DE10352705A1

DE10352705A1 - Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE10352705A1
Application number: DE2003152705
Authority: DE
Inventors: Hans-Rainer Graf; Ludwig Danzer
Original assignee: Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
Current assignee: Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
Priority date: 2003-11-12
Filing date: 2003-11-12
Publication date: 2005-06-23

Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung (10) mit einem Basiselement (12), einem am Basiselement (12) insbesondere vakuumdicht angebrachten Gehäuse (14) und mit mindestens einem Wärme erzeugenden Bauelement (18) beschrieben, wobei das mindestens eine Bauelement (18) mit dem Basiselement (12) schaltungstechnisch verbunden und in dem durch das Basiselement (12) und das Gehäuse (14) begrenzten Innenraum (16) der Schaltungsanordnung (10) angeordnet ist. Zur Ableitung der Verlustwärme des mindestens einen Bauelementes (18) ist dieses mit dem Gehäuse (14) wärmetechnisch verbunden. Zu diesem Zweck kann das mindestens eine Bauelement (18), vom Gehäuse (14) beabstandet, am Basiselement (12) angebracht sein und kann im Spaltraum (28) zwischen dem Bauelement (18) und dem zugehörigen Flächenabschnitt der Innenfläche (20) des Gehäuses (14) eine Wärmeableiteinrichtung (30) vorgesehen sein, die von einer den Spaltraum (28) ausfüllenden Anzahl Wärmeableitfolien (32) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Kommt eine derartige Schaltungsanordnung im Weltraum, d.h. im Vakuum, zur Anwendung, so ist eine Wärmeableitung von dem mindestens einen Wärme erzeugenden Bauelement der Schaltungsanordnung nicht möglich, wenn zwischen dem Wärme erzeugenden Bauelement und einer Wärmesenke kein direkter Berührungskontakt gegeben ist. Ist das Wärme erzeugende Bauelement mit einer Wärmesenke kontaktiert, deren Abmessungen sich von den zugehörigen Flächenabmessungen des Wärme erzeugenden Bauelementes unterscheiden, d.h. kleiner sind als diese, so ergibt sich ein nicht gleichmäßiger Wärmefluß vom Bauelement zur Wärmesenke, d.h. ein gekrümmter Temperaturgradient, aus dem im Bauelement Temperaturspannungen resultieren. Diese Temperaturspannungen führen zu einer unerwünschten Belastung und Beanspruchung des Bauelementes und folglich der gesamten Schaltungsanordnung.

Die EP 0 209 642 A2 beschreibt eine Schaltungsanordnung mit einem Basiselement, einem am Basiselement angebrachten Gehäuse, und mit einem am Basiselement angebrachten Bauelement, das in dem durch das Basiselement und das Gehäuse begrenzten Innenraum der Schaltungsanordnung angeordnet ist. Das Gehäuse ist mit dem Basiselement mittels eines Klebers verbunden. Bei dem Bauelement handelt es sich um eine Mikrowellen- oder Hochfrequenz-Mikroschaltung.

Aus der EP 0 220 508 A2 ist eine Multilayer-Schaltung bekannt, die eine Anzahl Schaltungs-Substrate aus AIN-Keramik aufweist, zwischen welchen Verdrahtungslagen vorgesehen sind. Die Keramiksubstrate sind mit Durchgangslöchern ausgebildet, durch die hindurch die Verdrahtungslagen zusammengeschaltet sind.

Die EP 0 272 390 A2 offenbart eine Schaltungsanordnung mit einem Basiselement und einem am Basiselement vakuumdicht angebrachten Gehäuse. Das Basiselement weist ein Substrat mit einer Verdrahtung und eine Wärmesenke auf, auf der ein Bauelement flächig angebracht ist, das von einem Halbleiter-Chip gebildet ist. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung ist das Wärme erzeugende Bauelement also – wie bei der Schaltungsanordnung gemäß der eingangs zitierten EP 0 209 642 A2 – wärmetechnisch d.h. wärmeableitend dem Basiselement der Schaltungsanordnung zugeordnet. Gleiches gilt für die aus der DE 37 03 280 A1 bekannte Schaltungsanordnung, die mindestens einen integrierten Schaltkreis aufweist, und die mit einem Gehäuse versehen ist, das an einem Basiselement vakuumdicht angebracht ist. Auch bei dieser bekannten Schaltungsanordnung ist das mindesten eine Wärme erzeugende Bauelement wärmetechnisch dem von einem Substrat aus Keramikmaterial bestehenden Basiselement zugeordnet. Der umlaufende Rand des Gehäuses ist mit dem Basiselement mittels eines Glaslotes vakuumdicht verbunden.

Die DE 39 23 533 A1 beschreibt eine Anordnung eines integrierten Schaltkreises auf einem mehrlagig durchkontaktierten Schaltungsträger mit Bonddrähten zwischen Chip- und Substrat-Anschlüssen, wobei in einem schmalen Anschlußstreifen parallel zur Berandung des Chip-Montagebereiches die Substrat-Anschlüsse in in etwa gleicher Abmessung und geometrischer Folge wie auf dem Schaltkreis die Chip-Anschlüsse, in der Ebene der Substrat-Oberfläche angeordnet sind, auf der dünne Leiterbahnen von den Substrat-Anschlüssen in einen Randstreifen des Chip-Montagebereiches unter dem Schaltkreis verlaufen, sich dort auffächern, an gegeneinander versetzten Stirnenden von Durchstiegen enden, die einen gegenüber der Breite der Leiterbahnen wesentlich größeren Querschnitt aufweisen. Damit wird die Aufgabe gelöst, einerseits kurze Bond-Drahtverbindungen und andererseits im Querschnitt möglichst großflächige Durchstiege zu realisieren und dabei eine enge Packung der Schaltkreise auf dem Schaltungsträger zu ermöglichen.

Die DE 43 38 393 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung mit einem Basiselement, auf dem mindestens ein elektronisches Bauelement festgelötet ist, wobei mit dem elektronischen Bauelement eine Wärmesenke verbunden ist. Unerwünschte Belastungen des sich erwärmenden Bauelementes werden bei dieser bekannten Schaltungsanordnung dadurch vermieden, daß die Wärmesenke mit dem von einer Platine gebildeten Basiselement starr verbunden ist, und daß das elektronische Bauelement von der Platine beabstandet angeordnet ist. Auch hier ist also das Wärme erzeugende Bauelement wärmetechnisch mit dem Basiselement verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich insbesondere für Weltraumanwendungen eignet, wobei eine gute Wärmeableitung von dem mindestens einen Wärme erzeugenden Bauelement der Schaltungsanordnung, insbesondere im Vakuum, gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Aus- bzw. Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist das mindestens eine Wärme erzeugende Bauelement wärmetechnisch nicht dem Basiselement sondern dem mit dem Basiselement vakuumdicht verbundenen Gehäuse, das aus einem gut wärmeleitenden Material besteht und das eine Abschirmung gegen Ionen aus dem Weltraum bildet, zugeordnet. Erfindungsgemäß ist das mindestens eine Bauelement, zur Ableitung der Verlustwärme, wärmetechnisch mit dem Gehäuse der Schaltungsanordnung verbunden. Zu diesem Zwecke kann das mindestens eine Bauelement, vom Basiselement beabstandet, flächig an der Innenfläche des Gehäuses wärmeableitend befestigt sein. Nachdem das Gehäuse größere Raum- und Flächenabmessungen besitzt als das mindestens eine Bauelement, ergibt sich eine gleichmäßige Wärmeableitung von dem mindestens einen Wärme erzeugenden Bauelement zum Gehäuse, so daß die Wärmebelastung des Bauelementes entsprechend klein bzw. vernachlässigbar ist. Bei einer solchen Ausbildung der zuletzt genannten Art kann das mindestens eine Bauelement an der Innenfläche des Gehäuses mittels eines wärmeleitenden Klebers wärmeableitend festgeklebt sein. Zur weiteren Verbesserung der mechanischen Fixierung des Bauelementes im Innenraum der Schaltungsanordnung ist es möglich, im Spaltraum zwischen dem Basiselement und dem davon beabstandeten Bauelement ein Abstandhalterelement vorzusehen.

Besonders vorteilhaft ist es bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, wenn das mindestens eine Bauelement, vom Gehäuse beabstandet, am Basiselement angebracht ist und wenn im Spaltraum zwischen dem Bauelement und dem zugehörigen Flächenabschnitt der Innenfläche des Gehäuses eine Wärmeableiteinrichtung vorgesehen ist. Die Wärmeableiteinrichtung kann von mindestens einem den Spaltraum ausfüllenden Flächenelement gebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Wärmeableiteinrichtung von einer Anzahl den Spaltraum eng und dicht ausfüllenden Wärmeableitfolien gebildet ist. Für eine solche Ausbildung der zuletzt genannten Art wird ein selbständiger Patentschutz beantragt. Die Wärmeableitfolien dienen nicht nur zur definierten Wärmeableitung von dem mindestens einen Bauelement zum wärmeleitenden Gehäuse der Schaltungsanordnung, sondern gleichzeitig auch zum Ausgleich des Abstandes zwischen dem mindestens einen Bauelement und der Innenfläche des Gehäuses, so daß neben der optimalen Wärmeableitung auch eine zuverlässige mechanische Fixierung des Bauelementes gewährleistet wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Es zeigen:
1 schematisch in einer Schnittdarstellung eine erste Ausführungsform der Schaltungsanordnung, und
2 in einer der 1 ähnlichen schematischen Schnittdarstellung eine zweite, bevorzugte Ausbildung der Schaltungsanordnung.
1 zeigt eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung 10 mit einem abschnittweise und geschnitten gezeichneten Basiselement 12, das mit nicht gezeichneten Leitungsbahnen und mit ebenfalls nicht dargestellten externen Anschlüssen versehen ist. Am Basiselement 12 ist ein geschnitten gezeichnetes Gehäuse 14 vakuumdicht befestigt. In dem durch das Basiselement 12 und das Gehäuse 14 begrenzten Innenraum 16 der Schaltungsanordnung 10 sind Wärme erzeugende Bauelemente 18 vorgesehen, die zur Ableitung ihrer Verlustwärme wäremetechnisch d.h. wärmeleitend mit dem Gehäuse 14 verbunden sind. Zu diesem Zwecke sind die Bauelemente 18 – vom Basiselement 12 beabstandet – flächig an der Innenfläche 20 des Gehäuses 14 mittels einer Kleberschicht 22 wärmeableitend befestigt.
Zur Verbesserung der mechanischen Fixierung der Bauelemente 18 kann im Spaltraum 24 zwischen dem jeweiligen Bauelement 18 und dem Basiselement 12 ein Abstandhalterelement 26 angeordnet sein, das mit dünnen strichlierten Linien angedeutet ist.
Eine bevorzugte Ausbildung der Schaltungsanordnung 10 ist in 2 in einer der 1 ähnlichen schematischen Schnittdarstellung verdeutlicht. Bei dieser Ausbildung der Schaltungsanordnung 10 sind die Währe erzeugenden Bauelemente 18 am Basiselement 12 angebracht und ist im Spaltraum 28 zwischen dem jeweiligen Bauelement 18 und dem Gehäuse 14 eine Wärmeableiteinrichtung 30 vorgesehen, die von einer Anzahl den Spaltraum 28 eng und dicht ausfüllenden Wärmeableitfolien 32 gebildet ist. Mit Hilfe der Wärmeableitfolien 32 wird nicht nur eine Wärmeableitung vom jeweiligen Bauelement 18 zum Gehäuse 14 bewirkt, sondern außerdem auch eine zuverlässige Fixierung des jeweiligen Bauelementes 18 zwischen dem Basiselement 12 und dem Gehäuse 14.

10: Schaltungsanordnung
12: Basiselement (von 10)
14: Gehäuse (von 10 an 12)
16: Innenraum (von 10 zwischen 12 und 14)
18: Bauelement (von 10 in 16)
20: Innenfläche (von 14)
22: Kleberschicht (zwischen 20 und 18)
24: Spaltraum (zwischen 18 und 12)
26: Abstandhalterelement (in 24)
28: Spaltraum (zwischen 18 und 14)
30: Wärmeableiteinrichtung (in 28)
32: Wärmeableitfolien (von 30)

Claims

Schaltungsanordnung mit einem Basiselement (12), einem am Basiselement (12), insbesondere vakuumdicht, angebrachten Gehäuse (14), und mit mindestens einem Wärme erzeugenden Bauelement (18), das mit dem Basiselement (12) schaltungstechnisch verbunden ist und das in dem durch das Basiselement (12) und das Gehäuse (14) begrenzten Innenraum (16) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Bauelement (18), zur Ableitung der Verlustwärme, wärmetechnisch mit dem Gehäuse (14) verbunden ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Bauelement (18), vom Basiselement (12) beabstandet, flächig an der Innenfläche (20) des Gehäuses (14) wärmeableitend befestigt ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Bauelement (18) an der Innenfläche (20) des Gehäuses (14) wärmeableitend festgeklebt ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Bauelement (18), vom Gehäuse (14) beabstandet, am Basiselement (12) angebracht ist, und daß im Spaltraum (28) zwischen dem Bauelement (18) und dem zugehörigen Flächenabschnitt der Innenfläche (20) des Gehäuses (14) eine Wärmeableiteinrichtung (30) vorgesehen ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeableiteinrichtung (30) von mindestens einem den Spaltraum (28) ausfüllenden Flächenelement gebildet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeableiteinrichtung (30) von einer Anzahl den Spaltraum (28) ausfüllenden Wärmeableitfolien (32) gebildet ist.