DE8408881U1

DE8408881U1 - Component arrangement for use in automotive ignition switchgear

Info

Publication number: DE8408881U1
Application number: DE19848408881
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-03-22
Filing date: 1984-03-22
Publication date: 1984-06-28

Description

^- Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen^ - Siemens Aktiengesellschaft Our mark

Berlin und München VPA 84G 3 1 O 9 DEBerlin and Munich VPA 84G 3 1 O 9 DE

Bauteilanordnung für den Einsatz bei Kfz-zündschaltge- räten Component arrangement for use in automotive ignition switchgear

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bautei!anordnung für den Einsatz bei Kfz-Zündschaltgeräten, bei welcher ein Transistor-Chip auf einen nicht lötbaren Kühlkörper unter Zwischenlage einer lötbaren Trägerschicht aufgebracht ist.The invention relates to a component arrangement for use in automotive ignition switchgear, in which a Transistor chip applied to a non-solderable heat sink with a solderable carrier layer in between is.

Insbesondere für den Aufbau von hochleistungsfähigen Zündschaltgeräten für die Kraftfahrzeug-Industrie wird die Forderung gestellt, einen Transistor-Chip auf einen nicht lötbaren Kühlkörper aufzubringen. Damit soll eine Wärmesenke realisiert werden.Especially for the construction of high-performance ignition switchgear for the automotive industry made the requirement to apply a transistor chip to a non-solderable heat sink. This is supposed to be a Heat sink can be realized.

Preiswerte Kühlkörper bestehen im allgemeinen aus Aluminium, das als Werkstoff allerdings nicht lötbar ist. Zum Herstellen einer Wärmesenke mit hinreichendem Wärme-Übergang muß daher zumindest eine partiell lötbare Schicht auf den nicht lötbaren Kühlkörper aufgebracht werden. Es ist bisher im Rahmen der Kraftfahrzeugelektronik bekannt, eine lötbare Trägerschicht mittels eines Leitklebers auf den Kühlkörper aufzubringen. Daneben ist es auch möglich, partiell lötbare Oberflächen durch Aufdampfen oder elektrochemische Methoden herzustellen, wobei als Deckschicht insbesondere Nickel verwendet wird.Inexpensive heat sinks are generally made of aluminum, which, however, cannot be soldered as a material. In order to produce a heat sink with sufficient heat transfer, at least one must be partially solderable Layer can be applied to the non-solderable heat sink. It is so far in the context of automotive electronics known to apply a solderable carrier layer to the heat sink by means of a conductive adhesive. Next to it is it is also possible to produce partially solderable surfaces by vapor deposition or electrochemical methods, with Nickel in particular is used as the cover layer.

Die bekannten Maßnahmen zum Aufbringen einer lötbaren Trägerplatte sind vergleichsweise aufwendig, da sie je-The known measures for applying a solderable carrier plate are comparatively complex, since they each

Wht 2 Gr / 08.03.1984Wht 2 Gr / 08.03.1984

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weils mehrere zusätzliche Verfahrensschritte bei der Fertigung bedeuten.because there are several additional procedural steps in the Manufacturing mean.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einer Bauteilanordnung der eingangs genannten Art für Verbesserungen hinsichtlich Aufbau und Fertigung zu sorgen.The object of the invention is therefore, in a component arrangement of the type mentioned to ensure improvements in terms of structure and manufacture.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Trägerschicht zwischen Kühlkörper und Transistor-Chip aus Kupfer/Aluminium-Verbundmaterial (Cupal-Schicht) besteht, welches auf der Aluminiumseite ultraschallverschweißbar und auf der Kupferseite lötbar ist.The object is achieved in that the Carrier layer between heat sink and transistor chip made of copper / aluminum composite material (Cupal layer) consists, which can be ultrasonically welded on the aluminum side and is solderable on the copper side.

Im Rahmen der Erfindung ist die Cupal-Schicht insbesondere eine Verbundfolie mit einer Stärke zwischen 0,5 und 2 mm, vorzugsweise bei 1 mm. Dabei kann das Volumenverhältnis von Kupfer zu Aluminium etwa 80:20 % betragen. In the context of the invention, the cupal layer is in particular a composite film with a thickness between 0.5 and 2 mm, preferably 1 mm. The volume ratio of copper to aluminum can be about 80:20%.

Mit der Erfindung wird vorteilhaft ausgenutzt, daß Cupal-Schichten einerseits ultrasGhallverschweißbar und andererseits partiell lötbar sind. Diese Eigenschaft ist zwar an sich vom Stand der Technik vorbekannt und wurde bereits in der DE-OS 17 65 048 beschrieben. In vorliegenden Fall ergibt sich aber durch Einfügen der Cupal-Schicht zwischen Kühlplatte und Transistor-Chip zusätzlich eine Wärmesenke, da sich Kupfer durch hohe Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität auszeichnet. Zwischen Transistor-Chip und Cupal-Schicht kann weiterhin ein lötfähiges Substrat angeordnet sein. Für die Verwendung bei Kfz-Zündschaltgeräten ist der Transistor insbesondere ein Darlington-Transistor.The invention makes advantageous use of the fact that Cupal layers are on the one hand ultrasGhall weldable and on the other hand are partially solderable. This property is and has been known per se from the prior art already described in DE-OS 17 65 048. In the present case, however, results from inserting the cupal layer There is also a heat sink between the cooling plate and the transistor chip, as copper is high Thermal conductivity and heat capacity. It is possible to continue between the transistor chip and the cupal layer a solderable substrate can be arranged. The transistor is for use in automotive ignition switchgear in particular a Darlington transistor.

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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben fieh aus der nachfolgenden Beschreibung eines Aus*- führungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit der Abhandlung der einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bauteilanordnung.Further details and advantages of the invention emerge from the following description of an * - management example based on the drawing in connection with the discussion of the individual process steps for Production of the component arrangement according to the invention.

Die einzige Figur zeigt schematisch einen Schnitt durch eine komplettierte Grundplatte.The single figure shows schematically a section through a completed base plate.

In der Figur ist mit 1 die Grundplatte für ein hoch-/ \ leistungsfähiges Zündschaltgerät bezeichnet, die am Automobilchassis befestigbar ist. Die Grundplatte 1 realisiert einen preiswerten Kühlkörper und besteht aus Aluminium.In the figure, 1 is the base plate for a high / \ A powerful ignition switchgear that can be attached to the automobile chassis. The base plate 1 realizes an inexpensive heat sink and is made of aluminum.

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Auf die Grundplatte 1 können diverse elektronische Bauteile montiert werden. In der Schnittdarstellung der Figur ist speziell die Stelle dargestellt, auf der ein Darlington-Transistor 5 als Zündelement aufgebracht werden soll, welcher eine besonders gute Wärmeableitung benötigt. Im einzelnen bedeuten 3 einen sogenannten Lötamboß, der aus einem Kupfer/Aluminium-Verbundmaterial (Cupal-Schicht) besteht und etwa die Stärke von ' 1 mm hat. Auf dem Lötamboß 3 ist als EndstufensubstratVarious electronic components can be mounted on the base plate 1. In the sectional view of the Figure is specifically shown the point on which a Darlington transistor 5 is applied as an ignition element should be, which requires a particularly good heat dissipation. Specifically, 3 mean a so-called Soldering anvil made from a copper / aluminum composite material (Cupal layer) and is approximately 1 mm thick. On the soldering anvil 3 is the final stage substrate

ein Keramikisolator 4 aus Berylliumoxid (BeO-Schicht), der auf den Flachseiten mit einer Molybdän/Manganbeschichtung als Haftvermittler und einer Nickelschicht als lötbarer Oberfläche versehen ist, angeordnet. Darauf befindet sich der bereits erwähnte Darlington-Transistora ceramic insulator 4 made of beryllium oxide (BeO layer), which has a molybdenum / manganese coating on the flat sides is provided as an adhesion promoter and a nickel layer as a solderable surface, arranged. Thereon is the already mentioned Darlington transistor

5. Mit 6 ist ein elektrischer Anschluß bezeichnet.5. With 6 an electrical connection is designated.

Für die Herstellung einer solchen Bauteilanordnung wird eloxiertes Aluminiummaterial als Grundplatte 1 verwendet,For the production of such a component arrangement, anodized aluminum material is used as the base plate 1,

ff ■ 4 · * ·ff ■ 4 · * ·

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wobei aber die Innenfläche der Grundplatte 1 frei ;on Eloxal ist. Der Lötamboß 3 wird aus einem Kupierband/ das einseitig mit Aluminium plattiert ist/ ausgestanzt. Anschließend wird der Lötamboß 3 mit seiner Aluminiumseite auf die Grundplatte 1 aufgelegt und durch Ultraschallschweißen dauerhaft mit dessen .Oberseite verbunden. Bei der Fertigung läßt sich erreichen, daß die Kupferseite dee Lötambosees 3 weitgehend frei von Oxiden bleibt, was für weiteren Herstellungsprozeß von Wiehtigkeit ist. Die Teilfläche der Grundplatte 1 des Kühlkörpersbut with the inner surface of the base plate 1 free; on Is anodized. The soldering anvil 3 is made from a cutting tape / which is clad on one side with aluminum / punched out. Then the soldering anvil 3 with its aluminum side placed on the base plate 1 and permanently connected to its .Oberseite by ultrasonic welding. During manufacture it can be achieved that the copper side of the Lötambosees 3 is largely free of oxides what remains of importance for the further manufacturing process. The partial area of the base plate 1 of the heat sink

mit der aufgesehweißten Cupal-Schicht 3 läßt sich nun- ' mehr verlöten.with the aufgesehweißten Cupal layer 3 can be N & N 'solder more.

In einem weiteren Arbeitsgang kann unter Zwischenlage des Keramikisolators 4 aus Berylliumoxid mit einer lötbaren metallischen Beschichtung der Darlington-Transistor auf dieses Endstufensubstrat aufgebracht werden. Die Lötung erfolgt z.B. im Durchlaufofen unter Wasserstoffatmosphäre, wobei'ein Blei/Silber/Zinn-Lot verwendet wird. 20In a further operation, with the interposition of the ceramic insulator 4 made of beryllium oxide with a solderable metallic coating of the Darlington transistor can be applied to this output stage substrate. The soldering takes place e.g. in a continuous furnace under a hydrogen atmosphere, whereby a lead / silver / tin solder is used. 20th

Es ist somit eine Bauteilanordnung geschaffen, bei der insbesondere die Forderung nach einer Wärmesenke mit hinreichenden Wärmeableitungseigenschaften erfüllt sind. Langzeituntersuchungen haben ergeben, daß sich der Wärmewiderstand lediglich um 3 bis 4 % ändert und damit immer im zulässigen Bereich liegt.A component arrangement is thus created in which, in particular, the requirement for a heat sink is also provided adequate heat dissipation properties are met. Long-term studies have shown that the thermal resistance only changes by 3 to 4% and is therefore always within the permissible range.

Insgesamt läßt sich die erfindungsgemäße Bauteilanordnung durch erstmaligen Einsatz der ultraschallverschweißbaren Cupal-Schicht als Lötamboß im Rahmen einer automatisierten Fertigung aufbauen. Damit ergeben sich beachtliche Kosteneinsparungen gegenüber dem bisher verwendeten Klebe- bzw. Aufdampf- und/oder elektrochemischem Verfahren. Overall, the component arrangement according to the invention through the first use of the ultrasonically weldable Cupal layer as a soldering anvil in the context of an automated Build manufacturing. This results in considerable cost savings compared to the one previously used Gluing or vapor deposition and / or electrochemical processes.

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7 Schutzansprüche
1 Figur7 claims for protection
1 figure

Claims

- 5 - VPA WG 3 109 DE Claims for protection

1. Component arrangement for use in vehicle ignition switches devices, in which a transistor chip on a non-solderable heat sink with the interposition of a solderable Carrier layer is applied, characterized in that the carrier layer (3) between the heat sink (1) and the transistor chip (5) consists of a copper / aluminum composite material (Cupal layer), which can be ultrasonically welded on the aluminum side and solderable on the copper side.

2. Arrangement according to claim 1, characterized that the cupal layer (3) is between 0.5 and 2 mm, preferably 1 mm, thick.

3. Arrangement according to claim 1 or claim 2, characterized in that the Cupal layer (3) the volume ratio of copper to aluminum is about 80:20.

4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that

(the cupal layer (3) made of aluminum-plated copper

tape is punched.

5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that between the transistor chip (5) and Cupal layer (3) in addition a final stage substrate (4) is arranged.

- 6 - VPA WG 3 1 09 DE- 6 - VPA WG 3 1 09 DE

6. Arrangement according to claim 5, characterized that the output stage substrate (4) is a ceramic insulator made of beryllium oxide (BeO) with solderable metallic coating is.

7. Arrangement according to claim 1, characterized that the transistor chip (5) is a Darlington transistor.