EP4211996A1 - Verfahren und gussteilherstellungsanlage zum herstellen eines elektromotor-gehäuses und elektromotor - Google Patents

Verfahren und gussteilherstellungsanlage zum herstellen eines elektromotor-gehäuses und elektromotor

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Publication number
EP4211996A1
EP4211996A1 EP21770242.2A EP21770242A EP4211996A1 EP 4211996 A1 EP4211996 A1 EP 4211996A1 EP 21770242 A EP21770242 A EP 21770242A EP 4211996 A1 EP4211996 A1 EP 4211996A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrically conductive
circuit board
insulating layer
printed circuit
layer
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP21770242.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Mahlein
Leobald Podbielski
Martin Filsinger
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.)
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Original Assignee
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
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 SEW Eurodrive GmbH and Co KG filed Critical SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Publication of EP4211996A1 publication Critical patent/EP4211996A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/46—Manufacturing multilayer circuits
    • H05K3/4602—Manufacturing multilayer circuits characterized by a special circuit board as base or central core whereon additional circuit layers are built or additional circuit boards are laminated
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
    • H05K1/0203—Cooling of mounted components
    • H05K1/0204—Cooling of mounted components using means for thermal conduction connection in the thickness direction of the substrate
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    • H05K3/0058—Laminating printed circuit boards onto other substrates, e.g. metallic substrates
    • H05K3/0061—Laminating printed circuit boards onto other substrates, e.g. metallic substrates onto a metallic substrate, e.g. a heat sink
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    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/06—Thermal details
    • H05K2201/066—Heatsink mounted on the surface of the PCB

Definitions

  • the invention relates to a printed circuit board, comprising an upper side for accommodating electrical components, an underside for accommodating a heat sink, a plurality of electrically conductive layers and a plurality of electrically insulating layers.
  • the invention also relates to a circuit arrangement that includes a printed circuit board.
  • Multilayer printed circuit boards are used to accommodate electrical components such as resistors, capacitors, transistors and power semiconductors.
  • Multilayer printed circuit boards which have a plurality of electrically conductive layers.
  • the electrically conductive layers have conductor tracks for interconnecting the electrical components.
  • Insulation layers are provided between the electrically conductive layers, which electrically insulate the electrically conductive layers from one another.
  • plated-through holes which are also referred to as vias, are known.
  • Cooling bodies are known for dissipating the heat.
  • Heat sinks are generally metallic, in particular made of aluminum, and are attached to the underside of a printed circuit board, for example by means of a double-sided adhesive film.
  • the adhesive foil has the task of electrically isolating the heat sink from the circuit board.
  • heat should be transported from the electrical components through the printed circuit board to the heat sink.
  • DE 102017223 523 A1 discloses a generic printed circuit board and a method for connecting the printed circuit board to a heat sink.
  • the printed circuit board is connected to a heat sink by means of a layer of resin or by means of several layers of resin.
  • Thermally conductive filler particles which are in particular ceramic particles, are provided in the resin layers.
  • the invention is based on the object of further developing a printed circuit board and a circuit arrangement.
  • the object is achieved according to the invention by a printed circuit board with the features specified in claim 1.
  • Advantageous refinements and developments are the subject of the dependent claims.
  • the object is also achieved by a circuit arrangement having the features specified in claim 10.
  • a printed circuit board comprises an upper side for accommodating electrical components, an underside for accommodating a heat sink, a plurality of electrically conductive layers and a plurality of electrically insulating layers.
  • a main insulation layer is arranged between the top and the bottom, with the main insulation layer electrically conductive layers that are arranged between the main insulation layer and the top being electrically conductive layers that are arranged between the main insulation layer and the bottom, electrically completely insulated.
  • a plurality of upper vias extend at least from an outer insulating layer adjacent to the upper side into an inner insulating layer adjacent to the main insulating layer.
  • a plurality of lower vias extend at least from the underside into a lower insulating layer adjacent to the main insulating layer.
  • the voltage isolation between the electrical components on the top and the heat sink on the bottom is ensured by the main insulating layer.
  • An adhesive film or adhesive layer for attaching the heat sink does not therefore have the task of isolating voltage, but serves exclusively to mechanically attach the heat sink to the printed circuit board.
  • the adhesive film or adhesive layer can therefore be made relatively thin, which in particular advantageously improves the thermal conductivity of the adhesive film or adhesive layer.
  • the adhesive film or adhesive layer is therefore also cheaper.
  • the conduction of heat from the electrical components on the top to the heatsink on the bottom is largely handled by the top vias and bottom vias.
  • the vias are made from a material with good thermal conductivity, in particular from a metallic material.
  • the introduction of vias in printed circuit boards is standard in terms of production technology and can therefore be carried out without any problems.
  • the main insulation layer has a relatively small thickness of 150 ⁇ m, for example. Thus, the main insulation layer allows heat conduction from the top vias to the bottom vias.
  • an electrically conductive layer lies directly on a surface of the main insulating layer facing the underside, and a plurality of lower vias extend from the underside through the lower insulating layer adjacent to the main insulating layer to said electrically conductive layer.
  • a plurality of lower vias which extend from the underside through the lower insulating layer adjacent to the main insulating layer and up to said electrically conductive layer, are connected to said electrically conductive layer.
  • an electrically conductive layer lies directly on the underside, and a plurality of lower vias are connected to said electrically conductive layer.
  • an electrically conductive layer lies directly on a surface of the main insulating layer facing the top, and a plurality of upper vias extend at least from the outer insulating layer adjacent to the top to said electrically conductive layer.
  • a plurality of upper vias which extend at least from the outer insulating layer adjacent to the upper side to said electrically conductive layer, are connected to said electrically conductive layer.
  • an electrically conductive layer lies directly on the upper side, and a plurality of upper vias extend at least from said electrically conductive layer into the inner insulating layer adjacent to the main insulating layer.
  • a plurality of upper vias which extend at least from said electrically conductive layer into the inner insulating layer adjacent to the main insulating layer, are connected to said electrically conductive layer.
  • the main insulation layer is pierced by at least one hole for receiving a connecting wire of an electrical component.
  • a circuit arrangement according to the invention comprises a circuit board according to the invention, a plurality of electrical components which are attached to the top of the circuit board and connected to the circuit board, and at least one heat sink which is attached to the underside of the circuit board and connected to the circuit board.
  • the printed circuit board in the circuit arrangement has a comparatively good thermal contact resistance while at the same time guaranteeing voltage insulation between the electrical components on the top and the heat sink on the bottom.
  • the circuit arrangement can be produced with simple means and at low cost.
  • the printed circuit board includes at least one electrical component with connecting wires, which is attached to the top of the printed circuit board.
  • the connecting wires of the electrical component protrude through holes in the printed circuit board and are connected to the at least one heat sink on the underside of the printed circuit board.
  • Figure 1 a schematic representation of a circuit arrangement.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a circuit arrangement 15.
  • the circuit arrangement 15 comprises a circuit board 10, a plurality of electrical components 55 and a heat sink 50.
  • the circuit board 10 has an upper side 11 for accommodating the electrical components 55 and an underside 12 for accommodating the heat sink 50 on.
  • the electrical components 55 are attached to the top 11 of the printed circuit board 10 and connected to the printed circuit board 10 .
  • the electrical components 55 are predominantly SMD components (Surface Mounted Devices) which are soldered onto the upper side 11 of the printed circuit board 10 , but also conventional components which have connecting wires 56 .
  • the heat sink 50 is attached to the underside 12 of the circuit board 10 and connected to the circuit board 10 .
  • the heat sink 50 is glued to the underside 12 of the printed circuit board 10 by means of a double-sided adhesive film 52 .
  • the heat sink 50 is made of a metallic material, in particular aluminum.
  • the heat sink 50 has recesses for accommodating the connection wires 56 of the electrical components 55 . Said recesses are dimensioned in such a way that the connection wires 56 have no electrical contact with the heat sink 50 .
  • the circuit board 10 includes a plurality of electrically conductive layers 40, which are made of copper, for example.
  • the electrically conductive layers 40 do not necessarily extend over the entire surface of the printed circuit board 10, but instead include, for example, only individual conductor tracks that are separated from one another.
  • the circuit board 10 also includes a plurality of electrically insulating insulation layers 31, 32, 33, 34, 35, which are arranged between the electrically conductive layers 40 and at least partially electrically insulate them from one another. This means that there are vias, not shown here, by means of which electrical connections from a conductor track to an electrically conductive layer 40 to another conductor track in another electrically conductive layer 40 can be produced.
  • an electrically conductive layer 40 is in direct contact with the underside 12 .
  • a lower insulating layer 32 adjoins said electrically conductive layer 40 .
  • a further electrically conductive layer 40 adjoins the lower insulating layer 32 .
  • a main insulation layer 31 adjoins said electrically conductive layer 40 .
  • the main insulation layer 31 is made of prepreg, for example, and has a thickness of 150 ⁇ m, for example.
  • Prepreg is a layer of fibers or fabric that is impregnated, in particular with a resin.
  • an electrically conductive layer 40 lies directly on the upper side 11 .
  • An outer insulating layer 33 adjoins said electrically conductive layer 40 .
  • a further electrically conductive layer 40 adjoins the outer insulating layer 33 .
  • a further insulating layer 35 adjoins said electrically conductive layer 40 .
  • a further electrically conductive layer 40 adjoins said further insulating layer 33 .
  • a further insulating layer 35 adjoins said electrically conductive layer 40 .
  • a further electrically conductive layer 40 adjoins said further insulating layer 33 .
  • An inner insulation layer 34 adjoins said electrically conductive layer 40 .
  • a further electrically conductive layer 40 adjoins said inner insulating layer 34 .
  • the main insulation layer 31 adjoins said electrically conductive layer 40 .
  • an electrically conductive layer 40 is in direct contact with a surface of the main insulation layer 31 facing the bottom 12 and an electrically conductive layer 40 is in direct contact with a surface of the main insulation layer 31 facing the top 11 .
  • the main insulation layer 31 is thus arranged between the top 11 and the bottom 12 of the printed circuit board 10 .
  • the main insulating layer 31 completely electrically insulates the electrically conductive layers 40 arranged between the main insulating layer 31 and the upper side 11 from the electrically conductive layers 40 arranged between the main insulating layer 31 and the lower side 12 .
  • the electrically conductive layers 40 that are arranged between the main insulation layer 31 and the top 11 therefore have no electrical connection to the electrically conductive layers 40 that are arranged between the main insulation layer 31 and the bottom 12 .
  • the printed circuit board 10 comprises a plurality of lower vias 22.
  • the lower vias 22 extend at least from the underside 12 into the lower insulating layer 32, which is adjacent to the main insulating layer 31, into it.
  • a plurality of lower vias 22 are connected, in particular soldered, to that electrically conductive layer 40 which is in direct contact with the underside 12 .
  • a plurality of lower vias 22 extend from the underside 12 through the lower insulating layer 32, which is adjacent to the main insulating layer 31, through to that electrically conductive layer 40 which is directly adjacent to the surface of the main insulating layer 31 which faces the underside 12 .
  • a plurality of lower vias 22 are connected to said electrically conductive layer 40, in particular soldered.
  • the circuit board 10 includes a plurality of top vias 21.
  • the top vias 21 extend at least from the outer insulating layer 33, which is adjacent to the top 11, into the inner insulating layer 34, which is adjacent to the main insulating layer 31, into it.
  • a plurality of upper vias 21 extend at least from that electrically conductive layer 40 which is in direct contact with the upper side 11 into the inner insulating layer 34 which is adjacent to the main insulating layer 31 .
  • a plurality of upper vias 21 are connected, in particular soldered, to that electrically conductive layer 40 which is in direct contact with the upper side 11 .
  • a plurality of top vias 21 extend at least from the outer insulating layer 33 adjacent the top 11 to that electrically conductive layer 40 which abuts immediately against the surface of the main insulating layer 31 which faces the top 11.
  • a plurality of upper vias 21 are connected to said electrically conductive layer 40, in particular soldered.
  • a plurality of upper vias 21 extend in particular through a number of further electrically conductive layers 40 and through a number of further insulating layers 35 . Said upper vias 21 are electrically insulated from said further electrically conductive layers 40 .
  • the upper vias 21 and the lower vias 22 are made of copper and are solid. It is also conceivable for the upper vias 21 and the lower vias 22 to be of hollow-cylindrical design.
  • the vias 21, 22 are preferably made of a metallic material, which enables good heat conduction.
  • the main insulating layer 31 of the printed circuit board 10 has a plurality of bores for receiving connecting wires 56 of the electrical components 55, which are designed as conventional components. Said bores are formed in such a way that the connection wires 56 accommodated therein are electrically insulated from the electrically conductive layers 40 which lie directly against the surfaces of the main insulating layer 31 . The connection wires 56 accommodated in the said bores are also electrically insulated from the electrically conductive layer 40 which is in direct contact with the underside 12 .

Landscapes

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
  • Structure Of Printed Boards (AREA)
  • Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte (10), umfassend eine Oberseite (11) zur Aufnahme von elektrischen Bauelementen (55), eine Unterseite (12) zur Aufnahme eines Kühlkörpers (50), eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Schichten (40) und eine Mehrzahl von elektrisch isolierenden Isolationsschichten (31, 32, 33, 34, 35), wobei eine Hauptisolationsschicht (31) zwischen der Oberseite (11) und der Unterseite (12) angeordnet ist, wobei die Hauptisolationsschicht (31) elektrisch leitfähige Schichten (40), die zwischen der Hauptisolationsschicht (31) und der Oberseite (11) angeordnet sind, von elektrisch leitfähigen Schichten (40), die zwischen der Hauptisolationsschicht (31) und der Unterseite (12) angeordnet sind, elektrisch vollständig isoliert, und wobei eine Mehrzahl von oberen Durchkontaktierungen (21) sich mindestens von einer der Oberseite (11) benachbarten äußeren Isolationsschicht (33) bis in eine der Hauptisolationsschicht (31) benachbarte innere Isolationsschicht (34) hinein erstrecken, und wobei eine Mehrzahl von unteren Durchkontaktierungen (22) sich mindestens von der Unterseite (12) bis in eine der Hauptisolationsschicht (31) benachbarte untere Isolationsschicht (32) hinein erstrecken. Die Erfindung betrifft auch eine Schaltungsanordnung (15), umfassend eine erfindungsgemäße Leiterplatte, eine Mehrzahl von elektrischen Bauelementen (55), welche an der Oberseite (11) der Leiterplatte angebracht und mit der Leiterplatte (10) verbunden sind, und mindestens einen Kühlkörper (50), der an der Unterseite (12) der Leiterplatte angebracht und mit der Leiterplatte (10) verbunden ist.

Description

Leiterplatte und Schaltungsanordnung
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte, umfassend eine Oberseite zur Aufnahme von elektrischen Bauelementen, eine Unterseite zur Aufnahme eines Kühlkörpers, eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Schichten und eine Mehrzahl von elektrisch isolierenden Isolationsschichten. Die Erfindung betrifft auch eine Schaltungsanordnung, die eine Leiterplatte umfasst.
Leiterplatten dienen zur Aufnahme von elektrischen Bauelementen, wie beispielsweise Widerständen, Kondensatoren, Transistoren und Leistungshalbleitern. Es sind mehrlagige Leiterplatten bekannt, welche eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Schichten aufweisen. Die elektrisch leitfähigen Schichten weisen Leiterbahnen zur Verschaltung der elektrischen Bauelemente auf. Zwischen den elektrisch leitfähigen Schichten sind Isolationsschichten vorgesehen, welche die elektrisch leitfähigen Schichten elektrisch voneinander isolieren. Zur elektrischen Verbindung von elektrischen Bauelementen sowie Leiterbahnen in verschiedenen elektrisch leitfähigen Schichten sind Durchkontaktierungen, die auch als Via bezeichnet werden, bekannt.
Elektrische Bauelemente erwärmen sich im Betrieb. Zur Abfuhr der Wärme sind Kühlkörper bekannt. Kühlkörper sind in der Regel metallisch, insbesondere aus Aluminium, und werden beispielsweise mittels einer doppelseitigen Klebefolie auf einer Unterseite einer Leiterplatte befestigt. Die Klebefolie hat, neben der mechanischen Befestigung des Kühlkörpers, die Aufgabe der elektrischen Isolierung des Kühlkörpers von der Leiterplatte. Zudem soll Wärme von den elektrischen Bauelementen durch die Leiterplatte hindurch zu dem Kühlkörper transportiert werden.
Aus der DE 102017223 523 A1 sind eine gattungsgemäße Leiterplatte sowie ein Verfahren zum Verbinden der Leiterplatte mit einem Kühlkörper bekannt. Die Leiterplatte wird dabei mittels einer Harzschicht oder mittels mehrerer Harzschichten mit einem Kühlkörper verbunden. In den Harzschichten sind wärmeleitenden Füllpartikel vorgesehen, welche insbesondere Keramikpartikel sind.
ISI \ EIDOPAT 02.09.2021 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leiterplatte und eine Schaltungsanordnung weiterzubilden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Leiterplatte mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Aufgabe wird auch durch eine Schaltungsanordnung mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst.
Eine erfindungsgemäße Leiterplatte umfasst eine Oberseite zur Aufnahme von elektrischen Bauelementen, eine Unterseite zur Aufnahme eines Kühlkörpers, eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Schichten und eine Mehrzahl von elektrisch isolierenden Isolationsschichten. Dabei ist eine Hauptisolationsschicht zwischen der Oberseite und der Unterseite angeordnet, wobei die Hauptisolationsschicht elektrisch leitfähige Schichten, die zwischen der Hauptisolationsschicht und der Oberseite angeordnet sind, von elektrisch leitfähigen Schichten, die zwischen der Hauptisolationsschicht und der Unterseite angeordnet sind, elektrisch vollständig isoliert. Eine Mehrzahl von oberen Durchkontaktierungen erstrecken sich mindestens von einer der Oberseite benachbarten äußeren Isolationsschicht bis in eine der Hauptisolationsschicht benachbarte innere Isolationsschicht hinein. Eine Mehrzahl von unteren Durchkontaktierungen erstrecken sich mindestens von der Unterseite bis in eine der Hauptisolationsschicht benachbarte untere Isolationsschicht hinein.
Die Spannungsisolation zwischen den elektrischen Bauelementen auf der Oberseite und dem Kühlkörper auf der Unterseite wird durch die Hauptisolationsschicht sichergestellt. Eine Klebefolie oder Klebeschicht zur Befestigung des Kühlkörpers hat somit nicht die Aufgabe der Spannungsisolation, sondern dient ausschließlich der mechanischen Befestigung des Kühlkörpers mit der Leiterplatte. Die Klebefolie oder Klebeschicht ist somit verhältnismäßig dünn ausführbar, wodurch insbesondere die Wärmeleitfähigkeit der Klebefolie oder Klebeschicht vorteilhaft verbessert wird. Damit ist die Klebefolie oder Klebeschicht auch kostengünstiger.
Die Wärmeleitung wird von den elektrischen Bauelementen auf der Oberseite zu dem Kühlkörper auf der Unterseite wird weitgehend von den oberen Durchkontaktierungen und unteren Durchkontaktierungen übernommen. Die Durchkontaktierungen sind aus einem Werkstoff mit guter Wärmeleitung, insbesondere aus einem metallischen Werkstoff, hergestellt. Das Einbringen von Durchkontaktierungen in Leiterplatten ist fertigungstechnisch Standard und ist somit unproblematisch durchführbar. Die Hauptisolationsschicht weist eine verhältnismäßig geringe Dicke von beispielsweise 150 pm auf. Somit ist ermöglicht die Hauptisolationsschicht eine Wärmeleitung von den oberen Durchkontaktierungen zu den unteren Durchkontaktierungen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt eine elektrisch leitfähige Schicht unmittelbar an einer der Unterseite zugewandten Fläche der Hauptisolationsschicht an, und eine Mehrzahl von unteren Durchkontaktierungen erstrecken sich von der Unterseite durch die der Hauptisolationsschicht benachbarte untere Isolationsschicht hindurch bis zu der besagten elektrisch leitfähigen Schicht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind dabei eine Mehrzahl von unteren Durchkontaktierungen, die sich von der Unterseite durch die der Hauptisolationsschicht benachbarte untere Isolationsschicht hindurch bis zu der besagten elektrisch leitfähigen Schicht erstrecken, mit der besagten elektrisch leitfähigen Schicht verbunden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegt dabei eine elektrisch leitfähige Schicht unmittelbar an der Unterseite an, und eine Mehrzahl von unteren Durchkontaktierungen sind mit der besagten elektrisch leitfähigen Schicht verbunden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt eine elektrisch leitfähige Schicht unmittelbar an einer der Oberseite zugewandten Fläche der Hauptisolationsschicht anliegt, und eine Mehrzahl von oberen Durchkontaktierungen erstrecken sich mindestens von der der Oberseite benachbarten äußeren Isolationsschicht bis zu der besagten elektrisch leitfähigen Schicht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind eine Mehrzahl von oberen Durchkontaktierungen, die sich mindestens von der der Oberseite benachbarten äußeren Isolationsschicht bis zu der besagten elektrisch leitfähigen Schicht erstrecken, mit der besagten elektrisch leitfähigen Schicht verbunden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegt dabei eine elektrisch leitfähige Schicht unmittelbar an der Oberseite an, und eine Mehrzahl von oberen Durchkontaktierungen erstrecken sich mindestens von der besagten elektrisch leitfähigen Schicht bis in die der Hauptisolationsschicht benachbarte innere Isolationsschicht hinein. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind eine Mehrzahl von oberen Durchkontaktierungen, die sich mindestens von der besagten elektrisch leitfähigen Schicht bis in die der Hauptisolationsschicht benachbarte innere Isolationsschicht hinein erstrecken, mit der besagten elektrisch leitfähigen Schicht verbunden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Hauptisolationsschicht von mindestens einer Bohrung zur Aufnahme eines Anschlussdrahts eines elektrischen Bauelements durchbrochen.
Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung umfasst eine erfindungsgemäße Leiterplatte, eine Mehrzahl von elektrischen Bauelementen, welche an der Oberseite der Leiterplatte angebracht und mit der Leiterplatte verbunden sind, und mindestens einen Kühlkörper, der an der Unterseite der Leiterplatte angebracht und mit der Leiterplatte verbunden ist.
Die Leiterplatte in der Schaltungsanordnung weist einen vergleichbar guten wärmetechnischen Übergangswiderstand auf bei gleichzeitig garantierter Spannungsisolation zwischen den elektrischen Bauelementen auf der Oberseite und dem Kühlkörper auf der Unterseite. Dabei ist die Schaltungsanordnung mit einfachen Mitteln und kostengünstig herstellbar.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Leiterplatte dabei mindestens ein elektrisches Bauelement mit Anschlussdrähten, welches an der Oberseite der Leiterplatte angebracht ist. Die Anschlussdrähte des elektrischen Bauelements durchragen dabei Bohrungen in der Leiterplatte und sind mit dem mindestens einen Kühlkörper auf der Unterseite der Leiterplatte verbunden.
Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe. Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Abbildungen stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. Es zeigen:
Figur 1 : eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung 15. Die Schaltungsanordnung 15 umfasst eine Leiterplatte 10, eine Mehrzahl von elektrischen Bauelementen 55 und einen Kühlkörper 50. Die Leiterplatte 10 weist eine Oberseite 11 zur Aufnahme der elektrischen Bauelemente 55 und eine Unterseite 12 zur Aufnahme des Kühlkörpers 50 auf.
Die elektrischen Bauelementen 55 sind an der Oberseite 11 der Leiterplatte 10 angebracht und mit der Leiterplatte 10 verbunden. Bei den elektrischen Bauelementen 55 handelt es sich vorwiegend um SMD-Bauelemente (Surface Mounted Devices) die auf die Oberseite 11 der Leiterplatte 10 aufgelötet sind, aber auch um herkömmliche Bauelemente, welche Anschlussdrähte 56 aufweisen.
Der Kühlkörper 50 ist an der Unterseite 12 der Leiterplatte 10 angebracht und mit der Leiterplatte 10 verbunden. Der Kühlkörper 50 ist dabei mittels einer doppelseitigen Klebefolie 52 auf die Unterseite 12 der Leiterplatte 10 geklebt. Der Kühlkörper 50 ist aus einem metallischen Material gefertigt, insbesondere aus Aluminium. Vorliegend weist der Kühlkörper 50 Aussparungen zur Aufnahme der Anschlussdrähte 56 der elektrischen Bauelemente 55 auf. Die besagten Aussparungen sind derart bemessen, dass die Anschlussdrähte 56 keinen elektrischen Kontakt zu dem Kühlkörper 50 haben.
Die Leiterplatte 10 umfasst eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Schichten 40, welche beispielsweise aus Kupfer bestehen. Die elektrisch leitfähigen Schichten 40 erstrecken sich nicht zwangsläufig über die ganze Fläche der Leiterplatte 10, sondern umfassen beispielsweise nur einzelne, voneinander separierte, Leiterbahnen.
Die Leiterplatte 10 umfasst auch eine Mehrzahl von elektrisch isolierenden Isolationsschichten 31, 32, 33, 34, 35, welche zwischen den elektrisch leitfähigen Schichten 40 angeordnet sind, und diese voneinander zumindest teilweise elektrisch isolieren. Das bedeutet, es sind hier nicht dargestellte Vias vorhanden, mittels welchen elektrische Verbindungen von einer Leiterbahn in einer elektrisch leitfähigen Schicht 40 zu einer anderen Leiterbahn in einer anderen elektrisch leitfähigen Schicht 40 hergestellt werden.
Bei der hier gezeigten Leiterplatte 10 liegt eine elektrisch leitfähige Schicht 40 unmittelbar an der Unterseite 12 an. An die besagte elektrisch leitfähige Schicht 40 schließt eine untere Isolationsschicht 32 an. An die untere Isolationsschicht 32 schließt eine weitere elektrisch leitfähige Schicht 40 an. An die besagte elektrisch leitfähige Schicht 40 schließt eine Hauptisolationsschicht 31 an.
Die Hauptisolationsschicht 31 ist beispielsweise aus Prepreg gefertigt und weist eine Dicke von beispielsweise 150 pm auf. Bei Prepreg handelt es sich um eine Lage aus Fasern oder einem Gewebe, welche imprägniert ist, insbesondere mittels eines Harzes.
Bei der hier gezeigten Leiterplatte 10 liegt eine elektrisch leitfähige Schicht 40 unmittelbar an der Oberseite 11 an. An die besagte elektrisch leitfähige Schicht 40 schließt eine äußere Isolationsschicht 33 an. An die äußere Isolationsschicht 33 schließt eine weitere elektrisch leitfähige Schicht 40 an. An die besagte elektrisch leitfähige Schicht 40 schließt eine weitere Isolationsschicht 35 an. An die besagte weitere Isolationsschicht 33 schließt eine weitere elektrisch leitfähige Schicht 40 an. An die besagte elektrisch leitfähige Schicht 40 schließt eine weitere Isolationsschicht 35 an. An die besagte weitere Isolationsschicht 33 schließt eine weitere elektrisch leitfähige Schicht 40 an. An die besagte elektrisch leitfähige Schicht 40 schließt eine innere Isolationsschicht 34 an. An die besagte innere Isolationsschicht 34 schließt eine weitere elektrisch leitfähige Schicht 40 an. An die besagte elektrisch leitfähige Schicht 40 schließt die Hauptisolationsschicht 31 an.
Bei der hier gezeigten Leiterplatte 10 liegt also eine elektrisch leitfähige Schicht 40 unmittelbar an einer der Unterseite 12 zugewandten Fläche der Hauptisolationsschicht 31 an, und eine elektrisch leitfähige Schicht 40 liegt unmittelbar an einer der Oberseite 11 zugewandten Fläche der Hauptisolationsschicht 31 an.
Die Hauptisolationsschicht 31 ist somit zwischen der Oberseite 11 und der Unterseite 12 der Leiterplatte 10 angeordnet. Die Hauptisolationsschicht 31 isoliert die elektrisch leitfähigen Schichten 40, die zwischen der Hauptisolationsschicht 31 und der Oberseite 11 angeordnet sind, elektrisch vollständig von den elektrisch leitfähigen Schichten 40, die zwischen der Hauptisolationsschicht 31 und der Unterseite 12 angeordnet sind. Das bedeutet, es sind keine Vias vorhanden, mittels welchen elektrische Verbindungen von einer Leiterbahn in einer elektrisch leitfähigen Schicht 40 zu einer anderen Leiterbahn in einer anderen elektrisch leitfähigen Schicht 40 hergestellt werden, welche die Hauptisolationsschicht 31 durchdringen. Die elektrisch leitfähigen Schichten 40, die zwischen der Hauptisolationsschicht 31 und der Oberseite 11 angeordnet sind, weisen also keine elektrische Verbindung zu den elektrisch leitfähigen Schichten 40 auf, die zwischen der Hauptisolationsschicht 31 und der Unterseite 12 angeordnet sind.
Die Leiterplatte 10 umfasst eine Mehrzahl von unteren Durchkontaktierungen 22. Die unteren Durchkontaktierungen 22 erstrecken sich mindestens von der Unterseite 12 bis in die untere Isolationsschicht 32, die der Hauptisolationsschicht 31 benachbart liegt, hinein. Eine Mehrzahl von unteren Durchkontaktierungen 22 sind dabei mit derjenigen elektrisch leitfähigen Schicht 40 verbunden, insbesondere verlötet, die unmittelbar an der Unterseite 12 anliegt.
Eine Mehrzahl von unteren Durchkontaktierungen 22 erstrecken sich von der Unterseite 12 durch die untere Isolationsschicht 32, die der Hauptisolationsschicht 31 benachbart liegt, hindurch bis zu derjenigen elektrisch leitfähigen Schicht 40, die unmittelbar an der Fläche der Hauptisolationsschicht 31 anliegt, die der Unterseite 12 zugewandt ist. Eine Mehrzahl von unteren Durchkontaktierungen 22 sind dabei mit der besagten elektrisch leitfähigen Schicht 40 verbunden, insbesondere verlötet.
Die Leiterplatte 10 umfasst eine Mehrzahl von oberen Durchkontaktierungen 21. Die oberen Durchkontaktierungen 21 erstrecken sich mindestens von der äußeren Isolationsschicht 33, die der Oberseite 11 benachbart liegt, bis in die innere Isolationsschicht 34, die der Hauptisolationsschicht 31 benachbart liegt, hinein.
Eine Mehrzahl von oberen Durchkontaktierungen 21 erstrecken sich dabei mindestens von derjenigen elektrisch leitfähigen Schicht 40, die unmittelbar an der Oberseite 11 anliegt, bis in die innere Isolationsschicht 34, die der Hauptisolationsschicht 31 benachbart liegt, hinein. Eine Mehrzahl von oberen Durchkontaktierungen 21 sind dabei mit derjenigen elektrisch leitfähigen Schicht 40 verbunden, insbesondere verlötet, die unmittelbar an der Oberseite 11 anliegt.
Eine Mehrzahl von oberen Durchkontaktierungen 21 erstrecken sich mindestens von der äußeren Isolationsschicht 33, die der Oberseite 11 benachbart liegt, bis zu derjenigen elektrisch leitfähigen Schicht 40, die unmittelbar an der Fläche der Hauptisolationsschicht 31 anliegt, die der Oberseite 11 zugewandt ist. Eine Mehrzahl von oberen Durchkontaktierungen 21 sind dabei mit der besagten elektrisch leitfähigen Schicht 40 verbunden, insbesondere verlötet.
Eine Mehrzahl von oberen Durchkontaktierungen 21 erstrecken sich insbesondere durch mehrere weitere elektrisch leitfähigen Schichten 40 und durch mehrere weitere Isolationsschichten 35 hindurch. Die besagten oberen Durchkontaktierungen 21 sind dabei von den besagten weiteren elektrisch leitfähigen Schichten 40 elektrisch isoliert.
Die oberen Durchkontaktierungen 21 sowie die unteren Durchkontaktierungen 22 sind vorliegend aus Kupfer und massiv ausgeführt. Es ich auch denkbar, die oberen Durchkontaktierungen 21 sowie die unteren Durchkontaktierungen 22 hohlzylindrisch auszuführen. Vorzugsweise sind die Durchkontaktierungen 21 , 22 aus einem metallischen Werkstoff, welcher eine gute Wärmeleitung ermöglicht.
Die Hauptisolationsschicht 31 der Leiterplatte 10 ist von mehreren Bohrungen zur Aufnahme von Anschlussdrähten 56 der elektrischen Bauelemente 55, die als herkömmliche Bauelemente ausgeführt sind, durchbrochen. Die besagten Bohrungen sind derart ausgebildet, dass die darin aufgenommenen Anschlussdrähte 56 von den elektrisch leitfähigen Schichten 40, die unmittelbar an den Flächen der Hauptisolationsschicht 31 anliegen, elektrisch isoliert sind. Die in den besagten Bohrungen aufgenommenen Anschlussdrähte 56 sind auch von der elektrisch leitfähigen Schicht 40, die unmittelbar an der Unterseite 12 anliegt, elektrisch isoliert.
Bezugszeichenliste
10 Leiterplatte
11 Oberseite
12 Unterseite
15 Schaltungsanordnung
21 obere Durchkontaktierung
22 untere Durchkontaktierung
31 Hauptisolationsschicht
32 untere Isolationsschicht
33 äußere Isolationsschicht
34 innere Isolationsschicht
35 weitere Isolationsschicht
40 elektrisch leitfähige Schicht
50 Kühlkörper
52 Klebefolie
55 elektrisches Bauelement
56 Anschlussdraht

Claims

Patentansprüche:
1. Leiterplatte (10), umfassend eine Oberseite (11) zur Aufnahme von elektrischen Bauelementen (55), eine Unterseite (12) zur Aufnahme eines Kühlkörpers (50), eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Schichten (40) und eine Mehrzahl von elektrisch isolierenden Isolationsschichten (31, 32, 33, 34, 35), dadurch gekennzeichnet, dass eine Hauptisolationsschicht (31) zwischen der Oberseite (11) und der Unterseite (12) angeordnet ist, wobei die Hauptisolationsschicht (31) elektrisch leitfähige Schichten (40), die zwischen der Hauptisolationsschicht (31) und der Oberseite (11) angeordnet sind, von elektrisch leitfähigen Schichten (40), die zwischen der Hauptisolationsschicht (31) und der Unterseite (12) angeordnet sind, elektrisch vollständig isoliert, und dass eine Mehrzahl von oberen Durchkontaktierungen (21) sich mindestens von einer der Oberseite (11) benachbarten äußeren Isolationsschicht (33) bis in eine der Hauptisolationsschicht (31) benachbarte innere Isolationsschicht (34) hinein erstrecken, und dass eine Mehrzahl von unteren Durchkontaktierungen (22) sich mindestens von der Unterseite (12) bis in eine der Hauptisolationsschicht (31) benachbarte untere Isolationsschicht (32) hinein erstrecken.
2. Leiterplatte (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrisch leitfähige Schicht (40) unmittelbar an einer der Unterseite (12) zugewandten Fläche der Hauptisolationsschicht (31) anliegt, und dass eine Mehrzahl von unteren Durchkontaktierungen (22) sich von der Unterseite (12) durch die der Hauptisolationsschicht (31) benachbarte untere Isolationsschicht (32) hindurch bis zu der besagten elektrisch leitfähigen Schicht (40) erstrecken.
3. Leiterplatte (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von unteren Durchkontaktierungen (22), die sich von der Unterseite (12) durch die der Hauptisolationsschicht (31) benachbarte untere Isolationsschicht (32) hindurch bis zu der besagten elektrisch leitfähigen Schicht (40) erstrecken, mit der besagten elektrisch leitfähigen Schicht (40) verbunden sind.
4. Leiterplatte (10) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrisch leitfähige Schicht (40) unmittelbar an der Unterseite (12) anliegt, und dass eine Mehrzahl von unteren Durchkontaktierungen (22) mit der besagten elektrisch leitfähigen Schicht (40) verbunden sind.
5. Leiterplatte (10) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrisch leitfähige Schicht (40) unmittelbar an einer der Oberseite (11) zugewandten
Fläche der Hauptisolationsschicht (31) anliegt, und dass eine Mehrzahl von oberen Durchkontaktierungen (21) sich mindestens von der der Oberseite (11) benachbarten äußeren Isolationsschicht (33) bis zu der besagten elektrisch leitfähigen Schicht (40) erstrecken.
6. Leiterplatte (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von oberen Durchkontaktierungen (21), die sich mindestens von der der Oberseite (11) benachbarten äußeren Isolationsschicht (33) bis zu der besagten elektrisch leitfähigen Schicht (40) erstrecken, mit der besagten elektrisch leitfähigen Schicht (40) verbunden sind.
7. Leiterplatte (10) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrisch leitfähige Schicht (40) unmittelbar an der Oberseite (11) anliegt, und dass eine Mehrzahl von oberen Durchkontaktierungen (21) sich mindestens von der besagten elektrisch leitfähigen Schicht (40) bis in die der Hauptisolationsschicht (31) benachbarte innere Isolationsschicht (34) hinein erstrecken.
8. Leiterplatte (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von oberen Durchkontaktierungen (21), die sich mindestens von der besagten elektrisch leitfähigen Schicht (40) bis in die der Hauptisolationsschicht (31) benachbarte innere Isolationsschicht (34) hinein erstrecken, mit der besagten elektrisch leitfähigen Schicht (40) verbunden sind.
9. Leiterplatte (10) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptisolationsschicht (31) von mindestens einer Bohrung zur Aufnahme eines Anschlussdrahts (56) eines elektrischen Bauelements (55) durchbrochen ist.
10. Schaltungsanordnung (15), umfassend eine Leiterplatte (10) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, eine Mehrzahl von elektrischen Bauelementen (55), welche an der Oberseite (11) der Leiterplatte angebracht und mit der Leiterplatte (10) verbunden sind, und mindestens einen Kühlkörper (50), der an der Unterseite (12) der Leiterplatte angebracht und mit der Leiterplatte (10) verbunden ist.
11. Schaltungsanordnung (15) nach Anspruch 10, ferner umfassend mindestens ein elektrisches Bauelement (55) mit Anschlussdrähten (56), welches an der Oberseite (11) der Leiterplatte angebracht ist, wobei die Anschlussdrähte (56) Bohrungen in der Leiterplatte (10) durchragen und mit dem mindestens einen Kühlkörper (50) verbunden sind.
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