DE112007002337T5

DE112007002337T5 - Elektrische Schaltungsbaugruppe für Hochleistungselektronik

Info

Publication number: DE112007002337T5
Application number: DE112007002337T
Authority: DE
Inventors: Ronnie Dean Stahlhut; Clement Vanden Godbold; Jeffrey Gerald Hopman; Kartheek Karna; John Lopes Alves; James Arthur Springer
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2009-11-05
Also published as: WO2008045430A1; US20080084671A1; BRPI0706053A2

Abstract

Elektrische Schaltungsbaugruppe, umfassend:
eine flexible elektrische Schaltung, die eine erste Seite enthält;
einen Kühlkörper, der eine Metallbasisplatte enthält mit einer ersten und einer zweiten Seite und mehreren sich von der zweiten Seite erstreckenden Rippen; und
einen wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Kleber, der mindestens einen Abschnitt der ersten Seite der flexiblen elektrischen Schaltung mit der ersten Seite der Basisplatte direkt verbindet.

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Schaltungsbaugruppen und insbesondere elektrische Schaltungsbaugruppen, die Hochleistungselektronikkomponenten tragen.
Allgemeiner Stand der Technik
Traditionellerweise erfordern Hochstromelektronikanwendungen wie etwa Elektromotoransteuercontroller große Elektronikkomponenten zur Handhabung des Stroms. Diese Komponenten sind nicht nur physisch groß, sondern erzeugen auch eine große Menge an Wärme und werden oftmals als Durchkontaktbauelemente (Bauelemente, die durch Löcher in der Leiterplatte montiert werden müssen und möglicherweise von Hand festgelötet werden müssen) vertrieben und montiert. Durchkontaktbauelemente können durch automatisierte Verfahren wie etwa Bestückungsautomaten nicht leicht montiert werden und erfordern manuelle Plazierung, was den Herstellungsaufwand des Moduls erhöht. Selbst bei Anwendungen, wo Durchkontaktbauelemente durch leichter zu plazierende Oberflächenmontagebauelemente ersetzt werden, erfordert der Zusammenbau der Leistungsbauelemente, des Kühlkörpers, der Buskondensatoren, der Busstruktur, externer Leistungsverbinder, Signal zwischenverbindungen und des Gehäuses eine große Menge an Aufwand und mehrere Prozesse.
Zur Behandlung des Wärmeproblems verwendet eine typische Hochleistungsanwendung IMST (Insulated Metal Substrate Technology – isolierte Metallsubstrattechnologie), die eine Leiterplatte mit einer flachen Metallplatte verbindet, um die Wärmeleitung von der Elektronik weg zu vergrößern. Um mehr Wärme abzuleiten, muß der Flächeninhalt der Platte vergrößert werden (erfolgt in der Regel durch Verwenden eines an der Metallplatte angebrachten gerippten Kühlkörpers) oder durch Verwenden anderer Technologien wie etwa Flüssigkeitskühlung, um Wärme wegzutragen.
Die Bergquist Company (http://www.bergquistcompany.com/ts_thermal_clad.cfm) stellt wärmeleitende Grenzflächenmaterialien unter Verwendung der oben erörterten IMST-Technologie her. Eine Dielektrikumsschicht mit minimalem Wärmewiderstand verbindet eine Metallbasisschicht mit einer Leitungsfolienschicht. Ein Nachteil von IMST besteht darin, daß die Schaltungs- und Dieletkrikumsschichten während des Herstellungsprozesses mit einer dünnen Metallplatte verbunden werden. Wenngleich diese dünne Metallplatte etwas Wärmeleitung bereitstellt, besteht die einzige Möglichkeit zum Vergrößern der Wärmeleitfähigkeit darin, die Platte größer zu machen (breiter und länger, aber immer noch die gleiche Dicke) oder indem sie an einem getrennten, größeren gerippten Metallkühlkörper angebracht wird. Kleine Rippen können am Boden der IMST-Anordnung bereitgestellt werden, indem Rippen am Boden einer IMST-Platte geschnitten, gebogen und/oder geschweißt werden. Dadurch werden zwar die Wärmeableiteigenschaften verbessert, jedoch auch ein kostenintensiver Herstellungsprozeß hinzugefügt.
Ein weiterer Nachteil eines IMST-Ansatzes besteht darin, daß der Wärmewiderstand der Grenzfläche zwischen der dünnen Metallplatte und dem angebrachten gerippten Kühlkörper hoch ist, was die thermische Effizienz herabsetzt.
Der Zessionär der vorliegenden Erfindung verwendet eine Bindungstechnologie ähnlich IMST bei dem Herstellungsprozeß für seine FlexBox^TM-Technologie, wobei eine flexible Schaltung mit einer flachen Metallplatte (oder flachen Metallplatten) verbunden wird (siehe US-Patent Nr. 6,655,017 B1 mit dem Titel ”Electronic controller unit and method of manufacturing same”). Ein Nachteil dieser Art von Anordnung besteht darin, daß eine zwischen der Schaltungsschicht und der Metallbasisschicht geschichtete dünne Dielektrikumsschicht in einem Ofen gebacken (wärmegehärtet) werden muß, was einen zusätzlichen Herstellungsschritt erfordert.
In der Technik besteht Bedarf an einer elektrischen Schaltungsbaugruppe, bei welcher eine flexible elektrische Schaltung einfacher, schneller und kostengünstiger an einen Kühlkörper gekoppelt werden kann, wobei der Kühlkörper verbesserte Wärmeleitfähigkeiten aufweist.
Kurze Darstellung der Erfindung
Bei einer Form der Erfindung enthält eine elektrische Schaltungsbaugruppe: eine flexible elektrische Schaltung, die eine erste Seite enthält; einen Kühlkörper, der eine Metallbasisplatte enthält mit einer ersten und einer zweiten Seite und mehreren sich von der zweiten Seite erstreckenden Rippen; und einen wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Kleber, der mindestens einen Abschnitt der ersten Seite der flexiblen elektrischen Schaltung mit der ersten Seite der Basisplatte direkt verbindet.
Bei einer weiteren Form der Erfindung enthält ein elektronisches Steuermodul ein Gehäuse; eine Steuerplatine innerhalb des Gehäuses und eine an dem Gehäuse montierte flexible Schaltungsbaugruppe. Die flexible Schaltungsbaugruppe enthält eine mit der Steuerplatine verbundene flexible elektrische Schaltung. Die flexible elektrische Schaltung enthält eine erste Seite; einen Kühlkörper, der eine Metallbasisplatte enthält mit einer ersten und einer zweiten Seite und mehreren sich von der zweiten Seite erstreckenden Rippen; und einen wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Kleber, der mindestens einen Abschnitt der ersten Seite der flexiblen elektrischen Schaltung mit der ersten Seite der Basisplatte direkt verbindet.
Bei noch einer weiteren Form der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Schaltungsbaugruppe die folgenden Schritte: Bereitstellen einer flexiblen elektrischen Schaltung, die eine erste Seite enthält; Bereitstellen eines Kühlkörpers, der eine Metallbasisplatte enthält mit einer ersten und einer zweiten Seite und mehreren sich von der zweiten Seite erstreckenden Rippen; und adhäsives Bonden mindestens eines Abschnitts der ersten Seite der flexiblen elektrischen Schaltung direkt mit der ersten Seite der Basisplatte unter Verwendung eines wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Klebers.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines elektronischen Steuermoduls der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Draufsicht auf das elektronische Steuermodul von 1;
3 ist im Schnitt eine Seitenansicht des elektronischen Steuermoduls von 1 und 2 entlang der Linie 3-3 in 2;
4 ist im Schnitt eine Stirnansicht des elektronischen Steuermoduls von 1 und 2 entlang der Linie 4-4 in 2;
5 ist eine Draufsicht auf die in dem elektronischen Steuermodul der 1–4 verwendeten flexiblen elektrischen Schaltung;
6 ist eine detailliertere Draufsicht auf einen Abschnitt der in 5 gezeigten flexiblen elektrischen Schaltung;
7 ist eine Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform einer elektrischen Schaltungsbaugruppe der vorliegenden Erfindung und
8 ist im Schnitt eine Seitenansicht der elektrischen Schaltungsbaugruppe von 7 entlang der Linie 8-8 in 7.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf die 1–4 wird eine Ausführungsform eines elektronischen Steuermoduls (ECM) 10 der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das ECM 10 wird für elektrische Hochstromansteueranwendungen wie etwa einen Wickelmotor auf einer Schneideplattform eines Mähdreschers oder einem Fahrmotor für eine Arbeitsmaschine verwendet.
Das ECM 10 enthält im allgemeinen ein Gehäuse 12, eine Steuerplatine 14 und eine elektrische Schaltungsbaugruppe 16. Das Gehäuse 12 kann eine beliebige geeignete Konfiguration aufweisen und kann aus einem beliebigen geeigneten Material wie etwa Kunststoff oder Metall hergestellt sein. Das Gehäuse 12 trägt eine Steuerplatine 14 und liefert externen Zugang zu einem Eingangs-/Ausgangs-Verbinder (E/A) 18, der elektrisch mit der Steuerplatine 14 verbunden ist. Das Gehäuse 12 trägt auch ein Paar Eingangsleistungsanschlüsse 20, die elektrisch mit der elektrischen Schaltungsbaugruppe 16 gekoppelt sind, und liefert Zugang zu ihm. Eine flexible Verbindungsschaltung 22 schaltet die Steuerplatine 14 mit der elektrischen Schaltungsbaugruppe 16 zusammen. Alternativ kann die Steuerplatine 14 unter Verwendung geeigneter elektrischer Verbinder wie etwa eines Verbinders vom SIL-(single inline – einreihig) oder DIL-(dual inline – doppelreihig)Typ mit der elektrischen Schaltungsbaugruppe 16 verbunden sein.
Die elektrische Schaltungsbaugruppe 16 enthält im all gemeinen eine flexible elektrische Schaltung 24, einen Kühlkörper 26 und einen Kleber 28. Die flexible elektrische Schaltung 24 enthält eine erste Seite 30 und eine zweite Seite 32. Die erste Seite 30 ist unter Verwendung eines Klebers 28 an den Kühlkörper 26 geklebt, wie unten beschrieben wird. Die zweite Seite 32 trägt mehrere elektrische Komponenten wie etwa Eingangsleistungsanschlüsse 20, Leistungskomponenten 34, Kondensatoren 36 und Ausgangsleistungsverbinder 38. Bei der gezeigten Ausführungsform liegen die Leistungskomponenten 34 in Form von Feldeffekttransistoren (FETs) vor, die in der Regel während des Betriebs eine nennenswerte Wärmemenge ableiten. Die Kondensatoren 36 können je nach der Anwendung von beliebiger geeigneter Konfiguration sein, und sind bei der gezeigten Ausführungsform als Kondensatoren mit 22 mm Durchmesser mal 41 mm Länge konfiguriert, die elektrisch mit der flexiblen elektrischen Schaltung 24 gekoppelt sind. Ausgangsleistungsverbinder 38 können ebenfalls je nach der Anwendung geeignet konfiguriert sein und sind in der in 1–4 gezeigten Ausführungsform als Stiftschrauben konfiguriert (drei Stifte für einen Drehstrommotor).
Die flexible elektrische Schaltung 24 (3, 5 und 6) ist mit mehreren Schichten konstruiert, die einen gewünschten Grad an Flexibilität liefern. Insbesondere enthält die flexible elektrische Schaltung 24 ein flexibles Substrat 40 und mehrere Kupferbahnen 42 auf mindestens einer Seite des Substrats 40. Lotdämme 44 können an ausgewählten Orten bereitgestellt sein, um einen Fluß von Lot in unerwünschte Bereiche auf der flexiblen elektrischen Schaltung 24 zu verhindern. Lotdämme 44 werden auf eine flexible elektrische Schaltung 24 siebgedruckt, wobei sich jeder Lotdamm 44 über eine entsprechende der Kupferbahnen 42 erstreckt, wie in 6 ausführlicher gezeigt. Das flexible Substrat 40 liegt in der gezeigten Ausführungsform in Form eines Polyimidsubstrats vor, kann aber auch je nach der Anwendung aus einem anderen flexiblen Material konstruiert sein (die linke obere Ecke der flexiblen elektrischen Schaltung 24 ist in 6 geschichtet gezeigt, um das Substrat 40 und den Kleber 28 zu veranschaulichen).
Leistungskomponenten 34, Kondensatoren 36 und Leistungsverbinder 38 sind bevorzugt jeweils als Oberflächenmontagekomponenten konfiguriert, wodurch man schnelles und leichtes Löten mit entsprechenden nichtnumerierten Pads, die mit Kupferbahnen 42 assoziiert sind, unter Verwendung einer ”Bestückungsmaschine” erhält.
Die flexible elektrische Schaltung 24 kann optional auch einen oder mehrere thermische Durchkontakte 46 enthalten, die sich von der ersten Seite 30 durch die flexible elektrische Schaltung 24 zur zweiten Seite 32 erstrecken. Jeder thermische Durchkontakt 46 liegt in Form eines plattierten Lochs (d. h. eines metallgefüllten Lochs) vor, das zur besseren Wegleitung von Wärme von der flexiblen elektrischen Schaltung 24 unter einer entsprechenden Leistungskomponente 34 positioniert ist.
Zusätzlich kann die flexible elektrische Schaltung 24 optional eine Lötmaske 48 (6) auf der zweiten Seite 32 vom Kühlkörper 26 weg enthalten. Eine Lötmaske wird nicht auf der ersten Seite 30 der flexiblen elektrischen Schaltung 24 bereitgestellt, da gewünscht ist, den Wärmetransfer zum Kühlkörper 26 zu maximieren. In der Regel stört eine Lötmaske den Wärmetransfer und wird somit nicht auf der ersten Seite 30 bereitgestellt.
Der Kühlkörper 26 enthält eine Metallbasisplatte 50 mit einer ersten Seite 52 und einer zweiten Seite 54. Mehrere wärmeleitende Rippen 56 erstrecken sich von der zweiten Seite 54. Die Rippen 56 können in einer Reihe von geeigneten Wegen mit der Basisplatte 50 gekoppelt sein, wie etwa Schweißen, Biegen usw. Die Rippen 56 sind bevorzugt als eine integrale Einheit mit der Basisplatte 50 ausgebildet, so daß der Kühlkörper 26 einen monolithischen Aufbau aufweist. Der Kühlkörper 26 einschließlich der Basisplatte 50 und der Rippen 56 wird auch bevorzugt aus Aluminium mit einem ausreichenden Wärmeleitungskoeffizienten ausgebildet, kann aber je nach der Anwendung aus einer anderen Art von Material ausgebildet sein.
Der Kleber 28 ist ein wärmeleitender und elektrisch isolierender Kleber, der mindestens einen Abschnitt der ersten Seite 30 der flexiblen elektrischen Schaltung 24 direkt mit der ersten Seite 52 der Basisplatte 50 verbindet. Bei einer Ausführungsform ist der Kleber 28 ein Haftkleber (PSA – pressure sensitive adhesive), der die flexible elektrische Schaltung 24 und die Basisplatte 50 thermisch koppelt und elektrisch isoliert. Beispielsweise kann der Kleber 28 in Form eines 2–5 mm dicken keramikbasierten PSA vorliegen, der zum Koppeln der flexiblen elektrischen Schaltung 24 mit der Basisplatte 50 verwendet wird. Es können auch andere Arten von Klebern verwendet werden wie etwa ein Prepreg-Material, das zurechtgestanzt wird (ein Prepreg-Material ist im Grunde ein mit einem Harz impregniertes Glasfasertuch, das geschnitten, plaziert und für Klebebonden gehärtet werden kann). Ein Beispiel für ein Prepreg-Material ist das nichtfließende Prepreg Isola 1060.
Bei der in 1–5 gezeigten Ausführungsform enthält die flexible elektrische Schaltung 24 ein erstes Ende 58, das unter einem Winkel von etwa 90° von dem Kühlkörper 26 weggebogen ist. Das erste Ende 58 trägt die mehreren Kondensatoren 36 und ist nicht adhäsiv mit dem Kühlkörper 26 gebondet. Kondensatoren 36 sind Durchkontaktkomponenten anstatt SMT-Komponenten, und das Wegbiegen der flexiblen elektrischen Schaltung 24 von dem Kühlkörper 26 gestattet das Löten der sich von den Kondensatoren 36 erstreckenden Durchkontaktleitungen. Da FETs 34 die primäre Quelle von während des Betriebs erzeugter Wärme sind, gestattet dies weiterhin eine ausreichende Wärmeleitung von der flexiblen elektrischen Schaltung 24 weg.
Als weitere Option kann der Kühlkörper 26 mit einer nicht gezeigten Tasche in der Basisplatte 50 unter einem Abschnitt der flexiblen elektrischen Schaltung 24, die Durchkontaktkomponenten trägt, ausgebildet sein, und die Leitungen von den Durchkontaktkomponenten können innerhalb der Tasche aufgenommen werden.
Als weitere Option kann die flexible elektrische Schaltung 24 als eine starre Platine für einige Anwendungen konfiguriert sein, die dennoch weiterhin adhäsiv direkt an den Kühlkörper 26 gebondet wird, wobei ein entsprechend wärmeleitender und elektrisch isolierender Kleber 28 verwendet wird.
Während der Herstellung wird die flexible elektrische Schaltung 24 mit einer geeigneten Bahnkonfiguration ausgebildet und auf dem Kühlkörper 26 plaziert. Positionierstifte oder dergleichen können optional für eine präzise Plazierung der flexiblen elektrischen Schaltung 24 auf dem Kühlkörper 26 verwendet werden. Die flexible elektrische Schaltung 24 wird unter Verwendung eines PSA oder eines anderen geeigneten Klebematerials oder einer anderen geeigneten Klebetechnologie an den Kühlkörper 26 geklebt. Die elektrischen Komponenten einschließlich FETs 34, Kondensatoren 36 und Leistungsverbinder 38 werden präzise auf der flexiblen elektrischen Schaltung 24 plaziert, wobei bevorzugt ein automatisierter Prozeß wie etwa eine Bestückungsmaschine verwendet wird. Die Baugruppe wird dann durch eine Lötaufschmelzstufe geschickt, um die elektrischen Komponenten elektrisch und mechanisch mit der flexiblen elektrischen Schaltung 24 zu koppeln.
Nunmehr unter Bezugnahme auf die 7 und 8 wird eine weitere Ausführungsform einer elektrischen Schaltungsbaugruppe 60 der vorliegenden Erfindung gezeigt, die innerhalb eines ECM oder eines anderen elektrischen Hochstrommoduls verwendet werden kann. Ähnlich der elektrischen Schaltungsbaugruppe 16 enthält die elektrische Schaltungsbaugruppe 60 eine flexible elektrische Schaltung 62, einen Kühlkörpers 64 und einen Kleber 66. Die flexible elektrische Schaltung 62 ist gleichermaßen unter Verwendung des Klebers 66 direkt adhäsiv an die flache Seite des Kühlkörpers 64 gebondet. Der Hauptunterschied zwischen der elektrischen Schaltungsbaugruppe 16 und der elektrischen Schaltungsbaugruppe 60 ist das Layout der elektrischen Komponenten auf der flexiblen elektrischen Schaltung 62, nämlich Leistungsverbinder 68 vom Einzelmessertyp, FETs 70, Signalverbinder 72 zu einer nicht gezeigten Steuerplatine und mehrere Kondensatoren 74 (in 8 gezeigt, mit Montagestellen 76 in 7 gezeigt). Bei dieser Ausführungsform ist das Kondensatoren 74 tragende Ende der flexiblen elektrischen Schaltung 62 auch adhäsiv an den Kühlkörper 64 gebondet anstatt wie in 3 gezeigt unter einem Winkel von 90° gebogen zu sein.
Gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung wird eine flexible elektrische Schaltung verwendet, um die Leistungsbauelemente, Kühlkörper, Buskondensatoren, Busstruktur, externe Leistungsverbinder, Signalzwischenverbindung und Gehäuse zu verbinden. Die flexible elektrische Schaltung ist unter Verwendung eines PSA oder eines anderen Klebeverfahrens direkt an die flache Seite eines großen gerippten Metallkühlkörpers gebondet. Der PSA wirkt als ein Wärmeleiter (um das Herausziehen von Wärme aus der Schaltung zum Kühlkörper zu unterstützen) und ist auch ein elektrischer Isolator, der die flexible Schaltung effektiv von dem Metallkühlkörper isoliert. Der PSA erfordert keine Wärmhärtung, wie die Dielektrikumsschicht bei IMST.
Die vorliegende Erfindung maximiert den Wärmetransfer aus dem Modul heraus und gestattet deshalb die Verwendung von kleineren, preiswerteren Oberflächenmontagekomponenten, die durch Bestückungsautomaten ersetzt werden können. (Obwohl eine größere Anzahl dieser kleineren Oberflächenmontagebauelemente für Hochstromanwendungen im Vergleich zu den größeren Durchkontaktversionen benötigt werden, sind sie erheblich billiger und leichter herzustellen als die größeren Versionen.) Traditionelle Lösungen erfordern größere Komponenten, von denen einige manuell eingesetzt oder durch eine separate Maschine oder einen separaten Prozeß plaziert werden müssen.
Die elektrische Schaltungsbaugruppe der vorliegenden Erfindung liefert zwei Vorzüge, nämlich: 1) Vereinfachung des Herstellungsprozesses und 2) verbesserte Wärmeleitung von der Hochleistungsschaltungsanordnung weg. Um die Komplexität des Designs zu reduzieren und den Prozeß zu automatisieren, wird die Struktur des Moduls (einschließlich der Hochleistungselektronik) mit einer flexiblen elektrischen Schaltung zusammengeschaltet. Dies gestattet die Herstellung der ganzen Einheit auf einer herkömmlichen Herstellungsstraße mit hohem Durchsatz und eliminiert für traditionelle Schaltungen erforderliche Prozesse.
Weil die flexible elektrische Schaltung direkt an einen einstückigen gerippten Kühlkörper gebondet wird, können mehrere mechanische Komponenten (separate Kühlkörper, Schrauben, Clips usw.), die bei traditionellen Kühlkörperdesigns angetroffen werden, eliminiert werden. Das flexible Schaltungssubstrat wird unter Verwendung eines PSA oder einer anderen Bindungstechnologie direkt an einen einstückigen gerippten Kühlkörper aus Aluminium (oder einem anderen Metall) gebondet. Herkömm liche Designs erfordern, daß die Schaltungsschicht an eine flache Metallplatte gebondet wird, die wiederum mit einem getrennten gerippten Kühlkörper verbunden ist, um die Wärmeleitung zu maximieren. Die vorliegende Erfindung eliminiert die flache Metallplatte und bondet die Schaltung direkt an eine flache Seite des gerippten Kühlkörpers. Diese Eliminierung einer zusätzlichen externen Grenzfläche vergrößert die Wärmeleitfähigkeit (d. h. verbessert die Wärmeableitung) für das ECM.
Traditionelle Lösungen wie etwa die oben beschriebene IMST-Technologie erfordern, daß ein dielektrisches Material oder ein anderes dünnes Material zwischen der Schaltung und der Metalloberfläche, mit der sie verbunden werden soll, plaziert wird. Dieses dielektrische Material ist keramisch und muß wärmegehärtet werden, wodurch zu der Herstellung des Moduls ein zusätzlicher Prozeß hinzugefügt wird. Die vorliegende Erfindung eliminiert diese Zwischenschicht und bondet die flexible Schaltung mit einem PSA (oder einem anderen Haftmaterial oder einer anderen Hafttechnik) direkt an den gerippten Kühlkörper.
Die vorliegende Erfindung eliminiert die Notwendigkeit dafür, daß ein Lötmaskenmaterial auf dem Endprodukt verwendet wird. Eine Lötmaske wird in traditionellen Weisen verwendet, um zu verhindern, daß Lot in empfindliche Bereiche der Schaltung fließt und unerwünschte elektrische Verbindungen zwischen Bahnen verursacht. Eine Lötmaske kann jedoch den Fluß von Wärmeenergie aus der Schaltung heraus behindern. Die Lötmaskierung wird aus der vorliegenden Erfindung eliminiert, da die flexible Schaltung keine Komponenten auf der Unterseite enthält, die direkt an dem gerippten Kühlkörper gebondet wird. Eine Lötmaske ist auf dieser Seite nicht erforderlich, und die Eliminierung der Lötmaske führt zu besserer Wärmeleitung.
Anstelle einer Lötmaske auf der Oberseite der Schaltung werden Tintendämme (d. h. Linien, die auf und über die Schaltungsbahnen über ein Siebdruckverfahren plaziert werden) verwendet, um zu verhindern, daß Lot in Bereiche auf der Schaltung fließt, wo es nicht erwünscht ist. Die Lötdämme werden mit einem Siebdruckprozeß ausgebildet, um Linien auf die flexible Schaltung zu ”malen”, um zu verhindern, daß Lot in Bereiche fließt, wo es nicht erwünscht ist. Das Siebdrucken ist ein viel preiswerterer Prozeß als das Aufbringen einer Lötmaske, was die Produktkosten und die Komplexität reduziert.
Thermische Durchkontakte (plattierte Löcher, die durch die ganze flexible Schaltung hindurchgehen, um Wärme zu dem Kühlkörper zu leiten) werden auch bei und unter einer Hochleistungselektronik verwendet, um die Wärmeleitung weiter zu verbessern.
Die Verwendung einer flexiblen elektrischen Schaltung gestattet eine Busstruktur mit intrinsisch niedriger Induktanz. Ihrer Natur nach verwendet eine flexible Schaltung dünne Kupferbahnen und dünne Platinenschichten. Diese Anordnung minimiert das Ausmaß der auf den Leiterbahnen vorliegenden Induktanz. Je niedriger die in der Schaltung vorliegende Induktanz, umso besser kann die Schaltung Spannungsspitzen handhaben und den bei Hochfahrsituationen erforderlichen Einschaltstrom liefern.
Nachdem die bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden ist, ist klar, daß verschiedene Modifikaitonen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung, wie in den beiliegenden Ansprüchen definiert, abzuweichen.
Zusammenfassung der Offenbarung
Eine elektrische Schaltungsbaugruppe enthält eine flexible elektrische Schaltung, die eine erste Seite enthält; einen Kühlkörper, der eine Metallbasisplatte enthält mit einer ersten und einer zweiten Seite und mehreren sich von der zweiten Seite erstreckenden Rippen; und einen wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Kleber, der mindestens einen Abschnitt der ersten Seite der flexiblen elektrischen Schaltung mit der ersten Seite der Basisplatte direkt verbindet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6655017 B1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- http://www.bergquistcompany.com/ts_thermal_clad.cfm [0004]

Claims

Elektrische Schaltungsbaugruppe, umfassend: eine flexible elektrische Schaltung, die eine erste Seite enthält; einen Kühlkörper, der eine Metallbasisplatte enthält mit einer ersten und einer zweiten Seite und mehreren sich von der zweiten Seite erstreckenden Rippen; und einen wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Kleber, der mindestens einen Abschnitt der ersten Seite der flexiblen elektrischen Schaltung mit der ersten Seite der Basisplatte direkt verbindet.
Elektrische Schaltungsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die flexible elektrische Schaltung eine zweite Seite enthält und weiterhin mehrere auf der zweiten Seite montierte elektrische Komponenten enthält.
Elektrische Schaltungsbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die mehreren elektrischen Komponenten mehrere Leistungskomponenten, mehrere Kondensatoren und mehrere Leistungsverbinder enthalten.
Elektrische Schaltungsbaugruppe nach Anspruch 3, wobei die mehreren Leistungskomponenten mehrere Feldeffekttransistoren beinhalten.
Elektrische Schaltungsbaugruppe nach Anspruch 2, wobei mindestens einige der mehreren elektrischen Komponenten elektrische Oberflächenmontagekomponenten sind.
Elektrische Schaltungsbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die flexible elektrische Schaltung ein Polyimidsubstrat und mehrere Kupferbahnen auf mindestens einer Seite des Substrats enthält.
Elektrische Schaltungsbaugruppe nach Anspruch 6, weiterhin mit mehreren Lotdämmen, wobei sich jeder Lotdamm über eine entsprechende der Kupferbahnen erstreckt.
Elektrische Schaltungsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die flexible elektrische Schaltung mindestens einen thermischen Durchkontakt enthält, der sich von der ersten Seite zu der zweiten Seite erstreckt, wobei jeder thermische Durchkontakt ein mit einer der elektrischen Komponenten assoziiertes plattiertes Loch umfaßt.
Elektrische Schaltungsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Kühlkörper ein Aluminiumkühlkörper mit monolithischem Aufbau ist.
Elektrische Schaltungsbaugruppe nach Anspruch 9, wobei der Kleber ein Haftkleber ist.
Elektrische Schaltungsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die flexible elektrische Schaltung auf der ersten Seite keine Lotmaske aufweist, wodurch die Wärmeleitfähigkeit zu dem Kleber verbessert wird.
Elektrische Schaltungsbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die elektrische Schaltungsbaugruppe eine Leistungsschaltung umfaßt.
Elektronisches Steuermodul, das folgendes umfaßt: ein Gehäuse; eine Steuerplatine innerhalb des Gehäuses und eine an dem Gehäuse montierte flexible Schaltungsbaugruppe, wobei die flexible Schaltungsbaugruppe folgendes enthält: eine mit der Steuerplatine verbundene flexible elektrische Schaltung, wobei die flexible elektrische Schaltung eine erste Seite enthält; einen Kühlkörper, der eine Metallbasisplatte enthält mit einer ersten und einer zweiten Seite und mehreren sich von der zweiten Seite erstreckenden Rippen; und einen wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Kleber, der mindestens einen Abschnitt der ersten Seite der flexiblen elektrischen Schaltung mit der ersten Seite der Basisplatte direkt verbindet.
Elektronisches Steuermodul nach Anspruch 13, wobei die flexible elektrische Schaltung eine zweite Seite enthält und weiterhin mehrere auf der zweiten Seite montierte elektrische Komponenten enthält.
Elektronisches Steuermodul nach Anspruch 14, wobei die mehreren elektrischen Komponenten mehrere Leistungskomponenten, mehrere Kondensatoren und mehrere Leistungsverbinder enthalten.
Elektronisches Steuermodul nach Anspruch 15, wobei die mehreren Leistungskomponenten mehrere Feldeffekttransistoren beinhalten.
Elektronisches Steuermodul nach Anspruch 16, wobei die flexible elektrische Schaltung ein erstes Ende und ein zweites Ende, nicht an der ersten Seite der Basisplatte haftend, enthält, wobei das erste Ende mit der Steuerplatine gekoppelt ist und das zweite Ende die mehreren Kondensatoren trägt.
Elektronisches Steuermodul nach Anspruch 14, wobei mindestens einige der mehreren elektrischen Komponenten elektrische Oberflächenmontagekomponenten sind.
Elektronisches Steuermodul nach Anspruch 14, wobei die flexible elektrische Schaltung ein Polyimidsubstrat und mehrere Kupferbahnen auf mindestens einer Seite des Substrats enthält.
Elektronisches Steuermodul nach Anspruch 19, weiterhin mit mehreren Lotdämmen, wobei sich jeder Lotdamm über eine entsprechende der Kupferbahnen erstreckt.
Elektronisches Steuermodul nach Anspruch 13, wobei die flexible elektrische Schaltung mindestens einen thermischen Durchkontakt enthält, der sich von der ersten Seite zu der zweiten Seite erstreckt, wobei jeder thermische Durchkontakt ein mit einer der elektrischen Komponenten assoziiertes plattiertes Loch umfaßt.
Elektronisches Steuermodul nach Anspruch 13, wobei der Kühlkörper ein Aluminiumkühlkörper mit monolithischem Aufbau ist.
Elektronisches Steuermodul nach Anspruch 22, wobei der Kleber ein Haftkleber ist.
Elektronisches Steuermodul nach Anspruch 13, wobei die flexible elektrische Schaltung auf der ersten Seite keine Lotmaske aufweist, wodurch die Wärmeleitfähigkeit zu dem Kleber verbessert wird.
Elektrische Schaltungsbaugruppe, die folgendes umfaßt: eine elektrische Schaltung mit einem Substrat, das mehrere elektrische Komponenten trägt, wobei die elektrische Schaltung eine erste Seite aufweist; einen Kühlkörper, der eine Metallbasisplatte enthält mit einer ersten und einer zweiten Seite und mehreren sich von der zweiten Seite erstreckenden Rippen; und einen wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Kleber, der mindestens einen Abschnitt der ersten Seite der elektrischen Schaltung mit der ersten Seite der Basisplatte direkt verbindet.
Elektrische Schaltungsbaugruppe nach Anspruch 25, wobei die elektrische Schaltung eine flexible elektrische Schaltung mit einem Polyimidsubstrat und mehreren Kupferbahnen auf mindestens einer Seite des Substrats umfaßt.
Elektrische Schaltungsbaugruppe nach Anspruch 26, weiterhin mit mehreren Lotdämmen, wobei sich jeder Lotdamm über eine entsprechende der Kupferbahnen erstreckt.
Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Schaltungsbaugruppe, das die folgenden Schritte umfaßt: Bereitstellen einer flexiblen elektrischen Schaltung, die eine erste Seite enthält; Bereitstellen eines Kühlkörpers, der eine Metallbasisplatte enthält mit einer ersten und einer zweiten Seite und mehreren sich von der zweiten Seite erstreckenden Rippen; und adhäsives Bonden mindestens eines Abschnitts der ersten Seite der flexiblen elektrischen Schaltung direkt mit der ersten Seite der Basisplatte unter Verwendung eines wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Klebers.
Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Schaltungsbaugruppe nach Anspruch 28, wobei der Schritt des adhäsiven Bondens unter Verwendung eines Haftklebers durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Schaltungsbaugruppe nach Anspruch 28, wobei die flexible elektrische Schaltung ein erstes Ende und ein zweites Ende enthält und der Schritt des adhäsiven Bondens das adhäsive Bonden eines Abschnitts der flexiblen elektrischen Schaltung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende an die erste Seite der Basisplatte umfaßt.
Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Schaltungsbaugruppe nach Anspruch 28, wobei die flexible elektrische Schaltung ein Polyimidsubstrat und mehrere Kupferbahnen auf mindestens einer Seite des Substrats enthält und weiterhin mit dem Schritt des Aufbringens mehrerer Lotdämme auf die flexible elektrische Schaltung, wobei sich jeder Lotdamm über eine entsprechende der Kupferbahnen erstreckt.