DE9113498U1

DE9113498U1 - Schaltungsanordnung

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Publication number: DE9113498U1
Application number: DE9113498U
Authority: DE
Original assignee: EXPORT-CONTOR AUSSENHANDELSGESELLSCHAFT MBH 8500 NUERNBERG DE
Current assignee: EXPORT-CONTOR AUSSENHANDELSGESELLSCHAFT MBH 8500 NUERNBERG DE
Priority date: 1991-09-19
Filing date: 1991-09-19
Publication date: 1992-02-27
Anticipated expiration: 2001-09-20

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DE 35 08 456 bekannt. Dort ist die Trägerplatte, auf welcher mindestens ein zu kühlendes chipförmiges Bauelement vorgesehen ist, in ein Gehäuse eingeklebt und die Andrückvorrichtung mittels Justierschrauben und Zwischenstücken gebildet. Die Justierschrauben sind durch Verstrebungen des Gehäuses durchgeschraubt. Bei einer solchen Ausbildung der Schaltungsanordnung kann insbesondere bei einer langzeitig gegebenen Wärmebelastung der Schaltungsanordnung nicht zuverlässig sichergestellt werden, daß der Anpreßdruck der Andrückvorrichtung konstant aufrechterhalten wird, weil es zu einem Nachgeben, z.B. Fließen, des Kunststoffmaterials des Gehäuses kommen kann. Desgleichen kann es infolge mechanischer Toleranzen der nicht nachgiebigen Zwischenstücke der Andrückvorrichtung zu einem Kontakt-Druck verlust kommen.

Die DE 36 28 556 beschreibt eine Schaltungsanordnung, bei welcher mindestens ein zu kühlendes chipförmiges Bauelement auf einer Trägerplatte angeordnet und in eine Isolierstoffmasse eingekapselt ist. Stromleiterteile des zu kühlenden chipförmigen Bauelementes sind wenigstens stellenweise als Kontaktstücke zur Druckkontaktierung ausgebildet. Die Stromleiterteile ragen auf der von der Trägerplatte abgewandten Seite des Bauelementes aus der Isolierstoffkapselung heraus, diese Schaltungsanordnung ist mit einem Kühlbauteil und mit einer Kontaktplatte ausgebildet. Die Kontaktstücke sind vom Bauelement getrennt auf der Trägerplatte angeordnet. Die Druckkontaktierung der Kontaktstücke ist außerhalb der Isolierstof f kapselung vorgesehen und die Kontaktplatte ist allen Kontaktstücken gemeinsam.

Ein Leistungshalbleitermodul, bestehend aus einer beidseitig metallisierten Trägerplatte, die auf der Oberseite mit Bauelementen bestückt, in ein Kunststoffgehäuse eingesetzt und
mit Vergußmasse abgedeckt ist, ist aus der DE 35 21 572
bekannt. Dort wird vorgeschlagen, daß im Modul mindestens eine Stütze auf dem Trägerkörper oder einem Bauelement angeordnet ist, als ein erster Weichverguß eine elastomere Masse vorgesehen ist, aus dem ein oberer Teil der Stütze/Stützen herausragt, und als ein zweiter Verguß ein duroplastischer Kunststoff vorgesehen ist, der den oberen Teil der mindestens einen Stütze überdeckt und mit dem Gehäuse verbindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genann-ten Art zu schaffen, die auch bei zeitlich wechselnder mechanischer und thermischer Belastung
einen konstanten Anpreßdruck gewährleistet, und die ein einfaches mechanisches Zusammenbauen der Schaltungsanordnung
erlaubt und die einfach herstellbar ist, dabei soll die Möglichkeit des zerstörungsfreien Auswechselns einzelner Schaltungselemente möglich sein.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltung der eingangs genannten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1. gelöst. Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch das wärme- und formstabile und in sich elastische
Brückenelement ergibt sich der Vorteil, daß auch bei langzeitig einwirkenden und/oder wechselnden mechanischen und/oder
thermischen Belastungen ein Nachgeben oder Fließen des Materiales ausgeschlossen ist, so daß der Preßdruck der Andrückvorrichtung auf das mindestens eine zu kühlende Bauelement
und/oder auf die mindestens eine Trägerplatte jederzeit zuverlässig aufrechterhalten und konstant bleibt. Das Brückenelement besteht vorzugsweise aus formstabilem Kunststoff. Das
Kühlbauteil kann einfach ebenflächig plattenförmig ausgebildet

sein, es ist jedoch auch möglich, Kühlrippen vorzusehen. Insgesamt ist erfindungsgemäß eine Schaltungsanordnung mit relativ kleinem Volumen und großer Leistungsdichte realisierbar.

Eine bevorzugte Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Drückeinrichtung aus einem elektrisch isolierenden formstabilen und in sich elastischem Material besteht, das direkt die zu drückenden Schaltungsinnenaufbauten und auch die Schaltungsaußenaufbauten miteinander funktionsgerecht und funktionssicher verbindet. Das als Andrückvorrichtung dienende Brückenelement hat auf der dem Kühlbauteil zugewandten Seite in mindestens annähernder Anpassung an die Profilierung der mindestens einen Trägerplatte Ausnehmungen und Erhebungen ausgebildet. Bei einer Schaltungsanordnung der zuletzt genannten Art kann eine Ausnehmung oder können Ausnehmungen zur Fixierung und Justierung einer Trägerplatte oder von Trägerplatten relativ zueinander oder zum Kühlkörper vorgesehen werden. Desgleichen können bei einer solchen Schaltungsanordnung Ausnehmungen zur Fixierung und Justage von starren loslösbaren Verbindungselementen relativ zu der mindestens einen Trägerplatte vorgesehen sein. Erhebungen können bei einer derartigen Schaltungsanordnung unmittelbar gegen die mindestens eine Trägerplatte oder gegen das mindestens eine an der entsprechenden Trägerplatte angeordnete Bauelement drücken.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist außerdem die besonderen Vorteile auf, daß sie sehr montage- und reparaturfreundlich ist, weil es problemlos möglich ist, eine schadhafte Trägerplatte durch eine ungebrauchte neue oder andere funktionssichere Trägerplatte zu ersetzen. Zu diesem Zweck ist es lediglich erforderlich, die Andrückvorrichtung vom Kühlbauteil zu entfernen und die schadhafte Trägerplatte durch eine andere

entsprechende Trägerplatte zu ersetzen, wonach die Andrückvorrichtung wiederum am Kuhlbauteil befestigt werden kann. Das erfolgt beispielhaft durch Schraub- und/oder Klemmverbindungen. Vorteilhaft kann es sein, das Brückenelement mit dem Kühlbauteil mittels federnder Verbindungselemente zu verbinden, wodurch jegliches Nachgeben zwischen diesen Teilen ausgeglichen werden kann.

Eine gegen Einflüsse von außen zuverlässig schützende Schaltungsanordnung ergibt sich, wenn wenigstens eine Erhebung als in sich geschlossener Dichtungswulst ausgebildet ist. Damit können einzelne Bauelemente oder einzelne Trägerplatten oder die gesamte Schaltungsanordnung abgedichtet und geschützt werden .

Um eine zuverlässige Anpreßkraft zu gewährleisten, mit welcher die mindestens eine Trägerplatte gegen das Kühlbauteil gedrückt wird, um einen guten, großflächigen Wärmekontakt von der Trägerplatte zum Kühlbauteil zu erhalten und zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn das Brückenelement in seinen für die Verbindung mit der Kühlplatte vorgesehenen Bezirken kompakt ausgeführt ist .

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann das mindestens eine, auf der Trägerplatte angeordnete, zu kühlende Bauelement vollständig mit einer Vergußmasse bedeckt sein, wie es in Form des Weichvergusses mittels Silikongummimasse üblich ist .

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung, die in einem vergrößerten Maßstab einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform der Schaltungsanordnung darstellt.

Fig. 1 zeigt in einer Schnittdarstellung eine Schaltungsanordnung mit einem Kühlbauteil 12. Das Kühlbauteil 12 ist bei dem in dieser Figur gezeichneten Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung als einfache Platte dargestellt. Auf dem Kühlbauteil 12 ist eine Trägerplatte 14 angeordnet, die mit Kontaktflächen 16 und auf der von den Kontaktflächen 16 abgewandten Seite mit einer Metallschicht 18 versehen ist, um zwischen Trägerplatte 14 und dem Kühlbauteil 12 eine gute Wärmeleitung zu gewährleisten.

ALf der Trägerplatte 14 ist ein chipförmiges Bauelement 20 angeordnet, das Kontakte 22 und 24 aufweist. Der Kontakt 24 ist mit einer zugehörigen Kontaktfläche 16 der Trägerplatte verbunden. Die Kontakte 22 des chipförmigen Bauelementes 20 sind mittels flexibler Verbindungselemente 26, z.B. mittels Bonddrähten, mit zugehörigen Kontaktflächen 16 der Trägerplatte 14 elektrisch verbunden.

Von der Trägerplatte 14 getrennt ist auf dem Kühlbauteil 12 ein Substrat 28 mit Anschüssen 30, die voneinander mittels einer Isolierung 34 galvanisch voneinander getrennt sind,gezeichnet. Dieses, auch in Form einer durchkontaktierten Leiterplatte mit metallisierten Durchbohrungen 32 ausgebildete Verbindungselement,Kann über ein starres Verbindungselement mit den entsprechenden Kontaktflächen 16 der Trägerplatte elektrisch leitend verbunden werden.

Die Schaltungsanordnung weist eine Andrückvorrichtung 38, die aus einer Drückeinrichtung 42 besteht, auf. Die Drückeinrichtung 42 ist an der dem Kühlbauteil 12 zugewandten Seite profiliert. Das Kühlbauteil und die Drückeinrichtung können lösbar mechanisch miteinander verbunden werden, was durch die dünnen strichpunktierten Linien 44 zwischen den axial fluchtenden Durchgangslöchern 46,48 angedeutet ist. Diese mechanische Verbindung kann durch Federelemente (nicht gezeichnet)

erfolgen, durch welche ein bestimmter Anpreßdruck aufrechterhalten wird. Bei diesen Federelementen handelt es sich z.B. um an sich bekannte Federscheiben.

In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung im nicht zusammengebauten Zustand angedeutet, bei welcher die Drückeinrichtung 42 aus einem elektrisch isolierenden, wärme- und formstabilem und in sich elastischem Material besteht. Als solches Material eignet sich z.B. die an sich bekannte Formmasse aus ungesättigtem Polyester und/oder aus Polyester-Malamin. Das als / Drückeinrichtung dienende Brückenelement 42 ist auf seiner dem Kühlbauteil zugewandten Seite 56 in mindestens annähernder Anpassung an die Höhenprofilierung der Trägerplatte 14, des auf der Trägerplatte angeordneten chipförmigen Bauelementes 20, der

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Verbindungselemente 36 zwischen Trägerplatte 14 und durchkontaktierter Leiterplatte 40 mit Ausnehmungen 58, 60 und mit Erhebungen 62 und 64 ausgebildet.

Die Ausnehmungen 58 , d.h. die in sich zusammenhängende Ausnehmung 58 dient insbesondere der Justierung der Trägerplatte 14 in bezug auf das Kühlbauteil 12 während die/jede Ausnehmung 60 zur Justierung eines zugehörigen starren Verbindungselementes 36 dient. Mit Hilfe der Andrückvorrichtung 38 wird also nicht nur die Trägerplatte 14 mit dem chipförmigen Bauelement 20 sowie die Leiterplatte 40 genau passend zum Kühlbauteil festgelegt, sondern gleichzeitig mit den starren Verbindungselementen 36 der entsprechende galvanische Kontakt zwischen Kontaktflächen 16 an der Trägerplatte 14 und bspw. dem Anschluß 30 hergestellt.

Die Erhebungen 62 dienen zum Andrücken der Trägerplatte 14 entweder unmittelbar oder über das chipförmige Bauelement an das Kühlbauteil 12. Eine in sich geschlossene umlaufende Erhebung 66 ist als Dichtungswulst ausgebildet, ebenso wie ein äußerer umlaufender Dichtungswulst 64. Eine Weichvergußmasse bedeckt das auf dem Trägerkörper 14 befestigte chipförmige Bauelement 20.

Claims

R*-1T ANSPRÜCHE

1. Schaltungsanordnung mit wenigstens einer Trägerplatte (14), auf der mindestens ein zu kühlendes chipförmiges Bauelement (20), insbesondere Halbleiterbauelement, und Kontaktflächen (22) vorgesehen sind, wobei das/jedes Bauelement (20) mit dazugehörenden Kontaktflächen mittels Verbindungselementen (26) elektrisch leitend verbunden ist, mit einem Kühlbauteil(12), auf dem die mindestens eine Trägerplatte (14) angeordnet ist, und mit einer die mindestens eine Trägerplatte gegen das Kühlbauteil (12) drückenden Andrückvorrichtung (38), die zumindest gegen das eine zu kühlende Bauelement (20) und/oder in dessen Nachbarschaft gegen die mindestens eine Trägerplatte (14) drückt,

dadurch gekennzeichnet ,daß

die Andrückvorrichtung aus mindestens einem Brückenelement (42) aus wärme- und formstabilem in sich elastischem Material besteht und mittels Erhebungen (62) auf das mindestens eine zu kühlende Bauelement (20) und/oder gegen die mindestens eine Trägerplatte (14) und/oder gegen das Substrat (28) mit Anschlüssen (36) drückt und/ oder fixiert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß jedes Brückenelement (42) aus einem Kunststoff als elektrisch isolierendem Material besteht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2., dadurch gekennzeichnet, daß jedes Brückenelement aus KunststoffZubereitungen der Familie ungesättigter Polyester- und/oder Polyester-Melamin-Formmassen besteht.

4. Schaltungsanordnung nach Ansprüche 1. bis 3., dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Brückenelemente (42) an seiner dem Kühlbauteil zugewandten Seite mit einer an die Profilierung der mindestens einen Trägerplatte (14) und/oder der Verbindungselemente (26) und/ oder des Substrates (28) mit Anschlüssen (36) angepaßten Oberflächenkontur mit entsprechenden Einsenkungen (58) und Erhebungen (62) ausgebildet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4., dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenelemente (42) als voneinander unabhängige, getrennte Elemente ausgebildet sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5., dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der Brückenelemente aus elektrisch leitendem Material bestehen.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5., dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Brückenelemente (42) miteinander flexibel zu einer Einheit verbunden sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß das/die Verbindungselemente (26, 36) als Federkörper ausgebildet sind.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Erhebung (64, 66) als in sich geschlossener Dichtungswulst ausgebildet ist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Brückenelement (42) mit dem Kühlbauteil (12) mechanisch verbunden ist, wobei die Verbindung (46,48,50,52) mindestens ein Federelement aufweist.

11. Schaltungsanordnung nach Ansprüche 1. bis 10., dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine, auf der Trägerplatte angeordnete, zu kühlende Bauelement (20) vollständig mit einer Weich Vergußmasse (68) bedeckt ist.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbindungselement (40) als durchkontaktierte Leiterplatte ausgebildet ist, bei der auf

&igr; 34)

einer Isolierplatte metallisierte Bohrungen (32) vorgesehen sind, die metallische Leiterbahnen (30) beidseits der Isolierplatte schaltungsgerecht elektrisch untereinander verbinden.