DE60028717T2

DE60028717T2 - Elektronisches Modul mit Leistungsbauteilen und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE60028717T2
Application number: DE60028717T
Authority: DE
Inventors: Jean Hoche
Original assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Current assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Priority date: 2000-01-11
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: US20010007287A1; EP1117282A1; FR2803716B1; DE60028717D1; JP2001237570A; US6452808B2; EP1117282B1; FR2803716A1; ES2265328T3

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein elektronisches Leistungsmodul, umfassend einen metallischen Träger, eine gedruckte Leiterplatte, die auf einer der Flächen des Trägers getragen wird, und Bauteile, von denen mindestens einige Leistungsbauteile sind, die auf der Platte angebracht sind, die gleichermaßen Mittel zum elektrischen Verbinden von Bauteilen miteinander und mit einer externen Versorgung trägt. Die Erfindung findet eine wichtige, obgleich nicht exklusive Anwendung auf dem Gebiet der Automobilelektronik, in welchem bestimmte Systeme aktive Bauteile wie Schalttransistoren und eventuell passive Bauteile wie Kondensatoren und Spulen einschließen, die im Betrieb höhere Ströme transportieren.
Da der Querschnitt der Leiterbahnen relativ gering und folglich ihr elektrischer Widerstand hoch ist, verursacht die Verwendung von auf der Platte gedruckten Leiterbahnen erhebliche Ohmsche Verluste. Um die Verluste zu begrenzen, wurde die Platte einiger aktueller Module mit einer Schaltung versehen, die aus auf der Platte angeordneten Streifen gebildet ist. Dieser Aufbau, als Streifen-Bus bezeichnet, zeigt erhebliche Nachteile. So muss der Trassenverlauf für jeden neuen Modultyp speziell konstruiert werden. Der Einbau verlangt eine hohe Ebenheit, die schwierig zu erreichen ist. Die Streifen stellen ein beachtliches Kupfervolumen dar. Eine solche Platte ist beispielsweise aus DE-A-4425803 bekannt. Außerdem ist aus DE-A-3 826999 bekannt, Leiterbahnen zur Verwirklichung zuverlässiger elektronischer Verbindungen zwischen vorgegebenen Bereichen eines Leiternetzes, das von einem Isolierträger getragen wird, zu verwenden.
Die vorliegende Erfindung zielt vor allem darauf ab, ein elektronisches Leistungsmodul bereitzustellen, welches den Anforderungen der Praxis besser genügt als bisher bekannte Module. Dies wird besonders dadurch erzielt, dass die zusätz lichen verwendeten Bauteile einen einfachen Aufbau haben und derart standardisierbar sind, dass die Konzeption einer neuen Modulart keines komplexen Entwurfes bedarf.
Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung ein Modul vor, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Verbindungsmittel Brücken aus leitendem Material umfassen, die derart geformt sind, dass jede ein Leistungsbauteil überspannen kann, wobei sie kurze Abschnitte von Leiterbahnen, die die Leistungsströme transportieren, untereinander verbinden.
Die Brücken haben vorteilhafterweise die Form von Klammern, von denen ein großer Teil oder alle die gleichen Maße und eine ausreichende Länge und Höhe haben, sodass jede von ihnen ein Leistungsbauteil oder mindestens alle aktiven Leistungsbauteile überspannt, die gewöhnlich gleich oder ähnlich dimensioniert sind. Folglich können alle Brücken oder ein überwiegender Teil von ihnen identisch und kaum größer als die Bauteile sein. Dadurch können die Brücken wie Bauteile verwendet werden und insbesondere mithilfe automatischer Maschinen nach der Montage der Bauteile angebracht werden.
Die Enden der Brücken werden im Allgemeinen nach dem gleichen Verfahren, wie es für die Bauteile angewendet wird, auf den Abschnitten verlötet, beispielsweise durch Aufschmelzen der Blei-Zinn-Lötbereiche, wenn die Brücken aus Kupfer sind, die eventuell verzinnt sind.
Um Ohmsche Verluste und Erwärmung zu verringern, können die kurzen Abschnitte mit einem größeren Querschnitt versehen werden als die äquipotentialen Steuerbahnen, die ebenfalls auf der Platte gedruckt sind. Die Länge der Abschnitte bleibt immer deutlich kleiner als die der Brücken.
Die gedruckte Schaltung kann einlagig oder mehrlagig sein. Eine ihrer Isolierflächen ist auf den Träger geklebt, der im Allgemeinen von einer gekühlten Wand getragen wird oder einen Kühlmittelkreis enthält. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn das Modul in einer Umgebung mit hoher Temperatur angeordnet ist, wie beispielsweise unter der Motorhaube eines im Betrieb stehenden Kraftfahrzeugs.
Darüber hinaus schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Moduls vor, welches die folgenden Schritte umfasst:

– Befestigen einer gedruckten Leiterplatte, die äquipotentiale Bahnen und Abschnitte von Leiterbahnen mit einem Querschnitt trägt, der größer ist als der der äquipotentialen Bahnen, auf einer Fläche eines metallischen Trägers (10),
– Anbringen von Schweiß- oder Lötflächen an Stellen der Abschnitte, die dazu bestimmt sind, mit Bauteilen und mit Brücken aus leitfähigem Material verbunden zu werden,
– Anbringen der Bauteile derart, dass sie durch die Lötverbindung festgehalten werden,
– Anbringen der Brücken an Stellen derart, dass ihre Enden auf Schweiß- oder Lötflächen aufliegen und sie die Abschnitte untereinander verbinden, und
– endgültiges Befestigen der Bauteile und der Brücken, im Allgemeinen durch Aufschmelzen.

Die vorstehenden Merkmale und andere werden beim Studium der folgenden Beschreibung eines rein beispielhaften und nicht einschränkend angegebenen Ausführungsbeispiels besser hervortreten. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügte Zeichnung. In dieser zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Modulteils nach der Erfindung; der besseren Übersichtlichkeit halber nicht maßstabsgetreu, und
2 eine Detailschnittansicht senkrecht zur Ebene des Trägers.
Das gezeigte Modul umfasst einen Träger 10 aus einem gut wärmeleitenden Metall, zum Beispiel aus purem oder legiertem Aluminium, der eine gedruckte Leiterplatte 12 trägt. Die Dicke des Trägers kann von einigen Millimetern bis zu einigen Zentimetern reichen, je nachdem, ob er auf der der gedruckten Schaltung entgegengesetzten Seite gekühlt wird (zum Beispiel weil er von einer Kühlwand getragen wird) oder einen Kühlkreis enthält.
Auf der gedruckten Leiterplatte 12 sind Leistungsbauteile 14, z.B. Schalttransistoren (davon sind nur zwei gezeigt), und eventuell aktive Steuerbauteile (nicht gezeigt) verlötet, welche nur von schwachen Steuerströmen durchsetzt sind. Die aktiven Steuerbauteile empfangen und senden Signale, welche durch die äquipotentialen Verbindungsbahnen 16 geleitet werden. Diese können gedruckte Bahnen sein, die auf herkömmliche Weise, zum Beispiel durch Serigraphie, hergestellt werden. Solche Steuersignale werden ebenfalls zwischen den Leistungsbauteilen 14 einerseits sowie der äußeren Umgebung und den Steuerbauteilen andererseits geleitet.
Die Leistungsströme transportierenden Verbindungsmittel umfassen Abschnitte 18 der Leiterbahn, die so kurz wie möglich sind und durch Brücken aus leitfähigem Metall 20 untereinander verbunden sind. Die kupfernen Abschnitte 18 haben vorteilhafterweise einen größeren Querschnitt als die äquipotentialen Bahnen. Im gezeigten Fall der Figur sind die Abschnitte breiter; sie können aber auch dicker sein. Die Brücken 20 sind im Allgemeinen aus Kupfer, verzinnt oder nicht verzinnt, und werden so dimensioniert, dass sie die Leistungsbauteile und ihre metallischen Anschlussklemmen 22 überspannen können. Einige dieser Klemmen werden durch Löten an den Abschnitten 18 und andere an den auf den äquipotentialen Bahnen vorgesehenen Schweiß- oder Lötstellen angebracht.
Die Brücken werden derart befestigt, dass die Abstände zwischen ihnen so gering wie möglich sind. Im gezeigten Fall sind die Brücken schmaler als die aktiven Leistungsbauteile, aber diese Bedingung ist nicht vorgeschrieben. In der Praxis werden die Brücken allgemein durch ein 1 mm dickes Kupferblechteil gebildet, das in Form von Klammern leicht zu verlöten ist, die etwas höher sind als die Bauteile, welche sie überspannen.
Es ist allgemein möglich, auf einer gegebenen Schaltung einen einzigen Brückentyp zu verwenden, wodurch Fehler vermieden werden. Da die Maße der Brücken ungefähr denen der Leistungsbauteile entsprechen, wird der Einbau mithilfe der gleichen automatischen Maschine, wie sie für die Leistungsbauteile verwendet wird, erleichtert.
Das Modul umfasst zudem einen oder mehr Anschlusselemente 24 zum Verbinden mit der äußeren Umgebung, die herkömmlichen Typs sein können und auf die Abschnitte gelötet werden.
Ein Modul der beschriebenen Art ist vor allem in einem System zur elektromagnetischen Steuerung von Ventilen verwendbar. Es umfasst mehrere Zweige, welche den gleichen Aufbau und folglich identische Leistungsbauteile haben. Dadurch wird die Anzahl der unterschiedlichen, miteinander zu montierenden Bauteile verringert.
Die Modulserienanfertigung beginnt mit der Herstellung von gedruckten Leiterplatten 12, welche äquipotentiale Bahnen und Abschnitte von Leiterbahnen tra gen, die einen größeren Querschnitt haben als die äquipotentialen Bahnen, und ihrem Befestigen auf einer Fläche eines metallischen Trägers 10 durch Kleben mittels eines wärmeleitenden Klebstoffes. Die Stellen, die dazu bestimmt sind, mit Klemmen oder Kontakten der Bauteile und Enden der Brücken verbunden zu werden, sind mit Lötmittel oder Lötpaste beschichtet, zum Beispiel aus Blei-Zinn oder passiviertem Kupfer.
Das Befestigen der Bauteile und Brücken erfordert nur Abläufe, die gegenwärtig gut beherrscht und im Allgemeinen an automatischen Maschinen ausgeführt werden. Zuerst werden die Bauteile befestigt, welche durch Adhäsion mit der Lötpaste festgehalten werden, wenn sie verwendet wird. Danach werden die Brücken derart an Stellen angebracht, dass ihre Enden auf den Feldern der Lötpaste aufliegen und sie die Abschnitte untereinander verbinden. Schließlich werden die Bauteile und Brücken durch Aufschmelzen, zum Beispiel indem sie durch einen Ofen mit atmosphärischer Luft oder Stickstoff hindurch geleitet werden, endgültig befestigt.

Claims

Elektronisches Leistungsmodul, umfassend einen metallischen Träger (10), eine gedruckte Leiterplatte (12), die auf einer der Flächen des Trägers getragen wird, und Bauteile (14), von denen mindestens einige Leistungsbauteile sind, die auf der Platte angebracht sind, die gleichermaßen Mittel (16) zum elektrischen Verbinden von Bauteilen miteinander und mit einer externen Versorgung trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel Brücken (20) aus leitendem Material umfassen, die derart geformt sind, dass jede ein Leistungsbauteil überspannen kann, wobei sie kurze Abschnitte (18) von Leiterbahnen, die die Leistungsströme transportieren, untereinander verbinden.
Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brücken die Form von Klammern haben, von denen ein großer Teil oder alle die gleichen Maße haben, und die eine ausreichend Länge und Höhe haben, sodass jede von ihnen ein Leistungsbauteil überspannt.
Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kurzen Abschnitte (18) einen größeren Querschnitt haben als die äquipotentialen Steuerbahnen, die ebenfalls auf der Platte gedruckt sind.
Modul nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Brücken auf den Abschnitten verlötet sind.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (12) einlagig oder mehrlagig ist und eine Isolierfläche hat, die auf den Träger (10) geklebt ist.
Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger von einer gekühlten Wand getragen wird oder einen Kühlmittelkreis enthält.
Verfahren zur Herstellung eines Moduls nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: a. Befestigen einer gedruckten Leiterplatte (12), die äquipotentiale Bahnen und Abschnitte (18) von Leiterbahnen mit einem Querschnitt, der größer ist als der der äquipotentialen Bahnen, auf einer Fläche eines metallischen Trägers (10), b. Anbringen von Schweiß- oder Lötflächen an Stellen der Abschnitte, die dazu bestimmt sind, mit Bauteilen und mit Brücken aus leitfähigem Material verbunden zu werden, c. Anbringen der Bauteile (14) derart, dass sie durch die Lötverbindung festgehalten werden, d. Anbringen der Brücken (20) an Stellen derart, dass die Enden auf Schweiß- oder Lötflächen aufliegen und dass sie die Abschnitte untereinander verbinden, und e. endgültiges Befestigen der Bauteile und der Brücken durch Aufschmelzen.