DE19852355A1 - Circuit, e.g. for controller, especially motor vehicle engine controller - Google Patents

Circuit, e.g. for controller, especially motor vehicle engine controller

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Abstract

The circuit has electrically contacted components (20,40) mounted on a flat carrier element (10) and at least partially thermally conductively connected to at least one cooling element (30). The cooling element is mounted on one side of the carrier element so that several components can be mounted on it simultaneously. The carrier element consists of an elastically deformable material.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach der Gattung des Patentanspruchs 1.The invention relates to a circuit arrangement according to the genus of claim 1.

Derartige Schaltungsanordnungen werden beispielsweise in Steuergeräten, insbesondere für Motorsteuerungen von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Aufgrund einer in vielen Fällen motornahen Montage sind sie großen Umgebungstem­ peraturen und großen Schüttelbelastungen ausgesetzt.Such circuit arrangements are, for example in control units, in particular for engine controls from Motor vehicles used. Because of one in many In the case of installation close to the engine, they are very large exposed to temperatures and large shaking loads.

Es sind nun temperaturunempfindliche elektronische Bau­ elemente bekannt, die in Kunststoff verpackt und auf einer Leiterplatte oder einem Flexfilm befestigt und kontaktiert sind. Bei diesen Bauelementen ergeben sich Probleme mit der schlechten Kühlung, der begrenzten Schüttelfestigkeit und auch hinsichtlich der Größe der auf diese Weise hergestellten Steuergeräte, da durch die Verpackung der Bauelemente in Kunststoff die erfor­ derliche Substratfläche wächst.It is now temperature-insensitive electronic construction elements known that are packed in plastic and on attached to a circuit board or a flex film and are contacted. These components result Problems with poor cooling, the limited Shake resistance and also in terms of size control units manufactured in this way, as by  the packaging of the components in plastic The substrate area grows.

Bei derartigen Schaltungsanordnungen werden Steuergerä­ testecker in SMD-Befestigungstechnik oder in Durch­ steckmontagetechnik befestigt.In such circuit arrangements are control devices tester plug in SMD fastening technology or in through plug-in mounting technology attached.

Darüber hinaus sind Schaltungsanordnungen in Bondtech­ nik oder Flip-Chip-Technik aus Hybriden/Mikrohybriden bekannt, wobei die Verbindung zu dem Steuergerätstecker in Bondtechnik ausgeführt ist. Probleme entstehen hier­ bei durch die Komplexität und die damit verbundenen ho­ hen kosten der bondbaren Einlegeteile im Stecker sowie die begrenzten Möglichkeiten zur Nutzung bei der heute üblichen Höherintegration von integrierten Schaltkrei­ sen, da die relativ teure Hybridfläche wegen der erfor­ derlichen Bonds zum Stecker nicht über das aus dem Stand der Technik bekannte Maß verkleinert werden kann.In addition, circuit arrangements are in Bondtech nik or flip-chip technology from hybrids / micro hybrids known, the connection to the control unit connector is carried out in bond technology. Problems arise here at by the complexity and the associated ho hen the cost of the bondable inserts in the connector as well the limited options for use at today usual higher integration of integrated circuits sen, because the relatively expensive hybrid area because of the other bonds to the plug do not have the same from the State of the art known size can be reduced.

Darüber hinaus ist auch bei diesen Schaltungsanordnun­ gen die Wärmeableitung, insbesondere wegen der erfor­ derlichen Dicke des elastischen Klebers unter dem Hy­ brid/Mikrohybrid problematisch.In addition, this circuit arrangement is also heat dissipation, especially because of the required thickness of the elastic adhesive under the Hy brid / micro hybrid problematic.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsan­ ordnung der eingangs beschriebenen Art dahingehend wei­ terzubilden, daß sie bei technisch einfacher und daher kostengünstiger Montage eine hohe Schüttelfestigkeit und eine optimale Wärmeableitung ermöglicht. The object of the invention is therefore a circuit order of the kind described in the foregoing white terzubilden that they are technically simpler and therefore cost-effective assembly, high resistance to shaking and enables optimal heat dissipation.  

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der gattungsgemäßen Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This task is carried out in a circuit arrangement Generic type with the features of claim 1 solved.

Dadurch, daß das Kühlelement auf einer Seite des Trä­ gerelements derart angeordnet ist, daß auf ihm mehrere Bauelemente, insbesondere Flip-Chip-Bauteilelemente, gleichzeitig befestigbar sind und daß das Trägerelement aus einem elastisch deformierbaren Material besteht, wird eine sehr gute Wärmeabfuhr durch die direkte Ver­ bindung der Bauelemente mit dem relativ großen Kühlele­ ment ermöglicht. Wärmeleitfähige Längenausdehnungen bei der Erwärmung werden dabei durch das elastisch defor­ mierbare Material des Trägerelements ausgeglichen. Durch die Kombination des auf einer Seite angeordneten Kühlelements und des Trägerelements aus einem elastisch deformierbaren Material, können insbesondere auch har­ te, wärmeleitfähige Kleber eingesetzt werden, um die Bauelemente auf dem Kühlelement aufzukleben. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die sehr gut wärmeleitfähigen Kleber aufgrund ihrer großen Härte durch die unter­ schiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Träger­ element und Kühlkörper die empfindliche Verbindung zwischen den Bauelementen, insbesondere Flip-Chip- Bauelementen und dem Trägerelement zerstören können, wenn ein nicht elastisches Trägerelement verwendet wird. Durch die Verwendung des elastisch deformierbaren Trägermaterials werden Wärmeausdehnungen durch das Trä­ gerelement kompensiert bei gleichzeitig optimaler Wär­ meabfuhr durch derartige hochwärmeleitfähige Kleber. Dabei erweist sich die Verwendung nur eines einzigen Kühlelements für mehrere Bauelemente als besonders vor­ teilhaft, da dieses eine wesentlich größere Wärmekapa­ zität aufweist als einzelne jedem Bauelement zugeordne­ te Kühlelemente.The fact that the cooling element on one side of the Trä gerelements is arranged such that several on it Components, in particular flip chip component elements, can be attached simultaneously and that the carrier element consists of an elastically deformable material, is a very good heat dissipation through the direct Ver Binding of the components with the relatively large cooling element ment enables. Thermally conductive linear expansion at the warming are thereby caused by the elastic defor mable material of the support element balanced. By combining the arranged on one side Cooling element and the carrier element from an elastic deformable material, especially har te, thermally conductive glue are used to the Glue components on the cooling element. It has it has been shown that the very good thermal conductivity Glue due to their great hardness by the below different coefficients of thermal expansion of the carrier element and heat sink the sensitive connection between the components, especially flip-chip Can destroy components and the carrier element, if a non-elastic support element is used becomes. By using the elastically deformable Carrier material are thermal expansion through the Trä gerelement compensates with optimal heat  Removal by such highly thermally conductive adhesives. The use of only one is proven Cooling element for several components as special partial because this is a much larger heat cape individuality has been assigned to each component te cooling elements.

Hinsichtlich des elastisch deformierbaren Trägermateri- als kommen rein prinzipiell die unterschiedlichsten Ausführungsformen in Betracht. Als besonders vorteil­ haft hat sich erwiesen, daß das Trägerelement ein Flex­ film bzw. eine elastisch biegsame Leiterfolie ist. Ein derartiger Flexfilm ermöglicht insbesondere eine einfa­ che Adaption der Schaltungsanordnung an beliebige Stecker/Stecker­ belegungen. Darüber hinaus sind die Kosten eines derartigen Flex-Films niedrig, so daß die Kosten der gesamten Schaltungsanordnung klein gehalten werden können.With regard to the elastically deformable carrier material as if in principle the most varied come Embodiments into consideration. As a special advantage Haft has proven that the carrier element is a flex film or an elastically flexible conductor film. A Such a flex film enables in particular a simple che adaptation of the circuit arrangement to any plug / plug assignments. In addition, the cost of such a flex film low, so the cost the entire circuit arrangement can be kept small can.

Die auf dem Kühlkörper befestigten Bauelemente sind vorzugsweise Flip-Chips, deren Vorderseiten über Löt­ höcker mit Leiterbahnen der Flexfolie verlötet sind und deren Rückseiten auf den Kühlkörper geklebt sind. Hier­ zu wird ein hochwärmeleitfähiger Kleber verwendet. Dar­ über hinaus kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, daß auf der dem Kühlelement abgewandten Seite des Flex­ films weitere Bauelemente, beispielsweise SMD- Bauelemente oder Chips in Bondtechnik angeordnet sind.The components attached to the heat sink are preferably flip chips, the front sides of which are soldered bumps are soldered to conductor tracks of the flex film and the backs of which are glued to the heat sink. Here a highly thermally conductive adhesive is used. Dar in addition, it can advantageously be provided that on the side of the flex facing away from the cooling element films other components, for example SMD Components or chips are arranged in bond technology.

Schließlich ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß Steckerkontakte in SMD- oder Durchsteckmontagetechnik auf dem Flexfilm befestigt werden. Auf diese Weise ist es möglich, alle Bauelemente einschließlich der Stecker durch Löten zu befestigen. Insbesondere ist es durch diese Montagetechnik möglich, Einlegeteile im Stecker zu verwenden, die keine komplizierten Strukturen auf­ weisen. Es kann Strangmaterial verwendet werden. Dar­ über hinaus müssen die Einlegeteile keine zum Bonden geeigneten Oberflächen aufweisen.Finally, it is advantageously provided that Plug contacts in SMD or push-through assembly technology  be attached to the flex film. That way it is possible to use all components including the connector to fix by soldering. In particular, it is through this assembly technique possible, inserts in the connector to use that have no complicated structures point. Strand material can be used. Dar moreover, the inserts do not have to be bonded have suitable surfaces.

Zeichnungdrawing

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Zeichnung, der Be­ schreibung und den Ansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous configurations of the The invention relates to the drawing, the Be writing and the claims removed.

In der einzigen Figur der Zeichnung ist schematisch in Schnittdarstellung eine von der Erfindung Gebrauch ma­ chende Schaltungsanordnung dargestellt.In the single figure of the drawing is schematically in Sectional view of a use of the invention ma circuit arrangement shown.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

Auf einem Trägerelement in Form eines Flexfilms 10 bzw. einer elastisch biegsamen Leiterfolie sind mit Löthöckern (solder bumps) versehene Flip-Chips 20 auf Kon­ taktflächen des Flexfilms aufgelötet. Mehrere Flip- Chips 20 sind gemeinsam durch einen wärmeleitenden Kle­ ber 21 auf einem Kühlkörper 30 befestigt. Wie aus der Figur hervorgeht, ist dabei die Anordnung folgende: Kühlkörper 30, Flip-Chips 20, Flexfilm 10. Der Kühlkör­ per 30 hat bei dieser Anordnung eine stabilisierende Wirkung. Der Kleber 21, mit dem die Flip-Chips 20 auf dem Kühlkörper 30 befestigt sind, ist ein handelsübli­ cher, sehr gut wärmeleitender Klebstoff, der jedoch im ausgehärteten Zustand wenig Elastizität aufweist. Wär­ meausdehnungen des Kühlkörpers 30 werden insoweit von dem elastisch deformierbaren Flexfilm 10 kompensiert.On a carrier element in the form of a flex film 10 or an elastically flexible conductor film flip chips 20 provided with solder bumps are soldered onto contact surfaces of the flex film. A plurality of flip chips 20 are fastened together by a heat-conducting adhesive 21 to a heat sink 30 . As can be seen from the figure, the arrangement is as follows: heat sink 30 , flip chips 20 , flex film 10 . The heat sink by 30 has a stabilizing effect in this arrangement. The adhesive 21 , with which the flip chips 20 are attached to the heat sink 30 , is a handelsübli cher, very good heat-conducting adhesive, but has little elasticity in the cured state. Thermal expansion of the heat sink 30 is compensated for by the elastically deformable flex film 10 .

Auf der dem Flexfilm abgewandten Seite des Kühlkörpers 30 können weitere diskrete Bauelemente 40, beispiels­ weise Kondensatoren, Spulen, SMD-Bauelemente oder Chips in Bondtechnik und dergleichen, auf an sich bekannte Weise durch Lötverbindungen 41 befestigt sein. Ferner können auf der Oberseite des Flexfilms 10 Steckerkon­ takte 51 in SMD- oder Durchsteckmontage- und Lötverbin­ dungstechnik elektrisch kontaktiert sein. Der Stecker 50 weist dabei keine komplizierten Strukturen auf. Es ist ein Strangmaterial verwendbar. Er umfaßt einfache Einlegeteile.On the side of the heat sink 30 facing away from the flex film, further discrete components 40 , for example capacitors, coils, SMD components or chips in bonding technology and the like, can be fastened in a manner known per se by soldered connections 41 . Furthermore, 10 plug contacts 51 in SMD or push-through assembly and soldering connection technology can be electrically contacted on the top of the flex film. The plug 50 has no complicated structures. A strand material can be used. It includes simple inserts.

Der Vorteil der beschriebenen Schaltungsanordnung liegt insbesondere in der sehr guten Wärmeabfuhr direkt auf den Kühlkörper 30, der als Wärmesenke wirkt, durch die Verwendung des harten, wärmeleitfähigen Klebstoffs 21 mit dem die Flip-Chips 20 auf dem Kühlkörper 30, d. h. der Wärmesenke befestigt sind. Wärmeausdehnungen des Kühlkörpers 30 und/oder der Flip-Chips 20 werden durch den Flexfilm 10 kompensiert, der gleichzeitig als Trä­ ger weiterer diskreter Bauelemente 41 und des Steckers 50 mit seinen Kontakten 51 dient.The advantage of the circuit arrangement described lies in particular in the very good heat dissipation directly onto the heat sink 30 , which acts as a heat sink, through the use of the hard, thermally conductive adhesive 21 with which the flip chips 20 are fastened on the heat sink 30 , ie the heat sink. Thermal expansion of the heat sink 30 and / or the flip-chips 20 are compensated for by the flex film 10 , which at the same time serves as carrier for further discrete components 41 and the plug 50 with its contacts 51 .

Eine derartige Schaltungsanordnung ist insbesondere in der Kraftfahrzeugelektronik bei Steuergeräten, die im Motorraum des Fahrzeugs angeordnet sind und nicht nur hohen Wärmebelastungen, sondern auch großen Schüttelbe­ lastungen ausgesetzt sind.Such a circuit arrangement is particularly in the automotive electronics in control units that in  Engine compartment of the vehicle are arranged and not only high heat loads, but also large shaking loads are exposed to loads.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung umfassend auf einem flächigen Trägerelement (10) angeordnete und elektrisch kon­ taktierte Bauelemente (20, 40), die wenigstens teilweise mit wenigstens einem Kühlelement (30) wärmeleitend verbunden sind, dadurch gekennzeich­ net, daß das Kühlelement (30) auf einer Seite des Trägerelements (10) derart angeordnet ist, daß auf ihm mehrere Bauelemente (20) gleichzeitig befe­ stigbar sind und daß das Trägerelement (10) aus einem elastisch deformierbaren Material besteht.1. Circuit arrangement comprising on a flat carrier element ( 10 ) arranged and electrically con tacted components ( 20 , 40 ) which are at least partially thermally conductively connected to at least one cooling element ( 30 ), characterized in that the cooling element ( 30 ) on one side the carrier element ( 10 ) is arranged such that a plurality of components ( 20 ) can be stig simultaneously on it and that the carrier element ( 10 ) consists of an elastically deformable material. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Trägerelement (10) ein Flex­ film ist.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the carrier element ( 10 ) is a flex film. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die auf dem Kühlelement (30) befestigten Bauelemente Flip-Chips (20) sind, deren Rückseiten auf das Kühlelement (30) geklebt sind. 3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the components fastened on the cooling element ( 30 ) are flip chips ( 20 ), the rear sides of which are glued to the cooling element ( 30 ). 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Träger­ element (10) abgewandten Rückseiten der Bauelemen­ te (20) auf das Kühlelement (30) geklebt sind.4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the back of the support elements ( 10 ) facing away from the Bauelemen te ( 20 ) are glued to the cooling element ( 30 ). 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Flex­ film abgewandten Seite weitere Bauelemente (40) und/oder Steckerkontakte (51) angeordnet sind.5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that further components ( 40 ) and / or plug contacts ( 51 ) are arranged on the side facing away from the flex film.
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