DE10203827A1 - Circuit board device for electronic components, has stacked layer segments including internal conductor, intermediate insulating layer and external conductor for receiving electrical components - Google Patents

Circuit board device for electronic components, has stacked layer segments including internal conductor, intermediate insulating layer and external conductor for receiving electrical components

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Abstract

The circuit board device includes a circuit board element (20) comprising at least two circuit board segments (30,40), each consisting of a layer stack (31,41) of at least one internal conductor (32,42), at least one external conductor (34,44), and at least one intermediate insulating layer (33,43). The circuit board segments are connected together. At least one external conductor is adapted to receive at least one electrical component. Independent claims are also included for: (1) a circuit board system; and (2) an electronic component

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst eine Leiterplattenanordnung mit mindestens einem Halbleiter-Baulelement gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Leiterplattensystem sowie ein elektrisches Bauteil. The present invention initially relates to a circuit board arrangement at least one semiconductor component according to the preamble of Claim 1. The invention further relates to a circuit board system and a electrical component.

Leiterplattenanordnungen bestehen beispielsweise aus einem Leiterplattenelement, welches wiederum aus einem Schichtenstapel aus elektrisch leitenden Schichten und Isolationsschichten besteht. Auf einer Außenschicht des Schichtenstapels ist dann das wenigstens eine Halbleiter-Baulelement angeordnet. Eine solche Leiterplattenanordnung ist beispielsweise in der EP-A 0 376 100 beschrieben. Um die auf der Außenschicht befindlichen Halbleiter-Baulelemente mit den im Leiterplattenelement befindlichen elektrisch leitenden Schichten zu kontaktieren, weist diese bekannte Leiterplattenanordnung eine Anzahl von Bohrungen auf, die in auf der Außenschicht befindliche Montageflächen für die Halbleiter-Baulelemente münden und die die in der Leiterplatte befindlichen flächigen Leiterbahnen der elektrisch leitenden Schichten berühren. Die Bohrungen werden mit einem elektrisch leitenden Material gefüllt, so daß eine elektrische und thermische Kontaktierung zwischen dem Halbleiter-Bauelement und den elektrisch leitenden. Schichten entsteht. Printed circuit board arrangements consist, for example, of a printed circuit board element, which in turn consists of a layer stack of electrically conductive layers and insulation layers. On an outer layer of the layer stack is then the at least one semiconductor component is arranged. Such Printed circuit board arrangement is described for example in EP-A 0 376 100. Around the semiconductor components located on the outer layer with the im To contact circuit board element located electrically conductive layers, this known circuit board arrangement has a number of bores, which in mounting surfaces for the semiconductor components located on the outer layer open and the flat conductor tracks in the circuit board touch electrically conductive layers. The holes are made with an electric conductive material filled, so that an electrical and thermal contact between the semiconductor component and the electrically conductive. layers arises.

Die bekannte Leiterplattenanordnung weist jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. So ist diese in ihrer Herstellung zunächst aufwendig, da entsprechende Bohrungen in das Leiterplattenelement eingebracht und anschließend mit einem schmelzflüssigen Medium, beispielsweise einem Lot, aufgefüllt werden müssen. Weiterhin ist bei der bekannten Lösung eine ordnungsgemäße Kontaktierung der Halbleiter-Bauelemente mit den elektrisch leitenden Schichten nicht ohne weiteres gewährleistet, da in dem schmelzflüssigen Medium innerhalb der Bohrungen Fehler wie Gasblasen, Lunker und dergleichen auftreten können. However, the known circuit board arrangement has a number of disadvantages. So this is initially complex to manufacture, since corresponding holes in introduced the circuit board element and then with a molten Medium, for example a solder, must be filled. Furthermore, the known solution a proper contacting of the semiconductor devices not easily guaranteed with the electrically conductive layers, since in the molten medium within the holes defects such as gas bubbles, blowholes and the like can occur.

Aus der EP 0 942 505 ist weiterhin eine Leiterplattenanordnung bekannt, die die Funktion einer Stromverschienung (Bus Bar) hat. Diese Leiterplattenanordnung besteht aus einer Schichtenfolge von jeweils abwechselnd übereinander laminierten Leiterschichten (Stromschienen) und Isolierschichten. Jede Stromschiene ist mit einer Kontaktfahne verbunden, wobei die Kontaktfahnen über entsprechende Ausnehmungen in den Isolierschichten sowie teilweise auch in den anderen Stromschienen nach außen geführt sind. Nachteil diese bekannten Lösung ist jedoch, daß diese zunächst einen komplizierten Aufbau aufweist, insbesondere was das Hindurchführen der Kontaktfahnen durch die einzelnen Schichten betrifft. Weiterhin entstehen bei der bekannten Lösung Probleme in bezug auf das Wärmemanagement, insbesondere im Hinblick auf die gleichmäßige Abfuhr der in der Leiterplattenanordnung entstehenden Wärme. From EP 0 942 505 a circuit board arrangement is also known which Has the function of a busbar. This PCB assembly consists of a layer sequence of alternately laminated one above the other Conductor layers (busbars) and insulating layers. Every track is included connected to a contact flag, the contact flags via corresponding Recesses in the insulating layers and sometimes also in the others Busbars are routed to the outside. The disadvantage of this known solution is however, that this initially has a complicated structure, especially what concerns the passage of the contact lugs through the individual layers. Furthermore, problems arise with the known solution in relation to the Thermal management, especially with regard to the uniform removal of the in the heat generated by the circuit board arrangement.

Darüber hinaus ist bei den bekannten Lösungen nur eine Anordnung von Halbleiter- Baulelementen auf einer Seite der Leiterplattenanordnung vorgesehen, so daß nur eine begrenzte Anzahl von Halbleiter-Bauelementen pro Leiterplattenanordnung sinnvoll möglich ist. Wenn bei der bekannten Lösung eine große Anzahl von Halbleiter-Bauelementen auf der Leiterplattenanordnung plaziert werden soll, müßte die zur Aufnahme vorgesehene Außenschicht eine große Fläche aufweisen, was jedoch wiederum Probleme im Zusammenhang mit der Stromverteilung und der Temperatur mit sich bringen kann. In addition, only an arrangement of semiconductor Building elements provided on one side of the circuit board assembly, so that only a limited number of semiconductor devices per circuit board arrangement is sensibly possible. If in the known solution a large number of Semiconductor components to be placed on the circuit board arrangement would have to the outer layer intended for receiving has a large area, which however again problems related to power distribution and Temperature.

Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Leiterplattenanordnung bereitzustellen, die bei hoher Stromtragfähigkeit einfach und kostengünstig herstellbar ist. Weiterhin soll ein entsprechend verbessertes Leiterplattensystem sowie ein elektrisches Bauteil bereitgestellt werden. The present invention is based on the cited prior art The object of the present invention is to provide a printed circuit board arrangement which is suitable for high Current carrying capacity is simple and inexpensive to manufacture. Furthermore, a accordingly improved circuit board system and an electrical component to be provided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Leiterplattenanordnung mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, das Leiterplattensystem mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 10 sowie das elektrische Bauteil mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 12. Weitere Vorteile, Merkmale, Details, Aspekte und Effekte der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der Leiterplattenanordnung beschrieben sind, gelten dabei selbstverständlich auch für das Leiterplattensystem und/oder das elektrische Bauteil, und jeweils umgekehrt. This object is achieved with the circuit board arrangement the features according to independent claim 1, the Printed circuit board system with the features according to the independent claim 10 and the electrical component with the features according to the independent Claim 12. Further advantages, features, details, aspects and effects of Invention result from the dependent claims, the description and the Drawings. Features and details related to the Circuit board arrangement are described, of course, also apply to the circuit board system and / or the electrical component, and vice versa.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Leiterplattenanordnung für ein elektronisches Bauelement bereitgestellt, aufweisend wenigstens ein Leiterplattenelement, bestehend aus einem Schichtenstapel aus wenigstens einer elektrisch leitenden Schicht und wenigstens einer Isolationsschicht, wobei eine als elektrisch leitende Schicht ausgebildete Außenschicht des Schichtenstapels zur Aufnahme wenigstens eines elektronischen Bauteils ausgebildet ist. Die Leiterplattenanordnung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterplattenelement aus wenigstens zwei Leiterplattensegmenten gebildet ist, daß jedes Leiterplattensegment einen Schichtenstapel aus wenigstens einem Innenleiter, wenigstens einem Außenleiter und wenigstens einer dazwischen angeordneten Isolationsschicht aufweist, daß die Leiterplattensegmente miteinander verbunden sind und daß wenigstens ein Außenleiter zur Aufnahme mindestens eines elektronischen Bauelements ausgebildet ist. According to the first aspect of the invention, a printed circuit board arrangement for a provided electronic component, comprising at least one Printed circuit board element, consisting of a layer stack of at least one electrically conductive layer and at least one insulation layer, one being electrically conductive layer formed outer layer of the layer stack for Recording at least one electronic component is formed. The Circuit board arrangement is characterized in that the Printed circuit board element is formed from at least two printed circuit board segments that each circuit board segment a layer stack of at least one inner conductor, at least one outer conductor and at least one arranged in between Insulation layer has that the circuit board segments connected to each other are and that at least one outer conductor for receiving at least one electronic component is formed.

Dabei ist die Erfindung nicht auf bestimmte Typen von elektronischen Bauelementen beschränkt. Beispielsweise, jedoch nicht ausschließlich, können die elektronischen Bauelemente in Form von Halbleiter-Bauelementen ausgebildet sein. Beispielsweise kann es sich hierbei um Bauelemente für Leistungshalbleiterstufen handeln, etwa Transistoren wie MOSFET-Transistoren und dergleichen. Wenn es sich bei den Halbleiter-Bauelementen beispielsweise um Niedervolt-MOSFET-Transistoren handelt, ist dies aufgrund des niedrigen Impedanzniveaus besonders vorteilhaft. Diese Form elektronischer Bauelemente wird im weiteren Verlauf der Beschreibung an einigen Stellen näher erläutert, ohne daß die Erfindung auf diese speziellen Ausgestaltungsformen beschränkt wäre. The invention is not limited to certain types of electronic components limited. For example, but not exclusively, the electronic ones Components can be designed in the form of semiconductor components. For example can be components for power semiconductor stages, for example Transistors such as MOSFET transistors and the like. If it’s the Semiconductor components, for example around low-voltage MOSFET transistors this is particularly advantageous due to the low impedance level. This form of electronic components will be described later in the description explained in more detail in some places, without the invention being specific to these Embodiments would be limited.

Über die erfindungsgemäße Leiterplattenanordnung wird es möglich, elektronische Bauelemente, die mit der Leiterplattenanordnung verbunden sind oder werden, auf einfache Weise mit elektrischer Energie zu versorgen. Gleichzeitig kann die entstehende Wärme besonders einfach und vor allem gleichmäßig abgeführt werden. The circuit board arrangement according to the invention makes it possible to use electronic Components that are or will be connected to the circuit board arrangement simple way to supply electrical energy. At the same time, the the heat generated can be dissipated particularly easily and, above all, evenly.

Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß nunmehr wenigstens zwei Leiterplattensegmente vorgesehen sind, die auf besondere Art und Weise miteinander verbunden sind. Auf diese Weise können hier, im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung wesentlich mehr elektronische Bauelemente auf der Leiterplattenanordnung realisiert werden, was eine erhöhte Stromtragfähigkeit und eine höhere Leistung durch verbesserten Stromwärmetransport als bisher ermöglicht. A basic idea of the present invention is that now at least two circuit board segments are provided, which in a special way and Way connected. That way, here, compared to the solution known from the prior art, much more electronic Components can be realized on the circuit board arrangement, which is an increased Current carrying capacity and higher performance through improved Electricity heat transport than previously possible.

Die Leistungsfähigkeit eines als Halbleiter-Bauelement ausgebildeten elektronischen Bauelementes auf einer Leiterplatte wird durch die beim Betrieb entstehende Stromwärme, die zulässige Grenztemperatur des Halbleiterkristalls, sowie die vom Bauelement selbst und über die Montagefläche und elektrischen Anschlüsse an die Umgebung abgeleiteten Wärmeströme bestimmt. The performance of an electronic device designed as a semiconductor component Component on a circuit board is created by the operation Current heat, the permissible limit temperature of the semiconductor crystal, and that of Component itself and via the mounting surface and electrical connections to the Environment derived heat flows determined.

Neben diversen Grenzflächeneffekten begrenzen selbst beste Wärmeleitermaterialien (z. B. Kupfer) als Montageflächen, mit einer materialspezifischen (masse- b. z. w. volumenbezogenen, spezifischen) Wärmeleitfähigkeit den Stromwärmetransport in das Festkörpervolumen unter der Montagefläche. Eine Vergrößerung der effektiven Querschnittsflächen A eines am Stromwärmetransport beteiligten Leitungsvolumens V reduziert daher die flächenbezogene Wärmestromdichte dQ/dA für einen entstehenden Wärmestrom dQ/dt. In addition to various interface effects, even the best limit Thermal conductor materials (e.g. copper) as mounting surfaces, with a material-specific (mass, e.g. volume-related, specific) Thermal conductivity is the transport of electricity into the solid volume below the Mounting surface. An increase in the effective cross-sectional areas A of a Electricity heat transport involved line volume V therefore reduces the area-related heat flow density dQ / dA for an emerging heat flow dQ / dt.

Die erfindungsgemäße Leiteranordnung im Raum erlaubt die wirtschaftliche Realisierung elektrischer und thermischer Leitungsstrukturen für elektronische Bauelemente in größeren Arraylösungen auf hohen Leistungsniveau. Ein Array zeichnet sich dadurch aus, daß es vorteilhaft eine Anzahl von elektronischen Bauelementen aufweist, die größer, insbesondere sehr viel größer als Zwei ist. The ladder arrangement according to the invention in the room allows economical Realization of electrical and thermal line structures for electronic Components in larger array solutions at a high level of performance. An array is characterized in that it advantageously has a number of electronic Components which is larger, in particular much larger than two.

Dabei teilt sich ein Gesamt-Wärmestrom über alle Einzelhalbleiter des Arrays in viele Teilwärmeströme auf. Wegen der größeren Summe der effektiven Querschnittsflächen A der an der Stromwärmeableitung der Einzelhalbleiter beteiligten Leitungsvolumina in die Montagegrundplatte ergibt sich eine reduzierte Wärmestromdichte dQ/dA für den Einzelhalbleiter, was zu einer geringeren thermischen Beanspruchung des Einzelhalbleiters im Array führt. A total heat flow is divided into many across all individual semiconductors in the array Partial heat flows on. Because of the larger sum of the effective ones Cross-sectional areas A of the current heat dissipation of the individual semiconductors involved line volumes in the mounting base plate results in a reduced Heat flow density dQ / dA for the single semiconductor, resulting in a lower leads to thermal stress of the single semiconductor in the array.

Mit der erfindungsgemäßen Leiterplattenanordnung lassen sich durch einige Details in der Ausgestaltung auch sehr große, nahezu beliebig skalierbare Arrays aus Leistungshalbleitern reproduzierbar realisieren. With the circuit board arrangement according to the invention can be by some details very large, almost arbitrarily scalable arrays Realize power semiconductors reproducibly.

Durch die Ausgestaltung der Leiterplattensegmente im Raum, als möglichst induktionsarme, symmetrische Anordnungen, mit kurzwegiger, sehr niederimpedanter Anschlußkontaktierung der einzelnen Halbleiterelelemente, können unterschiedliche Signallaufzeiten der Verschaltung innerhalb der Arrayausdehnung minimiert, ein taktgenaues Schaltverhalten, als zwingende Voraussetzung für eine korrekte elektrische Funktion identischer Einzelelemente in großen Arrays, weitgehend sichergestellt werden. Dies wird im weiteren Verlauf der Beschreibung noch näher erläutert. By designing the circuit board segments in space as possible Low induction, symmetrical arrangements, with short path, very low-impedance connection contact of the individual semiconductor elements, can Different signal propagation times of the interconnection within the array extension minimized, a precise switching behavior, as a mandatory requirement for one correct electrical function of identical individual elements in large arrays, largely ensured. This will be discussed later in the description explained in more detail.

Eine gleichmäßige Stromverteilung des Array-Gesamtstromes auf die Einzelelemente ist nur für eine sehr gleichmäßige Temperierung von Einzelhalbleitern gleichen Typs innerhalb eines Arrays erzielbar. Durch die Versatzmontage der Einzelhalbleiter auf Vor- und Rückseite des Leiterplattensegmentes, auf jeweils einem sehr guten Wärmeleiter, werden die Temperaturunterschiede im Array nivelliert, die exponentiell temperaturabhängigen Kanalwiderstände, und damit entsprechend die Laststromaufteilung, einander angenähert. A uniform current distribution of the total array current to the Individual elements is only for a very even tempering of Single semiconductors of the same type can be achieved within an array. Through the Offset mounting of the single semiconductors on the front and back of the PCB segments, each on a very good heat conductor, the Leveled temperature differences in the array that are exponentially temperature dependent Channel resistances, and thus the load current distribution, each other approximated.

Die wesentlich vergrößerten für die Halbleitermontage zur Verfügung stehenden Oberflächen liefern zudem erheblich günstigere Bedingungen für eine Konvektionskühlung. Sonst zusätzlich erforderliche Kühlkörper können hierdurch gegebenenfalls. kleiner dimensioniert werden oder können, je nach Betriebsart, nun völlig entfallen. The significantly enlarged ones available for semiconductor assembly Surfaces also provide considerably more favorable conditions for a Convection cooling. Any additional heat sinks that may be required may result from this. can be dimensioned smaller or, depending on the operating mode, can now be completely eliminated.

Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Anzahl von Leiterplattenelementen pro Leiterplattenanordnung sowie eine bestimmte Anzahl von Einzelschichten pro Leiterplattensegment beschränkt. Ein Leiterplattensegment besteht in seiner einfachsten Ausgestaltungsform aus einem Innenleiter, einem Außenleiter sowie einer dazwischen angeordneten Isolationsschicht. Natürlich sind auch Ausgestaltungen denkbar, in denen jeweils mehr als ein Innenleiter und/oder mehr als ein Außenleiter und/oder mehr als eine Isolationsschicht vorgesehen ist. Basically, the invention is not limited to a certain number PCB elements per PCB arrangement as well as a certain number of Single layers per circuit board segment limited. A circuit board segment consists in its simplest form of an inner conductor, a Outer conductor and an insulation layer arranged between them. Are natural refinements are also conceivable, in each of which more than one inner conductor and / or more than one outer conductor and / or more than one insulation layer is provided.

Weiterhin besteht das Leiterplattenelement zumindest aus zwei Leiterplattensegmenten, die wie vorstehend beschrieben ausgebildet sind. Selbstverständlich kann das Leiterplattenelement auch mehr als zwei Leiterplattensegmente aufweisen. Furthermore, the circuit board element consists of at least two Printed circuit board segments which are designed as described above. Of course, the circuit board element can also have more than two Have circuit board segments.

Wichtig ist lediglich, daß die Leiterplattensegmente miteinander verbunden sind. Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, daß die Leiterplattensegmente über jeweils eine ihrer Innenleiterschichten direkt miteinander verbunden sind. Eine dadurch entstehende doppellagige Innenlage von Innenleiterschichten kann dadurch vorteilhaft zwei, je einer Oberfläche zugewandte, flächige Leiterstrukturen ausbilden, die sich, etwa für Eintakt-Topologien und Gegentakt-Topologien mit Mittelanzapfung der Last, vorteilhaft innen auf gleichem elektrischen Potential vollflächig berühren. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Leiterplattensegmente über jeweils eine ihrer Innenleiterschichten indirekt miteinander verbunden sind, indem zwischen den Innenleiterschichten wenigstens eine weitere Isolationsschicht vorgesehen ist. Eine derartige Separation der Innenleiterschichten ist beispielsweise für andere Schaltungstopologien durchaus denkbar. It is only important that the circuit board segments are connected to each other. For this purpose it can be provided, for example, that the printed circuit board segments over one of their inner conductor layers is directly connected to one another. A the resulting double-layer inner layer of inner conductor layers advantageously form two flat conductor structures, each facing a surface, which are suitable, for example, for single-ended topologies and push-pull topologies with central tapping of the load, advantageously touch the entire surface inside at the same electrical potential. It However, it is also conceivable that the circuit board segments over one of each Inner conductor layers are indirectly connected to each other by between the Inner conductor layers at least one further insulation layer is provided. A such separation of the inner conductor layers is, for example, for others Circuit topologies quite conceivable.

Weiterhin müssen die Leiterplattensegmente zumindest einen Außenleiter aufweisen, auf dem das wenigstens eine elektronische Bauelement angeordnet ist. Furthermore, the circuit board segments must have at least one outer conductor have, on which the at least one electronic component is arranged.

Die erfindungsgemäße Leiterplattenanordnung bildet in der wie vorstehend beschriebenen Ausgestaltung beispielsweise eine Leiterstruktur in Form einer Multilayer-Kombination aus vorzugsweise zwei Außenleitern auf den Außenlagen sowie vorzugsweise einer Doppellage von Innenleitern sowie zwei jeweils dazwischen befindlichen Isolationslagen. Diese Leiterplattenanordnung ist um die beidseitige Bestückung mit elektronischen Bauelementen, beispielsweise Leistungshalbleitern, auf den als Außenlagen fungierenden Außenleitern ergänzt. The circuit board arrangement according to the invention forms as above described embodiment, for example, a conductor structure in the form of a Multilayer combination of preferably two outer conductors on the outer layers and preferably a double layer of inner conductors and two each insulation layers in between. This circuit board arrangement is around equipping on both sides with electronic components, for example Power semiconductors, supplemented on the outer conductors acting as outer layers.

Zur Herstellung einer derartigen Leiterplattenanordnung kann beispielsweise vorgesehen sein, daß die einzelnen Schichten zunächst separat hergestellt und anschließend zu den Leiterplattenelementen zusammengestellt werden, die schließlich zur Leiterplattenanordnung zusammengefügt werden. Die Verbindung der einzelnen Schichten kann mittels eines Laminierverfahrens, Klebeverfahrens, Sinterverfahrens, Lötverfahrens, Schweißverfahrens und dergleichen realisiert werden. Natürlich ist es auch denkbar, daß einzelne Schichten, beispielsweise die Innenleiterschichten und die Isolationsschichten als ein einziges Bauteil ausgeführt sind, wobei dieses Bauteil anschließend um den wenigstens einen Außenleiter ergänzt wird. Die Doppellage an Innenleiterschichten und Isolationsschichten kann somit vorteilhaft als ein einziges Bauteil, als flexible Leiterplatte als starrflexible Kombination oder dergleichen ausgeführt werden. Die äußeren Leiterflächen (Außenleiter) können in einem solchen Fall ebenfalls flexibel ausgeführt werden. To produce such a circuit board arrangement, for example be provided that the individual layers are first manufactured separately and then be put together to the circuit board elements that finally be assembled to the PCB arrangement. The connection of the individual layers can be created using a lamination process, adhesive process, Sintering, soldering, welding and the like realized become. Of course, it is also conceivable that individual layers, for example the Inner conductor layers and the insulation layers executed as a single component are, this component then around the at least one outer conductor is added. The double layer on inner conductor layers and insulation layers can therefore advantageous as a single component, as a flexible printed circuit board as rigid-flexible Combination or the like can be performed. The outer conductor surfaces In such a case (outer conductor) can also be designed flexibly.

Durch ein weiteres Hinzufügen zusätzlicher starrer Außenleiterflächen auf gleichem elektrischem Potential, läßt sich die thermische Wärmeleitfähigkeit gegenüber einer flexiblen Leiterplatte alleine noch erheblich steigern. By adding additional rigid outer conductor surfaces on the same electrical potential, the thermal thermal conductivity can be compared to a flexible circuit board alone significantly increase.

Von besonderem Vorzug bei der erfindungsgemäßen Leiterplattenanordnung ist insbesondere, daß sich eine Skalierbarkeit der Anordnung über die Anzahl der - insbesondere parallel geschalteten - elektronischen Bauelemente unter Beibehaltung identischer Leiterlängen im Lastkreis für die Zentralableitungen ergibt. Is of particular advantage in the circuit board arrangement according to the invention in particular, that the scalability of the arrangement over the number of - in particular connected in parallel - electronic components while maintaining identical conductor lengths in the load circuit for the central leads.

Als weiterer Vorzug können bei der erfindungsgemäßen Leiterplattenanordnung Treibermodule für die elektronischen Bauelemente, beispielsweise für Halbleiter- Bauelemente, sehr vorteilhaft - mit den kürzest möglichen Leitungslängen zu den elektronischen Bauelementen - direkt oberhalb der elektronischen Bauelemente montiert werden. Nicht ausschließliche Beispiele hierfür werden im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert. As a further advantage in the circuit board arrangement according to the invention Driver modules for the electronic components, for example for semiconductor Components, very advantageous - with the shortest possible cable lengths to the electronic components - directly above the electronic components to be assembled. Non-exclusive examples of this will be given later the description explained in more detail.

Im Gegensatz zu integrierten Leistungsmodulen, mit der generellen Problematik einer Konzentration der entstehenden Stromwärmeleistungen auf eine sehr kleine Montagefläche, sowie mit der Notwendigkeit, über die begrenzten Wärmeleitungsfähigkeiten selbst bester Wärmeleiter, die Elementekühlung durch den Wärmetransport sehr leistungsfähiger Kühlsysteme sicherstellen zu müssen, reduziert die erfindungsgemäße Leiterplattenanordnung die Wärmestromdichte schon im Ansatz und entschärft dadurch dieses Problem erheblich. In contrast to integrated power modules, with the general problem a concentration of the resulting electricity heat outputs to a very small one Mounting area, as well as with the need to go beyond the limited Thermal conductivity capabilities of even the best heat conductors, element cooling by Having to ensure the heat transfer of very powerful cooling systems the circuit board arrangement according to the invention reduces the heat flow density already in the beginning and thereby alleviates this problem considerably.

Vorteilhaft kann das Leiterplattenelement aus zwei Leiterplattensegmenten gebildet sein, wobei das Leiterplattenelement einen symmetrischen Aufbau aufweist. Durch diesen symmetrischen Aufbau des Leiterplattenelements aus zwei identisch aufgebauten Leiterplattensegmenten werden die weiter oben beschriebenen Vorteile der Leiterplattenanordnung noch besser erreicht. Dies gilt insbesondere für die erfindungsgemäß erzielbare gleichmäßige Stromverteilungsstruktur, die erzielbaren gleichmäßigen Stromaufzeiten sowie die erreichbaren gleichmäßigen Temperaturcharakteristika. The circuit board element can advantageously be formed from two circuit board segments be, wherein the circuit board element has a symmetrical structure. By this symmetrical structure of the circuit board element from two identical assembled circuit board segments are the advantages described above the circuit board arrangement achieved even better. This applies in particular to the Uniform current distribution structure that can be achieved according to the invention uniform current run times as well as the achievable uniform Temperature characteristics.

Wenn die beiden Leiterplattensegmente über zwei ihrer Innenleiterschichten direkt miteinander verbunden sind, bildet die in diesem Fall doppellagige Struktur aus zwei Innenleitern dabei vorteilhaft zwei, je einer Oberfläche des Leiterplattenelements zugewandte, flächige Leiterstrukturen aus, die sich vorteilhaft für Eintakt-Topologien und Gegentakt-Topologien mit Mittelanzapfung der Last, innen auf gleichem elektrischem Potential flächig berühren. If the two circuit board segments directly over two of their inner conductor layers are connected to each other, the double-layer structure in this case consists of two Inner conductors advantageously two, one surface of the circuit board element facing, flat conductor structures, which are advantageous for single-ended topologies and push-pull topologies with central tapping of the load, on the same inside Touch the electrical potential across the surface.

Die im Falle eines symmetrischen Aufbaus zusätzlich gegebene Axial-Symmetrie gewährleistet darüber hinaus gleiche Signallaufzeiten im Leitungssystem des Laststromkreises. Außerdem wird dadurch sichergestellt, daß die oft durch Parasitäreffekte zusätzlich beeinflußten Schaltzeitpunkte der einzelnen elektronischen Bauelemente hier nahezu gleich sind, eine identische Treiberansteuerung vorausgesetzt. In der Folge wird ein gleichmäßiges Schaltverhalten innerhalb des gesamten Arrays aus elektronischen Bauelementen sichergestellt. The additional axial symmetry in the case of a symmetrical structure also guarantees the same signal propagation times in the line system of the Load circuit. It also ensures that the often by Parasitic effects also affect the switching times of the individual electronic components are almost the same here, an identical one Driver control required. As a result, it becomes uniform Switching behavior within the entire array of electronic components ensured.

In weiterer Ausgestaltung kann das Leiterplattenelement eine planare Struktur mit planaren Einzelschichten aufweisen. Derartige Einzelschichten lassen sich auf einfache und kostengünstige Weise herstellen. Wenn es sich bei den elektronischen Bauelementen um Transistoren handelt, ist gerade die niedrige Impedanz einer induktionsarmen Planarleiter-Verschienung von Drain und Source bei Hochstromanwendungen für die Beherrschung von Überspannungen äußerst wichtig. In a further embodiment, the circuit board element can have a planar structure have planar individual layers. Such individual layers can be opened up manufacture simple and inexpensive way. If it is electronic Components are transistors, the low impedance is one low-inductance planar conductor splinting of drain and source High current applications for overvoltage control extremely important.

Vorteilhaft können die Innenleiter und/oder die Isolationsschichten der Leiterplattensegmente flexibel ausgebildet sein. In diesem Fall können die Innenleiter und die Isolationsschichten als sogenannte "flexible Leiterplatte" ausgebildet sein. The inner conductor and / or the insulation layers of the PCB segments should be flexible. In this case, the inner conductor and the insulation layers can be designed as a so-called "flexible printed circuit board".

Die Erfindung ist auf nicht bestimmte Materialien für die Innenleiter beschränkt. Wichtig ist lediglich, daß die Innenleiter aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise aus Kupfer, Aluminium oder dergleichen hergestellt sind. The invention is limited to non-specific materials for the inner conductor. It is only important that the inner conductor is made of an electrically conductive material, for example made of copper, aluminum or the like.

Ebenso ist die Erfindung nicht auf bestimmte Materialien für die Isolationsschichten beschränkt. Wichtig ist lediglich, daß die Materialien elektrisch isolierend wirken. Beispielsweise können die Isolationsschichten aus FR4-Material, Silikon/Glasgewebe, als Polyamid-Folie, Teflon-Folie, Kapton-Folie, Polystyrol-Folie oder anderen elektrischen Isolationsmaterialien hergestellt sein. Besonders vorteilhaft weisen die Isolationsmaterialen darüber hinaus eine gute thermische Leitfähigkeit auf. Likewise, the invention is not limited to specific materials for the insulation layers limited. It is only important that the materials have an electrically insulating effect. For example, the insulation layers made of FR4 material, Silicone / glass fabric, as polyamide film, Teflon film, Kapton film, polystyrene film or other electrical insulation materials. Especially The insulation materials advantageously also have good thermal properties Conductivity on.

Auch die Außenleiter können flexibel ausgebildet sein. Vorteilhaft sind die Außenleiter jedoch starr ausgebildet, so daß diese starre Außenlagen der Leiterplattenelemente und damit der gesamten Leiterplattenanordnung bilden. Die Außenleiter sind wiederum vorteilhaft aus elektrisch gut leitfähigem Material wie Kupfer, Aluminium oder dergleichen ausgebildet. The outer conductors can also be flexible. They are advantageous However, the outer conductor is rigid, so that this rigid outer layer of Form circuit board elements and thus the entire circuit board arrangement. The Outer conductors are in turn advantageously made of electrically highly conductive material such as Copper, aluminum or the like is formed.

Vorteilhaft kann die Leiterplattenanordnung eine Anzahl von N Leiterplattenelementen aufweisen, wobei N größer/gleich 2 ist. In Erweiterung einer doppelten Leiterstruktur, bei der ein aus Leiterplattensegmenten gebildetes Leiterplattenelement vorgesehen ist, kann bei Verwendung von mehr als zwei Leiterplattenelementen auch eine mehrarmig, räumlich aufgefächerte Leiterplattenanordnung erzielt werden. The circuit board arrangement can advantageously have a number of N Have circuit board elements, where N is greater than / equal to 2. In extension of one double conductor structure, in which one formed from printed circuit board segments Printed circuit board element is provided, can be used when more than two PCB elements also a multi-arm, spatially fanned out PCB arrangement can be achieved.

Dabei können die Leiterplattenelemente vorteilhaft miteinander verbunden sein, wobei die Erfindung nicht auf bestimmte Verbindungsarten beschränkt ist. Beispielsweise ist es denkbar, daß die einzelnen Leiterplattenelemente verschraubt, verschränkt, vernietet, verschweißt werden oder dergleichen. The circuit board elements can advantageously be connected to one another, the invention being not limited to certain types of connections. For example, it is conceivable that the individual circuit board elements are screwed together, be folded, riveted, welded or the like.

Besonders vorteilhaft kann die Leiterplattenanordnung drei Leiterplattenelemente aufweisen, wobei die Leiterplattenelemente vorzugsweise sternförmig miteinander verbunden sind. The circuit board arrangement can be particularly advantageous three circuit board elements have, the circuit board elements preferably star-shaped with each other are connected.

Die vorzugsweise starren Außenleiter liefern hierbei einen vorteilhaften Mehrfachnutzen. Zunächst ist es möglich, hierdurch eine mechanisch selbsttragende Struktur zu schaffen, so daß andere Tragstrukturen entbehrlich werden. Weiterhin können die Außenleiter als planare Stromleiter für eine elektrisch und thermisch günstige direkte Gehäusekontaktierung der elektronischen Bauelemente bei hohen Strömen und Leistungen genutzt werden. Darüber hinaus kann eine derartige Anordnung der Leiterplattenelemente als ein dem thermischen Management der elektronischen Bauelemente dienendes System zur flächigen Stromverteilung und Wärmeleitung innerhalb der Gesamtstruktur dienen. Schließlich ist auch eine Konvektionskühlung durch die umgebende Luft, oder aber die Weiterleitung von Stromwärme an ein dafür vorgesehenes Kühlsystem möglich. The preferably rigid outer conductors provide an advantageous one Multiple benefits. First of all, it is possible to have a mechanically self-supporting To create structure so that other support structures are unnecessary. Farther can use the outer conductor as a planar conductor for an electrical and thermal Favorable direct housing contact of the electronic components at high Streams and services are used. In addition, such Arrangement of the circuit board elements as a thermal management of the Electronic component serving system for flat power distribution and Conduct heat within the overall structure. After all, there is one Convection cooling by the surrounding air, or the transfer of Electricity heat possible to a cooling system provided for this purpose.

Durch die auf der Vor- und Rückseite eines jeden Schenkels - beispielsweise in Versatzanordnung verteilt - angeordneten elektronischen Bauelemente werden Spitzentemperaturen bestmöglich vermieden, da die Temperaturunterschiede im gesamten Array möglichst nivelliert werden. Wenn die elektronischen Bauelemente als Halbleiter-Bauelemente, etwa als MOSFET-Transistoren ausgebildet sind, hat dies wiederum einen günstigen Effekt auf den exponentiell von der Temperatur abhängigen Kanalwiderstand eines jeden MOSFETs, für den neben der Maskengeometrie und dem Herstellungsprozeß stets die temperaturabhängige Ladungsträgerbeweglichkeit eine entscheidende Rolle spielt. Eine gleichmäßige Thermik im Array ist daher sehr wichtig für die gleichgewichtete Verteilung des gesamten Laststroms auf die Kanalwiderstände aller Halbleiter-Bauelemente. Through the on the front and back of each leg - for example in Offset arrangement distributed - arranged electronic components Peak temperatures avoided as best as possible, because the temperature differences in the entire array should be leveled if possible. If the electronic components as semiconductor components, such as MOSFET transistors this in turn has a beneficial effect on the exponential of temperature dependent channel resistance of each MOSFET, for which in addition to the Mask geometry and the manufacturing process always the temperature-dependent Carrier mobility plays a crucial role. An even one Thermal in the array is therefore very important for the even distribution of the total load current on the channel resistances of all semiconductor components.

Die vergleichsweise großen Flächen der sternförmig angeordneten Leiterplattenelemente, insbesondere die großen Flächen der vorteilhaft starr und massiv ausgebildeten Außenleiter, übernehmen darüber hinaus auch sehr gut die Funktion eines Kühlkörpers, über den die in den elektronischen Bauelementen entstehende Wärme abgeführt werden kann. The comparatively large areas of the star-shaped arrangement Printed circuit board elements, especially the large areas of advantageously rigid and solidly trained outer conductors, also take over very well Function of a heat sink, via which in the electronic components heat can be dissipated.

Die mechanische Struktur ist bei drei Leiterplattenelementen, die sternförmig ausgerichtet sind, wobei die einzelnen Schenkel jeweils einen Winkel von 120° einschließen, und die miteinander verbunden sind, auch für in axialer Richtung längere Geometrien selbsttragend. The mechanical structure of three printed circuit board elements is star-shaped are aligned, the individual legs each having an angle of 120 ° include, and which are interconnected, also for in the axial direction longer geometries are self-supporting.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Leiterplattensystem für wenigstens ein elektronisches Bauelement bereitgestellt, das erfindungsgemäß aus zwei oder mehr wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Leiterplattenanordnungen besteht. Auf diese Weise können beliebig große und konturierte Netzwerke von Leiterplattenanordnungen realisiert werden. According to a second aspect of the invention, a printed circuit board system for at least one electronic component provided, which according to the invention two or more of the present invention as described above Printed circuit board arrangements exist. In this way, any size and contoured networks of circuit board arrangements can be realized.

Vorteilhaft sind die Leiterplattenanordnungen über Zentralableitungen parallel geschaltet. Dabei kann die Parallelschaltung vorzugsweise durch Zentralableitungen mit gleichen Leitungsweglängen in elektrischer Symmetrie realisiert sein. Mit Parallelschaltungen mehrerer Leiterplattenanordnungen, insbesondere wenn diese wie weiter oben beschrieben sternförmig ausgebildet sind, können vorteilhaft - wiederum unter Berücksichtigung der Symmetriebedingungen für die Ableitungen und Ansteuerungen - auch sehr große "Mega-Arrays" von elektronischen Bauelementen gebildet werden, die sich dann entsprechend auch für Anwendungen mit sehr hohen Lastströmen eignen. The circuit board arrangements are advantageously parallel via central derivatives connected. The parallel connection can preferably be made by central derivatives be realized with the same line path lengths in electrical symmetry. With Parallel connection of several circuit board arrangements, especially if this as described above can be advantageous - again taking into account the symmetry conditions for the derivatives and controls - also very large "mega arrays" of electronic Components are formed, which are then also suitable for applications with very high load currents.

Die wie vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Leiterplattenanordnung beziehungsweise das erfindungsgemäße Leiterplattensystem ermöglicht beispielsweise die vergleichsweise einfache Realisierung größerer Halbleiter-Arrays auch für die Anwendung in elektronischen Leistungsstufen in Eintakt-, Gegentakt- oder Brücken-Toplogien durch die aufbaubedingte Beherrschung einiger thermischer und elektrischer Schlüsselparameter. Dazu sind die Leiterplattenanordnungen vorzugsweise sternförmig, aus in den Raum erhobenen, doppelten Planarleiter- Strukturen gebildet. Bei diesen Planarleiter-Strukturen handelt es sich um aus jeweils zwei Leiterplattensegmenten ausgebildete Leiterplattenelemente. The circuit board arrangement according to the invention as described above or enables the circuit board system according to the invention for example the comparatively simple realization of larger semiconductor arrays also for use in electronic power levels in single-ended, push-pull or bridge topologies through the mastery of some thermal structures and key electrical parameters. For this are the circuit board arrangements preferably star-shaped, made of double planar ladder Structures formed. These planar leader structures consist of each two printed circuit board segments.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein elektrisches Bauteil bereitgestellt, mit einer wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Leiterplattenanordnung oder einem wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Leiterplattensystem, wobei auf wenigstens einem Außenleiter wenigstens ein elektronisches Bauteil angeordnet ist. Das elektronische Bauteil kann vorteilhaft als Halbleiter-Bauelement in der weiter oben beschriebenen Form ausgebildet sein. Besonders bevorzugt kann auf dem Außenleiter ein Array elektronischer Bauelemente angeordnet sein. According to a third aspect of the invention, an electrical component provided with an inventive as described above PCB assembly or one as described above Printed circuit board system according to the invention, with at least one outer conductor at least one electronic component is arranged. The electronic component can advantageous as a semiconductor component in the form described above be trained. An array can be particularly preferred on the outer conductor electronic components can be arranged.

Vorzugsweise kann in einem Leiterplattenelement wenigstens ein elektronisches Bauelement auf dem Außenleiter eines Leiterplattensegments wechselseitig versetzt (interleave) zu wenigstens einem elektronischen Bauelement auf dem Außenleiter eines mit diesem Leiterplattensegment verbundenen, anderen Leiterplattensegments angeordnet sein. Damit können die insgesamt zur Verfügung stehenden Montageflächen optimal ausgenutzt werden. Vorteilhaft kann dabei insgesamt eine gerade Anzahl von elektronischen Bauelementen vorgesehen sein. Diese Anordnung der elektronischen Bauelemente sorgt vorteilhaft für eine gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des Leiterplattenelements, mit einer gewissen Nivellierung der lokalen Temperaturminima und -maxima. Preferably, at least one electronic can be in a circuit board element Component mutually offset on the outer conductor of a circuit board segment (interleave) to at least one electronic component on the outer conductor another circuit board segment connected to this circuit board segment be arranged. So that the total available Mounting surfaces can be optimally used. Overall, one can be advantageous even number of electronic components can be provided. This arrangement the electronic components advantageously ensures a uniform Temperature distribution within the circuit board element, with a certain Leveling of local temperature minima and maxima.

In weiterer Ausgestaltung kann in einem Leiterplattenelement wenigstens ein elektronisches Bauelement über eine Kontaktiereinrichtung mit einem Innenleiter des Leiterplattensegments verbunden sein. Wenn es sich bei dem elektronischen Bauelement um einen Transistor handelt, kann der Innenleiter die Source für den Transistor darstellen. Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Typen von Kontaktiereinrichtungen beschränkt. Vorzugsweise wird eine kurze und/oder breite und/oder äußerst niederimpedante und/oder innerhalb eines Leiterplattenelements identisch ausgeführte Anschlußkontaktierung bezüglich der - insbesondere baugleichen - elektronischen Einzelbauelemente realisiert. In a further embodiment, at least one in a circuit board element electronic component via a contacting device with an inner conductor of the PCB segment to be connected. If it is the electronic Component is a transistor, the inner conductor can be the source for the Represent transistor. The invention is not limited to certain types of Contacting devices limited. A short and / or wide one is preferred and / or extremely low impedance and / or within a circuit board element identically designed connection with respect to the - in particular identical in construction - electronic individual components realized.

Nachfolgend werden einige nicht ausschließliche Beispiele für geeignete Kontaktiereinrichtungen beschrieben. So ist es beispielsweise denkbar, daß die Kontaktiereinrichtung eine mit dem Innenleiter zumindest teilweise verbundene Kontaktierfahne aufweist. Damit gelingt eine sehr gleichmäßige, äußerst niederimpedante Kontaktierung der vielfach parallel geschalteten elektronischen Bauelemente, beispielsweise der Halbleiter-Bauelemente des Arrays mit dem Lastkreis. Dabei sind minimale und besonders vorteilhaft identische Leiterlängen zwischen den Innenleitern und den elektronischen Bauelementen möglich, womit einige wichtige Voraussetzungen, die weiter oben bereits erläutert wurden, für die Funktion und Beherrschbarkeit auch größerer Arrays aus elektronischen Bauelementen in Hochstromkreisen erreicht werden können. Below are some non-exclusive examples of suitable ones Contacting devices described. For example, it is conceivable that the Contacting device at least partially connected to the inner conductor Has contact flag. This creates a very even, extremely low-impedance contacting of the often parallel connected electronic Components, for example the semiconductor components of the array with the Load circuit. The minimum and particularly advantageous are identical conductor lengths possible between the inner conductors and the electronic components, with which some important prerequisites for the Function and controllability of larger arrays made of electronic Components in high current circuits can be achieved.

Vorteilhaft wird durch die Ausgestaltung der Kontaktiereinrichtung in Form einer Kontaktierfahne eine breitflächige, induktionsarme Kontaktierung der elektrischen Anschlüsse der elektronischen Bauelemente realisiert. Bei diesen Anschlüssen kann es sich beispielsweise um Kontaktierstifte oder dergleichen handeln. Ebenso ist es natürlich auch denkbar, daß die elektronischen Bauelemente in einem entsprechenden Gehäuse integriert sind und daß die Kontaktierung über das Gehäuse erfolgt. It is advantageous through the configuration of the contacting device in the form of a Contacting lug a wide-area, low-induction contacting of the electrical Connections of the electronic components realized. With these connections can it is for example contact pins or the like. It is the same naturally also conceivable that the electronic components in one corresponding housing are integrated and that the contact via the Housing is done.

Die Kontaktierfahne kann beispielsweise aus dem Innenleiter ausgestanzt sein, wobei die Kontaktierfahne vorteilhaft an drei Kanten aus dem Innenleiter ausgestanzt beziehungsweise ausgeschnitten ist. An einer vierten Kante kann die Kontaktierfahne über eine Biegelinie weiterhin mit dem Innenleiter verbunden sein, wodurch die Kontaktierfahne nach außen in Richtung der elektronischen Bauelemente umgebogen werden kann. In anderer Ausgestaltung ist es denkbar, daß die Kontaktierfahne als seitlich über den Innenleiter überstehende Kontaktierzunge beziehungsweise Kontaktierlasche ausgebildet ist. Selbstverständlich sind auch andere Ausgestaltungsformen für die Kontaktierfahne möglich. The contact tab can be punched out of the inner conductor, for example, the contact lug advantageously punched out of the inner conductor on three edges or cut out. The contact tab can be on a fourth edge continue to be connected to the inner conductor via a bending line, as a result of which the Contacting flag towards the outside in the direction of the electronic components can be bent. In another embodiment, it is conceivable that the Contact tab as a contact tongue protruding laterally over the inner conductor or contact tab is formed. Of course, too other designs for the contact flag are possible.

In vorteilhafter Ausgestaltung kann die wenigstens eine Isolationsschicht eine Ausnehmung zum Hindurchführen der Kontaktiereinrichtung aufweisen. Bei einer solchen Ausnehmung kann es sich beispielsweise um eine am Rand befindliche Aussparung oder um ein in der Isolationsschicht befindliches Loch beziehungsweise einen Durchbruch handeln. Ähnliche Ausnehmungen können je nach Ausgestaltung der Außenleiter auch in diesen vorgesehen sein. Die Ausnehmungen haben die Aufgabe, die vom Innenleiter abführende Kontaktierfahne durch die Isolationsschicht und/oder den Außenleiter hindurchzuführen, damit diese anschließend mit dem elektronischen Bauelement verbunden werden kann. Je nach Ausgestaltung der Isolationsschicht und/oder des Außenleiters und/oder der Kontaktierelemente des elektronischen Bauelements kann es auch vorgesehen sein, daß die Kontaktierfahnen völlig außerhalb der Begrenzungslinien dieser Einzelschichten vorbeigeführt werden, so daß in einem solchen Fall keinerlei Ausnehmung erforderlich ist. In an advantageous embodiment, the at least one insulation layer can be a Have recess for passing the contacting device. At a such a recess can be, for example, an edge Recess or around a hole in the insulation layer or act a breakthrough. Similar recesses can be made depending on the design the outer conductor can also be provided in these. The recesses have that Task, the contact lug leading away from the inner conductor through the insulation layer and / or pass the outer conductor through, so that it can then be connected to the electronic component can be connected. Depending on the design of the Insulation layer and / or the outer conductor and / or the contacting elements of the electronic component, it can also be provided that the Contact flags completely outside the boundary lines of these individual layers be guided past, so that in such a case no recess is required.

Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Leiterplattenanordnung beziehungsweise das erfindungsgemäße Leiterplattensystem lassen sich besonders bevorzugt für den gepulsten Kurzschlußbetrieb leistungsfähiger Brennstoffzellen- Stacks innerhalb eines elektronischen Ansatzes zur Regeneration des Brennstoffzellen-Stacks nach Kohlenmonoxidvergiftungen einsetzen. The circuit board arrangement according to the invention described above and the circuit board system according to the invention can be particularly preferred for the pulsed short-circuit operation of powerful fuel cell Stacks within an electronic approach to regeneration of the Use fuel cell stacks after carbon monoxide poisoning.

In einer Brennstoffzelle, beispielsweise einer PEM-Brennstoffzelle, wird durch eine chemische Reaktion Strom erzeugt. Dabei wird ein Brennstoff, wie beispielsweise Wasserstoff, und ein Oxidationsmittel, wie beispielsweise Sauerstoff aus der Luft, in elektrische Energie und ein Reaktionsprodukt, wie beispielsweise Wasser, umgewandelt. Eine Brennstoffzelle besteht im wesentlichen aus einem Anodenteil, einer Membran (Elektrolyt) und einem Kathodenteil. Die Membran besteht aus einem gasdichten und protonenleitenden Material und ist zwischen der Anode und der Kathode angeordnet, um Ionen auszutauschen. Auf der Seite der Anode wird der Brennstoff zugeführt, während auf der Seite der Kathode das Oxidationsmittel zugeführt wird. An der Anode werden durch katalytische Reaktionen Protonen, beziehungsweise Wasserstoffionen, erzeugt, die sich durch die Membran zur Kathode bewegen. An der Kathode reagieren die Wasserstoffionen mit dem Sauerstoff, und es bildet sich Wasser. Die bei der Reaktion abgegebenen Elektronen lassen sich als elektrischer Strom durch einen Verbraucher leiten. In a fuel cell, for example a PEM fuel cell, a chemical reaction generates electricity. This is a fuel such as Hydrogen, and an oxidizing agent such as oxygen from the air electrical energy and a reaction product such as water converted. A fuel cell essentially consists of an anode part, a membrane (electrolyte) and a cathode part. The membrane consists of a gastight and proton conductive material and is between the anode and the Cathode arranged to exchange ions. On the side of the anode, the Fuel supplied while on the side of the cathode the oxidant is fed. At the anode, protons, or hydrogen ions generated, which through the membrane to Move cathode. The hydrogen ions react with the at the cathode Oxygen, and water forms. The electrons released during the reaction can be conducted as electrical current through a consumer.

Will man die Brennstoffzelle mit einem leicht verfügbaren oder zu speichernden Brennstoff wie Erdgas, Methanol, Benzin, Diesel oder dergleichen betreiben, muß man den Kohlenwasserstoff in einer Anordnung zum Erzeugen/Aufbereiten eines Brennstoffs zunächst in ein wasserstoffreiches Gas umwandeln. Dabei wird dieses im wesentlichen zu Wasserstoff und Kohlendioxid zersetzt. Weiterhin entsteht ebenfalls Kohlenmonoxid, das ein für die Brennstoffzelle schädliches Gas darstellt, da es den Katalysator auf der Anodenseite unwirksam macht und deshalb vor Eintritt des Brennstoffs in die Brennstoffzelle entfernt werden muß. If you want the fuel cell with an easily available or storable one Operate fuel such as natural gas, methanol, gasoline, diesel or the like the hydrocarbon in an arrangement for generating / processing a First convert the fuel into a hydrogen-rich gas. In doing so, this will essentially decomposed to hydrogen and carbon dioxide. Still arises also carbon monoxide, which is a gas that is harmful to the fuel cell, since it makes the catalyst on the anode side ineffective and therefore before entry of the fuel in the fuel cell must be removed.

In der Brennstoffzelle kann das Kohlenmonoxid, aber auch andere für die Brennstoffzelle schädliche Stoffe, ab einer bestimmten Konzentration dazu führen, daß sich die von der Brennstoffzelle abgegebene Leistung verringert und folglich der Wirkungsgrad der Brennstoffzelle stark reduziert wird. In the fuel cell, carbon monoxide can be used, but also for others Fuel cell harmful substances, from a certain concentration cause that the power output by the fuel cell decreases and consequently the Efficiency of the fuel cell is greatly reduced.

Um eine solche schädliche Einflußnahme von Kohlenmonoxid auf die Brennstoffzelle zu verhindern, ist in der WO 98/42038 eine Brennstoffzelle beschrieben, bei der Leistungseinbußen auf Grund von am Anodenkatalysator absorbierten Verunreinigungen vermieden werden sollen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Brennstoffzelle mit Mitteln verbunden ist, die der Anode der Brennstoffzelle einen positiven Spannungspuls aufprägen. Durch die Aufprägung des Spannungspulses wird eine pulsförmige Änderung des Anodenpotentials bewirkt. Durch diese pulsförmigen Änderungen des Anodenpotentials wird erreicht, daß das in der Brennstoffzelle befindliche Kohlenmonoxid oxidiert wird (Entgiftung der Brennstoffzelle). Bei einem Bestandteil dieser Mittel zum Aufprägen positiver Spannungspulse kann es sich um die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Leiterplattenanordnung beziehungsweise das erfindungsgemäße Leiterplattensystem als struktureller Basis eines sehr leistungsfähigen Schalthalbleiter-Arrays handeln. To such a harmful influence of carbon monoxide on the fuel cell To prevent a fuel cell is described in WO 98/42038, in which Performance loss due to absorbed on the anode catalyst Contamination should be avoided. This is achieved in that the Fuel cell is connected to means that unite the anode of the fuel cell Imprint positive voltage pulse. By stamping the voltage pulse a pulsed change in the anode potential is brought about. Through this Pulse-shaped changes in the anode potential is achieved in that Carbon monoxide located in the fuel cell is oxidized (detoxification of the Fuel cell). With a component of these means to impress more positive Voltage pulses can be the invention described above Printed circuit board arrangement or the printed circuit board system according to the invention act as the structural basis of a very powerful switching semiconductor array.

Die Erfindung wird nun an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: The invention will now be described using exemplary embodiments with reference to the accompanying drawing explained. Show it:

Fig. 1 in schematischer, perspektivischer Ansicht ein erfindungsgemäßes Leiterplattenelement; Fig. 1 shows a schematic, perspective view of an inventive circuit board member;

Fig. 2 in schematischer Querschnittsansicht das erfindungsgemäße Leiterplattenelement gemäß Fig. 1; FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of the circuit board element according to the invention according to FIG. 1;

Fig. 3 in schematischer, perspektivischer Ansicht eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leiterplattenanordnung mit Halbleiter-Bauelementen; Fig. 3 shows a schematic, perspective view of a first embodiment of a printed circuit board assembly according to the invention with semiconductor components;

Fig. 4 in schematischer Querschnittsansicht die Leiterplattenanordnung mit Halbleiter-Bauelementen gemäß Fig. 3; FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of the circuit board arrangement with semiconductor components according to FIG. 3;

Fig. 5 in schematischer, perspektivischer Ansicht eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leiterplattenanordnung mit Halbleiter-Bauelementen; FIG. 5 is a schematic, perspective view of another embodiment of a circuit board assembly according to the invention with semiconductor components;

Fig. 6 verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten von Leiterplattenanordnungen; Fig. 6 different embodiment possibilities of circuit board assemblies;

Fig. 7a bis 7d verschiedene Ausgestaltungsvarianten von Leiterplattensystemen bestehend aus einer Anzahl von Leiterplattenanordnungen; und Figures 7a to 7d different embodiment variants of the printed circuit board systems consisting of a number of printed circuit board assemblies. and

Fig. 8 bis 11 verschiedene Schaltungstoplogien mit erfindungsgemäßen Leiterplattenanordnungen. Fig. 8 to 11, various circuit Stop homologies with the inventive printed circuit board assemblies.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Leiterplattenelement 20 dargestellt, das zur Aufnahme von elektronischen Bauelementen, im vorliegenden Fall von Halbleiter-Bauelementen (nicht dargestellt) dient. Das Leiterplattenelement 20 besteht aus zwei Leiterplattensegmenten 30 und 40. Das Leiterplattensegment 30 weist einen Schichtenstapel 31 aus planaren Einzelschichten auf. Bei den Einzelschichten handelt es sich um einen Innenleiter 32, eine Isolationsschicht 33 sowie einen Außenleiter 34. Ebenso besteht das Leiterplattensegment 40 aus einem Schichtenstapel 41 mit einem Innenleiter 42, einer Isolationsschicht 43 sowie einem Außenleiter 44. In Figs. 1 and 2, a printed circuit board element 20 is shown, which (not shown) for receiving electronic components, in the case of semiconductor devices is used. The circuit board element 20 consists of two circuit board segments 30 and 40 . The printed circuit board segment 30 has a layer stack 31 made of planar individual layers. The individual layers are an inner conductor 32 , an insulation layer 33 and an outer conductor 34 . Likewise, the printed circuit board segment 40 consists of a layer stack 41 with an inner conductor 42 , an insulation layer 43 and an outer conductor 44 .

Die beiden Leiterplattensegmente 30 und 40 sind über die Innenleiter 32 und 42 miteinander verbunden. Dabei weist das Leiterplattenelement 20 einen symmetrischen Aufbau auf. Diese Symmetrie ist im vorliegenden Beispiel in bezug auf die Schichtenfolge, die vorzunehmende Bestückung mit Halbleiter- Bauelementen, in bezug auf die Anschlüsse der einzelnen Halbleiter-Bauelemente innerhalb eines Leiterplattensegments und in bezug auf die Rotationssysmmetrie um eine Symmetrieachse X-X' (siehe Fig. 5) gegeben. The two printed circuit board segments 30 and 40 are connected to one another via the inner conductors 32 and 42 . The circuit board element 20 has a symmetrical structure. In the present example, this symmetry is related to the layer sequence, the assembly to be carried out with semiconductor components, with regard to the connections of the individual semiconductor components within a printed circuit board segment and with respect to the rotational symmetry about an axis of symmetry XX '(see FIG. 5) given.

Das Leiterplattenelement 20 bildet eine doppelte, planare Leiterstruktur in Form einer Multilayer-Kombination aus vorzugsweise zwei starren Leitern auf den Außenlagen (Außenleiter 34, 44) und vorzugsweise einer Doppellage flexibler Folienleiter (Innenleiter 32, 42). Die Außenleiter dienen sowohl als Stromleiter als auch als Stromwärmeleiter. Die Innenleiter 32, 42 können je nach Realisierung verschiedener Schaltungstopologien direkt miteinander verbunden sein. In diesem Fall bildet die doppellagige Folieninnenlage zwei, je einer Oberfläche zugewandte, flächige Leiterstrukturen aus, die sich, beispielsweise für Eintakt-Topologien oder Gegentakt- Topologien mit Mittelanzapfung der Last, vorteilhaft innen auf gleichem elektrischem Potential vollflächig berühren. Ebenso ist es denkbar, daß die Innenleiter 32, 42 durch wenigstens eine weitere Isolier-Zwischenlage (nicht dargestellt) voneinander separiert sind. The circuit board element 20 forms a double, planar conductor structure in the form of a multilayer combination of preferably two rigid conductors on the outer layers (outer conductors 34 , 44 ) and preferably a double layer of flexible film conductors (inner conductors 32 , 42 ). The outer conductors serve both as current conductors and as current heat conductors. Depending on the implementation of different circuit topologies, the inner conductors 32 , 42 can be connected directly to one another. In this case, the double-layer film inner layer forms two flat conductor structures, each facing a surface, which, for example for single-ended topologies or push-pull topologies with center tapping of the load, advantageously have full contact inside on the same electrical potential. It is also conceivable that the inner conductors 32 , 42 are separated from one another by at least one further insulating intermediate layer (not shown).

Sowohl die Außenleiter als auch die Innenleiter sind vorteilhaft aus Kupfer gebildet. Zwischen den Leiterschichten befinden sich als Innenlagen jeweils zwei Isolationsschichten 33, 43, die beispielsweise aus FR4-Leiterplatten oder anderen elektrischen Isolationsmaterialien gebildet sind. Die Isolationsschichten 33, 43 weisen weiterhin vorzugsweise eine gute thermische Leitfähigkeit auf. Both the outer conductor and the inner conductor are advantageously made of copper. Between the conductor layers there are two insulation layers 33 , 43 as inner layers, which are formed, for example, from FR4 circuit boards or other electrical insulation materials. The insulation layers 33 , 43 furthermore preferably have good thermal conductivity.

Die innere Leiterdoppellage und die inneren Isolationslagen können hierbei vorteilhaft auch als ein einziges Bauteil, als sogenannte flexible Leiterplatte, als starrflexible Kombination oder dergleichen ausgeführt werden. In diesem Fall können die Außenleiter 34, 44 dann ebenfalls flexibel ausgeführt sein. Die flexiblen Leiter können beispielsweise als Laminate ausgebildet sein. Ebenso kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß die Außenleiter 34, 44 als starre Außenleiter ausgebildet sind. Eine solche Ausgestaltungsform wird im weiteren Verlauf beispielhaft beschrieben. Natürlich ist es auch denkbar, daß neben einem flexiblen Außenleiter noch eine weitere, zusätzliche starre Außenleiterfläche auf gleichem elektrischem Potential hinzugefügt wird, wodurch sich die thermische Wärmeleitfähigkeit gegenüber der flexiblen Außenleiterplatte alleine weiter steigern läßt. The inner double conductor layer and the inner insulation layers can advantageously also be designed as a single component, as a so-called flexible printed circuit board, as a rigid-flexible combination or the like. In this case, the outer conductors 34 , 44 can also be made flexible. The flexible conductors can be designed, for example, as laminates. It can also be advantageously provided that the outer conductors 34 , 44 are designed as rigid outer conductors. Such an embodiment is described by way of example below. Of course, it is also conceivable that, in addition to a flexible outer conductor, a further, additional rigid outer conductor surface is added at the same electrical potential, as a result of which the thermal thermal conductivity can be further increased compared to the flexible outer conductor plate alone.

Das Leiterplattenelement 20 gemäß den Fig. 1 und 2 wird anschließend zur Ausnutzung der insgesamt zur Verfügung stehenden Montagefläche auf den - vorzugsweise starren - Außenleitern 34, 44 beidseitig mit Halbleiter-Bauelementen 50 bestückt, wie dies im Zusammenhang mit den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Bei den Halbleiter-Bauelementen handelt es sich beispielsweise um Leistungshalbleiter. Dabei weist das in den Fig. 3 und 4 dargestellte Leiterplattenelement 20 einen identischen Aufbau wie das in den Fig. 1 und 2 beschriebene Leiterplattenelement 20 auf, so daß identische Bauteile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind und zum Grundaufbau des Leiterplattenelements 20 auf die obigen Ausführungen bezug genommen und hiermit verwiesen wird. 1 and 2, the circuit board element 20 according to FIGS. 1 and 2 is then equipped with semiconductor components 50 on both sides with semiconductor components 50 , as shown in connection with FIGS. 3 and 4, in order to utilize the total available mounting area on the - preferably rigid - outer conductors 34 , 44 is. The semiconductor components are, for example, power semiconductors. Here, the printed circuit board element in FIGS. 3 and 4 shown has 20 identical in construction to that shown in Figs. 1 and printed circuit board element 20 described 2 so that identical components are given the same reference numerals, and relative to the base structure of the circuit board member 20 of the above, is taken and hereby referred.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 3 und 4 wird vorzugsweise von einer wechselseitigen Versatzanordnung (Interleave) der Bestückung mit Halbleiter- Bauelementen 50 auf den jeweiligen Außenleitern 34, 44, mit einer geraden Anzahl von Halbleiter-Bauelementen insgesamt, Gebrauch gemacht. Diese Anordnung der Halbleiter-Bauelemente 50 sorgt für eine gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des Arrays aus Halbleiter-Bauelementen 50 beziehungsweise innerhalb des Leiterplattenelements 2D, mit einer gewissen Nivellierung der lokalen Temperaturmaxima und -minima über die Ortskoordinate der Längsachse L (Skalierungsachse) des planaren Halbleiterarrays. In the exemplary embodiment according to FIGS. 3 and 4, use is preferably made of a mutual offset arrangement (interleave) of equipping with semiconductor components 50 on the respective outer conductors 34 , 44 , with an even number of semiconductor components in total. This arrangement of the semiconductor components 50 ensures a uniform temperature distribution within the array of semiconductor components 50 or within the circuit board element 2 D, with a certain leveling of the local temperature maxima and minima via the spatial coordinate of the longitudinal axis L (scaling axis) of the planar semiconductor array.

Im Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 3 und 4 ist das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Leiterplattenelement 20 unter Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Montagefläche beidseitig mit Halbleiter-Bauelementen 50 auf den vorzugsweise starren Außenleitern 34, 44 bestückt. Die Halbleiter-Bauelemente sind als sogenannte MOSFET-Transistoren ausgebildet. Für diese Transistoren stellen die Innenleiter 32, 42 die Source-Sammelschiene S dar, während die Außenleiter 34, 44 hier als Drain-Sammelschiene D im direkten Kontakt mit den Drainanschlußflächen auf der Gehäuseunterseite der Halbleiter-Bauelemente 50 stehen. Die Halbleiter- Bauelemente 50 werden über ihre individuellen Gateanschlüsse G von darüberliegenden Treibermodulen 55 angesteuert. In the exemplary embodiment according to FIGS. 3 and 4, the printed circuit board element 20 shown in FIGS. 1 and 2 is equipped on both sides with semiconductor components 50 on the preferably rigid outer conductors 34 , 44 , utilizing the available mounting area. The semiconductor components are designed as so-called MOSFET transistors. For these transistors, the inner conductors 32 , 42 represent the source busbar S, while the outer conductors 34 , 44 here as drain busbar D are in direct contact with the drain connection areas on the underside of the housing of the semiconductor components 50 . The semiconductor components 50 are controlled via their individual gate connections G by driver modules 55 located above them.

Zur elektrischen Kontaktierung sind die Halbleiter-Bauelemente 50 zunächst mit dem elektrisch leitenden Außenleiter 34, 44 verbunden. Weiterhin sind die Halbleiter- Bauelemente 50 über eine Kontaktiereinrichtung 60 elektrisch mit den Innenleitern 32 beziehungsweise 42 verbunden. Dazu weisen die Halbleiter-Bauelemente 50 zunächst jeweils eine Anzahl von Kontaktierstiften 51 auf. Diese Kontaktierstifte 51 sind mit der Kontaktiereinrichtung 60 verbunden. Dazu weist die Kontaktiereinrichtung 60 für jedes Halbleiter-Bauelement 50 eine Kontaktierfahne 61 auf, die entlang einer Ausstanzlinie 62 an drei Seiten aus dem Innenleiter 32, 42 ausgestanzt sind. Über eine Biegelinie 63 (vierte Seite) sind die Kontaktierfahnen 61 nach wie vor mit den Innenleitern 32, 42 verbunden, so daß die Kontaktierfahnen 61 in Richtung der Kontaktierstifte 51 der Halbleiter-Bauelement 50 hochgebogen werden können. Dadurch wird eine breitflächige, induktionsarme Kontaktierung der Kontaktierstifte 51 der Halbleiterbauelemente 50 ermöglicht. For electrical contacting, the semiconductor components 50 are first connected to the electrically conductive outer conductor 34 , 44 . Furthermore, the semiconductor components 50 are electrically connected to the inner conductors 32 and 42 via a contacting device 60 . For this purpose, the semiconductor components 50 initially each have a number of contact pins 51 . These contact pins 51 are connected to the contact device 60 . For this purpose, the contacting device 60 has a contacting lug 61 for each semiconductor component 50 , which are punched out of the inner conductor 32 , 42 on three sides along a punching line 62 . The contact lugs 61 are still connected to the inner conductors 32 , 42 via a bending line 63 (fourth side), so that the contact lugs 61 can be bent up in the direction of the contact pins 51 of the semiconductor component 50 . This enables wide-area, low-induction contacting of the contact pins 51 of the semiconductor components 50 .

Die Kontaktierfahnen 61 werden durch einen Isolationsverguß 64, vorzugsweise mittels Silikon, isoliert und fixiert. The contact lugs 61 are insulated and fixed by an insulation potting 64 , preferably using silicone.

Damit gelingt eine sehr vorteilhafte, gleichmäßige, äußerst niederimpedante Kontaktierung der vielfach parallel geschalteten diskreten Halbleiter-Bauelemente 50 des gesamten Arrays im Lastkreis, wobei hierzu nur minimale, besonders vorteilhaft identische Leiterlängen zwischen allen Halbleiter-Bauelementen 50 und den jeweiligen Innenleitern 32, 42 vorliegen. Damit wird eine wichtige Voraussetzung für die Funktion und Beherrschbarkeit auch größerer Halbleiter-Arrays in Hochstromkreisen erreicht. Von besonderem Vorzug ist hierbei insbesondere, daß sich eine Skalierbarkeit der Anordnung über die Anzahl der parallelgeschalteten Halbleiter-Bauelemente 50 und unter Beibehaltung identischer Leiterlängen im Lastkreis für die Zentralableitungen in jeweils einem Punkt ergibt. This enables very advantageous, uniform, extremely low-impedance contacting of the discrete semiconductor components 50 of the entire array, which are often connected in parallel, of the entire array in the load circuit, with only minimal, particularly advantageously identical conductor lengths being present between all semiconductor components 50 and the respective inner conductors 32 , 42 . An important prerequisite for the function and controllability of larger semiconductor arrays in high-current circuits is thus achieved. It is particularly advantageous here that the arrangement can be scaled over the number of semiconductor components 50 connected in parallel and while maintaining identical conductor lengths in the load circuit for the central derivatives in each case at one point.

In den Fig. 1 bis 4 sind Leiterplattenelemente 20 dargestellt, die eine doppelte, das heißt aus zwei Leiterplattensegmenten 30, 40 bestehende Planarleiterstruktur aufweisen. Es ist jedoch auch denkbar, daß eine Leiterplattenanordnung bestehend aus mehreren Leiterplattenelementen 20 gebildet wird. Eine solche Leiterplattenanordnung 10 ist in Fig. 5 dargestellt. In Figs. 1 to 4 printed circuit board elements 20 are shown, which have a double, that is, from two board segments 30, 40 existing Planarleiterstruktur. However, it is also conceivable that a circuit board arrangement consisting of a plurality of circuit board elements 20 is formed. Such a circuit board arrangement 10 is shown in FIG. 5.

Die in Fig. 5 dargestellte Leiterplattenanordnung 10 besteht aus insgesamt drei Leiterplattenelementen 20, die jeweils aus zwei Leiterplattensegmenten 30 und 40 gebildet sind. Der Aufbau eines jeden Leiterplattenelements 20 entspricht dabei dem im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel, so daß diesbezüglich auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen und hiermit verwiesen wird. Die drei Leiterplattenelemente 20 gemäß den Fig. 3 und 4 sind sternförmig zusammengesetzt, wobei jedes Leiterplattenelement 20 einen Schenkel dieses Sterns bildet. Die sternförmige Anordnung planarer Leiterplattenelemente 20 ergibt sich entlang einer Symmetrieachse X-X' im Raum (siehe Fig. 5), gebildet aus drei identischen Leiterplattenelemente 20 in Form von Winkelblechen, mit einem Öffnungswinkel von je 120 Grad. Die einzelnen Leiterplattenelemente 20 sind beispielsweise mittels Verschraubung, Vernietung oder dergleichen untereinander verbunden. The printed circuit board arrangement 10 shown in FIG. 5 consists of a total of three printed circuit board elements 20 , which are each formed from two printed circuit board segments 30 and 40 . The structure of each printed circuit board element 20 corresponds to the exemplary embodiment described in connection with FIGS. 1 to 4, so that in this respect reference is made to the above statements and reference is hereby made. The three printed circuit board elements 20 according to FIGS. 3 and 4 are composed in a star shape, each printed circuit board element 20 forming one leg of this star. The star-shaped arrangement of planar printed circuit board elements 20 results along an axis of symmetry XX 'in space (see FIG. 5), formed from three identical printed circuit board elements 20 in the form of angle plates, with an opening angle of 120 degrees each. The individual circuit board elements 20 are connected to one another, for example, by means of screwing, riveting or the like.

Die Zentralableitungen aller Drainanschlüsse d1, d2, d3 und Sourceanschlüsse s1, s2, s3 enden mit symmetrischen Leitungslängen in jeweils einem Punkt D, S. The central derivatives of all drain connections d1, d2, d3 and source connections s1, s2, s3 end with symmetrical cable lengths in one point D, S.

Bei einer solchen Ausgestaltung der Leiterplattenanordnung 10 sind die jeweiligen Außenleiter der Leiterplattenelemente 20 vorzugsweise starr und aus Kupferblech ausgebildet. Auf diese Weise liefern die Außenleiter einen vorteilhaften Mehrfachnutzen, der im Zusammenhang mit der allgemeinen Beschreibung der Erfindung weiter oben bereits eingehend erläutert wurde. In such a configuration of the circuit board arrangement 10 , the respective outer conductors of the circuit board elements 20 are preferably rigid and made of copper sheet. In this way, the outer conductors provide an advantageous multiple benefit, which has already been explained in detail above in connection with the general description of the invention.

Die vorzugsweise starren äußeren Leiterflächen 34, 44 aus Cu-Blech liefern hierbei einen vorteilhaften Mehrfachnutzen:

  • a) als mechanisch selbsttragende Struktur (andere Tragstrukturen sind entbehrlich);
  • b) als planarer Stromleiter, für die elektrisch und thermisch besonders günstige, direkte Gehäusekontaktierung der Halbleiter-Bauelemente bei hohen Strömen und Leistungen;
  • c) als ein dem thermalen Management der Halbleiter-Bauelemente dienendes System zur flächigen Stromwärmeverteilung und Wärmeleitung innerhalb der Gesamtstruktur;
  • d) sowie zur Konvektionskühlung durch die umgebende Luft, oder die Weiterleitung der Stromwärme an dafür prädestinierte Kühlsysteme.
The preferably rigid outer conductor surfaces 34 , 44 made of copper sheet provide an advantageous multiple use:
  • a) as a mechanically self-supporting structure (other supporting structures are unnecessary);
  • b) as a planar current conductor, for the electrically and thermally particularly favorable, direct housing contact of the semiconductor components at high currents and powers;
  • c) as a system for the thermal management of the semiconductor components for the areal current heat distribution and heat conduction within the overall structure;
  • d) as well as for convection cooling by the surrounding air, or the forwarding of the current heat to cooling systems predestined for it.

Im Beispiel gemäß Fig. 5 sind N = 3 Cu-Winkel miteinander verbunden, die eine Einheit bilden, nämlich miteinander, mit den Isolationslagen, mit den diskreten Halbleiter-Bauelementen (hier beispielhaft 18 Stück MOSFET Transistoren) und mit den 3 (hier: beispielhaft gemeinsamen Source-Anschlußfolien) Innenleitern in Doppellage. In the example according to FIG. 5, N = 3 Cu angles are connected to one another, which form a unit, namely with one another, with the insulation layers, with the discrete semiconductor components (here, for example 18 pieces of MOSFET transistors) and with the 3 (here: for example) common source connection foils) inner conductors in double layer.

Somit liegen für dieses Beispiel einer dreiarmigen 120°-Sternstruktur alle Sourceanschlüsse einerseits und die Drainanschlüsse der MOSFETs andererseits, sehr vorteilhaft niederimpedant miteinander verbunden und in besonders vorteilhafter (Rotations-)Symmetrie für die Leiterlängen der Zentralableitungen von Source und Drain, in je einen Anschlußpunkt, vor. Thus, for this example of a three-armed 120 ° star structure, all are located Source connections on the one hand and the drain connections of the MOSFETs on the other hand, very advantageously connected to each other at low impedance and in a particularly advantageous manner (Rotation) symmetry for the conductor lengths of the central derivatives of source and Drain, in one connection point each.

Als weiterer Vorzug können bei dieser Anordnung die Treibermodule 55 für die Halbleiter-Bauelemente 50 (Fig. 3) hier sehr vorteilhaft - mit den kürzest möglichen Leitungslängen zu den Halbleiter-Bauelementen - beispielsweise per Leiterkarte - direkt über den Halbleiter-Bauelementen selbst montiert werden. As a further advantage, with this arrangement the driver modules 55 for the semiconductor components 50 ( FIG. 3) can be mounted here very advantageously — with the shortest possible line lengths to the semiconductor components — for example by means of a printed circuit card — directly above the semiconductor components themselves.

Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Anzahl von Leiterplattenelementen pro Leiterplattenanordnung beschränkt. Vielmehr kann die Leiterplattenanordnung allgemein N Leiterplattenelemente aufweisen, mit N größer/gleich 1. In Fig. 6 sind eine Reihe von unterschiedlichen Ausgestaltungsmöglichkeiten für Leiterplattenanordnungen dargestellt, wobei hier die Anzahl N der Leiterplattenelemente zwischen 1 und 6 variiert wurde. The invention is not restricted to a specific number of printed circuit board elements per printed circuit board arrangement. Rather, the printed circuit board arrangement can generally have N printed circuit board elements, with N greater than or equal to 1. A number of different configuration options for printed circuit board arrangements are shown in FIG. 6, the number N of printed circuit board elements here being varied between 1 and 6.

Mit Parallelschaltungen mehrerer derartiger Leiterplattenanordnungen können vorteilhaft, insbesondere unter Berücksichtigung der Symmetriebedingungen für Ableitungen und Ansteuerungen, auch größere Leiterplattensysteme 70 gebildet werden, die sich dann entsprechend auch für Anwendungen mit sehr hohen Lastströmen eignen. Beispiele für Paralllelstrukturen, die sich insbesondere auch für die vorteilhafte Realisierung ausgedehnter, mikro- und makroskopischer zellulärer Strukturen - unter Verwendung entsprechend dimensionierter Halbleiter- Bauelemente - eignen, sind in Fig. 7 dargestellt. Fig. 7a und 7c zeigen dabei zelluläre Parallelstrukturen mit je zweimal drei Leiterplattenelementen 20, also sechs Leiterplattenelementen 20. Fig. 7b zeigt eine zelluläre Parallelstruktur mit insgesamt 3 × 3 = 9 Leiterplattenelementen 20, während Fig. 7d eine zelluläre Parallelstruktur mit 4 × 4 = 16 Leiterplattenelementen 20 zeigt. Larger circuit board systems 70 , which are then also suitable for applications with very high load currents, can advantageously be formed with parallel connection of a plurality of such circuit board arrangements, in particular taking into account the symmetry conditions for derivatives and controls. Examples of parallel structures, which are also particularly suitable for the advantageous implementation of extensive, microscopic and macroscopic cellular structures - using appropriately dimensioned semiconductor components - are shown in FIG. 7. Fig. 7a and 7c show this cellular structures in parallel, each with two three board members 20, six printed circuit board elements 20. FIG. 7b shows a cellular parallel structure with a total of 3 × 3 = 9 circuit board elements 20 , while FIG. 7d shows a cellular parallel structure with 4 × 4 = 16 circuit board elements 20 .

Die in den Fig. 1 bis 7 dargestellten und beschriebenen Anwendungen von Halbleiter-Arrays auf Leiterplattenelementen 20 beziehungsweise Leiterplattenanordnungen 10 für Eintakt-Topologien können vorteilhaft auch auf leistungselektronische Gegentakt-Toplogien und Brückenschaltungen erweitert werden. In den Fig. 8 und 9 sind zwei Beispiele für Eintaktschaltung-Topologien 80 dargestellt, mit denen ein Eintaktbetrieb von Leiterplattenanordnungen 10, im vorliegenden Fall von sternförmigen (N = 3) Leiterplattenanordnungen 10 möglich ist. The applications of semiconductor arrays on printed circuit board elements 20 or printed circuit board arrangements 10 for single-ended topologies shown and described in FIGS. 1 to 7 can advantageously also be expanded to power electronic push-pull topologies and bridge circuits. In FIGS. 8 and 9, two examples for single ended circuit topologies are illustrated 80 by which a single-ended operation of circuit board assemblies 10, in the present case of star-shaped (N = 3) printed circuit board assemblies 10 is possible.

Für den einfachen Fall einer im Gegentakt arbeitenden Halbbrückenschaltung 90, wie sie in den Fig. 10 und 11 dargestellt ist, können vorteilhaft mehrere einzelne, gegeneinander isoliert montierte und gegenphasig angesteuerte Leiterplattenanordnungen 10 - die vorzugsweise eine Sternstruktur (N = 3) aufweisen -, auch den Gegentaktbetrieb realisieren. For the simple case of a push-pull half-bridge circuit 90 , as shown in FIGS. 10 and 11, a plurality of individual printed circuit board arrangements 10 , which are mounted isolated from one another and driven in phase opposition - which preferably have a star structure (N = 3) - can also be used implement push-pull operation.

In der Erweiterung solcher Halbbrückenschaltungen sind, durch Verdopplung auch zweiphasige Vollbrücken, durch Vervielfachung auch polyphasige Brückenschaltungen realisierbar. Neben dieser Form der Verschaltung sternförmiger Leiterplattenanordnungen 10 ergibt sich hier, insbesondere für mehrphasige Anwendungen in Stromrichtertechnik oder für mehrkanalige analoge Leistungsstufen, noch die sehr vorteilhafte Möglichkeit, daß jedem Winkelschenkel der Sternstruktur, das heißt jedem Leiterplattenelement, je eine Leistungsstufe in Halbbrücken- Toplogie für jede elektrische Phase zugeordnet wird. In the expansion of such half-bridge circuits, double-phase full bridges can also be realized by multiplication, and poly-phase bridge circuits can also be realized by multiplication. In addition to this form of interconnection of star-shaped printed circuit board arrangements 10 , there is also the very advantageous possibility, in particular for multiphase applications in converter technology or for multi-channel analog power stages, that each angular leg of the star structure, that is to say each printed circuit board element, has one power stage in half-bridge topology for each electrical phase is assigned.

Für die Realisierung von Gegentakt-Leistungsstufen bieten sich beispielsweise zwei verschiedene Lösungen für eine Aufteilung des oberen und unteren Halbleiterelemente-Arrays an:

  • a) die Vor- und Rückseite je eines Winkelschenkels (Leiterplattenelements) wird vorteilhaft jeweils für die Realisierung von Teil-Arrays, entsprechend entweder dem oberen oder dem unteren Halbleiter-Bauelement eines Halbbrückenzweigs einer Phase genutzt; oder
  • b) die symmetrische, in axialer Länge vorteilhaft skalierbare Array-Struktur eines Sterns (beispielsweise in Form einer Leiterplattenanordnung mit N = 3 Leiterplattenelementen) wird vorteilhaft in zwei gegeneinander isolierte, axial "gestapelte" Teilsterne untergliedert. Je einer der beiden isolierten Teilsterne trägt hierbei dann die Halbleiter-Bauelemente des oberen oder des unteren Halbbrückenzweigs.
For the implementation of push-pull power levels, for example, there are two different solutions for dividing the upper and lower semiconductor element arrays:
  • a) the front and back of each angled leg (circuit board element) is advantageously used in each case for the realization of partial arrays, corresponding to either the upper or the lower semiconductor component of a half-bridge branch of a phase; or
  • b) the symmetrical, advantageously axially scalable array structure of a star (for example in the form of a circuit board arrangement with N = 3 circuit board elements) is advantageously subdivided into two axially “stacked” partial stars that are insulated from one another. One of the two isolated partial stars then carries the semiconductor components of the upper or lower half-bridge branch.

Die sehr vorteilhafte Aufteilung und Nutzung der einzelnen Winkelschenkel (Leiterplattenelemente) der sternförmigen Leiterplattenanordnung für mehrphasige Anwendungen bleibt dabei voll erhalten. Die gesamte Leiterplattenanordnung bleibt in dieser Ausführung dadurch vorteilhaft klein und kompakt. Bezugszeichenliste 10 Leiterplattenanordnung
20 Leiterplattenelement
30 Leiterplattensegment
31 Schichtenstapel
32 Innenleiter
33 Isolationsschicht
34 Außenleiter
40 Leiterplattensegment
41 Schichtenstapel
42 Innenleiter
43 Isolationsschicht
44 Außenleiter
50 Halbleiter-Bauelement
51 Kontaktierstift
55 Treibermodul
60 Kontatiereinrichtung
61 Kontaktierfahne
62 Ausstanzlinie
63 Biegelinie
64 Isolationsverguß
70 Leiterplattensystem
80 Schaltungstopologie (Eintakt)
90 Schaltungstopologie (Gegentakt)
D Drain-Sammelschiene
S Source-Sammelschiene
G Gateanschluß
L Längsachse
The very advantageous division and use of the individual angled legs (printed circuit board elements) of the star-shaped printed circuit board arrangement for multi-phase applications is fully retained. In this embodiment, the entire circuit board arrangement advantageously remains small and compact. REFERENCE SIGNS LIST 10 PCB assembly
20 circuit board element
30 circuit board segment
31 layers of layers
32 inner conductor
33 insulation layer
34 outer conductor
40 circuit board segment
41 layers stack
42 inner conductor
43 insulation layer
44 outer conductor
50 semiconductor device
51 contact pin
55 driver module
60 contaminating device
61 Contact flag
62 punching line
63 bending line
64 Insulation potting
70 PCB system
80 circuit topology (single-ended)
90 circuit topology (push-pull)
D drain busbar
S Source busbar
G gate connection
L longitudinal axis

Claims (18)

1. Leiterplattenanordnung (10) für mindestens ein elektronisches Bauelement (50), aufweisend wenigstens ein Leiterplattenelement (20) bestehend aus einem Schichtenstapel aus wenigstens einer elektrisch leitenden Schicht und wenigstens einer Isolationsschicht, wobei eine als elektrisch leitende Schicht ausgebildete Außenschicht des Schichtenstapels zur Aufnahme wenigstens eines elektronischen Bauelements (50) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterplattenelement (20) aus wenigstens zwei Leiterplattensegmenten (30, 40) gebildet ist, daß jedes Leiterplattensegment (30, 40) einen Schichtenstapel (31, 41) aus wenigstens einem Innenleiter (32, 42), wenigstens einen Außenleiter (34, 44) und wenigstens einer dazwischen angeordneten Isolationsschicht (33, 43) aufweist, daß die Leiterplattensegmente (30, 40) miteinander verbunden sind und daß wenigstens ein Außenleiter (34, 44) zur Aufnahme mindestens eines elektronischen Bauelements ausgebildet ist. 1. Circuit board arrangement ( 10 ) for at least one electronic component ( 50 ), comprising at least one circuit board element ( 20 ) consisting of a layer stack of at least one electrically conductive layer and at least one insulation layer, wherein an outer layer of the layer stack designed as an electrically conductive layer for receiving at least of an electronic component ( 50 ), characterized in that the printed circuit board element ( 20 ) is formed from at least two printed circuit board segments ( 30 , 40 ), that each printed circuit board segment ( 30 , 40 ) has a layer stack ( 31 , 41 ) made from at least one inner conductor ( 32 , 42 ), at least one outer conductor ( 34 , 44 ) and at least one insulation layer ( 33 , 43 ) arranged between them, that the circuit board segments ( 30 , 40 ) are connected to each other and that at least one outer conductor ( 34 , 44 ) for receiving at least of an electronic component is formed. 2. Leiterplattenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplattensegmente (30, 40) über jeweils eine ihrer Innenleiterschichten (32, 42) direkt miteinander verbunden sind. 2. Printed circuit board arrangement according to claim 1, characterized in that the printed circuit board segments ( 30 , 40 ) via one of their inner conductor layers ( 32 , 42 ) are connected directly to one another. 3. Leiterplattenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplattensegmente (30, 40) über jeweils eine ihrer Innenleiterschichten (32, 42) indirekt miteinander verbunden sind, wobei zwischen den Innenleiterschichten (32, 42) wenigstens eine weitere Isolationsschicht vorgesehen ist. 3. Printed circuit board arrangement according to claim 1, characterized in that the printed circuit board segments ( 30 , 40 ) via one of their inner conductor layers ( 32 , 42 ) are indirectly connected to one another, at least one further insulation layer being provided between the inner conductor layers ( 32 , 42 ). 4. Leiterplattenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterplattenelement (20) eine planare Struktur mit planaren Einzelschichten aufweist. 4. Circuit board arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the circuit board element ( 20 ) has a planar structure with planar individual layers. 5. Leiterplattenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenleiter (32, 42) und/oder die Isolationsschichten (33, 43) der Leiterplattensegmente (30, 40) flexibel ausgebildet sind. 5. Circuit board arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the inner conductor ( 32 , 42 ) and / or the insulation layers ( 33 , 43 ) of the circuit board segments ( 30 , 40 ) are flexible. 6. Leiterplattenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenleiter (34, 44) starr ausgebildet sind. 6. Circuit board arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the outer conductors ( 34 , 44 ) are rigid. 7. Leiterplattenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Anzahl von N Leiterplattenelementen (20) aufweist, mit N größer/gleich 2. 7. Printed circuit board arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that it has a number of N printed circuit board elements ( 20 ), with N greater than / equal to 2. 8. Leiterplattenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplattenelemente (20) miteinander verbunden sind. 8. Circuit board arrangement according to claim 7, characterized in that the circuit board elements ( 20 ) are interconnected. 9. Leiterplattenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese drei Leiterplattenelemente (20) aufweist und daß die Leiterplattenelemente (20) sternförmig miteinander verbunden sind. 9. Circuit board arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that it has three circuit board elements ( 20 ) and that the circuit board elements ( 20 ) are connected in a star shape. 10. Leiterplattensystem (70) für mindestens ein elektronisches Bauelement (50), bestehend aus zwei oder mehr Leiterplattenanordnungen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9. 10. Printed circuit board system ( 70 ) for at least one electronic component ( 50 ) consisting of two or more printed circuit board arrangements ( 10 ) according to one of claims 1 to 9. 11. Leiterplattensystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplattenanordnungen (10) über Zentralableitungen parallel geschaltet sind. 11. Printed circuit board system according to claim 10, characterized in that the printed circuit board arrangements ( 10 ) are connected in parallel via central derivatives. 12. Elektrisches Bauteil, mit einer Leiterplattenanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder mit einem Leiterplattensystem (70) nach Anspruch 10 oder 11, wobei auf wenigstens einem Außenleiter (34; 44) wenigstens ein elektronisches Bauelement (50) angeordnet ist. 12. Electrical component, with a circuit board arrangement ( 10 ) according to one of claims 1 to 9 or with a circuit board system ( 70 ) according to claim 10 or 11, wherein on at least one outer conductor ( 34 ; 44 ) at least one electronic component ( 50 ) is arranged , 13. Elektrisches Bauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Bauelement (50) als Halbleiter-Bauelement ausgebildet ist. 13. Electrical component according to claim 12, characterized in that the electronic component ( 50 ) is designed as a semiconductor component. 14. Elektrisches Bauteil nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Außenleiter (34; 44) ein Array elektronischer Bauelemente (50) angeordnet ist. 14. Electrical component according to claim 12 or 13, characterized in that an array of electronic components ( 50 ) is arranged on the outer conductor ( 34 ; 44 ). 15. Elektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Leiterplattenelement (20) wenigstens ein elektronisches Bauelement (50) auf dem Außenleiter (34, 44) eines Leiterplattensegments (30) wechselseitig versetzt zu dem wenigstens einem elektronischem Bauelement (50) auf dem Außenleiter (44) eines mit diesem Leiterplattensegment (30) verbundenen, anderen Leiterplattensegments (40) angeordnet ist. 15. Electrical component according to one of claims 12 to 14, characterized in that in a circuit board element ( 20 ) at least one electronic component ( 50 ) on the outer conductor ( 34 , 44 ) of a circuit board segment ( 30 ) mutually offset to the at least one electronic component ( 50 ) is arranged on the outer conductor ( 44 ) of another circuit board segment ( 40 ) connected to this circuit board segment ( 30 ). 16. Elektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Leiterplattenelement (20) wenigstens ein elektronisches Bauelement (50) über eine Kontaktiereinrichtung (60) mit einem Innenleiter (32, 42) des Leiterplattensegments (30, 40) verbunden ist. 16. Electrical component according to one of claims 12 to 15, characterized in that in a circuit board element ( 20 ) at least one electronic component ( 50 ) via a contacting device ( 60 ) with an inner conductor ( 32 , 42 ) of the circuit board segment ( 30 , 40 ) connected is. 17. Elektrisches Bauteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktiereinrichtung (60) eine mit dem Innenleiter (32, 42) zumindest teilweise verbundene Kontaktierfahne (61) aufweist. 17. Electrical component according to claim 16, characterized in that the contacting device ( 60 ) has an at least partially connected to the inner conductor ( 32 , 42 ) contacting tab ( 61 ). 18. Elektrisches Bauteil nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Isolationsschicht (33, 43) eine Ausnehmung zum Hindurchführen der Kontaktiereinrichtung (60) aufweist. 18. Electrical component according to claim 16 or 17, characterized in that the at least one insulation layer ( 33 , 43 ) has a recess for passing the contacting device ( 60 ).
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