. A thermal paste is provided to ensure an electrically insulating thermal connection between the thermal pad and the heat sink extension.

Die DE 10 2007 056 750 A1 offenbart eine elektronische Steuervorrichtung, welche durch Entfernen eines Metallsubstratteils hinsichtlich Größe und Kosten verringert werden kann. Die Vorrichtung enthält ein Gehäuse, das zwei Öffnungsabschnitte an seinen gegenüberliegenden Seiten aufweist, eine Wärmesenke, die an eine der Öffnungsabschnitte des Gehäuses angebracht ist, zwei Halbleiterschaltelemente, die an der Wärmesenke angebracht sind, eine Platine, die gegenüber der Wärmesenke angeordnet ist, eine Vielzahl von leitenden Platten, die elektrisch die Platine und die Halbleiterschaltelemente miteinander verbinden und eine Plattenfeder, welche die Halbleiterschaltelemente gegen die Wärmesenke drängen. Die Plattenfeder weist Eingriffsabschnitte auf, die durch Druck an die inneren Seiten der Halteabschnitte, die an dem Gehäuse ausgebildet sind, angepasst sind und mit diesen in Eingriff stehen, und das Gehäuse weist Eingriffsabschnitte auf, die mit den hervorstehenden Abschnitten der Wärmesenke in Eingriff stehen.the DE 10 2007 056 750 A1 discloses an electronic control device which can be reduced in size and cost by removing a metal substrate portion. The device includes a case having two opening portions on its opposite sides, a heat sink attached to one of the opening portions of the case, two semiconductor switching elements attached to the heat sink, a circuit board arranged opposite to the heat sink, a plurality of conductive plates, which electrically connect the circuit board and the semiconductor switching elements to one another, and a plate spring, which urges the semiconductor switching elements against the heat sink. The plate spring has engaging portions which are press-fitted and engaged with the inner sides of the holding portions formed on the housing, and the housing has engaging portions which are engaged with the protruding portions of the heat sink.

In der DE 10 2004 002 743 A1 wird ein Kühlkörper für Leistungselektroniken offenbart, der mit einer speziellen elektrisch gut isolierenden Oberflächenbeschichtung beschichtet ist, die gleichzeitig in der Lage ist, die Wärmeenergie von vorzugsweise Leistungskomponenten wirkungsvoll abzuleiten. Die Komponenten werden wirkungsvoll durch die Beschichtung zueinander bzw. zum Kühlkörper elektrisch isoliert. Sie können wirtschaftlich mittels üblichen Verbindungsverfahren (z. B. Kleben oder durch Leitpaste) verbunden werden. Der thermische Wirkungsgrad ist höher als bei vergleichbaren Aufbautechniken, die Stand der Technik sind. Der Kühlkörper ist Hauptbestandteil der Aufbau- und Verbindungstechnik insbesondere für den automotiven Bereich, aber auch für sonstige Bereiche der Elektrontechnik und Mechatronik.In the DE 10 2004 002 743 A1 a heat sink for power electronics is disclosed, which is coated with a special electrically well insulating surface coating, which at the same time is able to effectively dissipate the thermal energy of preferably power components. The components are effectively electrically isolated from one another or from the heat sink by the coating. They can be connected economically using conventional connection methods (e.g. gluing or conductive paste). The thermal efficiency is higher than with comparable construction techniques that are state of the art. The heat sink is the main component of the assembly and connection technology, especially for the automotive sector, but also for other areas of electrical engineering and mechatronics.

Die DE 10 2017 213 759 A1 offenbart ein elektronisches Bauteil, nämlich Leiterplattenelement mit einem ersten Halbleiter-Bauelement, das auf einer Oberseite einer elektrisch leitenden Zwischenplatte angeordnet ist, so dass ein Anschlusskontakt des Halbleiter-Bauelements elektrisch mit der Zwischenplatte kontaktiert ist, und mit einem zweiten Halbleiter-Bauelement, das auf einer Unterseite der Zwischenplatte angeordnet ist. Das zweite Halbleiter-Bauelement hat einen ersten Anschlusskontakt und einen zweiten Anschlusskontakt, wobei beide Anschlusskontakte in Richtung der Zwischenplatte ausgerichtet sind und wobei der erste Anschlusskontakt mit der Zwischenplatte kontaktiert ist und wobei der zweite Anschlusskontakt nicht mit der Zwischenplatte kontaktiert ist.the DE 10 2017 213 759 A1 discloses an electronic component, namely printed circuit board element with a first semiconductor component which is arranged on a top side of an electrically conductive intermediate plate, so that a connection contact of the semiconductor component is electrically contacted with the intermediate plate, and with a second semiconductor component which is on an underside of the intermediate plate is arranged. The second semiconductor component has a first connection contact and a second connection contact, both connection contacts being aligned in the direction of the intermediate plate and wherein the first connection contact is in contact with the intermediate plate and the second connection contact is not in contact with the intermediate plate.

Die DE 101 23 198 A1 offenbart eine Anordnung aus einem Gehäuse und einem Schaltungsträger (6) mit zumindest einem darauf angeordneten Bauelement und einem an dem Bauelement anliegenden Kühlkörper. Der Kühlkörper hat dabei eine mit dem Gehäuse unmittelbare thermische Verbindung. Ferner weist der Schaltungsträger eine Ausnehmung auf, welche einen Teil des Kühlkörpers durchragt.the DE 101 23 198 A1 discloses an arrangement of a housing and a circuit carrier (6) with at least one component arranged thereon and a heat sink resting on the component. The heat sink has a direct thermal connection with the housing. Furthermore, the circuit carrier has a recess which protrudes through part of the heat sink.

In Kenntnis des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung mit alternativer Ausgestaltung der Kühlung anzugeben.With knowledge of the prior art, the invention is based on the object of specifying an arrangement with an alternative design of the cooling.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung mit einer Leiterplatte, mit einem auf einer ersten Hauptseite dieser Leiterplatte angeordneten und zu entwärmenden gehausten Leistungshalbleiterbauelement mit einer, der ersten Hauptseite der Leiterplatte zugewandten, Bauelementunterseite und mit einem Kühlbauteil mit einem Kühlbauteilhauptkörper und einem von diesem wegstehenden Kühlbauteildom, wobei eine Kontaktfläche, des Leistungshalbleiterbauelements, insbesondere ausgebildet als Teil der Bauelementunterseite, auf einer Teilfläche einer zugeordneten Leiterbahn der Leiterplatte angeordnet und mit dieser elektrisch leitend verbunden ist, wobei die Leiterplatte eine von der ersten zu einer zweiten hierzu parallelen Hauptseite hindurchreichende Ausnehmung aufweist, wobei in dieser Ausnehmung der Kühlbauteildom derart angeordnet ist, dass er seitlich an einer der Längsseiten über das Leistungshalbleiterbauelement hinausragt, und der Kühlbauteilhauptkörper mit einer der Leiterplatte zugewandte Kühlbauteilhauptkörperoberfläche auf der zweiten Hauptseite der Leiterplatte aufliegt oder von der zweiten Hauptseite der Leiterplatte beabstandet angeordnet ist und wobei eine Domkontaktfläche in thermisch leitendem Kontakt mit einem Abschnitt der Bauelementunterseite steht und wobei zwischen der Domkontaktfläche und dem Abschnitt der Bauelementunterseite des Leistungshalbleiterbauelements eine elektrisch isolierende und thermisch leitende Schicht, eine Folie, angeordnet ist und wobei diese elektrisch isolierende Folie zwischen den Kontaktflächen der Bauelementunterseite und der Domkontaktfläche angeordnet ist und auch an der Domumfangsfläche anliegt.This object is achieved according to the invention by an arrangement with a circuit board, with a housed power semiconductor component arranged on a first main side of this circuit board and to be cooled, with a component underside facing the first main side of the circuit board and with a cooling component with a cooling component main body and one of this protruding cooling component dome, wherein a contact surface of the power semiconductor component, in particular formed as part of the component underside, is arranged on a partial surface of an associated conductor track of the circuit board and is electrically conductively connected to it, the circuit board having a recess extending from the first to a second main side parallel thereto , wherein the cooling component dome is arranged in this recess in such a way that it protrudes laterally on one of the longitudinal sides over the power semiconductor component, and the cooling component main body with a cooling component main body surface facing the circuit board rests on the second main side of the circuit board or is arranged at a distance from the second main side of the circuit board and wherein a dome contact surface is in thermally conductive contact with a section of the component underside and wherein between the dome contact surface and the section of the component underside of the Power semiconductor component an electrically insulating and thermally conductive layer, a film, is arranged and this electrically insulating film is arranged between the contact surfaces of the component underside and the dome contact surface and also rests against the dome circumferential surface.

Es ist hierbei bevorzugt, wenn die jeweilige Kontaktfläche mit der jeweils zugeordneten Teilfläche einer zugeordneten Leiterbahn stoffschlüssig, vorzugsweise gelötet oder geklebt, oder kraftschlüssig, vorzugsweise mittels einer Spannfeder, mit dieser jeweiligen Teilfläche elektrisch leitend verbunden ist.It is preferred here if the respective contact surface with the respectively assigned partial area of an assigned conductor track is materially connected, preferably soldered or glued, or non-positively, preferably by means of a tension spring, electrically conductively connected to this respective partial area.

Es ist ebenfalls bevorzugt, wenn die Domkontaktfläche des Kühlbauteils stoffschlüssig, vorzugsweise geklebt, oder kraftschlüssig, vorzugsweise mittels einer Spanneinrichtung mit dem Abschnitt der Bauelementunterseite des Leistungshalbleiterbauelements thermisch leitend verbunden ist.It is also preferred if the dome contact surface of the cooling component is cohesively, preferably glued, or non-positively connected to the section of the component underside of the power semiconductor component in a thermally conductive manner, preferably by means of a clamping device.

Auch kann es vorteilhaft sein, wenn der Kühlbauteilhauptkörper des Kühlbauteils elektrisch isolierend und thermisch leitend mit einem Kontaktabschnitt der zweiten Hauptseite der Leiterplatte verbunden ist. Dabei kann es zudem vorteilhaft sein, wenn zwischen dem Kühlbauteilhauptkörper des Kühlbauteils und dem Kontaktabschnitt der zweiten Hauptseite der Leiterplatte eine elektrisch isolierende und thermisch leitende Schicht, insbesondere eine pastöse Schicht oder eine Folie, angeordnet ist.It can also be advantageous if the cooling component main body of the cooling component is connected to a contact section of the second main side of the circuit board in an electrically insulating and thermally conductive manner. It can also be advantageous if an electrically insulating and thermally conductive layer, in particular a pasty layer or a film, is arranged between the cooling component main body of the cooling component and the contact section of the second main side of the circuit board.

Weiterhin kann es bevorzug sein, wenn ein Kühlbauteil eine Mehrzahl von Kühlbauteildomen aufweist, die jeweils in zugeordneten Ausnehmungen angeordnet sind und dort jeweils mit mindestens einem Abschnitt eines Leistungshalbleiterbauelements in thermisch leitendem Kontakt stehen.Furthermore, it can be preferred if a cooling component has a plurality of cooling component domes, which are each arranged in assigned recesses and there are each in thermally conductive contact with at least one section of a power semiconductor component.

Schließlich kann es vorteilhaft sein, wenn die Domkontaktfläche oder eine Domumfangsfläche oder die Kühlbauteilhauptkörperoberfläche oder eine beliebige Kombination dieser Flächen eine elektrisch isolierende Oberflächenbeschichtung aufweisenFinally, it can be advantageous if the dome contact surface or a dome circumferential surface or the cooling component main body surface or any combination of these surfaces have an electrically insulating surface coating

Selbstverständlich können, sofern dies nicht explizit oder per se ausgeschlossen ist oder dem Gedanken der Erfindung widerspricht, die jeweils im Singular genannten Merkmale oder Gruppen von Merkmalen, insbesondere die Kontaktfläche und die Leiterbahn, mehrfach in der erfindungsgemäßen Anordnung vorhanden sein.Of course, unless this is explicitly or per se excluded or contradicts the concept of the invention, the features or groups of features mentioned in the singular, in particular the contact surface and the conductor track, can be present several times in the arrangement according to the invention.

Es versteht sich, dass die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung, einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein können, um Verbesserungen zu erreichen. Insbesondere sind die vorstehend und im Folgenden genannten und erläuterten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the various embodiments of the invention can be implemented individually or in any combination in order to achieve improvements. In particular, the features mentioned and explained above and below can be used not only in the specified combinations, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Weitere Erläuterungen der Erfindung, vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den 1 bis 9 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung, oder von jeweiligen Teilen hiervon.

1 zeigt die Draufsicht auf ein gehaustes Leistungshalbleiterbauelement.
2 zeigt eine Schnittansicht durch eine erste erfindungsgemäße Anordnung.
3 zeigt eine Schnittansicht durch eine zweite Anordnung zur weiteren Erläuterung der Erfindung.
4 zeigt eine Schnittansicht durch eine dritte erfindungsgemäße Anordnung.
5 bis 8 zeigen verschieden Lagen der ersten erfindungsgemäßen Anordnung in Draufschicht.
9 zeigt eine Draufsicht auf eine Lage einer vierten erfindungsgemäßen Anordnung.

Further explanations of the invention, advantageous details and features emerge from the following description of the FIGS 1 until 9 schematically illustrated embodiments of the invention, or of respective parts thereof.

1 shows the top view of a packaged power semiconductor component.
2 shows a sectional view through a first arrangement according to the invention.
3 shows a sectional view through a second arrangement to further explain the invention.
4th shows a sectional view through a third arrangement according to the invention.
5 until 8th show different positions of the first arrangement according to the invention in a top layer.
9 shows a plan view of a layer of a fourth arrangement according to the invention.

1 zeigt in z-Richtung der 2 die Draufsicht auf ein fachübliches gehaustes Leistungshalbleiterbauelement 3, genauer auf eine Bauelementunterseite 302 des Leistungshalbleiterbauelements 3, das hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit als ein Leistungsfeldeffekttransistor, genauer als ein Leistungs-MOS-FET, ausgebildet ist. In grundsätzlich gleichartigen Gehäusen 30 sind auch verschieden Varianten von anderen Leistungshalbleiterbauelementen, wie beispielhaft Transistoren, Thyristoren oder Dioden, bekannt. Derartige, fachübliche, gehauste Leistungshalbleiterbauelemente 3 weisen fachüblich ein Gehäuse 30 aus einem Kunststoff auf. Auf oder an der dargestellten Bauelementhauptseite 302 sind verschiedene Kontaktflächen angeordnet, hier eine, großflächig ausgebildete, erste Lastkontaktfläche 32 und mehrere zweite Lastkontaktflächen 34, wie auch eine Hilfskontaktfläche 36, die hier als Steuerkontaktfläche, ausgebildet ist. 1 shows in the z-direction 2 the top view of a customary packaged power semiconductor component 3 , more precisely on a component underside 302 of the power semiconductor component 3 , which is designed here as a power field effect transistor, more precisely as a power MOS-FET, without loss of generality. In basically similar housings 30th Different variants of other power semiconductor components, such as, for example, transistors, thyristors or diodes, are also known. Such, customary, packaged power semiconductor components 3 point usually a housing 30th made of a plastic. On or on the main component side shown 302 different contact surfaces are arranged, here a large-area first load contact surface 32 and a plurality of second load contact surfaces 34 as well as an auxiliary contact surface 36 , which is designed here as a control contact surface.

2 zeigt einen Schnitt durch eine erste erfindungsgemäße Anordnung 1 mit einer Leiterplatte 2, mit einem zu entwärmenden gehausten Leistungshalbleiterbauelement 3, gemäß 1, und mit einem Kühlbauteil 4, das hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Luftkühlbauteil ausgebildet ist. 2 shows a section through a first arrangement according to the invention 1 with a circuit board 2 , with a packaged power semiconductor component to be cooled 3 , according to 1 , and with a cooling component 4th , which is designed here as an air cooling component without loss of generality.

Die erste Lastkontaktfläche 32 des Leistungshalbleiterbauelements 3 ist auf einer Teilfläche einer ersten Leiterbahn 22 auf der ersten Hauptseite 202 der Leiterplatte 2 angeordnet. Eine zweite Lastkontaktfläche 34 des Leistungshalbleiterbauelements 3 ist auf einer Teilfläche einer zweiten Leiterbahn 24 der Leiterplatte 2 angeordnet. Selbstverständlich kann diese Leiterplatte 2 weitere Leiterbahnen, vgl. 7, insbesondere auch in mehreren Ebenen aufweisen. Hierdurch werden insbesondere fachübliche mehrlagige Leiterplatten, sog. Multilayer- Leiterplatten, ausgebildet. Die Lastkontaktflächen 32,34, wie auch weitere hier nicht dargestellte Kontaktflächen des gehausten Leistungshalbleiterbauelements 3 sind in dieser Ausgestaltung mit jeweils zugeordneten Abschnitten der zugeordneten Leiterbahnen 22,24 stoffschlüssig, hier mittels einer Lötverbindung, und somit elektrisch leitend verbunden.The first load contact surface 32 of the power semiconductor component 3 is on a partial area of a first conductor track 22nd on the first main page 202 the circuit board 2 arranged. A second load contact surface 34 of the power semiconductor component 3 is on a partial area of a second conductor track 24 the circuit board 2 arranged. Of course, this circuit board can 2 further conductor tracks, cf. 7th , in particular also have in several levels. In this way, in particular, multi-layer printed circuit boards customary in the art, so-called multilayer printed circuit boards, are formed. The load contact surfaces 32 , 34 , as well as other contact surfaces, not shown here, of the packaged power semiconductor component 3 are in this embodiment with respectively assigned sections of the assigned conductor tracks 22nd , 24 cohesively, here by means of a soldered connection, and thus connected in an electrically conductive manner.

Die Leiterplatte 2 weist weiterhin eine Ausnehmung 28 auf, die durch die gesamte Leiterplatte 2 von der ersten zur einer zweiten Hauptseite 202,204 hindurchreicht. Das Leistungshalbleiterbauelement 3 ist derart auf der Leiterplatte 2 angeordnet, dass es die Ausnehmung 28, zumindest teilweise überdeckt.The circuit board 2 furthermore has a recess 28 on that through the entire circuit board 2 from the first to a second main page 202 , 204 passes through. The power semiconductor component 3 is like this on the circuit board 2 arranged that it is the recess 28 , at least partially covered.

Das Kühlbauteil 4 ist hier ausgebildet als ein Luftkühlbauteil mit einem Kühlbauteilhauptkörper 40, der in der hier dargestellten Ausführungsform einen flächigen Metallformkörper und von diesem wegstehende Kühlrippen aufweist. Weiterhin weist der Kühlbauteilhauptkörper 40 eine Kühlbauteilhauptkörperoberfläche 400 auf, die als plane Oberfläche gegenüber liegend den Kühlrippen ausgebildet ist. Die Kühlbauteilhauptkörperoberfläche 400 ist parallel und beabstandet von der zweiten Hauptseite 204 der Leiterplatte 2 angeordnet.The cooling component 4th is designed here as an air cooling component with a cooling component main body 40 , which in the embodiment shown here has a flat shaped metal body and cooling fins protruding therefrom. Furthermore, the cooling component main body has 40 a cooling component main body surface 400 on, which is designed as a flat surface opposite the cooling fins. The cooling component main body surface 400 is parallel and spaced from the second main side 204 the circuit board 2 arranged.

Das Kühlbauteil 4 weist weiterhin einen Kühlbauteildom 42 auf, der hier einen rechteckigen Querschnitt aufweist und von der Kühlbauteilhauptkörperoberfläche 400 des Kühlbauteilhauptkörpers 40 in Richtung der Leiterplatte 2 weg steht.The cooling component 4th furthermore has a cooling component dome 42 which has a rectangular cross section here and from the cooling component main body surface 400 of the cooling component main body 40 towards the circuit board 2 stands away.

Der Kühlbauteildom 42 ragt hier in die Ausnehmung 28 der Leiterplatte 2 hinein und steht mit seiner Domkontaktfläche 420, die parallel zur Kühlbauteilhauptkörperoberfläche 400 angeordnet ist, mit einem Abschnitt der Bauelementunterseite 302 in thermisch leitendem Kontakt. Diese Bauelementunterseite 302 ist diejenige Seite des Leistungshalbleiterbauelements 3, die der Leiterplatte 2 zugewandt ist.The cooling component dome 42 protrudes into the recess here 28 the circuit board 2 into it and stands with its dome contact surface 420 that are parallel to the cooling component main body surface 400 is arranged, with a portion of the component underside 302 in thermally conductive contact. This component underside 302 is that side of the power semiconductor component 3 who have favourited the circuit board 2 is facing.

Der thermisch leitende und elektrisch isolierende Kontakt des Abschnitts der Bauelementunterseite 302 mit der Domkontaktfläche 420 ist hier ausgebildet mittels einer elektrisch isolierenden Folie 50, die zwischen den Kontaktflächen der Bauelementunterseite 302 und der Domkontaktfläche 420 angeordnet ist. Es ist bevorzugt und hier dargestellt, wenn diese Folie die Kontaktflächen seitlich überragt und zumindest teilweise auch die Domumfangsfläche 422 überdeckt, oder sogar an dieser anliegt.The thermally conductive and electrically insulating contact of the section of the component underside 302 with the dome contact surface 420 is formed here by means of an electrically insulating film 50 between the contact surfaces of the component underside 302 and the dome contact area 420 is arranged. It is preferred and shown here if this film protrudes laterally over the contact surfaces and at least partially also over the dome circumferential surface 422 covered, or even rests against it.

3 zeigt eine Schnittansicht durch eine zweite Anordnung, bei der das Leistungshalbleiterbauelement 3 eine alternative Ausgestaltung aufweist. Bei dieser sind die Kontaktflächen 32,34 nicht unmittelbar an der Bauelementunterseite 302 angeordnet, sondern befinden sich in jeweiligen Endabschnitten von seitlich aus dem Leistungshalbleiterbauelement 3 herausragenden Kontaktelementen. 3 shows a sectional view through a second arrangement in which the power semiconductor component 3 has an alternative embodiment. Here are the contact surfaces 32 , 34 not directly on the underside of the component 302 arranged, but are located in respective end sections from the side of the power semiconductor component 3 outstanding contact elements.

Zwischen der Domkontaktfläche 420 und dem Abschnitt der Bauelementhauptfläche 302 des Leistungshalbleiterbauelements 3 über die dieses hier entwärmt wird ist eine thermisch leitende Paste 52 angeordnet. Die übrige Ausgestaltung dieser Anordnung ist analog derjenigen gemäß 2.Between the dome contact surface 420 and the portion of the component major surface 302 of the power semiconductor component 3 A thermally conductive paste is used to heat this here 52 arranged. The rest of the configuration of this arrangement is analogous to that shown in FIG 2 .

4 zeigt eine Schnittansicht durch eine dritte erfindungsgemäße Anordnung. Diese unterscheidet sich dadurch, dass hier einem Kühlbauteil 4 eine Mehrzahl, hier zwei Leistungshalbleiterbauelemente 3 zugeordnet sind. Das Kühlbauteil 4 weist hierzu zwei Kühlbauteildome 42 auf, die in jeweils zugeordneten eigenen Ausnehmungen 28 der Leiterplatte 2 und ansonsten gleichartig denjenigen gemäß 2 ausgebildet sind. Die weitere Ausgestaltung dieser Anordnung folgt derjenigen gemäß 2. 4th shows a sectional view through a third arrangement according to the invention. This differs in that it has a cooling component 4th a plurality, here two power semiconductor components 3 assigned. The cooling component 4th has two cooling component domes for this purpose 42 on, which are each assigned their own recesses 28 the circuit board 2 and otherwise similar to those 2 are trained. The further configuration of this arrangement follows that according to 2 .

5 bis 8 zeigen verschiedene in z-Richtung aufeinander folgende Lagen 61,62,63,64, vgl. 2, der ersten erfindungsgemäßen Anordnung in Draufschicht. In 5 und damit in einer ersten Lage 61 dargestellt ist das Kühlbauteil 4 in Draufsicht auf dessen Kühlbauteilhauptkörperoberfläche 400. Von dieser Kühlbauteilhauptkörperoberfläche 400 aus ragt der Kühlbauteildom 42 in Richtung auf die nicht dargestellte Leiterplatte und in deren Ausnehmung hinein. Gestrichelt dargestellt ist der Umriss des zu entwärmenden Leistungshalbleiterbauelements 3. 5 until 8th show different positions following one another in the z-direction 61 , 62 , 63 , 64 , see. 2 , the first arrangement according to the invention in a top layer. In 5 and thus in a first position 61 the cooling component is shown 4th in plan view of its cooling component main body surface 400 . From this cooling component main body surface 400 the cooling component dome protrudes from it 42 in the direction of the printed circuit board, not shown, and into its recess. The outline of the power semiconductor component to be cooled is shown in dashed lines 3 .

Der Kühlbauteildom 42 ragt hier seitlich an einer der Längsseiten über das Leistungshalbleiterbauelement 3 hinaus.The cooling component dome 42 here protrudes laterally on one of the long sides over the power semiconductor component 3 out.

In 6 und damit in der einer zweiten Lage 62 dargestellt ist die Leiterplatte 2 mit ihrer Ausnehmung 28 und dem darin angeordneten Kühlbauteildom 42 und wiederum gestrichelt der Umriss des Leistungshalbleiterbauelements 3.In 6th and thus in a second position 62 the printed circuit board is shown 2 with their recess 28 and the cooling component dome arranged therein 42 and the outline of the power semiconductor component is again shown in dashed lines 3 .

In 7 und damit in der einer dritten Lage 63 dargestellt ist die erste Hauptseite 202 der Leiterplatte 2 mit drei Arten von Leiterbahnen, zwei Arten 22,24 davon sind dazu ausgebildet Lastpotentiale zur führen, während die dritte Art 26 dazu ausgebildet ist ein Steuerpotential zu führen dargestellt. In Kreuzschraffur dargestellt ist die Kontaktfläche zwischen der Domkontaktfläche 420 und dem damit in thermisch leitendem Kontakt stehenden Abschnitt der Bauelementhautseite 302 des Leistungshalbleiterbauelements 3.In 7th and thus in a third position 63 the first main page is shown 202 the circuit board 2 with three types of conductor tracks, two types 22nd , 24 of these are designed to carry load potentials, while the third type 26th designed to lead a control potential is shown. The contact area between the dome contact area is shown in cross-hatching 420 and the section of the component skin side which is in thermally conductive contact therewith 302 of the power semiconductor component 3 .

In 8 und damit in der einer vierten Lage 64 dargestellt ist wiederum die Leiterplatte 2 mit den o.g. Leiterbahnen sowie ein hierauf angeordnetes Leistungshalbleiterbauelement 3. Gestrichelt umrandet sind hier die Kontaktflächen 32,34,36 des Leistungshalbleiterbauelements 3 dargestellt, die auf seiner der Leiterplatte 2 zugewandten Bauelementunterseite 302 angeordnete sind. Das Leistungshalbleiterbauelement 3 ist hier ausgebildet als ein MOS-FET-Bauelement mit einer großflächigen Source-Kontaktfläche 32, einer Mehrzahl von Drain-Kontaktflächen 34 und einer Gate-Kontaktfläche 36. Diese jeweiligen Kontaktflächen 32,34,36 sind mit denjenigen Leiterbahnen 22, 24, 26, genauer ihren Kontaktflächen, elektrisch leitend verbunden, die dafür ausgebildet sind die entsprechenden Potentiale zu führen.In 8th and thus in a fourth position 64 the circuit board is shown again 2 with the aforementioned conductor tracks and a power semiconductor component arranged thereon 3 . The contact areas are outlined here by dashed lines 32 , 34 , 36 of the power semiconductor component 3 shown on its the circuit board 2 facing component underside 302 are arranged. The power semiconductor component 3 is designed here as a MOS-FET component with a large-area source contact area 32 , a plurality of drain pads 34 and a gate pad 36 . These respective contact areas 32 , 34 , 36 are with those conductor tracks 22nd , 24 , 26th , more precisely their contact surfaces, electrically conductively connected, which are designed to carry the corresponding potentials.

9 zeigt eine Draufsicht auf eine Lage, analog zu 8, einer vierten erfindungsgemäßen Anordnung. Im Gegensatz zur 8 sind hier zwei Leistungshalbleiterbauelemente 3 einer Ausnehmung 28 der Leiterplatte 2 zugeordnet. Diese Leistungshalbleiterbauelemente 3 überdecken diese Ausnehmung 28 wiederum teilweise. In der Ausnehmung 28 ist ein Kühlbauteildom 42 angeordnet. Dieser Kühlbauteildom 42 steht in thermisch leitendem Kontakt mit jeweiligen Abschnitten der Bauelementunterseite 302 der beiden Leistungshalbleiterbauelemente 3. 9 shows a plan view of a layer, analogous to FIG 8th , a fourth arrangement according to the invention. In contrast to 8th are two power semiconductor components here 3 a recess 28 the circuit board 2 assigned. These power semiconductor components 3 cover this recess 28 again partially. In the recess 28 is a cooling component dome 42 arranged. This cooling component dome 42 is in thermally conductive contact with the respective sections of the underside of the component 302 of the two power semiconductor components 3 .

Claims

Arrangement (1) with a circuit board (2), with a housed power semiconductor component (3) which is arranged on a first main side (202) of this circuit board (2) and is to be cooled, with a power semiconductor component (3) facing the first main side (202) of the circuit board (2), Component underside (302) and with a cooling component (4) with a cooling component main body (40) and a cooling component dome (42) protruding therefrom, a contact surface (32,34,36) of the power semiconductor component (3) on a partial surface of an associated conductor track (22 , 24, 26) of the printed circuit board (2) and is connected to it in an electrically conductive manner, the printed circuit board (2) having a recess (28) extending through from the first to a second main side (202, 204) parallel thereto, wherein in this recess ( 28) the cooling component dome (42) is arranged such that it protrudes laterally on one of the longitudinal sides over the power semiconductor component (3), and the cooling component main body (40) with one of the Circuit board facing cooling component main body surface (400) rests on the second main side (204) of the circuit board (2) or is arranged at a distance from the second main side (204) of the circuit board (2) and wherein a dome contact surface (420) is in thermally conductive contact with a portion of the Component underside (302) stands and wherein between the dome contact surface (420) and the section of the component underside of the power semiconductor component (3) an electrically insulating and thermally conductive layer, a film (50), is arranged and this electrically insulating film (50) between the Contact surfaces of the component underside (302) and the dome contact surface (420) is arranged and also rests against the dome circumferential surface (422).

Arrangement according to Claim 1 , wherein the respective contact surface (32,34,36) with the respectively assigned partial area of an assigned conductor track (22,24,26) is connected to this respective partial area in an electrically conductive manner, preferably soldered or glued, or non-positively, preferably by means of a tension spring .

Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the dome contact surface (420) of the cooling component (4) is connected to the section of the component underside (302) of the power semiconductor component (3) in a thermally conductive manner with a material fit, preferably glued, or non-positively, preferably by means of a clamping device.

Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the cooling component main body (40) of the cooling component (4) is connected to a contact section of the second main side (204) of the circuit board (2) in an electrically insulating and thermally conductive manner.

Arrangement according to Claim 4 , wherein an electrically insulating and thermally conductive layer, in particular a pasty layer or a film, is arranged between the cooling component main body (40) of the cooling component (4) and the contact section of the second main side (204) of the circuit board (2).

Arrangement according to one of the preceding claims, wherein a cooling component (4) has a plurality of cooling component domes (42) which are each arranged in associated recesses (24) and there each are in thermally conductive contact with at least one section of a power semiconductor component (3).

Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the dome contact surface (420) or a dome peripheral surface (422) or the cooling component main body surface (400) or any combination of these surfaces have an electrically insulating surface coating.