DE3305167C2 - Electrical circuit arrangement with a circuit board - Google Patents
Electrical circuit arrangement with a circuit boardInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Schal tungsanordnung mit einer Leiterplatte nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten elektrischen Schaltungsanordnung dieser Art ist ein Halbleiter- Bauelement auf der einen Seite der Leiterplatte auf einen größeren kupferkaschierten Bereich aufgebracht und von dort über sogenannte Bonddrähte mit verschie denen Leiterbahnen kontaktiert (DE-OS 22 26 395).The invention is based on an electrical scarf arrangement with a circuit board of the type of the main claim. In a known electrical Circuit arrangement of this type is a semiconductor Component on one side of the circuit board applied a larger copper-clad area and from there with so-called bond wires which conductors contacted (DE-OS 22 26 395).
Der großflächige kaschierte Bereich der Leiterplatte dient dem Halbleiter-Bauelement als Kühlfläche, über welche die im Halbleiter erzeugte Wärme abgeführt wird. Bei dieser Lösung ist es ferner bekannt, die beidseitig auf der Leiterplatte angeordneten Leiter bahnen soweit erforderlich über Löcher in der Ieiter platte miteinander zu verbinden, indem die Leiter bahnen im Bereich dieser Löcher durchkontaktiert wer den. Für elektrische Bauelemente, welche Ströme in der Größenordnung von einem oder mehreren Ampere schalten müssen, wird bei dieser Lösung jedoch eine relativ große Kühlfläche benötigt, um die erzeugte Wärme abzuführen. Die Leiterplatte muß daher für sol che Fälle relativ groß dimensioniert sein, was platz- und kostenaufwendig ist. Werden solche Schal tungsanordnungen auch noch in einem Gehäuse angeordnet, so muß dafür gesorgt werden, daß die Wärme auf möglichst kurzem Wege zur Gehäusewand abgeführt wird. Da jedoch bei der bekannten Lösung die Kühlfläche auf der Seite der Leiterplatte liegt, auf der auch die Halbleiter- Bauelemente angeordnet sind, läßt sich die Kühlfläche nicht in unmittelbarer Nähe einer Gehäusewand anord nen. The large, laminated area of the circuit board serves as a cooling surface for the semiconductor component which dissipates the heat generated in the semiconductor becomes. In this solution, it is also known that conductors arranged on both sides of the circuit board if necessary, make holes in the ladder plate to connect to each other by the ladder through holes in the area of these holes the. For electrical components, which currents on the order of one or more amps need to switch, however, with this solution relatively large cooling area needed to generate the Dissipate heat. The circuit board must therefore for sol che cases be relatively large, what is space and cost consuming. Become such a scarf arrangement also arranged in a housing, so it must be ensured that the heat on as possible is drained to the housing wall. However, since in the known solution, the cooling surface on the side the circuit board on which the semiconductor Components are arranged, the cooling surface not in the immediate vicinity of a housing wall nen.
Aus der DE-A-31 15 017 ist ein elektronisches Bauelement bekannt, bei dem dessen Wärme über eine metallisierte Auflagefläche auf einem Träger und wärmeleitende, metallisierte Löcher in dem Träger zu einer Kühlfläche auf der Rückseite des Trägers abgeleitet wird.From DE-A-31 15 017 an electronic component is known in which the heat on a metallized support surface on a Carrier and thermally conductive, metallized holes in the carrier a cooling surface on the back of the carrier is derived.
Aus der DE 81 14 325 U1 ist eine Wärmeableitungsvorrichtung für ein gehäuselos auf Mehrlagenleiterplatten montiertes elektronisches Bauteil mit hoher Verlustleistung bekannt. Bei dieser Vorrichtung sind die elektronischen Bauteile über eine gut wärmeleitende Schicht auf der Mehrlagen-Leiterplatte montiert. Unterhalb dieser Schicht sind Wärmeleitbohrungen vorgesehen, die mit gut wärmeleitendem Material gefüllt sind. Auf der vom Bauteil abgewandten Seite der Leiterplatte sind die Wärmeleitbohrungen mit einer Wärmeleitfläche verbunden. Die Wärmeleitfläche kann zusätzlich durch Umströmung mit einem Kühlmedium gekühlt werden.DE 81 14 325 U1 describes a heat dissipation device for a Electronic mounted without housing on multilayer printed circuit boards Known component with high power loss. With this device are the electronic components over a good heat-conducting layer mounted on the multi-layer circuit board. Below this layer are heat-conducting holes provided with good heat-conducting Material are filled. On the side facing away from the component Printed circuit boards are the heat-conducting holes with a heat-conducting surface connected. The heat conducting surface can also be flowed around with be cooled by a cooling medium.
Aus der DE-AS 11 04 576 ist eine gedruckte Schaltung bekannt, bei der ein stark wärmeerzeugendes Bauelement auf einer Metallschicht, von einer Fläche, die mindestens das Doppelte der Oberfläche des wärmeerzeugenden Bauelementes beträgt, angebracht ist. Die metallisierte Fläche dient zur Wärmeableitung.A printed circuit is known from DE-AS 11 04 576, at which is a highly heat-generating component on a metal layer, of an area that is at least twice the surface of the is heat-generating component is attached. The Metallized surface is used for heat dissipation.
Aus der DE-A-25 30 157 ist es bekannt, ein sich relativ stark erwärmendes, elektronisches Bauelement auf einer Lagerplatte anzuschrauben, die ihrerseits an ein Kühlrippen aufweisendes Gehäuseteil aus wärmeabführendem Werkstoff befestigt ist.From DE-A-25 30 157 it is known to be relatively strong heating, electronic component on a bearing plate screw, which in turn has a cooling fins Housing part made of heat-dissipating material is attached.
Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, in elektronischen Geräten eine gute Wärmeabfuhr von stark wärmeerzeugenden Bauelementen nach außen zu ermöglichen. Dabei soll kein größerer Raumbedarf durch die Mittel zur Wärmeabfuhr entstehen.The present solution is aimed at in electronic Devices a good heat dissipation from strongly heat-generating To allow components to the outside. No bigger one is supposed to be Space required by the means for heat dissipation.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß die in den Halbleiter-Bauelementen erzeugte Wärme über die auf der Rückseite der Leiterplatte angebrachte Kühlfläche, sowie durch die Anordnung der Leiterplatte mit geringem Abstand zur Gehäusewandung einfach und platzsparend nach außen geleitet wird. Weiterhin vorteilhaft ist, daß die als Kühlflächen dienenden, kupferkaschierten Bereiche der Leiterplatte zugleich einen elektrischen Anschluß für das Halbleiterbauelement bilden.The circuit arrangement according to the invention with the characteristic Features of the main claim has the advantage that the in the Semiconductor devices generate heat via the rear the cooling surface attached to the circuit board, as well as by the arrangement the circuit board with a small distance to the housing wall simple and is led to the outside to save space. It is also advantageous that serve as cooling surfaces, copper-clad areas of the Printed circuit board also an electrical connection for the Form semiconductor device.
Durch die in dem Unteranspruch aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich. So ist für eine effektive Wärmeabfuhr vorteilhaft, wenn die Kühlplatte eines handelsüblichen, gekapselten Halbleiter-Bauelementes auf den oberen kaschierten Bereich der Leiterplatte aufliegt und mit einem Niet an einer durchkontaktierten Öffnung in den kaschierten Bereichen auf der Leiterplatte befestigt ist.By the measures listed in the subclaim advantageous developments and improvements in the main claim specified characteristics possible. So is for effective heat dissipation advantageous if the cooling plate of a commercially available, encapsulated Semiconductor component on the upper laminated area of the PCB rests and with a rivet on a plated-through hole Opening in the laminated areas attached to the circuit board is.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenAn embodiment of the invention is in the drawing shown and in the description below explained in more detail. Show it
Fig. 1 eine beidseitig kaschierte Leiterplatte mit einem Halbleiter-Bauelement im Bereich zweier durchkontaktierter Kühlflächen der Leiterplatte und Fig. 2 zeigt die Anordnung der Lei terplatte aus Fig. 1 in einem Gehäuse. Fig. 1 is a double-sided PCB with a semiconductor component in the region of two plated-through cooling surfaces of the circuit board and Fig. 2 shows the arrangement of Lei terplatte from Fig. 1 in a housing.
In Fig. 1 wird die im Querschnitt und beidseitig abge brochen dargestellte Leiterplatte einer elektrischen Schaltungsanordnung mit 10 bezeichnet. Die Leiterplatte 10 besteht aus einem Isolierstoff, der auf beiden Seiten kupferkaschiert ist. Auf der oberen Seite der Leiter platte 10 befinden sich kupferkaschierte Leiterbahnen 11 für den Anschluß der elektrischen Bauelemente. Außer dem hat die Leiterplatte 10 auf ihrer Oberseite einen als Kühlfläche dienenden kaschierten Bereich 12, der von den Leiterbahnen 11 elektrisch isoliert ist. Auf dem kaschierten Bereich 12 der Leiterplatte 10 ist ein handelsübliches Halbleiter-Bauelement 13 angeordnet, das im Beispielsfall ein Darlington-Schalttransistor 14 in IC-Ausführung enthält, der auf einer Kühlplatte 15 sitzt und von einem Kunststoffgehäuse 16 gekapselt ist. Ein Anschluß 17 des Halbleiter-Bauelementes 13 ist in einem Loch 18 der Leiterplatte 10 aufgenommen und auf der Rückseite der Leiterplatte 10 ist im Bereich des Loches 18 eine kupferkaschierte Leiterbahninsel 19, die über eine Durchkontaktierung 20 mit der Leiterbahn 11 auf der Oberseite der Leiterplatte 10 elektrisch ver bunden ist. Die Insel 19 wird mit dem Anschluß 17 in bekannter Weise durch eine Tauchlötung verbunden und der Anschluß 17 wird über den so gebildeten Lötstützpunkt 21 an die Leiterbahn 11 angeschlossen.In Fig. 1, the abge shown in cross-section and bilaterally abge printed circuit board of an electrical circuit arrangement with 10 . The circuit board 10 consists of an insulating material which is copper-clad on both sides. On the upper side of the circuit board 10 there are copper-clad conductor tracks 11 for the connection of the electrical components. In addition to this, the printed circuit board 10 has on its upper side a laminated area 12 which serves as a cooling surface and which is electrically insulated from the conductor tracks 11 . Arranged on the laminated area 12 of the printed circuit board 10 is a commercially available semiconductor component 13 , which in the example contains a Darlington switching transistor 14 in IC design, which sits on a cooling plate 15 and is encapsulated by a plastic housing 16 . A connection 17 of the semiconductor component 13 is received in a hole 18 in the printed circuit board 10 and on the back of the printed circuit board 10 in the area of the hole 18 there is a copper-clad printed conductor island 19 which is connected to the printed conductor 11 on the upper side of the printed circuit board 10 via a via 20 is electrically connected. The island 19 is connected to the connection 17 in a known manner by dip soldering and the connection 17 is connected to the conductor track 11 via the soldering support 21 thus formed.
Die gesamte, dem Halbleiter-Bauelement 13 abgewandte Rückseite der Leiterplatte 10 ist mit Ausnahme mehrerer solcher für Lötstützpunkte verwendeter Inseln 19 mit einem durchgehenden kaschierten Bereich 22 als zusätz liche Kühlfläche versehen. Die im Darlington-Schalttran sistor 14 erzeugte Wärme wird dabei zunächst an die Kühlplatte 15 abgegeben und sie gelangt von dort auf den kaschierten Bereich 12 an der Oberseite der Leiter platte. Über eine Vielzahl durchkontaktierter Löcher 23 der Leiterplatte ist der untere kaschierte Bereich 22 mit dem oberen kaschierten Bereich 12 verbunden, so daß die Wärme über diese durchkontaktierten Löcher 23 auf die Rückseite der Leiterplatte gelangen kann. Der Bereich 12 auf der Oberseite der Leiterplatte 10 oder der Bereich 22 auf der Unterseite bildet zugleich einen Masseanschluß für das Halbleiter-Bauelement 13. Der Masseanschluß erfolgt dabei über die Kühlplatte 15, die mit einem Niet 24 an einer durchkontaktierten Bohrung 25 in den kaschierten Bereichen 12 und 22 der Leiter platte 10 elektrisch leitend befestigt ist.The entire back of the printed circuit board 10 facing away from the semiconductor component 13 is provided with a continuous laminated area 22 as an additional cooling surface, with the exception of several such islands 19 used for soldering support points. The heat generated in Darlington-Schalttran sistor 14 is first given off to the cooling plate 15 and from there it reaches the laminated area 12 on the top of the conductor plate. The lower laminated area 22 is connected to the upper laminated area 12 via a plurality of plated-through holes 23 of the printed circuit board, so that the heat can reach the rear of the printed circuit board via these plated-through holes 23 . The region 12 on the upper side of the printed circuit board 10 or the region 22 on the lower side simultaneously forms a ground connection for the semiconductor component 13 . The ground connection is made via the cooling plate 15 , which is electrically conductively fastened with a rivet 24 to a plated-through hole 25 in the laminated areas 12 and 22 of the conductor 10 .
Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bei einem Schaltgerät 30 für Zündanlagen von Brennkraft maschinen. Dort ist die Leiterplatte 10 aus Fig. 1 in einem Metallgehäuse 31 angeordnet. Neben anderen Schaltungselementen des Schaltgerätes 30 ist hier das Halbleiter-Bauelement 13 auf der Oberseite der Leiter platte 10 befestigt und mit Leiterbahnen 11 kontaktiert. Fig. 2 shows the circuit arrangement according to the invention in a switching device 30 for ignition systems of internal combustion engines. There, the circuit board 10 from FIG. 1 is arranged in a metal housing 31 . In addition to other circuit elements of the switching device 30 , the semiconductor component 13 is attached to the top of the circuit board 10 and contacted with conductor tracks 11 .
Um die in den Bauelementen erzeugte Wärme auf möglichst kurzem Wege an das Metallgehäuse 31 abzuleiten, wird die Leiterplatte 10 so angeordnet, daß ihre den Bauelementen ab gewandte Seite mit einem geringen Abstand a von etwa 3 mm der unteren Gehäusewand 31a gegenüberliegt.To the generated in the components dissipate the heat on the shortest possible path to the metal housing 31, the circuit board 10 is disposed so that its the components from facing side with a small distance a of about 3 mm of the lower housing wall 31 a facing.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition |