DE102022113638A1

DE102022113638A1 - PCB assembly

Info

Publication number: DE102022113638A1
Application number: DE102022113638.8A
Authority: DE
Inventors: Uwe Waltrich; Stanley BUCHERT
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2022-05-31
Filing date: 2022-05-31
Publication date: 2023-11-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leiterplattenanordnung, die aufweist: eine Leiterplatte (1), die eine Oberseite (11) und eine Unterseite (12) aufweist, eine Mehrzahl elektrischer Bauteile (2), die an der Unterseite (12) der Leiterplatte (1) angeordnet sind, und einen Kühlkörper (3), der eine Kavität (4) aufweist, in die die elektrischen Bauteile (2) hineinragen. Es ist vorgesehen, dass die Kavität (4) des Kühlkörpers (3) segmentiert ausgebildet ist, wobei die Kavität (4) einzelne Segmente (41-44) umfasst, in die jeweils mindestens ein elektrisches Bauteil (2) hineinragt, wobei die Segmente (41-44) jeweils durch eine Schutzwand (35, 36) voneinander getrennt sind.The invention relates to a printed circuit board arrangement, which has: a printed circuit board (1) which has an upper side (11) and a lower side (12), a plurality of electrical components (2) which are arranged on the underside (12) of the printed circuit board (1). are, and a heat sink (3) which has a cavity (4) into which the electrical components (2) protrude. It is envisaged that the cavity (4) of the heat sink (3) is designed to be segmented, the cavity (4) comprising individual segments (41-44), into which at least one electrical component (2) projects, the segments ( 41-44) are each separated from each other by a protective wall (35, 36).

Description

Die Erfindung betrifft eine Leiterplattenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a circuit board arrangement according to the preamble of patent claim 1.

Es ist bekannt, leiterplattenbasierte Leistungselektronikbaugruppen mittels eines Kühlkörpers zu kühlen, wobei die zu kühlenden Bauteile typischerweise als oberflächenmontierte (SMD-) Bauteile (SMD = „Surface-mounted device“) oder in Durchsteckmontage (THT = „Through-Hole-Technology“) ausgeführt sind und auf der Unterseite einer Leiterplatte sitzen. Die thermische Anbindung der zu kühlenden Bauteile an den Kühlkörper kann unter Verwendung eines Wärmeleitmaterials erfolgen, das Höhentoleranzen und Rauheiten ausgleicht und dadurch die Entstehung eines Spalts zwischen dem zu kühlenden Bauteil und dem Kühlkörper vermeidet oder zumindest erheblich reduziert.It is known to cool circuit board-based power electronics assemblies using a heat sink, with the components to be cooled typically being designed as surface-mounted (SMD) components (SMD = “surface-mounted device”) or in through-hole mounting (THT = “through-hole technology”) and are located on the underside of a circuit board. The thermal connection of the components to be cooled to the heat sink can be done using a heat-conducting material that compensates for height tolerances and roughness and thereby avoids or at least significantly reduces the formation of a gap between the component to be cooled and the heat sink.

In Leistungselektronikbaugruppen mit einer Vielzahl von zu kühlenden elektrischen Bauteilen besteht das Problem, dass bei Ausfall eines elektrischen Bauteils die Gefahr besteht, dass auch angrenzende elektrische Bauteile beeinträchtigt oder sogar zerstört werden.In power electronics assemblies with a large number of electrical components to be cooled, the problem is that if one electrical component fails, there is a risk that adjacent electrical components will also be impaired or even destroyed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leiterplattenanordnung bereitzustellen, die die Gefahr eines Ausfalls von zu kühlenden elektrischen Bauteilen reduziert.The invention is based on the object of providing a circuit board arrangement which reduces the risk of failure of electrical components to be cooled.

Diese Aufgabe wird durch eine Leiterplattenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a circuit board arrangement with the features of claim 1. Embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Danach betrachtet die Erfindung eine Leiterplattenanordnung, die eine Leiterplatte mit einer Oberseite und einer Unterseite sowie eine Mehrzahl elektrischer Bauteile umfasst, die an der Unterseite der Leiterplatte angeordnet sind. Des Weiteren umfasst die Leiterplattenanordnung einen Kühlkörper, der eine Kavität aufweist, in die die elektrischen Bauteile hineinragen.The invention then contemplates a circuit board assembly that includes a circuit board with a top and a bottom and a plurality of electrical components arranged on the underside of the circuit board. Furthermore, the circuit board arrangement includes a heat sink that has a cavity into which the electrical components protrude.

Es ist vorgesehen, dass Kavität des Kühlkörpers segmentiert ausgebildet ist, wobei die Kavität einzelne Segmente umfasst, in die jeweils mindestens ein elektrisches Bauteil hineinragt, und wobei die Segmente jeweils durch eine Schutzwand voneinander getrennt sind.It is envisaged that the cavity of the heat sink is designed to be segmented, with the cavity comprising individual segments into which at least one electrical component projects, and with the segments each being separated from one another by a protective wall.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf dem Gedanken, eine Segmentierung der Kavität des Kühlkörpers bereitzustellen, die es ermöglicht, eine Schädigung oder einen Ausfall eines elektrischen Bauteils auf das Segment zu reduzieren, in dem sich das geschädigte bzw. ausgefallene elektronische Bauteil befindet. Durch die Segmentierung der Kavität und die Trennung der dabei entstehenden einzelnen Bereiche jeweils durch eine Schutzwand wird eine Mehrzahl von Teil-Kavitäten gebildet, die räumlich voneinander getrennt sind und es dadurch ermöglichen, im Fehlerfall einen Übergriff des Fehlers auf andere elektrische Bauteile, die sich in anderen der Segmente bzw. Teil-Kavitäten befinden, zu verhindern.The solution according to the invention is based on the idea of providing a segmentation of the cavity of the heat sink, which makes it possible to reduce damage or failure of an electrical component to the segment in which the damaged or failed electronic component is located. By segmenting the cavity and separating the resulting individual areas by a protective wall, a plurality of partial cavities are formed, which are spatially separated from one another and thereby enable, in the event of a fault, the fault to spread to other electrical components located in in other segments or partial cavities.

Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt es durch die Bereitstellung einer segmentierten Kavität, eine räumliche Trennung einzelner elektrischer Bauteile herbeizuführen, so dass bei einer Beschädigung oder Zerstörung eines elektrischen Bauteils, das sich in einer der Segmente bzw. Teil-Kavitäten befindet, die in anderen der Segmente bzw. Teil-Kavitäten befindlichen elektrischen Bauteile vor Beschädigung und Zerstörung geschützt und ohne Beeinträchtigung weiter betrieben werden können.By providing a segmented cavity, the solution according to the invention makes it possible to bring about a spatial separation of individual electrical components, so that if an electrical component that is located in one of the segments or partial cavities is damaged or destroyed, that in other of the segments or The electrical components located in the partial cavities are protected from damage and destruction and can continue to be operated without impairment.

Es wird darauf hingewiesen, dass im Sinne der vorliegenden Erfindung stets diejenige Seite der Leiterplatte, an der ein zu kühlendes elektrisches Bauteil angeordnet ist, als Unterseite der Leiterplatte bezeichnet wird. Dies ist typischerweise bezogen auf die vertikale Lotrichtung die sich näher zum Erdboden befindende Seite der Leiterplatte. Natürlich können Leiterplatte und zu kühlendes elektrisches Bauteil jedoch auch umgedreht oder senkrecht angeordnet werden und dementsprechend nach oben oder zur Seite zeigen, für welchen Fall im Sinne der vorliegenden Erfindung das zu kühlende elektrische Bauteil ebenfalls an der Unterseite der Leiterplatte angeordnet ist und mit seiner Unterseite an den Kühlkörper angrenzt.It should be noted that, for the purposes of the present invention, the side of the circuit board on which an electrical component to be cooled is arranged is always referred to as the underside of the circuit board. This is typically the side of the circuit board that is closer to the ground in relation to the vertical solder direction. Of course, the circuit board and the electrical component to be cooled can also be turned upside down or arranged vertically and accordingly point upwards or to the side, in which case, in the sense of the present invention, the electrical component to be cooled is also arranged on the underside of the circuit board and with its underside on adjacent to the heat sink.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Höhe der Schutzwand der Tiefe der Kavität entspricht. Die Schutzwände, die die einzelnen Segmente innerhalb der Gesamtkavität bilden, strecken sich somit über die vollständige Höhe der Kavität. Hierdurch wird eine bestmögliche räumliche Trennung der Segmente bzw. Teil-Kavitäten bereitgestellt.One embodiment of the invention provides that the height of the protective wall corresponds to the depth of the cavity. The protective walls that form the individual segments within the overall cavity therefore extend over the entire height of the cavity. This provides the best possible spatial separation of the segments or partial cavities.

Dabei ist gemäß einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die Kavität und die einzelnen Segmente bzw. Teil-Kavitäten rechteckförmig ausgebildet sind. Hierdurch ist eine definierte, einheitliche Gesamthöhe sowohl der Kavität als auch der Segmente gegeben. Die Schutzwände erstrecken sich dabei über die Gesamthöhe der Kavität.According to one embodiment, it is provided that the cavity and the individual segments or partial cavities are rectangular in shape. This ensures a defined, uniform overall height of both the cavity and the segments. The protective walls extend over the total height of the cavity.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Kavität Reihensegmente ausbildet, die parallel zueinander verlaufen und jeweils durch eine sich längs erstreckende Schutzwand voneinander getrennt sind. Dabei ist in jedem Reihensegment des Kühlkörpers eine Mehrzahl von Bauteilen angeordnet. Die jeweils in einem Reihensegment angeordneten elektrischen Bauteile können ebenfalls in einer oder mehreren Reihen angeordnet sein. Diese Ausgestaltung erlaubt es, eine Mehrzahl von elektrischen Bauteilen, die funktional zusammenwirken und in mindestens einer Reihe angeordnet sind, gemeinsam in einem reihenförmigen Segment anzuordnen. Eine räumliche Trennung zu den elektrischen Bauteilen eines anderen Reihensegments erfolgt dabei jeweils über eine sich längs erstreckende Schutzwand.A further embodiment provides that the cavity forms row segments that run parallel to one another and are each separated from one another by a longitudinally extending protective wall. There are a number of components in each row segment of the heat sink arranges. The electrical components each arranged in a row segment can also be arranged in one or more rows. This configuration allows a plurality of electrical components that work together functionally and are arranged in at least one row to be arranged together in a row-shaped segment. A spatial separation from the electrical components of another row segment takes place via a longitudinally extending protective wall.

In einer alternativen Ausgestaltung bildet die Kavität Rechtecksegmente aus, d. h. TeilSegmente in rechteckiger Form, wobei in jedem Rechtecksegment ein gesondertes Bauteil angeordnet ist. Gemäß dieser Ausgestaltung ist somit jedem zu kühlenden Bauteil eine gesonderte Teil-Kavität zugeordnet. Die Rechtecksegmente bilden dabei beispielsweise quadratische Segmente, die entsprechend einem Schachbrettmuster angeordnet sind.In an alternative embodiment, the cavity forms rectangular segments, i.e. H. Partial segments in a rectangular shape, with a separate component arranged in each rectangular segment. According to this embodiment, each component to be cooled is assigned a separate partial cavity. The rectangular segments form, for example, square segments that are arranged in a checkerboard pattern.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Leiterplatte an ihrer Unterseite im Bereich von Auflageflächen an den Schutzwänden aufliegt. Dies ergibt sich automatisch, wenn die Höhe der Schutzwände der Tiefe der Kavität entspricht. Dabei ist gemäß einer Ausgestaltung zusätzlich vorgesehen, dass die Leiterplatte im Bereich der Auflageflächen durch Verklebungen oder Verschraubungen mit den Schutzwänden verbunden ist. Hierdurch wird eine besonders gute Trennung und Abdichtung zwischen den einzelnen Segmenten der Kavität bereitgestellt.A further embodiment provides that the circuit board rests on its underside in the area of contact surfaces on the protective walls. This occurs automatically if the height of the protective walls corresponds to the depth of the cavity. According to one embodiment, it is additionally provided that the circuit board is connected to the protective walls in the area of the support surfaces by gluing or screwing. This provides particularly good separation and sealing between the individual segments of the cavity.

Die Schutzwände, die die einzelnen Segmente der Kavität bilden, können aus dem gleichen Material wie der Kühlkörper bestehen, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet sein. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Schutzwände aus einem anderen Material als der Kühlkörper bestehen und mit diesem z.B. stoffschlüssig oder über Schraubverbindungen verbunden sind. Ein Beispiel hierfür ist, dass der Kühlkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht und die Schutzwände aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff oder aus Stahl bestehen.The protective walls that form the individual segments of the cavity can be made of the same material as the heat sink, for example made of aluminum or an aluminum alloy. Alternatively, it can be provided that the protective walls are made of a different material than the heat sink and are connected to it, for example, in a material bond or via screw connections. An example of this is that the heat sink is made of aluminum or an aluminum alloy and the protective walls are made of a glass fiber reinforced plastic or steel.

Eine Ausführungsvariante sieht vor, dass die an der Unterseite der Leiterplatte angeordneten elektrischen Bauteile

- mindestens zwei logische Schalter bilden, wobei jedem der logischen Schalter mehrere der elektrischen Bauteile zugeordnet sind,
- die elektrischen Bauteile eines logischen Schalters im Hinblick auf ihre geometrische Anordnung in einer Reihe angeordnet sind, und
- jeweils zwei logische Schalter zu einer Halbbrücke verbunden sind, wobei die Halbbrücke zwei Reihen von elektrischen Bauteilen umfasst.

One embodiment variant provides that the electrical components arranged on the underside of the circuit board

- form at least two logical switches, with several of the electrical components being assigned to each of the logical switches,
- the electrical components of a logical switch are arranged in a row with regard to their geometric arrangement, and
- Two logical switches are connected to form a half bridge, the half bridge comprising two rows of electrical components.

Beispielsweise bilden jeweils zwei logische Schalter eine Halbbrücke oder Phase eines dreiphasigen Wechselrichters.For example, two logical switches each form a half bridge or phase of a three-phase inverter.

Bei einer solchen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die einer Halbbrücke zugeordneten zwei logischen Schalter, die zwei Reihen von elektrischen Bauteilen umfassen, in einem Reihensegment der Kavität angeordnet sind. Eine Ausführungsvariante hierzu sieht vor, dass die elektrischen Bauteile sechs logische Schalter eines Dreiphasen-Wechselrichters mit drei Phasen U, V, W bilden, wobei die sechs logischen Schalter zu drei Halbbrücken verbunden sind, und wobei die jeweils einer Halbbrücke zugeordneten zwei logischen Schalter, die zwei Reihen von elektrischen Bauteilen umfassen, in einem Reihensegment der Kavität angeordnet sind.In such an embodiment, it can be provided that the two logical switches assigned to a half bridge, which comprise two rows of electrical components, are arranged in a row segment of the cavity. An embodiment variant of this provides that the electrical components form six logical switches of a three-phase inverter with three phases U, V, W, the six logical switches being connected to three half-bridges, and the two logical switches each assigned to a half-bridge include two rows of electrical components, are arranged in a row segment of the cavity.

Bei einer solchen Ausgestaltung stellt die Segmentierung der Kavität eine räumliche Trennung der einzelnen Phasen eines Wechselrichters zur Verfügung. Durch die räumliche Trennung der einzelnen Phasen wird dabei erreicht, dass bei Ausfall einer Phase der Betrieb der nicht betroffenen Phasen weitergeführt werden kann.In such a configuration, the segmentation of the cavity provides spatial separation of the individual phases of an inverter. The spatial separation of the individual phases ensures that if one phase fails, operation of the unaffected phases can continue.

Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass die elektrischen Bauteile wiederum sechs logische Schalter eines Dreiphasen-Wechselrichters mit drei Phasen U, V, W bilden, wobei die sechs logischen Schalter zu drei Halbbrücken verbunden sind. Dabei ist vorgesehen, dass die elektrischen Bauteile jeweils in einem Rechtecksegment der Kavität angeordnet sind, jedem Rechtecksegment somit ein gesondertes elektrisches Bauteil zugeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung werden nicht die einzelnen Phasen, sondern wird darüber hinausgehend jedes der elektrischen Bauteile jeder Phase durch Teil-Kavitäten räumlich voneinander getrennt.An alternative embodiment provides that the electrical components in turn form six logical switches of a three-phase inverter with three phases U, V, W, with the six logical switches being connected to form three half bridges. It is provided that the electrical components are each arranged in a rectangular segment of the cavity, so that each rectangular segment is assigned a separate electrical component. In this embodiment, not the individual phases but also each of the electrical components of each phase are spatially separated from each other by partial cavities.

Allgemein gilt, dass die elektrischen Bauteile in Ausgestaltungen der Erfindung Halbleiterbauelemente, insbesondere Leistungshalbleiter wie zum Beispiel Leistungs-MOSFETs oder IGBT-Bauteile sein können. Es handelt sich beispielsweise um Leistungshalbleiter eines Wechselrichters oder allgemein eines Stromrichters, der für den Betrieb eines Elektromotors vorgesehen ist.In general, the electrical components in embodiments of the invention can be semiconductor components, in particular power semiconductors such as power MOSFETs or IGBT components. These are, for example, power semiconductors of an inverter or, in general, a power converter that is intended for operating an electric motor.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Unterseite der elektrischen Bauteile jeweils über ein thermisches Schnittstellenmaterial bzw. Wärmeleitmaterial thermisch mit dem Kühlkörper verbunden ist. Ein thermisches Schnittstellenmaterial wird auch als TIM (TIM = „thermal interface material“) bezeichnet. Ein thermisches Schnittstellenmaterial wird eingesetzt, um einen Spalt zwischen dem zu kühlenden elektrischen Bauteil und der Oberfläche des Kühlkörpers thermisch zu überbrücken. Sie können beispielsweise als Wärmeleitmatte oder als Wärmeleitpaste ausgebildet sein.A further embodiment provides that the underside of the electrical components is thermally connected to the heat sink via a thermal interface material or heat-conducting material. A thermal interface material is also referred to as TIM (TIM = “thermal interface material”). A thermal interface material is used to create a gap between the to be cooled to thermally bridge the electrical component and the surface of the heat sink. They can be designed, for example, as a heat-conducting mat or as a thermal paste.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass Leiterplatte angrenzend an die Kavität mit einer Auflagefläche auf dem Kühlkörper aufliegt. Somit liegt die Leiterplatte selbst direkt auf dem Kühlkörper auf. Hierdurch werden mechanische Toleranzen verringert.A further embodiment provides that the circuit board rests on the heat sink with a support surface adjacent to the cavity. This means that the circuit board itself rests directly on the heat sink. This reduces mechanical tolerances.

Bei dem elektrischen Bauteil kann es sich grundsätzlich um ein beliebiges elektrisches Bauteil oder eine beliebige elektrische Baugruppe handeln. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die elektrischen Bauteile jeweils aufweisen:

- einen keramischen Schaltungsträger, der eine isolierende Keramikschicht und eine auf der Oberseite der Keramikschicht angeordnete Metallisierungsschicht aufweist,
- ein elektrisches Bauelement, das auf der Oberseite der Metallisierungsschicht angeordnet und elektrisch mit dieser verbunden ist,
- eine Oberseite des elektrischen Bauteils, die an der Unterseite der Leiterplatte angeordnet ist (wobei das elektrische Bauteil an seiner Oberseite elektrische Kontakte ausbildet, die dazu vorgesehen und ausgebildet, mit zugeordneten elektrischen Kontakten der Leiterplatte in Kontakt zu treten), und
- eine Unterseite des elektrischen Bauteils, die thermisch mit dem Kühlkörper gekoppelt ist.

The electrical component can in principle be any electrical component or any electrical assembly. One embodiment provides that the electrical components each have:

- a ceramic circuit carrier which has an insulating ceramic layer and a metallization layer arranged on the top of the ceramic layer,
- an electrical component that is arranged on the top of the metallization layer and is electrically connected to it,
- an upper side of the electrical component, which is arranged on the underside of the circuit board (the electrical component forming electrical contacts on its upper side, which are intended and designed to come into contact with associated electrical contacts of the circuit board), and
- an underside of the electrical component that is thermally coupled to the heat sink.

Bei dem elektrischen Bauelement handelt es sich dabei beispielsweise um den eigentlichen Leistungshalbleiter wie z.B. einen Leistungs-MOSFETs oder ein IGBT-Bauteil. Der keramische Schaltungsträger dient der elektrischen Isolation des elektrischen Bauelements zum Kühlkörper und gleichzeitig der thermischen Anbindung an den Kühlkörper. Der keramische Schaltungsträger bildet dabei zusammen mit dem Halbleiterbauelement und einer Umhüllung z.B. aus Vergussmaterial ein elektrisches Modul, das über an seiner Oberfläche ausgebildete Kontakte mit der Leiterplatte (die eine Trägerplatine darstellen kann) verbindbar ist. Ein solches elektrisches Modul wird auch als Prepackage-Modul bezeichnet.The electrical component is, for example, the actual power semiconductor such as a power MOSFET or an IGBT component. The ceramic circuit carrier serves to electrically isolate the electrical component from the heat sink and at the same time provides the thermal connection to the heat sink. The ceramic circuit carrier, together with the semiconductor component and a casing, for example made of potting material, forms an electrical module that can be connected to the circuit board (which can represent a carrier board) via contacts formed on its surface. Such an electrical module is also referred to as a prepackage module.

Die elektrischen Bauteile bilden dabei in Ausgestaltungen quaderförmigen Module, die an der Unterseite der Leiterplatte angeordnet sind.In embodiments, the electrical components form cuboid modules that are arranged on the underside of the circuit board.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplattenanordnung, die eine Leiterplatte, mehrere elektrische Bauteile und einen Kühlkörper mit einer durch Schutzwände segmentierten Kavität umfasst, wobei die elektrischen Bauteile in die segmentierte Kavität des Kühlkörpers ragen;
2 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der 1, bei dem die Leiterplatte über Schraubverbindungen mit den Schutzwänden verschraubt ist;
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kühlkörpers mit einer segmentierten Kavität, wobei die segmentierte Kavität durch Rechtecksegmente gebildet ist, die entsprechend einem Schachbrettmuster angeordnet sind, und wobei in jedes Rechtecksegment ein elektrisches Bauteil ragt;
4 eine Leiterplattenanordnung mit einer Leiterplatte, elektrischen Bauteilen und einem Kühlkörper gemäß dem Stand der Technik;
5 eine Mehrzahl von elektrischen Bauteilen, die in sechs Reihen angeordnet sind, wobei jeder Reihe von elektrischen Bauteilen einen logischen Schalter und jeweils zwei logische Schalter eine Halbbrücke bilden; und
6 ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Bauteils in Form eines Prepackage-Moduls.

The invention is explained in more detail below with reference to the figures of the drawing using several exemplary embodiments. Show it:

1 an embodiment of a circuit board assembly comprising a circuit board, a plurality of electrical components and a heat sink with a cavity segmented by protective walls, the electrical components protruding into the segmented cavity of the heat sink;
2 a modification of the exemplary embodiment 1 , in which the circuit board is screwed to the protective walls via screw connections;
3 a further embodiment of a heat sink with a segmented cavity, wherein the segmented cavity is formed by rectangular segments which are arranged according to a checkerboard pattern, and wherein an electrical component projects into each rectangular segment;
4 a circuit board assembly with a circuit board, electrical components and a heat sink according to the prior art;
5 a plurality of electrical components arranged in six rows, each row of electrical components forming a logic switch and two logic switches each forming a half bridge; and
6 an embodiment of an electrical component in the form of a prepackage module.

Zum besseren Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung wird zunächst eine Leiterplattenanordnung gemäß dem Stand der Technik anhand der 4 und 5 beschrieben.For a better understanding of the background of the present invention, a circuit board arrangement according to the prior art will first be shown using the 4 and 5 described.

Die 4 zeigt eine Leiterplattenanordnung, die eine Leiterplatte 1 und einen Kühlkörper 3 umfasst. Die Leiterplatte 1 kann aus einer Vielzahl von Leiterplattenlagen (nicht gesondert dargestellt) bestehen, die übereinander angeordnet sind. Dabei bildet eine oberste Leiterplattenlage eine Oberseite 11 der Leiterplatte 1 und eine unterste Leiterplattenlage eine Unterseite 12 der Leiterplatte 1.The 4 shows a circuit board assembly that includes a circuit board 1 and a heat sink 3. The circuit board 1 can consist of a large number of circuit board layers (not shown separately) which are arranged one above the other. An uppermost circuit board layer forms an upper side 11 of the circuit board 1 and a lowermost circuit board layer forms an underside 12 of the circuit board 1.

Auf der Unterseite 12 der Leiterplatte 1 sind elektrische Bauteile 2 angeordnet. Die Verbindung mit der Leiterplatte 1 erfolgt beispielsweise über eine Oberflächenmontage oder über eine Durchsteckmontage. Zusätzlich können auch an der Oberseite 11 der Leiterplatte 1 elektrische Bauteile angeordnet sein. Von besonderem Interesse im vorliegenden Kontext sind die an der Unterseite 12 angeordneten Bauteile 2, bei denen es sich um aktive Bauteile handelt (beispielsweise Bauteile oder Baugruppen der Leistungselektronik), die einer Kühlung durch den Kühlkörper 3 bedürfen. Hierzu weist der Kühlkörper 3 eine Kavität bzw. Aussparung 4 auf, in die die zu kühlenden Bauteile 2 hineinragen.Electrical components 2 are arranged on the underside 12 of the circuit board 1. The connection to the circuit board 1 takes place, for example, via surface mounting or through-hole mounting. In addition, electrical components can also be arranged on the top 11 of the circuit board 1. Of particular interest in the present context are the components 2 arranged on the underside 12, which are active components (for example components or assemblies of the power electronics) that require cooling by the heat sink 3. For this purpose, the heat sink 3 has a cavity or recess 4 into which the components 2 to be cooled protrude.

Zwischen den zu kühlenden Bauteilen 2 und dem Kühlkörper 3 ist in der Kavität 4 ein Wärmeleitmaterial 7 angeordnet, das auch als thermisches Schnittstellenmaterial bezeichnet wird. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine Wärmeleitmatte oder eine Wärmeleitpaste. Durch das Wärmeleitmaterial 7 wird ein Spalt zwischen dem jeweiligen Bauteil 2 und dem Kühlkörper 3, der die thermische Anbindung des Bauteils 2 an den Kühlkörper 3 verschlechtern würde, vermieden.A heat-conducting material 7, which is also referred to as thermal interface material, is arranged in the cavity 4 between the components 2 to be cooled and the heat sink 3. This is, for example, a heat-conducting mat or a thermal paste. The heat-conducting material 7 avoids a gap between the respective component 2 and the heat sink 3, which would impair the thermal connection of the component 2 to the heat sink 3.

Die Leiterplatte 1 ist über Schrauben 51 mit dem Kühlkörper 3 verschraubt. Die Schrauben 3 sind in Durchgangsbohrungen 15 eingeschraubt, die sich von der Leiterplatte 1 in den Kühlkörper 3 erstrecken.The circuit board 1 is screwed to the heat sink 3 via screws 51. The screws 3 are screwed into through holes 15 which extend from the circuit board 1 into the heat sink 3.

Der Kühlkörper 3 kann zahlreiche Ausgestaltungen aufweisen. Er besteht beispielsweise aus einem Metall wie zum Beispiel Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und weist nicht gesondert dargestellte Kühlflächen auf. Es handelt sich bei dem Kühlkörper 3 beispielsweise um einen aktiven Kühlkörper, der durch einen Lüfter (nicht dargestellt) oder mittels einer Flüssigkeitskühlung (nicht dargestellt) aktiv gekühlt wird. Alternativ ist der Kühlkörper 3 als passiver Kühlkörper ausgebildet.The heat sink 3 can have numerous configurations. It consists, for example, of a metal such as aluminum or an aluminum alloy and has cooling surfaces that are not shown separately. The heat sink 3 is, for example, an active heat sink that is actively cooled by a fan (not shown) or by means of liquid cooling (not shown). Alternatively, the heat sink 3 is designed as a passive heat sink.

Die 5 zeigt in zweidimensionale Ansicht eine mögliche Anordnung der elektrischen Bauteile 2, die gemäß der 4 in die Kavität 4 hineinragen und durch den Kühlkörper 3 gekühlt werden. Danach sind die elektrischen Bauteile 2 in mehreren Reihen 20 angeordnet. Jede Reihe 20 bildet einen logischen Schalter 6. Jeweils zwei logische Schalter 6 bilden eine Halbbrücke 60, die beispielsweise eine Phase eines dreiphasigen Wechselrichters bereitstellt. Bei den elektrischen Bauteilen 2 handelt es sich im betrachteten Ausführungsbeispiel um Leistungshalbleiter, beispielsweise um Leistungs-MOSFETs oder IGBT-Bauteile. In der Ausgestaltung gemäß der 5 sind die elektrischen Bauteile 2 somit Bestandteile eines Wechselrichters. Wechselrichter werden beispielsweise zur Bereitstellung eines dreiphasiges Wechselstroms für einen Elektromotor eingesetzt. Dabei erzeugt der Wechselrichter aus einem Gleichstrom einen Drehstrom mit drei Phasen, die typischerweise als U, V, W bezeichnet werden und die an entsprechende Spulenanschlüsse eines Elektromotors angelegt werden.The 5 shows a two-dimensional view of a possible arrangement of the electrical components 2, according to the 4 protrude into the cavity 4 and be cooled by the heat sink 3. The electrical components 2 are then arranged in several rows 20. Each row 20 forms a logical switch 6. Two logical switches 6 each form a half bridge 60, which, for example, provides one phase of a three-phase inverter. In the exemplary embodiment under consideration, the electrical components 2 are power semiconductors, for example power MOSFETs or IGBT components. In the design according to the 5 The electrical components 2 are therefore components of an inverter. Inverters are used, for example, to provide three-phase alternating current for an electric motor. The inverter generates a three-phase current from a direct current, which are typically referred to as U, V, W and which are applied to the corresponding coil connections of an electric motor.

Es werden sind gemäß dem Ausführungsbeispiel der 5 für jeden Schalter 6 mehrere elektrische Bauteile vorgesehen, um die erforderlichen hohen Ströme schalten zu können. Die einzelnen elektrischen Bauteile 2 eines Schalters 6 sind dabei elektrisch parallel geschaltet. Die Anordnung der elektrischen Bauteile 2 in einer Reihe bezieht sich somit lediglich auf die geometrische Anordnung der elektrischen Bauteile 2.According to the exemplary embodiment, there will be 5 Several electrical components are provided for each switch 6 in order to be able to switch the required high currents. The individual electrical components 2 of a switch 6 are electrically connected in parallel. The arrangement of the electrical components 2 in a row therefore only refers to the geometric arrangement of the electrical components 2.

Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Leiterplattenanordnung. Die Leiterplattenanordnung umfasst eine Leiterplatte 1, eine Mehrzahl elektrischer Bauteile 2 und einen Kühlkörper 3. Die Leiterplatte 1 weist eine Oberseite 11 und eine Unterseite 12 auf. Die elektrischen Bauteile 2 sind an der Unterseite 12 der Leiterplatte 1 angeordnet. The 1 shows a first exemplary embodiment of a circuit board arrangement. The circuit board arrangement includes a circuit board 1, a plurality of electrical components 2 and a heat sink 3. The circuit board 1 has a top side 11 and a bottom side 12. The electrical components 2 are arranged on the underside 12 of the circuit board 1.

Der Kühlkörper 3 umfasst eine Kavität 4. Die Kavität 4 ist in einzelne Segmente 41, 42, 43 unterteilt, wobei die einzelnen Segmente 41, 42, 43 jeweils durch eine Schutzwand 35 voneinander getrennt sind. Die einzelnen Segmente 41, 42, 43 können auch als Teil-Kavitäten bezeichnet werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bildet die Kavität 4 drei Segmente 41, 42, 43 aus, die jeweils als Reihensegmente ausgebildet sind, die parallel zueinander verlaufen. Die einzelnen Reihensegmente 41, 42, 43 sind dabei jeweils durch eine Schutzwand 35 voneinander getrennt, die sich längs zwischen zwei einzelnen Reihen erstreckt.The heat sink 3 comprises a cavity 4. The cavity 4 is divided into individual segments 41, 42, 43, the individual segments 41, 42, 43 each being separated from one another by a protective wall 35. The individual segments 41, 42, 43 can also be referred to as partial cavities. In the exemplary embodiment shown, the cavity 4 forms three segments 41, 42, 43, each of which is designed as row segments that run parallel to one another. The individual row segments 41, 42, 43 are each separated from one another by a protective wall 35, which extends lengthwise between two individual rows.

Die Kavität 4 ist rechteckförmig im Kühlkörper 3 ausgebildet. Da die Schutzwände 35 gradlinig und parallel zu dem Seitenrändern der Kavität 4 verlaufen, sind auch die einzelnen Segmente 41, 42, 43 rechteckförmig ausgebildet.The cavity 4 is rectangular in shape in the heat sink 3. Since the protective walls 35 run in a straight line and parallel to the side edges of the cavity 4, the individual segments 41, 42, 43 are also rectangular.

In jedes der Reihensegmente 41, 42, 43 der Kavität 4 ragt eine Mehrzahl der elektrischen Bauteile 2, die in zwei benachbarten Reihen an der Unterseite der Leiterplatte 1 angeordnet sind. Jedem Reihensegment 41, 42, 43 sind also zwei Reihen elektrischer Bauteile 2 zugeordnet. Die elektrischen Bauteile 2 sind dabei über ein Wärmeleitmaterial 7, das einen Spalt zwischen dem jeweiligen Bauteil 2 und dem Kühlkörper 3 ausgleicht, thermisch an den Kühlkörper 3 angebunden. Dabei wird über den Kühlkörper 3 Verlustwärme des elektrischen Bauteils 2 abgeführt.A plurality of electrical components 2, which are arranged in two adjacent rows on the underside of the circuit board 1, protrude into each of the row segments 41, 42, 43 of the cavity 4. Two rows of electrical components 2 are therefore assigned to each row segment 41, 42, 43. The electrical components 2 are thermally connected to the heat sink 3 via a heat-conducting material 7, which compensates for a gap between the respective component 2 and the heat sink 3. Heat loss from the electrical component 2 is dissipated via the heat sink 3.

Die Leiterplatte 1 liegt am Rand der Kavität 4 mit einer Auflagefläche 14 direkt auf der Oberfläche 31 des Kühlkörpers 3 auf. Sie ist über Schrauben 51, die in Durchgangsbohrungen 15 eingeschraubt sind, mit dem Kühlkörper 3 verschraubt. Die Schrauben 51 liegen dabei beispielsweise über eine Unterlegscheibe und eine Metallisierung auf der Oberseite 11 der Leiterplatte 1 auf. Sie stellen eine Druckkraft bereit, mit der die Leiterplatte 1 gegen den Kühlkörper 3 und die an der Unterseite 2 der Leiterplatte 1 angeordneten zu kühlenden Bauteile 2 über das Wärmeleitmaterial 7 an die Oberfläche des Kühlkörpers 3 zur Bereitstellung eines guten thermischen Übergangs angepresst werden.The circuit board 1 lies on the edge of the cavity 4 with a support surface 14 directly on the surface 31 of the heat sink 3. It is screwed to the heat sink 3 via screws 51 which are screwed into through holes 15. The screws 51 rest, for example, on the top side 11 of the circuit board 1 via a washer and metallization. They provide a compressive force with which the circuit board 1 is pressed against the heat sink 3 and the components 2 to be cooled arranged on the underside 2 of the circuit board 1 are pressed onto the surface of the heat sink 3 via the heat-conducting material 7 in order to provide a good thermal transition.

Die Schutzwände 35, die die Reihensegmente voneinander trennen, weisen eine Höhe auf, die der Tiefe der Kavität 4 entspricht. Dementsprechend besitzt die obere Stirnfläche der Schutzwände 35 die gleiche Höhe wie die an die Kavität 4 angrenzende Oberfläche 31 des Kühlkörpers 3. Somit liegt die Leiterplatte 1 an ihrer Unterseite 12 unmittelbar auf den Schutzwänden 35 auf. Dies erfolgt im Bereich von Auflageflächen 13.The protective walls 35, which separate the row segments from one another, have a height that corresponds to the depth of the cavity 4. Accordingly, the upper end face of the protective walls has 35 is the same height as the surface 31 of the heat sink 3 adjacent to the cavity 4. The circuit board 1 therefore rests directly on the protective walls 35 on its underside 12. This takes place in the area of support surfaces 13.

Die Schutzwände 35 bestehen im dargestellten Ausführungsbeispiel aus dem gleichen Material wie der Kühlkörper 3, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Segmente 41, 42, 43 durch spanende Fertigungsverfahren aus dem Kühlkörper 3 geformt worden sind. Dies ist jedoch nur beispielhaft zu verstehen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Schutzwände 35 aus einem anderen Material als der Kühlkörper bestehen und nachträglich in die Kavität 4 eingebracht und stoffschlüssig oder durch eine Schraubverbindung mit der Kavität 4 verbunden sind. In einem solchen Fall bestehen die Schutzwände beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff oder aus Stahl.In the exemplary embodiment shown, the protective walls 35 are made of the same material as the heat sink 3, for example aluminum or an aluminum alloy. It can be provided that the segments 41, 42, 43 have been formed from the heat sink 3 by machining manufacturing processes. However, this is only to be understood as an example. Alternatively, it can be provided that the protective walls 35 consist of a different material than the heat sink and are subsequently introduced into the cavity 4 and connected to the cavity 4 in a materially bonded manner or by a screw connection. In such a case, the protective walls consist, for example, of a glass fiber reinforced plastic or steel.

Die Leiterplattenanordnung gemäß der 1 ist in besonderer Weise geeignet, eine Vielzahl von elektrischen Bauteilen 2 in effektiver Weise durch den Kühlkörper 3 zu kühlen, die entsprechend der Anordnung der 5 mehrere logische Schalter eines Dreiphasen-Wechselrichters bilden. Bezugnehmend auf die 5 sind dabei jeweils zwei logische Schalter 6, die zusammen eine Halbbrücke 60 bilden, in einem der Reihensegmente 41, 42, 43 angeordnet. Dabei umfasst jeder logische Schalter eine Mehrzahl von geometrisch in einer Reihe angeordneten elektrischen Bauteilen 2, siehe 5. Bei den elektrischen Bauteilen 2 handelt es sich gemäß einer Ausführungsvariante um Leistungshalbleiter wie Leistungs-MOSFETs oder IGBT-Bauteile. Jeweils zwei logische Schalter bzw. die daraus gebildete Halbbrücke 60 bilden dabei eine Phase U, V, W eines dreiphasigen Wechselrichters.The circuit board arrangement according to the 1 is particularly suitable for effectively cooling a large number of electrical components 2 through the heat sink 3, which corresponds to the arrangement of the 5 form several logical switches of a three-phase inverter. Referring to the 5 There are two logical switches 6, which together form a half bridge 60, arranged in one of the row segments 41, 42, 43. Each logical switch comprises a plurality of electrical components 2 arranged geometrically in a row, see 5 . According to one embodiment variant, the electrical components 2 are power semiconductors such as power MOSFETs or IGBT components. Two logical switches or the half bridge 60 formed from them form a phase U, V, W of a three-phase inverter.

Durch die Anordnung derjenigen elektrischen Bauteile 2, die jeweils eine Phase U, V, W bilden, in einem gesonderten Reihensegment 41, 42, 43 erfolgt eine räumliche Trennung der einzelnen Phasen U, V, W und wird verhindert, dass bei einer Beschädigung oder einem Ausfall eines der elektrischen Bauteile 2 und ggf. der zugehörigen Phase die Störung sich auf die beiden anderen Phasen ausbreitet, so dass diese von dem Ausfall einer Phase nicht betroffen sind und der Betrieb mit den beiden nicht betroffenen Phasen weitergeführt werden kann.By arranging those electrical components 2, which each form a phase U, V, W, in a separate row segment 41, 42, 43, the individual phases U, V, W are spatially separated and this is prevented in the event of damage or a Failure of one of the electrical components 2 and possibly the associated phase, the fault spreads to the other two phases, so that they are not affected by the failure of one phase and operation can continue with the two unaffected phases.

Die 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leiterplattenanordnung, das sich von dem Ausführungsbeispiel der 1 dadurch unterscheidet, dass die Leiterplatte 1 über Schrauben 52 unmittelbar auch mit den Schutzwänden 35 verbunden ist, wobei die Leiterplatte 1 mit Auflageflächen 13 am oberen stirnseitigen Ende der Schutzwände 35 aufliegt. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Schutzwände 35 eine etwas größere Breite aufweisen als bei einer Implementierung ohne Schrauben 52 (siehe 1), so dass Bohrungen 37 für die Aufnahme der Schrauben 52 in die Schutzwände 35 eingebracht werden können. Statt einer Verschraubung über Schrauben 52 kann auch eine Verklebung der Leiterplatte 1 mit den Schutzwänden 35 erfolgen.The 2 shows a further exemplary embodiment of a circuit board arrangement, which differs from the exemplary embodiment of 1 differs in that the circuit board 1 is also connected directly to the protective walls 35 via screws 52, the circuit board 1 resting with support surfaces 13 on the upper front end of the protective walls 35. It can be provided that the protective walls 35 have a slightly larger width than in an implementation without screws 52 (see 1 ), so that holes 37 for receiving the screws 52 can be made in the protective walls 35. Instead of screwing using screws 52, the circuit board 1 can also be glued to the protective walls 35.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ist die Kavität 4 in Reihensegmente 41, 42, 43 segmentiert, wobei in jedem Reihensegment zwei Reihen von elektrischen Bauteilen 2 angeordnet sind. Eine solche Segmentierung ist jedoch nur beispielhaft zu verstehen. Grundsätzlich kann eine Segmentierung der Kavität 4 in beliebiger Weise erfolgen, beispielsweise unter Bereitstellung unterschiedlich großer und unterschiedlich geformter einzelner Segmente.In the exemplary embodiment of 1 and 2 the cavity 4 is segmented into row segments 41, 42, 43, with two rows of electrical components 2 being arranged in each row segment. However, such segmentation is only to be understood as an example. In principle, the cavity 4 can be segmented in any way, for example by providing individual segments of different sizes and shapes.

Eine alternative Ausgestaltung einer Segmentierung zeigt die 3. Danach ist eine Segmentierung vorgesehen, in der die Kavität 4 Rechtecksegmente 44 ausbildet, die rechteckig geformt sind. Im konkreten Ausführungsbeispiel sind dabei quadratische Segmente 44 gebildet, die entsprechend einem Schachbrettmuster angeordnet sind. Das Schachbrettmuster wird durch vertikale und horizontale Schutzwände 35, 36 erzeugt.An alternative embodiment of segmentation is shown in: 3 . A segmentation is then provided in which the cavity 4 forms rectangular segments 44 which are rectangular in shape. In the specific exemplary embodiment, square segments 44 are formed, which are arranged in a checkerboard pattern. The checkerboard pattern is created by vertical and horizontal protective walls 35, 36.

Dabei ist jedem Rechtecksegment 44 genau ein elektrisches Bauteil 2 zugeordnet, das in die entsprechende Teil-Kavität hineinragt. Die elektrischen Bauteile 2 können auch bei dieser Ausgestaltung entsprechend dem 5 angeordnet sein, wobei jeweils eine Reihe elektrischer Bauteile 2 einen logischen Schalter 6 und zwei logische Schalter 6 eine Halbbrücke 60 bilden. Bei der Ausgestaltung der 3 ist jedes elektrische Bauteil 2 in einem gesonderten Segment angeordnet, so dass die einzelnen elektrischen Bauteile 2 optimal gegenüber beschädigten oder zerstörten benachbarten elektrischen Bauteilen geschützt sind.Each rectangular segment 44 is assigned exactly one electrical component 2, which protrudes into the corresponding partial cavity. The electrical components 2 can also be used in this configuration in accordance with 5 be arranged, with a row of electrical components 2 forming a logical switch 6 and two logical switches 6 forming a half bridge 60. When designing the 3 Each electrical component 2 is arranged in a separate segment, so that the individual electrical components 2 are optimally protected against damaged or destroyed neighboring electrical components.

Die 3 stellt dabei den Extremfall einer Segmentierung der Kavität 4 insofern dar, als jedes elektrische Bauteil 2 einer Teil-Kavität zugeordnet ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass eine definierte Anzahl von elektrischen Bauteilen 2 jeweils in einer Teil-Kavität angeordnet ist, beispielsweise diejenigen elektrischen Bauteile 2, die einen logischen Schalter bilden oder eine Teilmenge dieser elektrischen Bauteile.The 3 represents the extreme case of a segmentation of the cavity 4 in that each electrical component 2 is assigned to a partial cavity. Alternatively, it can be provided that a defined number of electrical components 2 are each arranged in a partial cavity, for example those electrical components 2 that form a logical switch or a subset of these electrical components.

Die elektrischen Bauteile 2 der 1-3 können in Ausführungsbeispielen gemäß der 6 ausgebildet sein. Danach umfasst das elektrische Bauteil 2 einen keramischen Schaltungsträger 23, ein elektrisches Bauelement 24 und elektrische Kontakte 25. Das elektrische Bauelement 24 ist beispielsweise ein Leistungshalbleiter.The electrical components 2 of 1-3 can in embodiments according to 6 be trained. The electrical component 2 then comprises a ceramic circuit carrier 23, an electrical component 24 and electrical components clocks 25. The electrical component 24 is, for example, a power semiconductor.

Der keramischen Schaltungsträger 23 umfasst eine isolierende Keramikschicht 231, eine auf der Oberseite der Keramikschicht 231 angeordnete obere Metallisierungsschicht 232 und eine optionale, auf der Unterseite der Keramikschicht 23 angeordnete untere Metallisierungsschicht 233. Auf der oberen Metallisierungsschicht 232 ist das elektrisches Bauelement 24 angeordnet. Der keramischen Schaltungsträger 23 und das elektrische Bauelement 24 sind in einem Substrat 26 angeordnet, das die Außenmaße des elektrischen Bauteils 2 definiert. Bei dem Substrat 26 handelt es beispielsweise um eine Vergussmasse, in die der keramischen Schaltungsträger 23 und das elektrische Bauteil 24 eingebettet sind. Das Substrat 26 umfasst eine Oberseite 21, die auch die Oberseite des elektrischen Bauteils 2 bildet. Eine Unterseite des Substrats 26 verläuft bündig mit der unteren Metallisierungsschicht 233. Die Unterseite des Substrats 26 und die untere Metallisierungsschicht 233 bilden die Unterseite 22 des elektrischen Bauteils 2. Insgesamt ist das elektrische Bauteil 2 quaderförmig ausgebildet.The ceramic circuit carrier 23 comprises an insulating ceramic layer 231, an upper metallization layer 232 arranged on the top of the ceramic layer 231 and an optional lower metallization layer 233 arranged on the underside of the ceramic layer 23. The electrical component 24 is arranged on the upper metallization layer 232. The ceramic circuit carrier 23 and the electrical component 24 are arranged in a substrate 26, which defines the external dimensions of the electrical component 2. The substrate 26 is, for example, a casting compound in which the ceramic circuit carrier 23 and the electrical component 24 are embedded. The substrate 26 includes a top 21, which also forms the top of the electrical component 2. An underside of the substrate 26 runs flush with the lower metallization layer 233. The underside of the substrate 26 and the lower metallization layer 233 form the underside 22 of the electrical component 2. Overall, the electrical component 2 is cuboid.

Die Oberseite 21 des elektrischen Bauteils 2 weist eine Mehrzahl von elektrischen Kontakten 25 auf, die dazu dienen, entsprechende Kontakte der Leiterplatte 1 zu kontaktieren (siehe 1 und 2). Die elektrischen Kontakte 25 umfassen Durchkontaktierungen zu einem Unterseitenpotenzial und zu Oberseitenpotenzialen des elektrischen Bauelements 24. Beispielsweise stellen die elektrischen Kontakte 25 einen Source-Anschluss, einen Gate-Anschluss und einen Drain-Anschluss des elektrischen Bauelements 24 bereit.The top 21 of the electrical component 2 has a plurality of electrical contacts 25, which serve to contact corresponding contacts of the circuit board 1 (see 1 and 2 ). The electrical contacts 25 include vias to a bottom potential and to top potentials of the electrical component 24. For example, the electrical contacts 25 provide a source connection, a gate connection and a drain connection of the electrical component 24.

Das elektrische Bauteil 2 ist über die Metallisierungsschicht 233 und eine Wärmeleitmatte 7 gemäß den 1 und 2 mit einem Kühlkörper verbunden. Der keramische Schaltungsträger 23 mit der Keramikschicht 231 dient zum einen der elektrischen Isolation des auf dem keramischen Schaltungsträger 23 angeordneten elektrischen Bauelements 24 zum Kühlkörper und stellt gleichzeitig eine thermische Anbindung zum Kühlkörper bereit. Ein elektrisches Bauteil 2 gemäß der 6 wird auch als Prepackage-Modul bezeichnet. Die Prepackage-Module 2 werden an der Unterseite der Leiterplatte 1 entsprechend den 1-3 angeordnet.The electrical component 2 is via the metallization layer 233 and a heat-conducting mat 7 according to 1 and 2 connected to a heat sink. The ceramic circuit carrier 23 with the ceramic layer 231 serves, on the one hand, to electrically insulate the electrical component 24 arranged on the ceramic circuit carrier 23 from the heat sink and at the same time provides a thermal connection to the heat sink. An electrical component 2 according to 6 is also called a prepackage module. The prepackage modules 2 are attached to the underside of the circuit board 1 according to the 1-3 arranged.

Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Weiter wird darauf hingewiesen, dass beliebige der beschriebenen Merkmale separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden können, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale aus, die hier beschrieben werden und umfasst diese. Sofern Bereiche definiert sind, so umfassen diese sämtliche Werte innerhalb dieser Bereiche sowie sämtliche Teilbereiche, die in einen Bereich fallen.It is to be understood that the invention is not limited to the embodiments described above and various modifications and improvements may be made without departing from the concepts described herein. It should also be noted that any of the features described can be used separately or in combination with any other features, provided they are not mutually exclusive. The disclosure extends to and includes all combinations and subcombinations of one or more features described herein. If ranges are defined, they include all values within these ranges as well as all sub-ranges that fall within a range.

Claims

Circuit board arrangement, which has: - a circuit board (1) which has a top (11) and a bottom (12), - a plurality of electrical components (2) which are arranged on the underside (12) of the circuit board (1), and - a heat sink (3) which has a cavity (4) into which the electrical components (2) protrude, characterized in that the cavity (4) of the heat sink (3) is designed to be segmented, the cavity (4) comprises individual segments (41-44), into which at least one electrical component (2) projects, the segments (41-44) being separated from one another by a protective wall (35, 36).

Circuit board arrangement according to Claim 1 , characterized in that the height of the protective wall (35, 36) corresponds to the depth of the cavity (4).

Circuit board arrangement according to Claim 1 or 2 , characterized in that the cavity (4) and the individual segments (41-44) are rectangular.

Circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the cavity (4) forms row segments (41-43) which run parallel to one another and are each separated from one another by a longitudinally extending protective wall (35), with each row segment (41- 43) a plurality of electrical components (2) are arranged.

Circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the cavity (4) forms rectangular segments (44), a separate electrical component (2) being arranged in each rectangular segment (44).

Circuit board arrangement according to Claim 5 , characterized in that the rectangular segments (44) are square segments which are arranged in a checkerboard pattern.

Circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit board (1) rests on its underside (12) in the area of support surfaces (13) on the protective walls (35).

Circuit board arrangement according to Claim 7 , characterized in that the circuit board (1) is connected to the protective walls (35) in the area of the support surfaces (13) by adhesive bonds or screw connections (52).

Circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the protective walls (35, 36) consist of the same material as the heat sink (3).

Circuit board arrangement according to one of the Claims 2 until 8th , characterized in that the protective walls (35, 36) consist of a different material than the heat sink (3).

Circuit board arrangement according to Claim 10 , characterized in that the heat sink (3) is made of aluminum or an aluminum alloy and the protective walls (35, 36) are made of a glass fiber reinforced plastic or steel.

Circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical components (2) arranged on the underside (12) of the circuit board (1) form at least two logical switches (6), each of the logical switches (6) having several of the electrical Components (2) are assigned, - the electrical components (2) of a logical switch (6) are arranged in a row (20) with regard to their geometric arrangement, and - two logical switches (6) each form a half bridge (60) are connected, wherein the half bridge (60) comprises two rows (20) of electrical components (2).

Circuit board arrangement according to Claim 12 , as far as related back to Claim 4 , characterized in that the two logical switches (6) assigned to a half bridge (60), which comprise two rows (20) of electrical components (2), are arranged in a row segment (41-43) of the cavity (4).

Circuit board arrangement according to Claim 12 , as far as related back to Claim 4 , characterized in that the electrical components (2) form six logical switches (6) of a three-phase inverter with three phases (U, V, W), the six logical switches being connected to three half-bridges (60), and wherein the two logical switches (6) assigned to a half bridge (60), which comprise two rows (20) of electrical components (2), are each arranged in a row segment (41-43) of the cavity (4).

Circuit board arrangement according to Claim 12 , as far as related back to Claim 5 , characterized in that electrical components (2) form six logical switches (6) of a three-phase inverter with three phases (U, V, W), the six logical switches being connected to three half-bridges (60), and the electrical Components (2) are each arranged in a rectangular segment (44) of the cavity (4).

Circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical components (2) are semiconductor components, in particular power semiconductors.

Circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that an underside (22) of the electrical components (2) is each thermally connected to the heat sink (3) via a thermal interface material (7).

Circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit board (2) rests on the heat sink (3) with a support surface (14) adjacent to the cavity (4).

Circuit board arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical components (2) each comprise: - a ceramic circuit carrier (23) which has an insulating ceramic layer (231) and a metallization layer (232) arranged on the top of the ceramic layer (231). has, - an electrical component (24) which is arranged on the top side of the metallization layer (232) and is electrically connected to it, - an upper side (21) of the electrical component (2) which is on the underside (12) of the circuit board ( 1) is arranged, and - a bottom (22) of the electrical component (2), which is thermally coupled to the heat sink (3).

Circuit board arrangement according to Claim 19 , characterized in that the electrical components (2) are each designed in the form of cuboid modules.