JP4728330B2 - 電子的回路ユニット - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載された電子的回路ユニットに関する。さらに本発明は、該電子的回路ユニットに相応する方法にも関する。

従来技術
電子的回路ユニットは、日常生活の実際にはすべての領域において利用される。たとえば制御および／または調整の目的で、実に多岐にわたる領域で、非常に異なる要求に応じて電子的回路が使用される。自動車製造業では、電子的回路はとりわけ制御および／または調整の目的で使用される。ここでは、電子的回路は有利には、特別な筐体内に少なくとも１つの半導体と次のようなデバイスとを有する電子的回路ユニットとして構成される。このデバイスはすなわち、該電子的回路ユニットと車両の別の電気的回路ないしは電子的回路とを接続するための相応のデバイスである。半導体は大抵、幾つかの受動素子とともに、アプリケーション固有の構造を有する基板に接着またははんだ付けされる。基板としては、たとえば適切なセラミックスが使用される。電子的回路の動作時に発生する熱損失はとりわけ、損失電力が比較的高い電子的制御装置において、アプリケーション固有の冷却体を介して排出される。アプリケーション固有の筐体とともに、半導体を有し冷却体が取り付けられた基板はモジュールを構成する。このようなモジュールでは、回路ユニットを外部コンタクトするために、コンタクトレールを形成する導体路と、該導体路に接続され外部に設けられた差込ピンとが設けられる。基板と筐体のコンタクトレールないしは差込ピンの電気的コンタクトとの電気的コンタクトは、太線ボンディング接続によって行われる。この太線ボンディング接続では高電流のため、しばしば複数のボンディング接続を並列して行わねばならない。

このことの欠点は、冷却体の配置および太線ボンディング接続による電気的コンタクトが（とりわけ多重に並列して行われるボンディング接続の場合）筐体内部に比較的大きな取り付け空間が必要とされるか、ないしは筐体を比較的大きく形成しなければならないことである。さらに、太線ボンディング接続を連続的に適用しなければならないことも不利な点である。このことによって面倒な製造プロセスが必要になり、さらに、比較的長い時間も必要とされる。

本発明の特徴
それに対して本発明は、基板上に配置された少なくとも１つの半導体と該基板を収容する筐体とを有する電子的回路ユニットであって、該半導体の電気的端子は該基板の導体路に電気的にコンタクトされており、該筐体はコンタクトレールを有し、該コンタクトレールは該基板のコンタクトレールと電気的接続部によって接続されている電子的回路ユニットにおいて、該電気的接続部はそれぞれ、該基板に配置された面コンタクトを有し、該面コンタクトは、基板と筐体とが組み立てられる際に、コンタクトレールの反対側の面コンタクトに相互に重なってコンタクトされることを特徴とする。すなわち、従来技術による構成と異なり、構成部分である（半導体が取り付けられた）基板と（内部に設けられ外部コンタクト装置に接続されたコンタクトレールを有する）筐体とがまとめられる際に、基板の面コンタクトと、筐体に設けられ外部コンタクト装置まで接続された反対側の面コンタクトとが相互に重なるように構成される。

この相互の重なりにより、電気的なコンタクトの構成が実現される。

本発明の別の実施形態では、面コンタクトと反対側の面コンタクトとの間にそれぞれ、導電性の接着材が設けられる。このことにより、面コンタクトと反対側の面コンタクトとの間に非常に良好な接点閉成が確保されると同時に、筐体と半導体を担持する基板との間に機械的に安定した接続が確保される。

本発明の別の実施形態では、面コンタクトと反対側の面コンタクトとの間にそれぞれ、はんだ接続部が配置される。

本発明の発展形態では、導体路は基板の一方の側に設けられ、面コンタクトは該基板の他方の側に設けられ、該導体路と面コンタクトとはスルーコンタクトによって電気的に接続される。このような構成はとりわけ、半導体も、基板の面コンタクトに対向する側に設けられる場合に選択される。導体路が基板の半導体を担持する側に配置される構成により、取り付け（とりわけはんだ付け）が容易になり、ひいては半導体と導体路とのコンタクトおよび機械的固定が容易になる。導体路と基板の対向する側とのスルーコンタクトと、その場所における面コンタクトの配置とによって、たとえば取り付け等の組立時に非常に取り扱い易い非常に省スペースの構成が実現される。とりわけこのことにより、半導体（すなわちモジュール）が配置された基板を、反対側の面コンタクトとコンタクトレールとを有したとえばハーフシェル形に形成された筐体に取り付けるのを非常に容易に行うことができる。

本発明の発展形態では、半導体はパワー半導体である。

本発明の別の発展形態では、基板は熱伝導性の基板として形成される。このような構成により、とりわけパワー半導体が使用される場合には、発生した損失熱を、基板を介して非常に容易に排出することもできる。このようにして、熱の滞留が十分に回避される。

本発明の別の発展形態では、半導体に冷却体が配属され、この冷却体は損失熱を排出するのに使用される。

本発明の別の発展形態では、冷却体は、基板の半導体と反対側の面に設けられ、該冷却体は該基板と熱伝導接続される。この構成により、とりわけ熱伝導性の基板である基板の上記の構成も併用して、構成が簡略化されるだけでなく、非常に良好な排熱も実現される。

本発明の有利な発展形態では、冷却体は筐体に組み込まれ、とりわけ筐体内に射出成形される。それによれば冷却体は、筐体の統合化された構成部分であり、筐体と半導体を担持する基板とを上記のように簡単に組み立てることにより、該半導体に機械的および熱的に接続される。本発明の別の有利な実施形態では、コンタクトレールは筐体に組み込まれ、とりわけ筐体内に射出成形される。この筐体は、とりわけプラスチック筐体である。このことにより、付加的な構成部分ないしは組立時に必要な特別な処理ステップなしで、外部との電気的コンタクトを実現することができる。

本発明の別の発展形態では、冷却体と半導体との間および／または冷却体と基板との間に熱伝導層が配置される。この熱伝導層はたとえば、熱伝導ペーストまたはこれに類似する材料から成り、半導体に発生する損失熱を確実かつ均一に排出するのに使用される。

本発明はさらに、基板上に配置された少なくとも１つの半導体と該基板を収容する筐体とを備えた電子的回路ユニットの製造方法にも関する。該半導体の電気的端子は、該基板の導体路に電気的にコンタクトされており、該筐体はコンタクトレールを有し、該コンタクトレールは基板の導体路と、電気的接続部によって接続されている。ここでは、基板と筐体とを組み立てる際に電気的接続部を形成するためにそれぞれ、基板上に配置された面コンタクトと、コンタクトレールの相応の反対側の面コンタクトとを相互に重ねる。

本方法の発展形態では、次のような電子的回路ユニット、すなわち、電気的接続部がそれぞれ、基板上に配置された面コンタクトとコンタクトレールの相応の反対側の面コンタクトとを有する上記の電子的回路ユニットを製造するために、基板と筐体とをまとめることにより、該面コンタクトと反対側の面コンタクトとが相互に重ねられ、電気的にコンタクトされるようにする。このようにして、半導体担持基板と筐体とを組み立てる際に１つのプロセスで、電子的回路デバイスを有する各電気的接続部が形成される。ここではこのような電気的接続部の形成は相互に同時に行われ、筐体と基板との組み立てと同時にも行われる。このことにより、連続的に適用すべきボンディング接続を省略することによる大幅な時間の削減、製造に必要とされる装置上の手間の簡略化、ひいては製造コストの大幅な縮小が実現される。

本方法の有利な発展形態では、基板と筐体とを組み立てる際に、ひいては電気的接続部の形成時に一度に、半導体と、筐体内部または筐体外部に配置された冷却体との熱的コンタクトも実現する。このことは場合によっては、熱伝導性でもある基板を介して実現され、冷却体はたとえば、射出成形された冷却体である。このようにして、電気的接続も熱的接続も１つの作業ステップのみで形成され、このことによっても、製造の簡略化とコスト縮小とが実現される。

本方法の別の発展形態では、基板と筐体とを組み立てるために導電性の接着材を使用する。このような接着材は容易に塗布でき、たとえば圧着することができ、組立時には基板は筐体に機械的に固定され、かつ面コンタクトと反対側の面コンタクトとの間に電気的接続部が形成される。接着材は導電性を有するので、電気的接続部の面コンタクトと反対側の面コンタクトとの間のはんだづけ箇所の代わりとなる。

本方法の特に有利な発展形態では、組立を行うために、導電性でもあり熱伝導性でもある接着材を使用する。したがって、このような接着材は１つの手順で、電気的接続部でも、基板／半導体と冷却体との間に熱的接続を形成するためにも使用され、とりわけ１つの手順で塗布され、たとえば圧着される。このようにして、熱的接続、電気的接続および機械的接続が１つの製造ステップのみで実現される。

以下で本発明を、実施例の図面を参照して詳細に説明する。

図１ 電子的回路ユニットの概略的な断面図である。

図１は、電子的回路ユニット１の断面を概略的に示している。一部のみ示された筐体２は底部分３を有し、この底部分３に冷却体４が嵌め込まれ、たとえば射出成形される。底部分３に側面部分５が立っており、これらが筐体２の側壁６となる。底部分３は内側面８を有し、この内側面８に導体路７が配置され、この導体路７がコンタクトレール２１を成す。コンタクトレール２１は筐体２の側壁６の一部を貫通して、概略的にのみ図示されたコンタクト部品９で終端する。該コンタクト部品９は筐体２の外側に設けられており、電子的回路ユニット１の外部コンタクトのために使用される。コンタクトレール２１は導体路上面１０を有する。筐体２内部において、空間的にコンタクトレール２１の上側に基板１２が配置される。この基板１２は基板上面１３を有し、この基板上面１３に導体路１４が配置される。これらの導体路１４は、基板１２上に配置される半導体１５に配属され、該半導体１５の電気的な端子２３を介して該半導体１５をコンタクトするのに使用される。導体路１４はスルーコンタクト１６を介して、基板の半導体１５および導体路１４に対向する側、すなわち筐体に設けられたコンタクトレール２１に対向する側に設けられた面コンタクト１７に導電接続される。コンタクトレール２１の面コンタクト１７にちょうど対向する部分が、反対側の面コンタクト１９となる。面コンタクト１７と反対側の面コンタクト１９との間にそれぞれ、はんだ付け部分１１が付着される。このはんだ付け部分１１は、面コンタクト１７と反対側の面コンタクト１９との間の電気的接続部を形成する。択一的に、導電性の接着材を使用することができる。したがって、半導体１５と筐体外部に存在するコンタクト部品９、ひいては電子的回路ユニット１が使用される別の回路部分との電気的な信号伝送接続ないしはコンタクトは、半導体１５から出発して、該半導体１５の電気的な端子２３と、導体路１４と、スルーコンタクト１６と、はんだ付け箇所１１を介して反対側の面コンタクト１９と電気的に接続された面コンタクト１７とを介して行われる。前記別の回路部分は、ここでは図示されていない。この反対側の面コンタクト１９はコンタクトレール２１の一部として形成されるか、ないしは択一的に、導体路７／コンタクトレール２１に導電接続された部分として形成される。この面コンタクト１７ははんだ付け部分１１（ないしは導電性の接着材）と反対側の面コンタクト１９とを介して、基板１２上に配置された半導体１５と筐体２に配置されたコンタクトレール２１との間に電気的接続部２０を形成する。面コンタクト１７および反対側の面コンタクト１９が比較的大きな面積で形成されることにより、高い電流耐性が得られる。さらに、垂直に重ねられて配置されたプレーナ形のこのような構成、ならびに、スルーコンタクト１６を介して行われる、半導体１５に配属された導体路１４と面コンタクト１７とのこのような接続により、非常に省スペースであり容易に形成できる電気的接続部が実現される。特に有利なのは、面コンタクト１７が反対側の面コンタクト１９に、はんだ付け箇所１１を介して同時に、すなわち製造プロセスにおいて同時に接続（すなわちはんだ付け）され、それと同時にさらに、上方に半導体１５が設けられた基板１２が、冷却体４ないしは冷却体４と基板１２との間に配置された熱伝導層１８に機械的に固定されることである。はんだ付け部分１１によるはんだ付けに対して択一的に、面コンタクト１７と反対側の面コンタクト１９との間に導電性の接着材を使用することができる。その際には、電気的接続部の電流耐性が高くなるとともに、非常に省スペースの構成が実現され、かつ、製造に必要とされる作業ステップは非常に簡単になり、ごく少数になり、時間的に非常に短くなる。

電子的回路ユニットの概略的な断面図である。

Claims (15)

1. 電子的回路ユニットであって、
   基板上に配置された少なくとも１つの半導体と、該基板を収容するプラスチック製の筐体とを有し、
   該半導体の電気的端子は、該基板の導体路に電気的にコンタクトされており、
   該筐体はコンタクトレールを有し、
   該コンタクトレールは該基板のコンタクトレールに、電気的接続部によって接続されている形式のものにおいて、
   前記基板（１２）に少なくとも１つの面コンタクト（１７）が配置されており、
   前記導体路（１４）は前記基板（１２）の一方の面に設けられ、前記面コンタクト（１７）は、該基板（１２）の他方の面に設けられ、該導体路（１４）と面コンタクト（１７）とはスルーコンタクト（１６）によって電気的に接続されており、
   前記筐体（２）にコンタクトレール（２１）が部分的に埋め込まれており、該コンタクトレール（２１）は少なくとも１つの反対側の面コンタクト（１９）を有し、
   前記基板（１２）の面コンタクト（１７）は、基板（１２）と筐体（２）とが組み立てられる際に、該コンタクトレール（２１）の反対側の面コンタクト（１９）に相互に重なってコンタクトされ、少なくとも該面コンタクト（１７）と該反対側の面コンタクト（１９）との間に前記電気的接続部（２０）が形成されることを特徴とする、電子的回路ユニット。
2. 前記面コンタクト（１７）と反対側の面コンタクト（１９）とが相互に重なることにより、電気的接触の構成が実現される、請求項１記載の電子的回路ユニット。
3. 前記面コンタクト（１７）と反対側の面コンタクト（１９）との間にそれぞれ、導電性の接着材が配置される、請求項１または２記載の電子的回路ユニット。
4. 前記面コンタクト（１７）と反対側の面コンタクト（１９）との間にそれぞれ、はんだ付け部分（１１）が配置される、請求項１から３までのいずれか１項記載の電子的回路ユニット。
5. 前記半導体（１５）はパワー半導体である、請求項１から４までのいずれか１項記載の電子的回路ユニット。
6. 前記基板（１２）は熱伝導性の基板（２２）として形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の電子的回路ユニット。
7. 前記半導体（１５）に冷却体（４）が配属されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の電子的回路ユニット。
8. 前記冷却体（４）は、前記基板（１２）の前記半導体（１５）と対向する側に設けられており、
   該冷却体（４）は該基板（１２）に熱伝導接続されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の電子的回路ユニット。
9. 前記冷却体（４）は射出成形によって前記筐体（２）に組み込まれている、請求項１から８までのいずれか１項記載の電子的回路ユニット。
10. 前記コンタクトレール（２１）は射出成形によって前記筐体（２）に埋められている、請求項１から９までのいずれか１項記載の電子的回路ユニット。
11. 前記冷却体（４）と前記半導体（１５）との間、または該冷却体（４）と前記基板（１２）との間に、熱伝導層（１８）が配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の電子的回路ユニット。
12. 電子的回路ユニットの製造方法であって、
    該電子的回路ユニットは、基板上に配置された少なくとも１つの半導体（１５）と、該基板を収容する筐体とを有し、
    該半導体（１５）の電気的端子は、該基板の導体路に電気的にコンタクトされ、
    該筐体はコンタクトレールを有し、
    該コンタクトレールを該基板の導体路に、電気的接続部によって接続し、
    該電気的接続部はそれぞれ、該基板上に配置された面コンタクトと、該コンタクトレールの相応の反対側の面コンタクトとを有する形式の電子的回路ユニットの製造方法において、
    前記基板（１２）に少なくとも１つの面コンタクト（１７）を配置し、
    前記導体路（１４）を、前記面コンタクト（１７）と反対側の前記基板（１２）の面に配置し、該導体路（１４）と該面コンタクト（１７）とをスルーコンタクト（１６）によって電気的に接続し、
    プラスチック製の前記筐体（２）にコンタクトレール（２１）を部分的に埋め込み、該コンタクトレール（２１）は少なくとも１つの反対側の面コンタクト（１９）を有し、
    該面コンタクト（１７）と該反対側の面コンタクト（１９）とを、基板（１２）と筐体（２）との組み立てによって相互に重ね、少なくとも該面コンタクト（１７）と該反対側の面コンタクト（１９）との間に前記電気的接続部（２０）を形成することを特徴とする、製造方法。
13. 前記半導体を、基板（１２）と筐体（２）との組み立てによって、該筐体（２）内部／外部に配置された冷却体（４）に熱伝導的にコンタクトする、請求項１２記載の製造方法。
14. 基板（１２）と筐体（２）とを組み立てるために、導電性の接着材を使用する、請求項１２または１３記載の製造方法。
15. 導電性かつ熱伝導性の接着材を使用する、請求項１４記載の製造方法。

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