EP1946625A1 - Electronic circuit arrangement and method for producing an electronic circuit arrangement - Google Patents

Electronic circuit arrangement and method for producing an electronic circuit arrangement

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Publication number
EP1946625A1
EP1946625A1 EP06807009A EP06807009A EP1946625A1 EP 1946625 A1 EP1946625 A1 EP 1946625A1 EP 06807009 A EP06807009 A EP 06807009A EP 06807009 A EP06807009 A EP 06807009A EP 1946625 A1 EP1946625 A1 EP 1946625A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit
circuit carrier
heat sink
carrier
circuit arrangement
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06807009A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Daniela Wolf
Andreas Rekofsky
Robert Ingenbleek
Erik Jung
Alfred Kolb
Roland Schöllhorn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive GmbH, ZF Friedrichshafen AG filed Critical Continental Automotive GmbH
Publication of EP1946625A1 publication Critical patent/EP1946625A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Definitions

  • the present invention relates to an electronic scarf ⁇ tion arrangement and a method for producing a e- lektronischen circuit arrangement, in particular for use in the field of automotive electronics.
  • Previous approaches to improve the heat dissipation are mainly to improve the thermal connection of the electronic component to the environment, for example by providing heat dissipation with high thermal conductivity within a circuit substrate (eg. "Horizontal heat spreading") and / or by attaching a specially provided for this heat sink in good thermal contact with the device.
  • a circuit substrate eg. "Horizontal heat spreading”
  • first circuit carrier coupled to a top surface of a heat sink surface resting thermally.
  • the heat sink, the z. B. can also form part of a housing ei ⁇ ner concerned electronics unit, is preferably ⁇ from a material with high thermal conductivity gebil ⁇ det (eg., As a metal plate).
  • gebil ⁇ det eg., As a metal plate.
  • the heat sink has a flat O- berseite.
  • the first scarf ⁇ tion carrier is plate-shaped with a flat bottom, so can the thermal coupling in simp ⁇ cher way z. B. accomplish by interposition of a heat conducting foil or a thermally conductive adhesive.
  • On the side facing away from the heat sink side of the first circuit substrate can be provided in a conventional manner, an assembly with electronic components of the circuit, which are electrically connected to each other in accordance with the electrical layout by interconnects on and / or in the circuit carrier.
  • the second circuit carrier is plate-shaped, for example formed as a substantially rectangular plate.
  • the arrangement provided for this purpose for example, a bonding wire ⁇ arrangement and / or a (z. B. glued) comprise flex circuit. It is also favorable in this connection if the upper-side contact points ("pads") of the first circuit carrier and of the second circuit carrier to be electrically connected to one another or connected to one another are approximately at the same height. If both the first and the second circuit carrier each formed as a flat plate, this means that the thickness of the second
  • Circuit carrier corresponds approximately to the corresponding Bauele ⁇ mentdicke reduced plate thickness of the first Heidelbergungsträ ⁇ gers. In principle it is, however, not been Schlos ⁇ sen that the second circuit carrier is thicker or thinner and thus upward out of the recess stands (only partially ⁇ is as received in the recess) and is lowered into the recess. A then resulting height difference can be easily z. B. be bridged by bonding wires.
  • the recess provided for receiving the second circuit carrier may, in principle, also be provided at the edge of the first circuit carrier, which may be advantageous in certain cases. With regard to a stable arrangement of the second circuit carrier, however, it is generally preferred if the recess is provided in a central region of the first circuit substrate. In the case ⁇ sem can be a mechanically stable storage of the Second circuit carrier often already ensure by a ring ⁇ running around and / or the second circuit carrier covering electrical connection arrangement, or further improve.
  • the electronic component arranged between the second circuit carrier and the heat sink is an unhoused chip (microelectronic component, in particular integrated circuit arrangement). This results in a certain space savings and dar ⁇ beyond a further advantage in terms of the dissipation of heat, which can be dissipated directly in this case (not a housing) to the heat sink.
  • a particularly good thermal coupling between the Bauele ⁇ element and the heat sink results, for example when the bottom of the device with the top of the heat sink is lying flat ⁇ thermally coupled. It should not be excluded that z.
  • a thin heat-conducting adhesive layer is interposed.
  • the electronic component arranged between the second circuit carrier and the heat sink is ground on its underside.
  • Such loops can provide len a whole series of ADVANTAGES ⁇ , particularly when the underside of the component interacts with the top of the heat sink in contact.
  • To allow the heat dissipating path from the electrically ak ⁇ tive portions of the device to the heat sink (or an intermediate layer) may first be reduced to and / or the heat transfer resistance between the component and the top of the heat sink ⁇ be reduced.
  • the height of the building ⁇ elements can be brought to a desired level, be it for Ensuring a predetermined height of the composite of the second circuit carrier and component or for adapting the component thickness to the thickness of one or more further components which are arranged between the same second circuit carrier and the heat sink.
  • the electronic component arranged between the second circuit carrier and the heat sink is coupled to the upper side of the heat sink via a thermally conductive filling material, for example a heat-conductive adhesive layer.
  • a thermally conductive filling material for example a heat-conductive adhesive layer.
  • the same Golfma ⁇ TERIAL or another filler material may also be USAGE ⁇ det, for otherwise air-filled areas of the interim ⁇ rule space between the second circuit carrier and the heat mesenke.
  • Such a filler which z. May possess as well elasti ⁇ specific properties, in some applications, the vibration can improve.
  • the production of a circuit arrangement according to the invention can comprise, for example, the following steps:
  • the component may be equipped with components before, during or after its connection to the heat sink, and the first circuit carrier may be provided with a plurality of such recesses. Provision of a second composite of a second circuit carrier and an electronic component, of which component terminals are electrically connected to lower-side contact points of the second circuit carrier (Here, several components in the ⁇ ser way can be connected to the second circuit carrier and / or several such second Networks are provided),
  • B. by surface contact be it directly or indirectly via a heat-conducting intermediate layer (the recess can also be at least partially filled with a good heat-conducting compound before the insertion of the second composite, eg., A curable potting compound), and
  • the circuit arrangement according to the invention ensures a good, since more or less immediate heat dissipation of the or the second circuit carrier contacted components to the heat sink out.
  • a so-called unbundling of the component connections can take place with the second circuit substrate , which are in direct electrical contact with bottom contact points of the second circuit substrate and lead through the second circuit substrate to top contact locations.
  • Dependent of the technology selected for the second circuit carrier eg LTCC
  • further electronic components or electronic functionalities can be integrated on or in this circuit carrier, for example for adaptation to a "peripheral electronics" formed by the first circuit carrier together with its components becomes.
  • the second circuit carrier is also equipped on its side facing away from the heat sink with at least one component.
  • Such equipment can z. B. simultaneously with the production of the above-mentioned second composite, or later.
  • the denominationablei of such additional components on the second circuit carrier is ⁇ processing capability is comparatively poor so that this mounting point, in particular for components suitable, which produce a much lower thermal loss Leis ⁇ tung than or the second under the circuit carrier arranged components.
  • the invention provides according to a certain Mo ⁇ dularmaschine of the overall structure inasmuch as one or more electronic components are included in a modular manner (in conjunction with the second circuit substrate) in the circuit arrangement.
  • This obviously has advantages in terms of repairability of the circuit arrangement (by exchanging modules) for the relevant circuit components as well as with regard to any subsequent changes in the circuit arrangement occurring in practice (assembly variants).
  • the modular design makes it possible, under certain circumstances, to reuse the peripheral electronics (first circuit board including assembly) in conjunction with one or more modified modules (second circuit board including assembly).
  • Fig. 1 is a schematic plan view of a scarf ⁇ tion arrangement
  • Fig. 2 is a sectional view taken along the line II-II in Fig. 1.
  • FIG. 1 shows a circuit arrangement 10 contained in a motor vehicle transmission control unit, comprising a heat sink 12 (which forms part of a control unit housing in the exemplary embodiment shown here), a first circuit carrier 16 lying on an upper side 14 of the heat sink, thermally coupled, and second circuit carrier 18-1 , 18-2, 18-3 and 18-4.
  • the heat sink 12 is formed in a simple and efficient manner by a flat aluminum die-cast plate of uniform thickness forming a bottom of the circuit housing housing (not shown). The thickness of the heat sink 12 is substantially greater than the thickness of the circuit carrier 16.
  • the first circuit carrier 16 is formed as a thick-film ceramic.
  • a common material for the formation of Keramikträ ⁇ gerplatten is z. B. Al 2 O 3 .
  • Such thick-film ceramics are well-known to experts in the field of high-temperature electronics and therefore require no further explanation.
  • the circuit arrangement 10 comprises a multiplicity of electronic components, which are arranged in part in a manner known per se on the upper side of the first circuit carrier 16 and wired by means of same. From this part of the components, an unhoused integrated circuit 20 applied in so-called flip-chip technology and a housed integrated circuit 22 in the figure are shown by way of example only.
  • BGAs BaIl grid arrays
  • Another part of the components of the circuit assembly 10 (here, for alternatively in flip-chip technology as BGA.) Contrast, is arranged on the underside of the second circuit substrate 18, the through each case in a top surface 14 of the Wär ⁇ mesenke 12 toward Recess 24-1, 24-2 and 24-3 are included.
  • the second circuit carriers 18 are designed as LTCC.
  • Such multilayer in hybrid or micro hybrid technology produced ceramic carrier plates are known per se and allow in addition to their wiring function, the integration of other components in a three-dimensional structure.
  • Each second circuit carrier 18 has at its top pads ("pads") 26, which are each electrically connected either with sol ⁇ chen contact points 26 of a directly adjacent in the same recess 24 second circuit substrate 18 or top contact points 28 of the first circuit substrate.
  • the second scarf ⁇ tion carrier 18-2 and 18-3 are taken together next to each other in a provided in a central region of the first circuit substrate 16 recess 24-2.
  • the second circuit carriers 18-1 and 18-4 are accommodated in separately provided recesses 24-1 and 24-3, of which the recess 24-3 is provided at the edge of the first circuit carrier 16.
  • a recess 24 provided for receiving one or more second circuit carriers 18 could also be provided as an intermediate space between two laterally spaced-apart first circuit carriers 16.
  • the electrical connection between the second circuitry inert 18-1, 18-2 and 18-3 on the one hand and the first shawl ⁇ tung carrier 16 is in the illustrated embodiment by bonding wires 30 to the pads 26, realized 28, whereas the connection between the second circuit carrier 18-4 and the first circuit substrate 16 is made here by a glued trace sheet 32 with corresponding traces. Following the bonding process, the bonding wires 30 are still ver ⁇ cast (mechanical protection and improvement of the vibration resistance).
  • the arranged on the undersides of the second circuit substrate 18 components are in the figure 34-1 to 34-5 be ⁇ draws.
  • these components 34 to unpackaged integrated circuits ( "bare dies"), of which component leads are connected with the lower-side contact points of the second circuit carrier 18 in question in flip chip technology electrically ver ⁇ and its bottom with the top 14 the heat sink 12 are surface-thermally coupled.
  • the thermally active Be ⁇ rich of the component 34-1 is therefore optimally coupled with the heat sink 12th This is associated with the evaluation of the field of application of the relevant electronics towards higher ambient temperatures and / or higher power losses. In contrast to conventional flip-chip structures, the Heat dissipation of the device not over the circuit board.
  • the device is optimally brought into thermal connec tion with a large and comparatively thick heat sink.
  • the second circuit carrier 18-1 provides an electrical Ver ⁇ wiring from its lower-side contact point to its upper-side contact points 26 provided through which (in this case to the contact points 28 of the first circuit substrate 16) the above-mentioned additional contacting is effected.
  • FIG. 1 Another type of electrical connection between the first circuit carrier and one of the second circuit carrier can be seen in FIG. 1 in the second circuit carrier 18-4.
  • the connection between the pads 26, 28 realized by means of the glued printed circuit film 32 which simultaneously leads to additional upper side pads 36 of the first circuit substrate 16 to the circuit arrangement 10 with an external line connection and / or other circuit carriers or Circuit arrangements to connect, which are un ⁇ accommodated in the same electronic unit (control unit).
  • each of these circuit carriers can in principle be manufactured in any other suitable technology, which allows an assembly and electrical ⁇ specific wiring of components.
  • the so-called HTCC technology (high temperature cofired ceramics") is particularly suitable for the second circuit carriers 18.
  • a first composite of the heat sink 12 and the first scarf ⁇ tion carrier 16 is first made, wherein the circuit substrate 16 before or after the components provided thereon (20, 22, etc.) is fitted.
  • second networks gefer ⁇ be taken, each consisting of one of the second circuit substrate 18 and the one or more components disposed thereon (34).
  • These second composites or modules are then inserted into the recesses 24 of the first circuit carrier 16 with the components first, with a good heat-conducting adhesive material or a suitable potting compound being provided for attachment and / or better thermal contact.
  • the upper-side contact points of the first circuit carrier 16 are electrically connected to the adjacent upper-side contact points of the second circuit carriers 18, in the above embodiment partially by the bonding wires 30 and partly by the conductor foil 32.
  • the components 34 that are thermally coupled more or less directly to the heat sink result in an outstanding heating.
  • the particular design with regard to the arrangement of the components 34 is particularly suitable both for dard chips as well as specially prepared flip chips.
  • at least one of these components 34 is a power module (eg ASIC or switching transistor) or a microcontroller chip.
  • these devices 34 can together with the associated second circuit substrates 18 advantageous in practice over time changing electronic modules integrated into the otherwise unchanged, peripheral electronics ⁇ to which was created Marketung from the first circuit substrate 16 together with the loading , It is also worth mentioning that the so-called rewiring of more complex microelectronic circuits (eg the aforementioned microcontrollers or other microprocessor devices) to adapt to peripheral electronics or technology no longer has to take place at the wafer level but, if necessary, by the relevant second circuit carrier 18 can take place.
  • more complex microelectronic circuits eg the aforementioned microcontrollers or other microprocessor devices

Abstract

The inventive electronic circuit arrangement (10) comprises a heat sink (12) and a first circuit carrier (16) which is thermally coupled to the heat sink (12), lies flat on the latter and is intended to wire electronic components of the circuit arrangement. Provided for at least one electronic component (34-1) is a special arrangement which is associated with a considerably increased heat dissipation capability for the relevant component (34-1) and, in addition, also affords further advantages in connection with changes in the population and/or line routing which might occur in practice. The important factor for this is that the component (34-1) is arranged under a second circuit carrier (18-1) which is held in a recess (24-1) in the first circuit carrier (16), said recess passing through to the top side (14) of the heat sink (12).

Description

Elektronische Schaltungsanordnung und Verfahren zur Herstellung einer elektronischen SchaltungsanordnungElectronic circuit arrangement and method for producing an electronic circuit arrangement
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Schal¬ tungsanordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer e- lektronischen Schaltungsanordnung, insbesondere zur Verwendung im Bereich der Kraftfahrzeugelektronik.The present invention relates to an electronic scarf ¬ tion arrangement and a method for producing a e- lektronischen circuit arrangement, in particular for use in the field of automotive electronics.
Es ist bekannt, bei der Auslegung von Elektronikeinheiten umfassend einen mit wenigstens einem elektronischen Bauelement bestückten Schaltungsträger (z. B. Leiterplatte, Keramik, Flexfolie etc.) eine möglichst gute Ableitung der Wärme vor- zusehen, die unvermeidbar als thermische Verlustleistung im Betrieb von elektronischen Bauelementen entsteht. Die Wärmeableitung verlängert die Lebensdauer der Bauelemente und er¬ höht somit die Zuverlässigkeit der damit gebildeten Elektro¬ nikeinrichtungen .In the design of electronic units comprising a circuit carrier (eg printed circuit board, ceramic, flex foil, etc.) equipped with at least one electronic component, it is known to dissipate the heat as unavoidably as thermal power loss in the operation of electronic devices Components is created. The heat dissipation extends the life of the components and thus he ¬ increases the reliability of the electrical ¬ nikeinrichtungen thus formed.
Bisherige Lösungsansätze zur Verbesserung der Wärmeableitung bestehen vor allem darin, die thermische Anbindung des elektronischen Bauelements an dessen Umgebung zu verbessern, beispielsweise durch Bereitstellung von Wärmeableitpfaden mit hoher Wärmeleitfähigkeit innerhalb eines Schaltungsträgers (z. B. "horizontale Wärmespreizung") und/oder durch Anbringung eines eigens hierfür vorgesehenen Kühlkörpers in gutem thermischen Kontakt zum Bauelement.Previous approaches to improve the heat dissipation are mainly to improve the thermal connection of the electronic component to the environment, for example by providing heat dissipation with high thermal conductivity within a circuit substrate (eg. "Horizontal heat spreading") and / or by attaching a specially provided for this heat sink in good thermal contact with the device.
Die bekannten Maßnahmen zur Verbesserung der Wärmeableitung sind oftmals mit erheblichem Aufwand verbunden, insbesondere wenn die betreffende Schaltungsanordnung eine besonders hohe Verlustleistung erzeugt und/oder in einer Umgebung mit ver- gleichsweise hoher Umgebungstemperatur zu betreiben ist, wie dies beispielsweise bei Steuerelektronikeinheiten im Bereich der Automobiltechnik vorkommt. Dort werden derartige Einhei¬ ten zunehmend im Bereich von Fahrzeugkomponenten mit erhöhter Temperatur angeordnet, wie beispielsweise Motor, Getriebe o- der Bremsen. Außerdem behindern spezielle Wärmeableitungsma߬ nahmen oftmals ein platzsparendes Layout von Leiterbahnen des verwendeten Schaltungsträgers.The known measures for improving the heat dissipation are often associated with considerable effort, in particular if the circuit in question generates a particularly high power loss and / or in an environment with operate as high ambient temperature, as occurs for example in control electronics units in the field of automotive technology. There Such Einhei ¬ th are increasingly arranged in the range of vehicle components with elevated temperature, such as engine, transmission o- the brakes. In addition, special Wärmeableitungsmaß ¬ measures often hinder a space-saving layout of traces of the circuit substrate used.
Ein weiterer Nachteil bekannter Schaltungsanordnungen ist deren oftmals mangelnde Flexibilität hinsichtlich auch kleine¬ rer Änderungen betreffend die Bestückung mit elektronischen Bauteilen und/oder die Leitungsführung zwischen diesen Bauteilen. Hierzu ein Beispiel: Der für ein Motorsteuergerät in einem Kraftfahrzeug entwickelte und unter anderem mit einem Mikrocontroller-Chip bestückte Schaltungsträger muss zumeist weitgehend umkonstruiert bzw. neu entwickelt werden, wenn das Motorsteuergerät für eine zukünftige Serie mit einem moderne¬ ren Mikrocontroller-Chip versehen werden soll. Der vorange- gangene Entwicklungsaufwand wird dann zu einem großen Teil wertlos, da der vormalige Schaltungsträger nicht für die neue Serie weiter verwendet werden kann.Another disadvantage of known circuit arrangements is their often lack flexibility regarding small ¬ rer changes concerning the placement of electronic and / or the wiring between these components. An example: The populated developed for an engine control unit in a motor vehicle and, among others, with a microcontroller chip circuit carriers must usually largely redesigned or newly developed when the engine control unit for a future series with a modern ¬ ren microcontroller chip to be provided , The previous development effort is then largely worthless, since the former circuit carrier can not continue to be used for the new series.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben er- wähnten Nachteile zu beseitigen und insbesondere eine elekt¬ ronische Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schaltungsanordnung anzugeben, bei welchen eine gute Wärmeableitungsfähigkeit mit einem hohen Maß an Flexibilität hinsichtlich in der Praxis vorkommender schal- tungstechnischer Änderungen kombiniert werden kann.It is an object of the present invention to eliminate the above-ER-mentioned drawbacks and to provide in particular a elekt ¬ tronic circuit arrangement and a method for manufacturing such a circuit arrangement, in which a good heat dissipation capability with respect to having a high degree of flexibility occurring scarf in practice - Technological changes can be combined.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektronische Schal¬ tungsanordnung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstel- lung einer elektronischen Schaltungsanordnung nach AnspruchThis object is achieved by an electronic circuit ¬ processing arrangement according to claim 1 and a method for manufacturing Development of an electronic circuit arrangement according to claim
15. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiter¬ bildungen der Erfindung.15. The dependent claims relate to advantageous further ¬ formations of the invention.
Bei der Erfindung wird zunächst insoweit ein an sich bekanntes, kostengünstiges und im Hinblick auf die Wärmeableitung sehr vorteilhaftes Konzept übernommen, als ein Schaltungsträ¬ ger (nachfolgend als "erster Schaltungsträger" bezeichnet) mit einer Oberseite einer Wärmesenke flächig aufliegend ther- misch gekoppelt wird.In the invention, a known per se, cost-effective and very advantageous in terms of heat dissipation concept is first as far as a Schaltungsträ ¬ ger (hereinafter referred to as "first circuit carrier") coupled to a top surface of a heat sink surface resting thermally.
Für wenigstens ein elektronisches Bauelement der Schaltungs¬ anordnung wird gemäß der Erfindung jedoch eine besondere Integration bzw. Anordnung vorgesehen, die mit einer erheblich gesteigerten Wärmeableitfähigkeit für das betreffende Bauele¬ ment einhergeht und darüber hinaus überraschenderweise noch weitere Vorteile im Zusammenhang mit in der Praxis etwaig vorkommenden Änderungen der Bestückung und/oder der Leitungsführung bietet. Wesentlich ist hierfür das Vorsehen wenigs- tens eines weiteren Schaltungsträgers, nachfolgend auch als "zweiter Schaltungsträger" bezeichnet, mittels welchem eine in der Praxis sehr einfach anpassbare Bestückung bzw. anpassbare elektrische Kontaktierung des oder der betreffenden Bauelemente realisiert wird. Außerdem besitzt der zweite Schal- tungsträger Bedeutung im Zusammenhang mit einer optimalenFor at least one electronic component of the circuit ¬ arrangement, however, a special integration or arrangement is provided according to the invention, which goes hand in hand with a significantly increased heat dissipation for the relevant Bauele ¬ ment and beyond surprisingly further advantages in connection with possibly occurring in practice Changes in the assembly and / or routing offers. Essential for this purpose is the provision of at least one further circuit carrier, hereinafter also referred to as "second circuit carrier", by means of which in practice very easily adaptable assembly or adaptable electrical contacting of the component (s) concerned is realized. In addition, the second circuit carrier has significance in connection with an optimum
Wärmeableitung von dem oder den betreffenden Bauelementen zur Wärmesenke. Diese Vorteile werden unten noch detaillierter erläutert .Heat dissipation from the one or more components to the heat sink. These advantages will be explained in more detail below.
Die Wärmesenke, die z. B. auch einen Teil eines Gehäuses ei¬ ner betreffenden Elektronikeinheit bilden kann, ist vorzugs¬ weise aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebil¬ det (z. B. als Metallplatte). Für einen einfachen Aufbau der Schaltungsanordnung und insbesondere für eine einfach und effizient zu realisierende ther¬ mische Kopplung zwischen dem ersten Schaltungsträger und der Wärmesenke ist es günstig, wenn die Wärmesenke eine ebene O- berseite besitzt. Insbesondere wenn auch der erste Schal¬ tungsträger plattenförmig mit einer ebenen Unterseite ausgebildet ist, so lässt sich die thermische Kopplung in einfa¬ cher Weise z. B. durch Zwischenfügung einer Wärmeleitfolie oder eines wärmeleitenden Klebers bewerkstelligen.The heat sink, the z. B. can also form part of a housing ei ¬ ner concerned electronics unit, is preferably ¬ from a material with high thermal conductivity gebil ¬ det (eg., As a metal plate). For a simple construction of the circuit arrangement and in particular for a simple and efficient to be realized ther ¬ mix coupling between the first circuit carrier and the heat sink, it is advantageous if the heat sink has a flat O- berseite. In particular, although the first scarf ¬ tion carrier is plate-shaped with a flat bottom, so can the thermal coupling in simp ¬ cher way z. B. accomplish by interposition of a heat conducting foil or a thermally conductive adhesive.
An der der Wärmesenke abgewandten Seite des ersten Schaltungsträgers kann in an sich bekannter Weise eine Bestückung mit elektronischen Bauteilen der Schaltungsanordnung vorgese- hen sein, die entsprechend dem elektrischen Layout durch Leiterbahnen auf und/oder in dem Schaltungsträger elektrisch miteinander verbunden sind.On the side facing away from the heat sink side of the first circuit substrate can be provided in a conventional manner, an assembly with electronic components of the circuit, which are electrically connected to each other in accordance with the electrical layout by interconnects on and / or in the circuit carrier.
Im Hinblick auf die im Rahmen der Erfindung besonders inte- ressierende Verwendung der Schaltungsanordnung im Bereich der Kraftfahrzeugelektronik und den damit verbundenen erhöhten Anforderungen an eine effiziente Wärmeableitung von möglichst vielen Bauteilen ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass der erste Schaltungsträger als eine Keramik ausgebildet ist oder als ein herkömmliches PCB (= "printed circuit board" ausgebildet ist.With regard to the use of the circuit arrangement in the field of automotive electronics, which is particularly interesting in the context of the invention, and the associated increased requirements for efficient heat dissipation of as many components as possible, it is provided in one embodiment that the first circuit carrier is designed as a ceramic or as a conventional PCB (= "printed circuit board" is formed.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zweite Schaltungsträger plattenförmig ist, beispielsweise als im We- sentlichen rechteckige Platte ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Schaltungsträger als ein so genanntes LTCC-Substrat ausgebildet (LTCC = "low temperature cofired ceramic") .In one embodiment it is provided that the second circuit carrier is plate-shaped, for example formed as a substantially rectangular plate. In a preferred embodiment, the second circuit carrier is formed as a so-called LTCC substrate (LTCC = "low temperature cofired ceramic").
Für eine einfache elektrische Verbindung zwischen dem ersten Schaltungsträger und dem zweiten Schaltungsträger kann die hierfür vorgesehene Anordnung beispielsweise eine Bonddraht¬ anordnung und/oder eine (z. B. aufgeklebte) Leiterbahnfolie umfassen. Günstig ist es in diesem Zusammenhang auch, wenn die elektrisch miteinander zu verbindenden bzw. miteinander verbundenen oberseitigen Kontaktstellen ("Pads") des ersten Schaltungsträgers und des zweiten Schaltungsträgers sich etwa auf gleicher Höhe befinden. Wenn sowohl der erste als auch der zweite Schaltungsträger jeweils als ebene Platte ausge- bildet ist, so bedeutet dies, dass die Dicke des zweitenFor a simple electrical connection between the first circuit substrate and second circuit substrate, the arrangement provided for this purpose, for example, a bonding wire ¬ arrangement and / or a (z. B. glued) comprise flex circuit. It is also favorable in this connection if the upper-side contact points ("pads") of the first circuit carrier and of the second circuit carrier to be electrically connected to one another or connected to one another are approximately at the same height. If both the first and the second circuit carrier each formed as a flat plate, this means that the thickness of the second
Schaltungsträgers in etwa der um die entsprechende Bauele¬ mentdicke reduzierten Plattendicke des ersten Schaltungsträ¬ gers entspricht. Prinzipiell ist es jedoch nicht ausgeschlos¬ sen, dass der zweite Schaltungsträger dicker oder dünner ist und somit nach oben aus der Aussparung heraussteht (nur teil¬ weise in der Aussparung aufgenommen ist) bzw. in der Aussparung abgesenkt ist. Eine sich dann ergebende Höhendifferenz kann in einfacher Weise z. B. durch Bonddrähte überbrückt werden .Circuit carrier corresponds approximately to the corresponding Bauele ¬ mentdicke reduced plate thickness of the first Schaltungsträ ¬ gers. In principle it is, however, not been Schlos ¬ sen that the second circuit carrier is thicker or thinner and thus upward out of the recess stands (only partially ¬ is as received in the recess) and is lowered into the recess. A then resulting height difference can be easily z. B. be bridged by bonding wires.
Die zur Aufnahme des zweiten Schaltungsträgers vorgesehene Aussparung kann prinzipiell auch am Rand des ersten Schaltungsträgers vorgesehen sein, was in bestimmten Fällen vorteilhaft sein kann. Im Hinblick auf eine möglichst stabile Anordnung des zweiten Schaltungsträgers ist es jedoch ganz allgemein bevorzugt, wenn die Aussparung in einem mittleren Bereich des ersten Schaltungsträgers vorgesehen ist . In die¬ sem Fall lässt sich eine mechanisch stabile Lagerung des zweiten Schaltungsträgers oftmals bereits durch eine rings¬ herum verlaufende und/oder den zweiten Schaltungsträger abdeckende elektrische Verbindungsanordnung gewährleisten, oder weiter verbessern.The recess provided for receiving the second circuit carrier may, in principle, also be provided at the edge of the first circuit carrier, which may be advantageous in certain cases. With regard to a stable arrangement of the second circuit carrier, however, it is generally preferred if the recess is provided in a central region of the first circuit substrate. In the case ¬ sem can be a mechanically stable storage of the Second circuit carrier often already ensure by a ring ¬ running around and / or the second circuit carrier covering electrical connection arrangement, or further improve.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zwischen dem zweiten Schaltungsträger und der Wärmesenke angeordnete e- lektronische Bauelement ein ungehäuster Chip (mikroelektronisches Bauelement, insbesondere integrierte Schaltungsanord- nung) . Damit ergibt sich eine gewisse Platzersparnis und dar¬ über hinaus ein weiterer Vorteil hinsichtlich der Ableitung von Wärme, die in diesem Fall unmittelbar (nicht über ein Gehäuse) zur Wärmesenke hin abgeführt werden kann.In a preferred embodiment, the electronic component arranged between the second circuit carrier and the heat sink is an unhoused chip (microelectronic component, in particular integrated circuit arrangement). This results in a certain space savings and dar ¬ beyond a further advantage in terms of the dissipation of heat, which can be dissipated directly in this case (not a housing) to the heat sink.
Eine besonders gute thermische Kopplung zwischen dem Bauele¬ ment und der Wärmesenke ergibt sich beispielsweise dann, wenn die Unterseite des Bauelements mit der Oberseite der Wärme¬ senke flächig aufliegend thermisch gekoppelt ist. Dabei soll nicht ausgeschlossen sein, dass z. B. eine dünne wärmeleiten- de Haftschicht zwischengefügt ist.A particularly good thermal coupling between the Bauele ¬ element and the heat sink results, for example when the bottom of the device with the top of the heat sink is lying flat ¬ thermally coupled. It should not be excluded that z. B. a thin heat-conducting adhesive layer is interposed.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zwischen dem zweiten Schaltungsträger und der Wärmesenke angeordnete elektronische Bauelement an seiner Unterseite geschliffen ist. Ein solches Schleifen kann eine ganze Reihe von Vortei¬ len bieten, insbesondere wenn die Unterseite des Bauelements mit der Oberseite der Wärmesenke in Kontakt tritt. So kann damit zunächst der Wärmeableitungsweg von den elektrisch ak¬ tiven Bereichen des Bauelements zur Wärmesenke (oder einer Zwischenschicht) hin verkürzt und/oder der Wärmeübergangswiderstand zwischen dem Bauelement und der Oberseite der Wärme¬ senke verringert werden. Ferner kann damit die Höhe des Bau¬ elements auf ein gewünschtes Maß gebracht werden, sei es zur Gewährleistung einer vorbestimmten Höhe des Verbunds aus zweitem Schaltungsträger und Bauelement oder zur Anpassung der Bauelementdicke an die Dicke eines oder mehrerer weiterer Bauelemente, die zwischen demselben zweiten Schaltungsträger und der Wärmesenke angeordnet werden.In one embodiment, it is provided that the electronic component arranged between the second circuit carrier and the heat sink is ground on its underside. Such loops can provide len a whole series of ADVANTAGES ¬, particularly when the underside of the component interacts with the top of the heat sink in contact. To allow the heat dissipating path from the electrically ak ¬ tive portions of the device to the heat sink (or an intermediate layer) may first be reduced to and / or the heat transfer resistance between the component and the top of the heat sink ¬ be reduced. Furthermore, so that the height of the building ¬ elements can be brought to a desired level, be it for Ensuring a predetermined height of the composite of the second circuit carrier and component or for adapting the component thickness to the thickness of one or more further components which are arranged between the same second circuit carrier and the heat sink.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zwischen dem zweiten Schaltungsträger und der Wärmesenke angeordnete elektronische Bauelement über ein wärmeleitendes Füllmateri- al, beispielsweise eine wärmeleitende KlebstoffSchicht, mit der Oberseite der Wärmesenke gekoppelt ist. Dasselbe Füllma¬ terial oder ein weiteres Füllmaterial kann auch dazu verwen¬ det werden, ansonsten mit Luft gefüllte Bereiche des Zwi¬ schenraums zwischen dem zweiten Schaltungsträger und der Wär- mesenke z. B. zwecks Erhöhung der Wärmeableitfähigkeit aufzu¬ füllen. Ein solches Füllmaterial, welches z. B. auch elasti¬ sche Eigenschaften besitzen kann, kann in manchen Anwendungsfällen auch die Vibrationsfestigkeit verbessern.In one embodiment, it is provided that the electronic component arranged between the second circuit carrier and the heat sink is coupled to the upper side of the heat sink via a thermally conductive filling material, for example a heat-conductive adhesive layer. The same Füllma ¬ TERIAL or another filler material may also be USAGE ¬ det, for otherwise air-filled areas of the interim ¬ rule space between the second circuit carrier and the heat mesenke. Aufzu example, in order to increase the heat dissipation capability ¬ fill. Such a filler, which z. May possess as well elasti ¬ specific properties, in some applications, the vibration can improve.
Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann beispielsweise folgende Schritte umfassen:The production of a circuit arrangement according to the invention can comprise, for example, the following steps:
Bereitstellen eines ersten Verbunds aus einer Wärmesenke zur Ableitung von Wärme und einem an einer Oberseite der Wärmesenke flächig aufliegend thermisch gekoppelten ersten Schaltungsträger zur Verdrahtung von elektronischen Bauelementen der Schaltungsanordnung, wobei der erste Schaltungsträger eine zur Oberseite der Wärmesenke hin durchgehende Aussparung besitzt (Der erste Schaltungsträ- ger kann vor, während oder nach seiner Verbindung mit der Wärmesenke mit Bauelementen bestückt werden. Außerdem kann der erste Schaltungsträger mit mehreren solchen Aussparungen vorgesehen sein) , Bereitstellen eines zweiten Verbunds aus einem zweiten Schaltungsträger und einem elektronischen Bauelement, von welchem Bauelementanschlüsse mit unterseitigen Kontakt- stellen des zweiten Schaltungsträgers elektrisch verbunden sind (Hierbei können auch mehrere Bauelemente in die¬ ser Weise am zweiten Schaltungsträger angebunden werden und/oder auch mehrere solcher zweiten Verbünde bereitgestellt werden) ,Providing a first composite of a heat sink for dissipating heat and a thermally coupled to a top of the heat sink first thermally coupled first circuit substrate for wiring of electronic components of the circuit arrangement, wherein the first circuit carrier has a top of the heat sink through-going recess (the first circuit substrate. The component may be equipped with components before, during or after its connection to the heat sink, and the first circuit carrier may be provided with a plurality of such recesses. Provision of a second composite of a second circuit carrier and an electronic component, of which component terminals are electrically connected to lower-side contact points of the second circuit carrier (Here, several components in the ¬ ser way can be connected to the second circuit carrier and / or several such second Networks are provided),
Einfügen des zweiten Verbunds (oder der zweiten Verbünde) in die Aussparung (en) des ersten Verbunds, derart, dass die Unterseite des elektronischen Bauelements in thermi¬ schen Kontakt mit der Oberseite der Wärmesenke tritt, z. B. durch flächige Auflage, sei es direkt oder indirekt über eine wärmeleitende Zwischenschicht (Die Aussparung kann vor dem Einfügen des zweiten Verbunds auch zumindest teilweise mit einer gut wärmeleitenden Masse aufgefüllt werden, z. B. einer aushärtbaren Vergussmasse), undInsert such that the underside of the electronic component in thermi ¬ rule makes contact with the upper surface of the heat sink, for the second cluster (or the second networks) in the recess (es) of the first composite. B. by surface contact, be it directly or indirectly via a heat-conducting intermediate layer (the recess can also be at least partially filled with a good heat-conducting compound before the insertion of the second composite, eg., A curable potting compound), and
elektrisches Verbinden von oberseitigen Kontaktstellen des ersten Schaltungsträgers mit oberseitigen Kontakt¬ stellen des oder der zweiten Schaltungsträger.electrically connecting upper-side contact points of the first circuit carrier with upper-side contact ¬ places of or the second circuit carrier.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gewährleistet eine gute, da mehr oder weniger unmittelbare Wärmeableitung von dem oder den am zweiten Schaltungsträger kontaktierten Bauelementen zur Wärmesenke hin. Mit dem zweiten Schaltungsträ¬ ger kann vorteilhaft eine so genannte Entflechtung der Bau- elementanschlüsse erfolgen, welche in unmittelbarem elektrischen Kontakt mit unterseitigen Kontaktstellen des zweiten Schaltungsträgers stehen und durch den zweiten Schaltungsträ¬ ger hindurch zu oberseitigen Kontaktstellen führen. Abhängig von der für den zweiten Schaltungsträger gewählten Technologie (z. B. LTCC) können an oder in diesem Schaltungsträger noch weitere elektronische Bauelemente bzw. elektronische Funktionalitäten integriert sein, etwa zur Anpassung an eine "periphere Elektronik" die von dem ersten Schaltungsträger samt seiner Bestückung gebildet wird. Insbesondere für eine solche Anpassung kann auch vorgesehen sein, dass der zweite Schaltungsträger auch auf seiner der Wärmesenke abgewandten Seite mit wenigstens einem Bauelement bestückt wird. Eine solche Bestückung kann z. B. gleichzeitig mit der Herstellung des oben erwähnten zweiten Verbunds erfolgen, oder auch später. Zu beachten ist hierbei jedoch, dass die Wärmeablei¬ tungsfähigkeit für solche zusätzlichen Bauelemente auf dem zweiten Schaltungsträger vergleichsweise schlecht ist, so dass dieser Bestückungsort sich insbesondere für Bauelemente eignet, die eine wesentlich geringere thermische Verlustleis¬ tung erzeugen als das oder die unter dem zweiten Schaltungsträger angeordneten Bauelemente.The circuit arrangement according to the invention ensures a good, since more or less immediate heat dissipation of the or the second circuit carrier contacted components to the heat sink out. Advantageously, a so-called unbundling of the component connections can take place with the second circuit substrate , which are in direct electrical contact with bottom contact points of the second circuit substrate and lead through the second circuit substrate to top contact locations. Dependent of the technology selected for the second circuit carrier (eg LTCC), further electronic components or electronic functionalities can be integrated on or in this circuit carrier, for example for adaptation to a "peripheral electronics" formed by the first circuit carrier together with its components becomes. In particular, for such an adaptation can also be provided that the second circuit carrier is also equipped on its side facing away from the heat sink with at least one component. Such equipment can z. B. simultaneously with the production of the above-mentioned second composite, or later. Note here is that the Wärmeablei of such additional components on the second circuit carrier is ¬ processing capability is comparatively poor so that this mounting point, in particular for components suitable, which produce a much lower thermal loss Leis ¬ tung than or the second under the circuit carrier arranged components.
Vorteilhaft ergibt sich gemäß der Erfindung eine gewisse Mo¬ dularisierung des Gesamtaufbaus insofern, als ein oder mehrere elektronische Bauelemente (im Verbund mit dem zweiten Schaltungsträger) modulartig in die Schaltungsanordnung einbezogen sind. Dies besitzt für die betreffenden Schaltungs- komponenten augenscheinlich Vorteile im Hinblick auf eine Reparierbarkeit der Schaltungsanordnung (durch Austausch von Modulen) sowie im Hinblick auf etwaige in der Praxis vorkommende spätere Änderungen der Schaltungsanordnung (Bestückungsvarianten) . In letzterem Fall ermöglicht der modularti- ge Aufbau unter Umständen die Weiterverwendung der peripheren Elektronik (erster Schaltungsträger samt Bestückung) in Verbindung mit einem oder mehreren geänderten Modulen (zweite Schaltungsträger samt Bestückung) . Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei¬ spiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:Advantageously, the invention provides according to a certain Mo ¬ dularisierung of the overall structure inasmuch as one or more electronic components are included in a modular manner (in conjunction with the second circuit substrate) in the circuit arrangement. This obviously has advantages in terms of repairability of the circuit arrangement (by exchanging modules) for the relevant circuit components as well as with regard to any subsequent changes in the circuit arrangement occurring in practice (assembly variants). In the latter case, the modular design makes it possible, under certain circumstances, to reuse the peripheral electronics (first circuit board including assembly) in conjunction with one or more modified modules (second circuit board including assembly). The invention will be explained in more detail with reference to an Ausführungsbei ¬ game with reference to the accompanying drawings. They show:
Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht einer Schal¬ tungsanordnung, undFig. 1 is a schematic plan view of a scarf ¬ tion arrangement, and
Fig. 2 ist eine Schnittansicht längs der Linie II-II in Fig. 1.Fig. 2 is a sectional view taken along the line II-II in Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine in einem Kraftfahrzeuggetriebe-Steuergerät enthaltene Schaltungsanordnung 10 umfassend eine Wärmesenke 12 (die im hier dargestellten Ausführungsbeispiel einen Teil eines Steuergerätgehäuses bildet), einen an einer Oberseite 14 der Wärmesenke flächig aufliegend thermisch gekoppelten ersten Schaltungsträger 16 sowie zweite Schaltungsträger 18- 1, 18-2, 18-3 und 18-4.1 shows a circuit arrangement 10 contained in a motor vehicle transmission control unit, comprising a heat sink 12 (which forms part of a control unit housing in the exemplary embodiment shown here), a first circuit carrier 16 lying on an upper side 14 of the heat sink, thermally coupled, and second circuit carrier 18-1 , 18-2, 18-3 and 18-4.
Die Wärmesenke 12 ist in einfacher und effizienter Weise von einer ebenen Aluminium-Druckguss-Platte einheitlicher Dicke gebildet, die einen Boden des die Schaltungsanordnung aufnehmenden Gehäuses (nicht dargestellt) bildet. Die Dicke der Wärmesenke 12 ist wesentlich größer als die Dicke des Schal- tungsträgers 16.The heat sink 12 is formed in a simple and efficient manner by a flat aluminum die-cast plate of uniform thickness forming a bottom of the circuit housing housing (not shown). The thickness of the heat sink 12 is substantially greater than the thickness of the circuit carrier 16.
Der erste Schaltungsträger 16 ist als Dickschichtkeramik ausgebildet. Ein gängiges Material zur Bildung von Keramikträ¬ gerplatten ist z. B. AI2O3. Solche Dickschichtkeramiken sind Fachleuten aus dem Bereich der Hochtemperatur-Elektronik wohlbekannt und bedürfen daher keiner näheren Erläuterung. Ferner umfasst die Schaltungsanordnung 10 eine Vielzahl von elektronischen Bauelementen, die zu einem Teil in an sich bekannter Weise auf der Oberseite des ersten Schaltungsträgers 16 angeordnet und mittels desselben verdrahtet sind. Von die- sem Teil der Bauelemente sind lediglich beispielhaft ein in so genannter Flip-Chip-Technologie aufgebrachter, ungehäuster integrierter Schaltkreis 20 und ein gehäuster integrierter Schaltkreis 22 in der Figur eingezeichnet.The first circuit carrier 16 is formed as a thick-film ceramic. A common material for the formation of Keramikträ ¬ gerplatten is z. B. Al 2 O 3 . Such thick-film ceramics are well-known to experts in the field of high-temperature electronics and therefore require no further explanation. Furthermore, the circuit arrangement 10 comprises a multiplicity of electronic components, which are arranged in part in a manner known per se on the upper side of the first circuit carrier 16 and wired by means of same. From this part of the components, an unhoused integrated circuit 20 applied in so-called flip-chip technology and a housed integrated circuit 22 in the figure are shown by way of example only.
Ganz allgemein wird bei Flip-Chips wie dem Chip 20 die Ver¬ bindung zum Schaltungsträger nicht durch Bonden hergestellt, sondern durch direkte Klebe- oder Lötverbindungen zwischen den Kontaktstellen des Chips und des Schaltungsträgers. Die Flip-Chip-Technologie ermöglicht somit die Entflechtung der Verbindungen über den Schaltungsträger ohne Bondverbindungen. Eine besondere Variante dieser Technologie zur Miniaturisie¬ rung von elektronischen Einrichtungen sind so genannte "BaIl- Grid-Arrays" (BGAs), bei welchen anstelle von peripheren Bau¬ elementanschlüssen der elektrische Kontakt über elektrisch leitende, in einer Punktmatrix angeordnete Kugeln erfolgt.Is generally at the flip chip as the chip 20, the Ver ¬ connection not prepared by bonding to the circuit substrate, but by direct bonding or solder joints between the contact pads of the chip and the circuit carrier. The flip-chip technology thus enables the unbundling of the connections via the circuit carrier without bond connections. A special variant of this technology for Miniaturisie ¬ tion of electronic devices are so-called "BaIl grid arrays" (BGAs), in which instead of peripheral component connections ¬ the electrical contact via electrically conductive, arranged in a dot matrix balls.
Für diese Kugelanordnung stehen vorteilhaft zwei Dimensionen zur Verfügung, wodurch auch eine größere Anzahl von Kontakten platzsparend realisiert werden kann.For this ball arrangement are advantageously two dimensions available, whereby a larger number of contacts can be realized to save space.
Ein weiterer Teil der Bauelemente der Schaltungsanordnung 10 (hier: in Flip-Chip-Technologie, alternativ z. B. BGA) ist demgegenüber an der Unterseite der zweiten Schaltungsträger 18 angeordnet, die jeweils in einer zur Oberseite 14 der Wär¬ mesenke 12 hin durchgehenden Aussparung 24-1, 24-2 und 24-3 aufgenommen sind.Another part of the components of the circuit assembly 10 (here, for alternatively in flip-chip technology as BGA.) Contrast, is arranged on the underside of the second circuit substrate 18, the through each case in a top surface 14 of the Wär ¬ mesenke 12 toward Recess 24-1, 24-2 and 24-3 are included.
Die zweiten Schaltungsträger 18 sind als LTCC ausgebildet. Derartige mehrlagige in Hybrid- oder Mikrohybridtechnologie hergestellte Keramikträgerplatten sind an sich bekannt und gestatten neben ihrer Verdrahtungsfunktion auch die Integration von weiteren Bauelementen in einem dreidimensionalen Aufbau .The second circuit carriers 18 are designed as LTCC. Such multilayer in hybrid or micro hybrid technology produced ceramic carrier plates are known per se and allow in addition to their wiring function, the integration of other components in a three-dimensional structure.
Jeder zweite Schaltungsträger 18 weist an seiner Oberseite Kontaktstellen ("Pads") 26 auf, die jeweils entweder mit sol¬ chen Kontaktstellen 26 eines in derselben Aussparung 24 unmittelbar benachbart angeordneten zweiten Schaltungsträgers 18 oder mit oberseitigen Kontaktstellen 28 des ersten Schaltungsträgers 16 elektrisch verbunden sind.Each second circuit carrier 18 has at its top pads ("pads") 26, which are each electrically connected either with sol ¬ chen contact points 26 of a directly adjacent in the same recess 24 second circuit substrate 18 or top contact points 28 of the first circuit substrate.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zweiten Schal¬ tungsträger 18-2 und 18-3 gemeinsam nebeneinander in einer in einem mittleren Bereich des ersten Schaltungsträgers 16 vorgesehenen Aussparung 24-2 aufgenommen.In the illustrated embodiment, the second scarf ¬ tion carrier 18-2 and 18-3 are taken together next to each other in a provided in a central region of the first circuit substrate 16 recess 24-2.
Demgegenüber sind die zweiten Schaltungsträger 18-1 und 18-4 in separat vorgesehenen Aussparungen 24-1 bzw. 24-3 aufgenom- men, von welchen die Aussparung 24-3 am Rand des ersten Schaltungsträgers 16 vorgesehen ist.In contrast, the second circuit carriers 18-1 and 18-4 are accommodated in separately provided recesses 24-1 and 24-3, of which the recess 24-3 is provided at the edge of the first circuit carrier 16.
Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel könnte eine zur Aufnahme eines oder mehrerer zweiter Schaltungsträger 18 vorgesehene Aussparung 24 auch als Zwischenraum zwischen zwei seitlich zueinander beabstandeten ersten Schaltungsträgern 16 vorgesehen sein.Notwithstanding the illustrated embodiment, a recess 24 provided for receiving one or more second circuit carriers 18 could also be provided as an intermediate space between two laterally spaced-apart first circuit carriers 16.
Die elektrische Verbindung zwischen den zweiten Schaltungs- trägem 18-1, 18-2 und 18-3 einerseits und dem ersten Schal¬ tungsträger 16 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel durch Bonddrähte 30 an den Pads 26, 28 realisiert, wohingegen die Verbindung zwischen dem zweiten Schaltungsträger 18-4 und dem ersten Schaltungsträger 16 hier durch eine aufgeklebte Leiterbahnfolie 32 mit entsprechenden Leiterbahnen hergestellt ist. Nach dem Bondprozess werden die Bonddrähte 30 noch ver¬ gossen (mechanischer Schutz und Verbesserung der Vibrations- beständigkeit ) .The electrical connection between the second circuitry inert 18-1, 18-2 and 18-3 on the one hand and the first shawl ¬ tung carrier 16 is in the illustrated embodiment by bonding wires 30 to the pads 26, realized 28, whereas the connection between the second circuit carrier 18-4 and the first circuit substrate 16 is made here by a glued trace sheet 32 with corresponding traces. Following the bonding process, the bonding wires 30 are still ver ¬ cast (mechanical protection and improvement of the vibration resistance).
Die an den Unterseiten der zweiten Schaltungsträger 18 angeordneten Bauelemente sind in der Figur mit 34-1 bis 34-5 be¬ zeichnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei diesen Bauelementen 34 um ungehäuste integrierte Schaltkreise ("bare dies"), von denen Bauelementanschlüsse mit unterseitigen Kontaktstellen des betreffenden zweiten Schaltungsträgers 18 in Flip-Chip-Technologie elektrisch ver¬ bunden sind und deren Unterseite mit der Oberseite 14 der Wärmesenke 12 flächig aufliegend thermisch gekoppelt sind.The arranged on the undersides of the second circuit substrate 18 components are in the figure 34-1 to 34-5 be ¬ draws. In the embodiment shown it is, these components 34 to unpackaged integrated circuits ( "bare dies"), of which component leads are connected with the lower-side contact points of the second circuit carrier 18 in question in flip chip technology electrically ver ¬ and its bottom with the top 14 the heat sink 12 are surface-thermally coupled.
Diese für die Bauelemente 34 für die Wärmeableitung sehr vorteilhafte Anordnung ist am Beispiel des Bauelements 34-1 in der Schnittansicht von Fig. 2 besonders gut ersichtlich. Die Unterseite des Chips 34-1 liegt unmittelbar oder über eine wärmeleitende Zwischenschicht (z. B. Haftschicht, nicht dar¬ gestellt) vollflächig an der Oberseite 14 der Wärmesenke 12 an. Die elektrisch aktiven Bereiche des Bauelements 34-1 be¬ finden sich im oberen Abschnitt desselben, wo die unmittelba- re elektrische Kontaktierung zum zweiten Schaltungsträger 18- 1 hin stattfindet. Vorteilhaft gibt es nur geringfügige ther¬ mische Widerstände zwischen dem thermisch aktiven Bereich des Bauteils 34-1 und der Wärmesenke 12. Der thermisch aktive Be¬ reich des Bauelements 34-1 wird somit optimal mit der Wärme- senke 12 gekoppelt . Damit verbunden ist die Auswertung des Einsatzbereiches der betreffenden Elektronik hin zu höheren Umgebungstemperaturen und/oder höheren Verlustleistungen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Flip-Chip-Aufbauten erfolgt die Entwärmung des Bauelements nicht über den Schaltungsträger.This arrangement, which is very advantageous for the components 34 for heat dissipation, can be seen particularly clearly in the sectional view of FIG. 2 using the example of the component 34-1. The underside of the chip 34-1 is directly or via an intermediate thermally conductive layer (eg. B. adhesive layer is not detected ¬) over the entire surface on the upper side 14 of the heat sink 12 at. The electrically active regions of the component 34-1 ¬ be found in the upper portion thereof, where the immediate re electrical contacting takes place towards the second circuit substrate 18. 1 Advantageously, it is only minor ther ¬ mix resistances between the thermally active area of the component 34-1 and the heat sink 12. The thermally active Be ¬ rich of the component 34-1 is therefore optimally coupled with the heat sink 12th This is associated with the evaluation of the field of application of the relevant electronics towards higher ambient temperatures and / or higher power losses. In contrast to conventional flip-chip structures, the Heat dissipation of the device not over the circuit board.
Vielmehr wird das Bauelement optimal mit einer großflächigen und vergleichsweise dicken Wärmesenke in thermische Verbin¬ dung gebracht .Rather, the device is optimally brought into thermal connec tion with a large and comparatively thick heat sink.
Bei der für den zweiten Schaltungsträger 18-3 in Fig. 1 dargestellten Anordnung von mehr als einem Bauelement 34 unter dem Schaltungsträger (Bauelemente 34-3 und 34-4) können Höhenunterschiede dieser Bauelemente durch eine Vergussmasse, einen Leitkleber oder dergleichen oder durch rückseitigesIn the arrangement of more than one component 34 under the circuit carrier (components 34-3 and 34-4) illustrated for the second circuit carrier 18-3 in FIG. 1, differences in height of these components can be achieved by a potting compound, a conductive adhesive or the like or by a backside
Schleifen der betreffenden Bauelemente ausgeglichen werden.Loops of the relevant components are compensated.
Der zweite Schaltungsträger 18-1 stellt eine elektrische Ver¬ drahtung von seinen unterseitigen Kontaktstellen zu seinen oberseitigen Kontaktstellen 26 bereit, über welche die oben erläuterte Weiterkontaktierung (hier: zu den Kontaktstellen 28 des ersten Schaltungsträgers 16) erfolgt. Entsprechendes gilt für die in Fig. 2 nicht ersichtlichen Schaltungsträger 18-2, 18-3 und 18-4.The second circuit carrier 18-1 provides an electrical Ver ¬ wiring from its lower-side contact point to its upper-side contact points 26 provided through which (in this case to the contact points 28 of the first circuit substrate 16) the above-mentioned additional contacting is effected. The same applies to the not shown in Fig. 2 circuit carrier 18-2, 18-3 and 18-4.
Eine andere Art von elektrischer Verbindung zwischen dem ersten Schaltungsträger und einem der zweiten Schaltungsträger ist in Fig. 1 bei dem zweiten Schaltungsträger 18-4 ersichtlich. Dort ist die Verbindung zwischen den Pads 26, 28 mit- tels der aufgeklebten Leiterbahnfolie 32 realisiert, welche gleichzeitig Leiterbahnen zu weiteren oberseitigen Pads 36 des ersten Schaltungsträgers 16 führt, um die Schaltungsan¬ ordnung 10 mit einer externen Leitungsverbindung und/oder weiteren Schaltungsträgern bzw. Schaltungsanordnungen zu ver- binden, die in derselben Elektronikeinheit (Steuergerät) un¬ tergebracht sind. Wenngleich die beim beschriebenen Ausführungsbeispiel erwähnten Technologien zur Implementierung der Schaltungsträger 16 und 18 als bevorzugt zu betrachten sind, so kann jeder dieser Schaltungsträger prinzipiell auch in einer anderen geeigneten Technologie gefertigt werden, die eine Anordnung und elektri¬ sche Verdrahtung von Bauelementen gestattet. Für die zweiten Schaltungsträger 18 kommt hierbei insbesondere auch die so genannte HTCC-Technologie in Betracht (HTCC = "high tempera- ture cofired ceramics") .Another type of electrical connection between the first circuit carrier and one of the second circuit carrier can be seen in FIG. 1 in the second circuit carrier 18-4. There, the connection between the pads 26, 28 realized by means of the glued printed circuit film 32, which simultaneously leads to additional upper side pads 36 of the first circuit substrate 16 to the circuit arrangement 10 with an external line connection and / or other circuit carriers or Circuit arrangements to connect, which are un ¬ accommodated in the same electronic unit (control unit). Although the mentioned in the embodiment described technologies for the implementation of the circuit carrier 16 and are to be regarded 18 as preferred, each of these circuit carriers can in principle be manufactured in any other suitable technology, which allows an assembly and electrical ¬ specific wiring of components. In this case, the so-called HTCC technology (HTCC = "high temperature cofired ceramics") is particularly suitable for the second circuit carriers 18.
Zur Herstellung der Schaltungsanordnung 10 wird zunächst ein erster Verbund aus der Wärmesenke 12 und dem ersten Schal¬ tungsträger 16 gefertigt, wobei der Schaltungsträger 16 zuvor oder danach mit den daran vorgesehenen Bauelementen (20, 22 etc.) bestückt wird. Außerdem werden zweite Verbünde gefer¬ tigt, die jeweils aus einem der zweiten Schaltungsträger 18 und dem oder den daran angeordneten Bauelementen (34) bestehen. Diese zweiten Verbünde bzw. Module werden dann mit den Bauelementen voran in die Aussparungen 24 des ersten Schal- tungsträgers 16 eingefügt, wobei zur Befestigung und/oder besseren Wärmekontaktierung ein gut wärmeleitendes Haftmaterial oder eine geeignete Vergussmasse vorgesehen wird. Schließlich werden die oberseitigen Kontaktstellen des ersten Schaltungsträgers 16 mit den benachbarten oberseitigen Kon- taktstellen der zweiten Schaltungsträger 18 elektrisch verbunden, beim obigen Ausführungsbeispiel teilweise durch die Bonddrähte 30 und teilweise durch die Leiterbahnfolie 32.To produce the circuit 10, a first composite of the heat sink 12 and the first scarf ¬ tion carrier 16 is first made, wherein the circuit substrate 16 before or after the components provided thereon (20, 22, etc.) is fitted. In addition, second networks gefer ¬ be taken, each consisting of one of the second circuit substrate 18 and the one or more components disposed thereon (34). These second composites or modules are then inserted into the recesses 24 of the first circuit carrier 16 with the components first, with a good heat-conducting adhesive material or a suitable potting compound being provided for attachment and / or better thermal contact. Finally, the upper-side contact points of the first circuit carrier 16 are electrically connected to the adjacent upper-side contact points of the second circuit carriers 18, in the above embodiment partially by the bonding wires 30 and partly by the conductor foil 32.
Zusammenfassend ergibt sich bei der Schaltungsanordnung 10 für die mehr oder weniger unmittelbar zur Wärmesenke hin thermisch angekoppelten Bauelemente 34 eine überragende Ent- wärmung. Die besondere Gestaltung hinsichtlich der Anordnung der Bauelemente 34 eignet sich insbesondere sowohl für Stan- dard-Chips als auch für speziell präparierte Flip-Chips. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass wenigstens eines dieser Bauelemente 34 ein Leistungsbaustein (z. B. ASIC oder Schalttransistor) oder ein Mikrocontroller-Chip ist. Außerdem können diese Bauelemente 34 zusammen mit den zugeordneten zweiten Schaltungsträgern 18 in der Praxis vorteilhaft als im Laufe der Zeit sich verändernde elektronische Module in die ansonsten unveränderte, periphere Elektronik integriert wer¬ den, die von dem ersten Schaltungsträger 16 samt dessen Be- stückung geschaffen wurde. Erwähnenswert ist auch der Vorteil, dass eine so genannte Umverdrahtung von komplexeren mikroelektronischen Schaltkreisen (z. B. den erwähnten Mikro- controllern oder anderen Mikroprozessoreinrichtungen) zur Anpassung an eine periphere Elektronik bzw. Technologie nicht mehr auf Waferebene stattfinden muss, sondern falls notwendig durch den betreffenden zweiten Schaltungsträger 18 stattfinden kann. In summary, in the case of the circuit arrangement 10, the components 34 that are thermally coupled more or less directly to the heat sink result in an outstanding heating. The particular design with regard to the arrangement of the components 34 is particularly suitable both for dard chips as well as specially prepared flip chips. In one embodiment, it is provided that at least one of these components 34 is a power module (eg ASIC or switching transistor) or a microcontroller chip. In addition, these devices 34 can together with the associated second circuit substrates 18 advantageous in practice over time changing electronic modules integrated into the otherwise unchanged, peripheral electronics ¬ to which was created stückung from the first circuit substrate 16 together with the loading , It is also worth mentioning that the so-called rewiring of more complex microelectronic circuits (eg the aforementioned microcontrollers or other microprocessor devices) to adapt to peripheral electronics or technology no longer has to take place at the wafer level but, if necessary, by the relevant second circuit carrier 18 can take place.

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektronische Schaltungsanordnung, umfassend1. Electronic circuit arrangement comprising
- eine Wärmesenke (12) zur Ableitung von Wärme,a heat sink (12) for dissipating heat,
einen an einer Oberseite (14) der Wärmesenke (12) flächig aufliegend thermisch gekoppelten ersten Schaltungsträger (16) zur Verdrahtung von elektroni- sehen Bauelementen (20, 22, 34) der Schaltungsanordnung,a first circuit carrier (16), which is thermally coupled to an upper side (14) of the heat sink (12), for wiring electronic components (20, 22, 34) of the circuit arrangement,
einen zweiten Schaltungsträger (18), der in einer zur Oberseite (14) der Wärmesenke (12) hin durchgehenden Aussparung (24) des ersten Schaltungsträgers (16) aufgenommen ist, wobei eine Verbindungsanordnung (30, 32) vorgesehen ist, mittels welcher oberseitige Kontaktstellen (28) des ersten Schaltungsträgers (16) mit oberseitigen Kontaktstellen (26) des zweiten Schaltungsträgers (18) elektrisch miteinander verbunden sind, unda second circuit carrier (18) which is accommodated in a recess (24) of the first circuit carrier (16) which extends through the upper side (14) of the heat sink (12), a connection arrangement (30, 32) being provided by means of which upper-side contact points (28) of the first circuit carrier (16) with upper-side contact points (26) of the second circuit carrier (18) are electrically connected together, and
ein zwischen dem zweiten Schaltungsträger (18) und der Wärmesenke (12) angeordnetes elektronisches Bau- element (34), von welchem Bauelementanschlüsse mit unterseitigen Kontaktstellen des zweiten Schaltungsträgers (18) elektrisch verbunden sind und dessen Unterseite mit der Oberseite (14) der Wärmesenke (12) thermisch gekoppelt ist.an electronic component (34) arranged between the second circuit carrier (18) and the heat sink (12), of which component connections are electrically connected to lower-side contact points of the second circuit carrier (18) and whose underside is connected to the upper side (14) of the heat sink ( 12) is thermally coupled.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Wärmesenke (12) von einer Metallplatte gebildet ist. 2. Circuit arrangement according to claim 1, wherein the heat sink (12) is formed by a metal plate.
3. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wärmesenke (12) eine ebene Oberseite (14) besitzt .3. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the heat sink (12) has a planar upper side (14).
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Schaltungsträger (16) plattenförmig ist .4. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the first circuit carrier (16) is plate-shaped.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü- che, wobei der erste Schaltungsträger (16) als eine Dick¬ schichtkeramik ausgebildet ist.5. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the first circuit carrier (16) is designed as a thick ¬ layered ceramic.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Schaltungsträger (18) plattenförmig ist.6. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the second circuit carrier (18) is plate-shaped.
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Schaltungsträger (18) als ein LTCC oder HTCC ausgebildet ist.7. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the second circuit carrier (18) is designed as an LTCC or HTCC.
8. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsanordnung (30, 32) zwischen dem ersten Schaltungsträger (16) und dem zweiten Schaltungsträger (18) eine Bonddrahtanordnung (30) umfasst.8. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the connection arrangement (30, 32) between the first circuit carrier (16) and the second circuit carrier (18) comprises a bonding wire arrangement (30).
9. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsanordnung (30, 32) zwischen dem ersten Schaltungsträger und dem zweiten Schaltungsträger9. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the connection arrangement (30, 32) between the first circuit carrier and the second circuit carrier
(18) eine Leiterbahnfolie (32) umfasst.(18) comprises a conductor foil (32).
10. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektrisch miteinander verbundenen oberseitigen Kontaktstellen (28) des ersten Schaltungsträgers (16) und des zweiten Schaltungsträgers (18) sich etwa auf gleicher Höhe befinden.10. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the electrically interconnected upper-side contact points (28) of the first circuit substrate (16) and the second circuit carrier (18) are located approximately at the same height.
11. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü- che, wobei die zur Aufnahme des zweiten Schaltungsträgers11. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the for receiving the second circuit substrate
(18) vorgesehene Aussparung (24) in einem mittleren Bereich des ersten Schaltungsträgers (16) vorgesehen ist.(18) provided recess (24) in a central region of the first circuit substrate (16) is provided.
12. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü- che, wobei das zwischen dem zweiten Schaltungsträger (18) und der Wärmesenke (12) angeordnete elektronische Bauele¬ ment (34) ein ungehäuster Chip ist.12. Circuit arrangement according to one of the preceding Ansprü- surface, wherein the second circuit is arranged between the support (18) and the heat sink (12) electronic Bauele ¬ ment (34) of bare chip.
13. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü- che, wobei das zwischen dem zweiten Schaltungsträger (18) und der Wärmesenke (12) angeordnete elektronische Bauele¬ ment (34) an seiner Unterseite geschliffen ist.13. Circuit arrangement according to one of the preceding Ansprü- surface, wherein the second circuit is arranged between the support (18) and the heat sink (12) electronic Bauele ¬ ment (34) is ground at its base.
14. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü- che, wobei das zwischen dem zweiten Schaltungsträger (18) und der Wärmesenke (12) angeordnete elektronische Bauele¬ ment (34) über ein wärmeleitendes Füllmaterial, insbeson¬ dere eine wärmeleitende KlebstoffSchicht , mit der Ober¬ seite der Wärmesenke gekoppelt ist.14. Circuit arrangement according to one of the preceding Ansprü- che, wherein the arranged between the second circuit carrier (18) and the heat sink (12) electronic Bauele ¬ element (34) via a heat conductive filler, insbeson ¬ particular a thermally conductive adhesive layer to the upper ¬ side of the heat sink is coupled.
15. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Schaltungsanordnung (10), umfassend die Schritte:15. A method for producing an electronic circuit arrangement (10), comprising the steps:
Bereitstellen eines ersten Verbunds (12, 16) aus ei- ner Wärmesenke (12) zur Ableitung von Wärme und einem an einer Oberseite (14) der Wärmesenke (12) flächig aufliegend thermisch gekoppelten ersten Schaltungsträger (16) zur Verdrahtung von elektronischen Bau- elementen (20, 22, 34) der Schaltungsanordnung (10), wobei der erste Schaltungsträger (16) eine zur Oberseite (14) der Wärmesenke (12) hin durchgehende Aus¬ sparung (24) besitzt,Providing a first composite (12, 16) from a heat sink (12) for dissipating heat and a first circuit carrier (16) thermally coupled to an upper side (14) of the heat sink (12) for wiring electronic components elements (20, 22, 34) of the circuit arrangement (10), wherein the first circuit carrier (16) has a top surface (14) of the heat sink (12) through out ¬ saving (24),
Bereitstellen eines zweiten Verbunds (18, 34) aus ei¬ nem zweiten Schaltungsträger (18) und einem elektronischen Bauelement (34), von welchem Bauelementanschlüsse mit unterseitigen Kontaktstellen des zweiten Schaltungsträgers (18) elektrisch verbunden sind,Providing a second assembly (18, 34) from ei ¬ nem second circuit carrier (18) and an electronic component (34), from which of the component leads with the lower-side contact points of the second circuit carrier (18) electrically connected,
Einfügen des zweiten Verbunds (18, 34) in die Ausspa¬ rung (24) des ersten Verbunds (12, 16), derart, dass die Unterseite des elektronischen Bauelements (34) in thermischen Kontakt mit der Oberseite (14) der Wärme¬ senke (12) tritt, undInserting the second cluster (18, 34) in the Ausspa ¬ tion (24) of the first assembly (12, 16), such that the underside of the electronic component (34) in thermal contact with the top surface (14) of the heat ¬ valley (12) occurs, and
elektrisches Verbinden von oberseitigen Kontaktstel¬ len (28) des ersten Schaltungsträgers (16) mit ober- seitigen Kontaktstellen (26) des zweiten Schaltungsträgers (18) . electrically connecting upper-side contact Stel ¬ len (28) of the first circuit support (16) with the upper-side contact points (26) of the second circuit carrier (18).
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