KR20210064382A - 고전류 회로 - Google Patents

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아우토-카벨 매니지먼트 게엠베하
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Abstract

본 발명은 비전도성 기판(2), 기판(2)에 적용된 도체층(4) 및 도체층에 적용된 절연층(6)으로 구성된 회로 기판을 구비한 고전류 회로에 관한 것이며, 여기서 절연층(6)을 통과한 콘택 패드(8, 10, 12, 20, 22, 24)들이 회로 기판의 양쪽에 배열되고, 콘택 패드(8, 10, 12, 20, 22, 24)들은 비아(14)들에 의해 기판(2)을 관통하여 서로 연결되고, 비아(14)들이 콘택 패드(8, 10, 12, 20, 22, 24)의 표면에 배열되며, 적어도 하나의 제1 콘택 패드(8)가 회로 기판의 제1 측면에 배열되고 회로 기판의 제2 측면에 있는 제1 반도체 스위치(28)는 적어도 하나의 제2 콘택 패드(20)에 직접 연결되고, 반도체 스위치(28)는 추가 도체 트랙없이 비아(14)를 통해 제1 콘택 패드(8) 및 제2 콘택 패드(20)에 직접 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

고전류 회로
본 발명의 주제는 고전류 회로, 특히 자동차 고전류 회로, 특히 고전류 스위치, 제어식 고전류 저항기 및 자동 시작-정지 회로에 관한 것이다.
현대 차량에서 전기 구성요소의 수가 지속적으로 증가함에 따라 에너지 수요가 증가하며 관련된 높은 암페어를 유발한다. 반도체 스위치, 예를 들어 MOSFET 또는 IGBT로 스위칭되는 매우 높은 스위칭 전류가 발생한다. 이들 반도체 스위치로 스위칭되는 고전류로 인해 두 가지 문제가 발생한다. 한편으로, 전류 전달 용량은 회로에 의해 보장되어야만 하는데, 이것은 최대 수 백 암페어의 전류가 회로를 통해 흐를 수 있어야 한다는 것은 의미한다. 이러한 높은 전류 전달 용량은 일반적으로 인쇄 회로 기판에서 실현될 수 없는 커다란 도체 단면을 필요로 한다. 전기 전도성 기판이 있는 복잡한 고전류 인쇄 회로 기판이 알려져 있지만, 제조 비용이 매우 비싸서 대량 사용에 적합하지 않다. 다른 한편으로, 고전류 흐름은 상당한 옴 손실을 초래하고, 그 줄 열(Joule heat)은 반드시 소산되어야 한다. 기판이 전도성이 아니고 따라서 열전도율이 좋지 않기 때문에, 종래의 인쇄 회로 기판의 열 소산은 낮다.
이러한 이유로 본 발명의 주제는 종래의 인쇄 회로 기판을 사용하여 전류 전달 용량에 대한 요건 및 고전류 특히 자동차에서 고전류 적용의 폐열에 대한 요건을 모두 충족하는, 고전류 회로를 제공하는 목적에 기초하였다.
이러한 목적은 청구항 1에 따른 고전류 회로에 의해 해결된다.
서두에 언급한 바와 같이, 회로는 종래의 인쇄 회로 기판으로 구현되어야 한다. 이러한 인쇄 회로 기판은 비전도성 기판, 기판에 적용된 전도층 및 전도층에 적용된 절연층으로 형성된다. 기판은 소위 프리프레그(prepreg)일 수 있다. 특히, 기판는 섬유 재료 및/또는 합성 수지로 형성될 수 있다. 인쇄 회로 기판용 기판들은 잘 알려져 있다. 비전도성인 인쇄 회로 기판으로 알려진 임의의 기판이 본 발명을 위해 사용될 수 있다.
먼저, 예를 들어 구리 층인 전도층이 기판에 적용된다. 종래의 인쇄 회로 기판에서, 이 도체층은 노출 및 에칭에 의해 조정되어 도체 트랙들과 콘택 패드들이 인쇄 회로 기판에 배열된다. 이러한 방식으로 에칭된 도체 트랙에 절연층이 적용되고, 이에 의해 접점 패드들은 절연에서 제외된다. 또한 현재의 인쇄 회로 기판에, 도체 트랙들과 콘택 패드들이 모두 제공된다.
현재의 인쇄 회로 기판에서, 절연층을 뚫고 나오는 콘택 패드들이 양면에 배열된다. 이들 콘택 패드들은 인쇄 회로 기판의 기판을 관통하는 전도성 비아를 통해 서로 접촉한다. 비아들은 콘택 패드 영역에 직접 위치한다. 비아는 본질적으로 수직으로 기판을 관통하므로, 비아들을 통해 서로 연결된 콘택 패드들은 기판에 대한 수직 투영에서 서로 겹쳐서 배열된다.
고전류 전달 용량을 보장하는 동시에 우수한 열전도를 제공하기 위해, 적어도 제1 콘택 패드가 인쇄 회로 기판의 제1 측면에 배치되고 제1 반도체 스위치가 인쇄 회로 기판의 제2 측면 상의 적어도 제2 콘택 패드에 직접 연결되는 것이 제안된다. 따라서 반도체 스위치는 제2 콘택 패드 상에 직접 위치되며, 제1 콘택 패드와 제2 콘택 패드 사이의 전기적 연결은 제1 콘택 패드와 제2 콘택 패드 사이에 배열된 비아들을 통해 이루어진다. 이것은 추가 도체 트랙에 대한 필요없이 제2 콘택 패드 및 비아들을 통해 반도체 스위치를 제1 콘택 패드에 연결하는 것을 가능하게 한다. 이것은 인쇄 회로 기판의 대향하는 측면들에 배열된 콘택 패드들이 비아들을 통해 직접 연결되고 반도체 스위치로부터의 전류가 기판에 적용된 얇은 도체 트랙을 통해 라우팅되지 않고 제2 콘택 패드와 비아들을 통해 직접 제1 콘택 패드에 도달할 수 있음을 의미한다.
인쇄 회로 기판의 제1 측면과 인쇄 회로 기판의 제2 측면 사이에 이러한 연결의 직접성은, 전류가 얇은 도체 층을 통해 전도될 필요가 없이 비아를 통해 직접 흐르기 때문에 매우 높은 전류 전달 용량이 보장된다는 특별한 이점이 있다. 또한 비아를 통해 두 개의 콘택 패드를 접촉하는 것은 대량 생산에 적합한 인쇄 회로 기판을 생산하는 데 특히 간단한 방법이므로, 인쇄 회로 기판을 대량으로 신뢰성 있게 생산할 수 있다.
또한, 콘택 패드에 직접 및/또는 반도체 스위치에 직접, 방열판 또는 평탄부를 적용할 수 있다.
일 실시예에 따라, 제1 및 제2 콘택 패드의 영역들은 인쇄 회로 기판의 양측에 서로 겹쳐서 배열되는 것이 제안된다. 따라서, 인쇄 회로 기판에 대한 수직 투영에서 인쇄 회로 기판의 양측에 배열된 두 개의 콘택 패드들은 서로 겹친다. 특히, 콘택 패드의 크기는 실질적으로 동일하다. 콘택 패드들은 반도체 스위치들의 콘택 핀들의 영역보다 더 큰 배수, 특히 10 배 이상, 바람직하게는 50 배 이상인 영역을 점유한다는 점에서 종래의 콘택 패드들보다 크며, 콘택 패드들은 높은 전류 전달 용량을 가지고 있다.
일 실시예에 따라, 인쇄 회로 기판의 제1 측면 상의 제1 콘택 패드에 평탄부를 직접 연결하는 것이 제안된다. 평탄부는 제1 콘택 패드에 직접 놓일 수 있으며, 특히 전체 영역에 걸쳐 콘택 패드에 연결될 수 있다. 인쇄 회로 기판의 제1 측면 상의 콘택 패드는 복수의 반도체 스위치의 연결 핀의 영역에 걸쳐 연장된 영역을 차지할 수 있다. 따라서, 인쇄 회로 기판의 제2 측면에서 두 개 이상의 반도체 스위치들이 제2 콘택 패드를 통해 제1 콘택 패드에 서로 병렬로 전기적으로 연결되고, 제1 및/또는 제2 콘택 패드는 전체 표면(full-surface)이며 단일 전위를 갖는다.
콘택 패드가 그 전체 영역에 걸쳐 금속으로, 특히 주석 층으로 코팅되는 것도 가능하다. 따라서, 한편으로는 전류 흐름 그리고 다른 한편으로는 열전달이 전체 콘택 패드에 걸쳐 가능하다. 평탄부가 제1 콘택 패드에 직접 연결되고 제1 콘택 패드의 표면적이 큰 경우, 콘택 패드로부터 평탄부로 매우 우수한 열전달이 가능하다. 평탄부는 제1 콘택 패드에 직접 적용, 특히 납땜될 수 있다. 평탄부는 예를 들어 리플로우 납땜을 통해 콘택 패드에 배치되고 콘택 패드에 연결될 수 있다. 평탄부의 표면 영역에 놓인 콘택 패드는 중단없이 전체 표면이 될 수 있으므로, 콘택 패드에서 평탄부로의 열전달은 높을 수 있다.
일 실시예에 따라, 인쇄 회로 기판의 제2 측면에서 반도체 스위치의 적어도 하나의 콘택 핀이 제1 콘택 패드에 직접 연결되는 것이 제안된다. 또한, 반도체 스위치는 전원 단자의 모든 콘택 핀들을 제1 콘택 패드에 연결할 수 있다. 이 경우, 모든 콘택 핀들은 동일한 전위에 있을 수 있으며 콘택 패드가 이들 콘택 핀들에 연결된 유일한 표면일 수 있다. 이것은 또한 대면적 열소산 및 반도체 스위치의 콘택 핀들과의 접촉을 가능하게 한다. 반도체 스위치들은 두 개의 전원 단자와 하나의 스위칭 단자를 가질 수 있다. 예를 들어 전원 단자들은 소스 및 드레인이고 스위칭 단자는 게이트일 수 있다.
전술한 바와 같이, 하나 이상의 반도체 스위치는 제1 콘택 패드에 직접 연결된 제1 전원 단자를 가질 수 있다. 인쇄 회로 기판의 제2 측면에는, 반도체 스위치의 제2 콘택 핀들에 연결된 제3 콘택 패드가 또한 존재할 수 있다. 두 개의 반도체 스위치는 회로 기판의 제2 측면에서 서로 직렬로 연결되고 직렬 연결된 반도체 스위치들은 제3 콘택 패드를 통해 직접 연결될 수 있다. 반도체 스위치들은 인쇄 회로 기판의 제2 측면에 놓일 수 있고, 한편으로는 제1 콘택 패드 상의 전원 단자의 콘택 핀과 함께 배열되고 제3 콘택 패드 상의 전원 단자의 대응하는 콘택 핀들과 연결될 수 있다. 제3 콘택 패드는 두 개의 반도체 스위치 또는 전원 단자의 콘택 핀 사이에 전기적 단락을 생성한다. 전환될 전체 전류가 이 제3 콘택 패드를 통해 흐른다.
제3 콘택 패드에 대응하여, 제4 콘택 패드가 인쇄 회로 기판의 제1 측면에 제공될 수 있다. 이 콘택 패드는 제1 콘택 패드로부터 절연될 수 있다. 제4 콘택 패드는 비아를 통해 제3 콘택 패드와 접촉될 수 있다. 따라서, 한편으로는 전류가 제4 콘택 패드를 통해 흐를 수 있고, 다른 한편으로는 제4 콘택 패드가 열전달을 위해 사용될 수 있다.
고전류 회로의 구조는, 예를 들어 반도체 스위치들이 회로 기판의 제2 측면에 배열되고 평탄부가 회로 기판의 제1 측면에 배치되도록 하는 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 평탄부가 전체 표면에 걸쳐 제1 콘택 패드에 연결되는 것이 가능하다. 이 제1 콘택 패드는 비아들을 통해 제2 콘택 패드와 전기적으로 접촉될 수 있다.
적어도 제1 반도체 스위치는 그 전원 단자와 함께 제2 콘택 패드에 연결될 수 있다. 적어도 하나의 제1 반도체 스위치의 대응하는 제2 전원 단자는, 제2 및 제1 콘택 패드로부터 전기적으로 절연되는 제3 콘택 패드에 연결될 수 있다.
제4 콘택 패드는 비아들을 통해 제3 콘택 패드에 연결되는 제3 콘택 패드 반대편의 인쇄 회로 기판 측면 상에 배열될 수 있다. 평탄부는 바람직하게는 제1 콘택 패드 상의 제1 평탄부와 같이, 그 전체 표면에 걸쳐 제4 콘택 패드에 부착될 수 있다. 이 평탄부를 통해 우수한 열소산을 실현할 수 있다.
제3 콘택 패드로부터 시작하여, 적어도 하나의 추가 반도체 스위치가 적어도 하나의 제1 반도체 스위치의 미러 이미지로서 배열될 수 있으며, 이에 의해 적어도 하나의 추가 반도체 스위치는 처음에 제3 콘택 패드 상의 전원 단자와 함께 배열되고 제5 콘택 패드 상의 대응하는 전원 단자와 함께 배치된다.
제6 콘택 패드는 제1 콘택 패드에 대응하는 제5 콘택 패드 반대편에 배치될 수 있다. 제5 및 제6 콘택 패드는 제1 및 제2 콘택 패드에 대응하여, 특히 동일하게 형성될 수 있다. 평탄부가 제6 콘택 패드 상에 다시 배열될 수 있으며, 이는 제1 콘택 패드 상의 제1 평탄부와 같이 배열된다. 제1 및 제6 콘택 패드에 배치된 평탄부들은 단자 러그로서 형성될 수 있다.
평탄부는 구리, 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 평탄부는 바이메탈로 형성될 수 있으며, 이에 의해 콘택 패드들과 접촉하는 영역은 구리 합금으로 형성되고 인쇄 회로 기판의 표면에서 돌출된 단자 러그는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다. 구리 합금과 알루미늄 합금의 거울 반전 배열도 가능하다.
반도체 스위치가 인쇄 회로 기판의 한면에 배치되고 인쇄 회로 기판의 다른 면에 평탄부가 배열되면서, 인쇄 회로 기판이 반도체 스위치와 평탄부 사이에 배열되는 방식의 샌드위치 구조가 또한 바람직하다.
일 실시예에 따라, 인쇄 회로 기판의 제2 측면에 대응하는 인쇄 회로 기판의 제1 측면에서, 제2 반도체 스위치가 제1 콘택 패드에 직접 연결되는 것도 가능하다. 이는 반도체 스위치들이 그들의 넓은 표면에 전원 단자들을 갖는 경우에, 특히 가능하다. 반도체 스위치들은 일반적으로 직육면체 모양이다. 대향하는 두 개의 넓은 표면에 전원 단자(소스/드레인)가 각각 제공될 수 있다. 이들 전원 단자는 넓은 면적, 특히 반도체 스위치의 넓은 표면의 전체 표면에 걸쳐 배열될 수 있다. 반도체 스위치의 넓은 표면들은 콘택 패드 상의 그들의 전체 표면에 걸쳐 배열될 수 있으며 특히 납땜될 수 있다.
인쇄 회로 기판은 바람직하게는 두 개의 반도체 스위치 사이에 샌드위치된다. 콘택 패드들은 복수의 비아를 통해 서로 연결된다. 따라서, 전류는 반도체 스위치들 사이에서 비아를 통해 직접 흐르며 도체 트랙은 필요하지 않다.
위에서 설명한 두 가지 변형들에서, 스위칭 단자(게이트)는 각각의 경우에 반도체 스위치의 적어도 하나의 개별적인 콘택 핀을 통해 제어될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 게이트 접점은 인쇄 회로 기판에 배열된 도체 트랙을 통해 제어될 수 있다. 오직 하나의 스위칭 전류가 게이트 터미널을 통해 흐르므로, 이것은 도체 트랙을 통해 라우팅될 수 있다. 제1 내지 제6 콘택 패드들은 반도체 스위치의 스위칭 단자의 콘택 핀으로 이어지는 각각의 도체 트랙 및 게이트 단자로부터 절연된다.
양호한 열 전도를 위해, 제1 및/또는 제2 반도체 스위치는 콘택 패드로부터 떨어져 마주하는 측면의 평탄부에 직접 연결되는 것이 제안된다. 반도체 스위치의 제2 측면은 특히 반도체 스위치의 전원 단자가 배열되는 넓은 표면이다. 대향하는 반도체 스위치 중 하나 또는 둘 모두가 개별적으로 콘택 패드들 중 하나의 넓은 표면에 각각 연결되고, 평탄부와 함께 다른 하나의 넓은 표면에 각각 연결될 수 있다.
설명한 바와 같이, 콘택 패드들은 사이에 전도성 트랙없이 비아들을 통해 서로 직접 연결된다. 이것은, 일 실시예에 따라 반도체 스위치들이 비아들을 통해서만 서로 연결된다는 것을 의미한다. 반도체 스위치들은 비아들을 통해 서로 직접 연결되는 콘택 패드들에 직접적으로 전원 단자의 접촉 표면 또는 콘택 핀과 함께 배열된다. 따라서, 반도체 스위치 사이에 전류 흐름이 비아들을 통해 직접 발생한다.
일 실시예에 따라, 인쇄 회로 기판의 제1 측면에서 콘택 패드는 인쇄 회로 기판의 제2 측면에 접촉된 적어도 하나의 반도체 스위치의 모든 단자들의 면적과 적어도 동일한 면적을 갖는 것이 제안된다. 인쇄 회로 기판의 제2 측면에 있는 적어도 하나의 반도체 스위치는 두 개의 콘택 패드들과 접촉될 수 있으며, 여기서 제1 접촉 패드는 반도체 스위치의 전원 단자의 콘택 핀들을 위해 제공되고, 이 목적을 위한 더 작은 제2 콘택 패드는 스위칭 단자의 콘택 핀을 위해 제공된다. 여러 반도체 스위치들의 스위칭 단자와 전원 단자의 콘택 패드들은 인쇄 회로 기판의 제2 측면에 서로 절연되어 서로의 옆에 배열될 수 있다. 상응하여, 전체 표면 콘택 패드는 인쇄 회로 기판의 제1 측면의 전체 표면에 걸쳐 위치될 수 있다. 인쇄 회로 기판의 제2 측면에 있는 전원 단자들의 콘택 패드들은 복수의 비아들을 통해 인쇄 회로 기판의 제1 측면에 있는 콘택 패드에 연결된다.
일 실시예에 따라, 평탄부는 전체 표면에 걸쳐 적어도 하나의 콘택 패드에 연결되는 것이 제안된다. 평탄부는 제1 콘택 패드, 제4 콘택 패드 및/또는 제6 콘택 패드 상에 배열될 수 있다. 이 경우, 평탄부는 각 콘택 패드의 전체 표면에 걸쳐 놓이고 특히 전체 표면에 걸쳐 각각의 콘택 패드에 납땜되므로, 평탄부가 한편으로는 전류 흐름을 가능하게 하고 다른 한편으로는 우수한 열전달을 가능하게 한다.
일 실시예에 따라, 서로 절연된 적어도 세 개의 콘택 패드들이 인쇄 회로 기판의 제1 측면에 배열되는 것이 제안된다. 이들은 제1 콘택 패드, 제4 콘택 패드 및 제6 콘택 패드일 수 있다. 대응하는 콘택 패드들, 특히 제2, 제3 및 제5 콘택 패드는 인쇄 회로 기판의 제2 측면에 제공된다. 인쇄 회로 기판의 양면에 있는 콘택 패드들은 비아들을 통해서만 서로 연결된다. 반도체 스위치들의 전원 단자들은 인쇄 회로 기판의 제2 측면의 콘택 패드들에 배열된다. 인쇄 회로 기판의 제1 측면에 있는 각 콘택 패드에는 평탄부와 함께 완전히 장착된다.
일 실시예에 따라, 두 개의 전원 단자 각각에 대한 적어도 하나의 콘택 패드가 각각의 반도체 스위치를 위해 인쇄 회로 기판의 제2 측면에 배열되는 것이 제안된다. 반도체 스위치들은 입력측에 예를 들어 서로 분리된 콘택 패드들과 함께 제1 전원 단자에 연결될 수 있고, 콘택 패드들은 스위칭 단자들을 위해 병렬로 제공될 수 있다. 이것은 스위칭 단자를 반도체 스위치의 전원 단자의 콘택 핀에 직접 인접한 콘택 핀으로 인도할 수 있게 한다.
전원 단자만 콘택 핀으로 라우팅되는 반도체 스위치의 다른 쪽에서, 모든 콘택 핀들은 전체 표면 콘택 패드에 놓일 수 있다. 따라서, 단일 콘택 패드 특히 제3 콘택 패드가 반도체 스위치의 복수의 전원 단자를 서로 연결하는 것이 가능하다. 콘택 패드는 전체 표면이며 중단되지 않는다.
양호한 전류 전달을 가능하게 하기 위해, 특히 회로의 전류 전달 용량을 보장하기 위해, 콘택 패드당 복수의 비아가 제공된다. 콘택 패드당 비아의 수는 10 개, 특히 30 개를 초과할 수 있다. 따라서, 충분히 높은 전류 흐름을 허용하기 위해 콘택 패드당 40 - 50 개의 비아가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따라, 적어도 하나의 평탄부가 인쇄 회로 기판의 표면 밖으로 돌출되어 전원 도체를 위한 연결 러그를 형성하는 것이 제안된다. 수직 투영에서, 즉 인쇄 회로 기판의 평면도에서, 평탄부는 인쇄 회로 기판의 표면의 밖으로 돌출될 수 있으며, 따라서 특히 간단한 방식으로 단자 러그와 접촉할 수 있다.
일 실시예에 따라, 인쇄 회로 기판의 두 가장자리 사이의 도체층은 완전히 절단되어 인쇄 회로 기판을 두 영역으로 분할하는 것이 제안되며, 선행항들 중 하나에 따른 고전류 회로가 제1 영역에 배열되고 논리 회로가 제2 영역에 배열된다. 따라서, 단일 인쇄 회로 기판에 전원 회로와 논리 회로 모두를 수용할 수 있다. 전도층을 분리함으로써, 인쇄 회로 기판의 이 두 영역 사이에 전기 전도의 연결이 없다. 결과적으로, 인쇄 회로 기판의 기판은 열 전도율이 좋지 않기 때문에 제1 영역에서 제2 영역으로의 열전달이 심각하게 방해받는다. 한편으로, 이것은 논리 소자들을 위해 적합하지 않은 온도에 이르는 전류로 고전류 회로의 영역에 인쇄 회로 기판를 로드할 수 있게 한다. 도체 층을 분리함으로써 인쇄 회로 기판의 두 영역의 열적 분리가 보장되기 때문에, 예를 들어 고전류 회로가 다른 쪽의 논리 부품들에 에 부정적인 영향을 주지 않고 80 ℃ 이상까지 가열될 수 있다.
이하에서, 본 발명의 주제는 실시예를 도시하는 도면을 참조하여 보다 상세히 설명된다.
도 1은 인쇄 회로 기판의 층상 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 인쇄 회로 기판의 제1 측면을 도시한 평면도이다.
도 3은 인쇄 회로 기판의 제2 측면을 도시한 평면도이다.
도 4a, 도 4b는 제1 반도체 스위치를 도시한 도면이다.
도 5a, 도 5b는 제2 반도체 스위치를 도시한 도면이다.
도 6은 반도체 스위치가 있는 인쇄 회로 기판의 조립된 제2 측면을 도시한 도면이다.
도 7a, 도 7b는 평탄부를 도시한 도면이다.
도 8은 평탄부가 있는 장착된 제1 측면을 도시한 평면도이다.
도 9는 장착 회로 어셈블리를 도시한 단면도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 제2 측면을 도시한 평면도이다.
도 11은 반도체 스위치가 장착된 도 1에 따른 측면을 도시한 도면이다.
도 12는 평탄부를 갖는 도 11에 따른 조립된 반도체 회로를 도시한 도면이다.
도 13은 도 11에 대응하는 제1 측면을 도시한 도면이다.
도 14는 도 13에 따른 장착된 제1 측면을 도시한 도면이다.
도 15는 도 14와 동일한 도면에서 평탄부로 덮인 조립된 회로를 도시한 도면이다.
도 16은 장착 회로 어셈블리를 도시한 단면도이다.
도 1은 기판(2)과 함께 인쇄 회로 기판의 단면을 도시한다. 기판(2)은 섬유 강화 에폭시 수지일 수 있다. 특히, 기판(2)은 비전도성이다. 기판(2)은 인쇄 회로 기판을 위한 전형적인 기판이다.
전도층(4)이 기판(2)에 적용된다. 도체층(4)은 특히 구리 층이다. 도체층(4)은 일반적으로 1 mm보다 얇고 인쇄 회로를 생성하는 동안 노출 및 에칭에 의해 목표하는 토폴로지로 된다. 도체층(4)은 절연층(6)으로 씌어진다. 절연층(6)은 예를 들어 솔더 레지스트일 수 있다. 도체층(4)이 접촉되는 장소에서, 절연층(6)은 제거될 수 있고/있거나 도체층(4)이 그곳에서 절연층(6)의 밖으로 돌출될 수 있다. 이는 예를 들어 콘택 패드가 도체층(4)에 적용될 수 있게 한다. 도 1에 따른 인쇄 회로 기판의 구조는 표준 인쇄 회로 기판에서 사용되는 전형적인 구조이다.
인쇄 회로 기판의 이러한 표준 구조의 도움으로, 문제의 회로 배열을 실현할 수 있다. 이를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 대면적 콘택 패드(8)가 인쇄 회로 기판의 제1 측면에 배열된다. 도 2는 제1 콘택 패드(8), 제3 콘택 패드(10) 및 제5 콘택 패드(12)를 도시한다. 콘택 패드(8, 10, 12)의 넘버링은 단지 판독을 단순화하기 위한 것이며, 넘버링은 제2 콘택 패드가 반드시 제1 콘택 패드를 필요로 하고, 제3 콘택 패드가 반드시 제1 및 제2 콘택 패드들을 필요로 하며, 제4 콘택 패드가 제3 내지 제1 콘택 패드들을 필요로 한다는 것을 의미하는 것으로 이해되지 않아야 한다.
콘택 패드(8 - 12)들은 특히 절연층(6)의 개구에서 도체층(4)의 금속 코팅에 의해, 인쇄 회로 기판의 제1 측면 상의 도체층(4)에 적용된다. 콘택 패드(8 - 12)들 및 여기에 언급된 다른 모든 콘택 패드들은 바람직하게는 구조가 동일하며, 그곳에 적용된 금속 코팅 및 도체층(4)으로 형성된다. 금속 코팅은 예를 들어 주석 도금일 수 있다. 금속 코팅은 바람직하게는 절연층(6)과 평면 평행하게 덮으며, 이에 따라 수 ㎛의 편차가 가능하다.
콘택 패드(8, 10, 12)에는 비아(14)가 산재되고, 이에 의해 비아(14)는 도체층(4) 및 기판(2)을 통과하는 구멍일 수 있다. 비아(14)는 기판(2)을 완전히 관통하며 적어도 부분적으로 금속 또는 금속성으로 코팅된다. 비아(14)는 전기 전도성이다. 결과적으로, 비아(14)는 서로 마주하는 도체층(4)들 및 도체층(4)들에 적용된 콘택 패드들 사이에 전기적 단락을 생성한다. 도체층(4)들을 분리함으로써, 콘택 패드(8 - 12)뿐만 아니라 아래에 언급되는 콘택 패드들은 인쇄 회로 기판의 한면에서 서로로부터 각각 절연되지만, 인쇄 회로 기판의 반대쪽에 있는 비아를 통해 서로 단락된다. 콘택 패드(8 - 12)뿐만 아니라 다음의 콘택 패드들은 큰 표면적을 가지며 표면적이 큰 콘택 부품을 적용하기 위해 적합하다.
도 2에는, 도체층(4)이 분리 지점(16)에서 완전히 분리되어 있고, 따라서 인쇄 회로 기판이 2 개의 영역으로 분할된 것이 또한 도시되어 있다. 이들 두 영역은 한편으로는 콘택 패드가 있는 영역이고 다른 한편으로는 논리 회로(18)가 있는 영역이다. 논리 회로(18)는 콘택 패드에 의해 인쇄 회로 기판에 구현되는 바와 같이 분리 지점(16)에 의해 고전압 회로에서 열적으로 분리된다. 분리 지점(16) 및 논리 회로(18)의 제공은 옵션이며 완전도를 위해 여기서 언급된다.
도 3은 도 2에 따른 인쇄 회로 기판의 구조에 대응하는 구조를 갖는 도 1에 따른 인쇄 회로 기판의 제2 측면을 도시한다. 제2 콘택 패드(20a - 20c), 제4 콘택 패드(22) 및 제6 콘택 패드(24a - 24c)를 볼 수 있다. 제2 콘택 패드(20a - 20c)는 도체층(4)을 통해 서로 단락될 수 있다. 콘택 패드(20a - 20c, 22, 24a - 24c)는 이에 따라 도체층(4)을 분리함으로써 서로로부터 절연된다. 각각의 콘택 패드(20, 22, 24)를 통과하는 비아(14)를 볼 수 있다.
또한, 콘택 패드(20a - 20c) 및 콘택 패드(24a - 24c)가 혀 모양의 연결 영역을 갖는다는 것을 알 수 있다. 혀 모양의 연결 영역 대신 전체 표면 연결 영역을 제공할 수도 있으므로, 이는 선택 사항이다. 아래에 나타내는 바와 같이, 해당 연결 영역은 반도체 스위치의 제1 전원 단자를 연결하는 역할을 한다. 아래에 나타내는 바와 같이 반도체 스위치의 전원 단자는 콘택 패드(20a - 20c, 22, 24)에 부착, 특히 납땜된다.
반도체 스위치를 스위칭하기 위해, 각각의 콘택 패드(20a - 20c, 24a - 24c)에 추가하여 콘택 패드(20a', 20b', 20c', 24a', 24b', 24c')가 제공된다. 이들 추가 콘택 패드(20a' - 24c')는 반도체 스위치의 스위칭 단자를 연결하는 역할을 한다. 콘택 패드(20a' - 24c')는 다른 모든 콘택 패드로부터 전기적으로 절연되고 스위칭 단자(26)를 통해 함께 또는 개별적으로 스위칭될 수 있다. 이는 반도체 스위치의 그룹이 함께 제어되거나 또는 각각의 개별 반도체 스위치가 개별적으로 제어되도록 한다.
도 4a, 도 4b는 반도체 스위치(28)를 평면도 및 측면도로 도시한다. 반도체 스위치(28)는 전원 단자용으로 의도된 콘택 핀(30) 및 스위칭 단자용으로 의도된 적어도 하나의 콘택 핀(32)을 갖는다. 도 4b에서 반도체 스위치(28)는 SMD 구조로 되어 있어서, 콘택 패드(8 - 12, 20-24) 상에 그 콘택 핀(30, 32)과 함께 직접 배치될 수 있음을 알 수 있다. 반도체 스위치(28)는 예를 들어 MOSFET 또는 IGBT이다.
도 5a, 도 5b는 반도체 스위치(28)의 또 다른 구성을 도시하며, 여기서 콘택 패드(30')는 반도체 스위치(28)의 대향하는 넓은 표면들에 제공되어 전원 단자를 형성한다. 콘택 핀(32)은 스위칭 단자를 형성한다. 이들 대면적 접촉 표면(30')은 전원 단자의 대면적 접촉을 가능하게 하여 반도체 스위치(28)를 통한 높은 전력 흐름을 가능하게 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 도 4에 따른 반도체 스위치(28)가 도 3에 도시된 인쇄 회로 기판의 제2 측면에 적용된다. 콘택 핀(30)이 한편으로는 콘택 패드(20a, 20b, 20c)와 접촉하고 다른 한편으로는 콘택 패드(22)와 접촉하고 있음을 알 수 있다. 각각의 콘택 핀(32)은 각각의 콘택 패드(20a' - 20c')에 연결되고 따라서 스위칭 단자(26)에 연결된다. 또한, 반도체 스위치(28)는 한편으로는 콘택 패드(24a - 24c) 및 다른 한편으로는 콘택 패드(22)에 콘택 핀(30)과 연결된다. 각각의 콘택 핀(32)은 각각의 콘택 패드(24a' - 24c')에 연결되고 따라서 스위칭 단자(26)에 연결된다. 따라서, 반도체 스위치(28)의 전원 단자는 콘택 패드(20a - 20c), 콘택 패드(24a - 24c) 및 콘택 패드(22)를 통해 각각 연결된다.
반도체 스위치(28)의 도움으로, 스위칭 상태에 따라 콘택 패드(20a - 20c)와 콘택 패드(22) 사이 및 콘택 패드(22)와 콘택 패드(24a - 24c) 사이에 연결이 설정될 수 있다.
반도체 스위치(28)는 그들의 콘택 핀(30, 32)과 납땜될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같은 회로를 케이블에 연결하기 위해 도 7에 도시된 바와 같은 평탄부가 제공된다. 한편, 도 7a에 따른 평탄부(34) 및 도 7b에 따른 평탄부(34)가 제공된다. 연결 러그로 형성된 도 7a에 따른 평탄부(34)의 도움으로, 회로에 대한 외부 연결이 가능해질 수 있다. 도 7b에 따른 평탄부(34)는 히트 싱크로 사용될 수 있다.
도 7a, 도 7b에 따른 평탄부는 도 2에 따른 회로에 적용되며, 특히 전체 표면 위에 납땜된다. 도 7a에 따라 단자 러그로 형성된 평탄부(34)가 제1 콘택 패드(8) 및 제5 콘택 패드(12)에 적용된다. 콘택 패드(12)에는 히트 싱크로서 평탄부(34)가 부착된다. 평탄부(34)가 콘택 패드(8 - 12)의 전체 표면 위에 적용되고, 특히 납땜된다.
조립된 상태에서의 회로 구조가 도 9에 도시되어 있다. 도 9는 비아(14)가 기판(2)을 통과하고 콘택 패드(8, 20; 10, 22)뿐만 아니라 콘택 패드(12, 24)를 서로 단락시키는 것을 보여준다. 전류는 평탄부(34)를 통해 콘택 패드(8)로, 거기에서 비아(14)를 통해 콘택 패드(20)로 흐른다. 좌측 반도체 스위치(28)가 닫히면, 전류는 콘택 패드(20)로부터 반도체 스위치(28)를 통해 콘택 패드(22)로 흐른다. 우측 반도체 스위치(28)가 닫히면, 전류는 콘택 패드(22)로부터 콘택 패드(24)로 그리고 거기에서 비아(14)를 통해 콘택 패드(12)로 그리고 마지막으로 평탄부(34)로 흐른다.
콘택 패드(10)에 적용되는 중앙의 평탄부(34)는 히트 싱크로서의 역할을 한다. 열은 비아(14)를 통해 콘택 패드(22)로부터 콘택 패드(10)로 전달될 수 있고, 평탄부(34)는 추가적인 히트 싱크로서의 역할을 할 수 있다. 이는 자동차 적용에서 상당히 가능성 있는, 고전류의 경우에 특히 유용한다.
도 10 - 도 16은 인쇄 회로 기판가 두 개의 평탄부 사이에 샌드위치된 다른 실시예를 보여준다. 도 10은 각각의 반도체 스위치(28)의 전원 단자용 콘택 패드(8a - 8c) 및 각각의 반도체 스위치(28)의 스위칭 단자용 콘택 패드(8a' - 8c')를 갖는 인쇄 회로 기판의 제1 측면을 도시한다. 콘택 패드(8a - 8c)는 서로 단락되거나 서로 절연될 수 있는 반면에, 콘택 패드(8a' - 8c')는 서로 그리고 콘택 패드(8a - 8c)로부터 절연되고 스위칭 단자(26)에 라우팅된다.
도 11에, 단자(30')를 갖는 반도체 스위치(28)가 콘택 패드(8a - 8c)의 전체 표면 위에 배치되고 그들에 연결되는 것이 도시되어 있다. 반도체 스위치(28)는 콘택 핀(32)을 통해 콘택 패드(8a' - 8c')에 연결된다. 반도체 스위치(28)는 도 5에 도시된 바와 같은 구조를 갖는다. 도 12에서 알 수 있는 바와 같이, 그 다음에 평탄부(34)가 이들 반도체 스위치(28) 상에 배치된다.
기판(2)의 다른 측면에는 도 13에 도시된 바와 같이 콘택 패드(20a - 20c 및 20a' - 20c')를 갖는 대응하는 구조가 있다. 다시, 도 14에 도시된 바와 같이 반도체 스위치(28)는 전원 단자(30')를 콘택 패드(20a - 20c)에 연결하고 그리고 스위칭 단자(32)를 콘택 핀(20a' - 20c')에 연결한다. 이어서, 도 15에 도시된 바와 같이 반도체 스위치(28)의 전체 표면 위에 평탄부(34)가 또한 배치된다.
도 16은 이러한 샌드위치 구조의 단면을 보여준다. 평탄부(34) 사이에서, 단자(30')를 갖는 반도체 스위치(28)는 두 개의 도체층(4)에 적용되는 콘택 패드(8, 20) 상에 샌드위치 방식으로 배열된다. 콘택 패드(8 - 20)는 비아(14)를 통해 서로 단락된다. 평탄부(4), 반도체 스위치(28), 콘택 패드(8), 비아(14), 콘택 패드(20) 및 반도체 스위치(28)를 통해 평탄부(34)로 전류 흐름이 발생한다. 반도체 스위치(28) 사이에 직접적인 단락은 비아(14)에 의해 보장된다. 평탄부(34)가 반도체 스위치(28) 상에 직접적으로 놓이기 때문에, 이는 전기 공급 라인으로서 뿐만 아니라 히트 싱크로서의 역할도 한다.
2 : 기판
4 : 도체층
6 : 절연층
8 : 제1 콘택 패드
10 : 제3 콘택 패드
12 : 제5 콘택 패드
14 : 비아
16 : 인터페이스
18 : 논리 회로
20 : 제2 콘택 패드
22 : 제4 콘택 패드
24 : 제6 콘택 패드
26 : 스위칭 단자
28 : 반도체 스위치
30, 32 : 콘택 핀
34 : 평탄부

Claims (20)

  1. 고전류 회로, 특히 자동차 고전류 회로로서,
    비전도성 기판, 기판에 적용된 도체층 및 도체층에 적용된 절연층으로 만들어진 인쇄 회로 기판,
    도체 플레이트의 양면에 배열되며 절연층을 통과하고, 기판을 관통하는 비아를 통해 서로 접촉하는 콘택 패드들,
    콘택 패드들의 영역에 배열된 비아;를 포함하는 상기 고전류 회로에 있어서,
    콘택 패드들 중 적어도 제1 콘택 패드는 인쇄 회로 기판의 제1 측면에 배열되고, 제1 반도체 스위치가 인쇄 회로 기판의 제2 측면 상의 콘택 패드들 중 적어도 제2 콘택 패드에 직접 연결되고,
    반도체 스위치는 추가적인 도체 트랙없이 비아와 제2 콘택 패드를 통해 직접적으로 제1 콘택 패드에 연결되는 것을 특징으로 하는 고전류 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 콘택 패드 및 제2 콘택 패드의 영역들은 인쇄 회로 기판의 두 측면 상에 겹쳐서 배열되는 것을 특징으로 하는 고전류 회로.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    인쇄 회로 기판의 제1 측면 상에서 평탄부는 제1 콘택 패드에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 고전류 회로.
  4. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    인쇄 회로 기판의 제2 측면 상에서 반도체 스위치의 적어도 하나의 접촉 단자가 제1 콘택 패드에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 고전류 회로.
  5. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    두 개의 반도체 스위치들이 인쇄 회로 기판의 제2 측면에서 서로 직렬로 전기적으로 연결되고, 제2 측면 상의 제3 콘택 패드가 추가 도체 트랙없이 서로 전기적으로 직렬로 연결된 반도체들 사이에 전기적 연결을 형성하는 것을 특징으로 하는 고전류 회로.
  6. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    인쇄 회로 기판의 양면에 있는 제3 콘택 패트 및 제4 콘택 패드의 영역들은 겹쳐서 배열되는 것을 특징으로 하는 고전류 회로.
  7. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 반도체 스위치는 인쇄 회로 기판의 제1 측면 상의 제1 콘택 패드에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 고전류 회로.
  8. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    반도체 스위치들은 그들의 넓은 표면에 전원 단자를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 고전류 회로.
  9. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 반도체 스위치 및/또는 제2 반도체 스위치는 콘택 패드들 중 하나로부터 떨어져서 마주하는 측면 상의 평탄부에 직접 연결되며, 특히 제1 반도체 스위치는 넓은 제1 표면에 의해 제2 콘택 패드에 연결되고 제1 표면에 대향하는 넓은 제2 표면에 의해 제1 평탄부에 연결되고, 및/또는
    제2 반도체 스위치는 넓은 제1 표면에 의해 제1 콘택 패드에 연결되고 제1 표면에 대향하는 넓은 제2 표면에 의해 제2 평탄부에 연결되는 것을 특징으로 하는 고전류 회로.
  10. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    평탄부는 반도체 스위치의 제2 표면에 직접 배열되는 것을 특징으로 하는 고전류 회로.
  11. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    반도체 스위치들은 비아들을 통해서만 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 고전류 회로.
  12. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 측면 상의 콘택 패드는 제2 측면 상의 반도체 스위치의 모든 단자들의 면적과 적어도 동일한 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 고전류 회로.
  13. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 측면 상에서 반도체 스위치의 전원 단자는 콘택 패드에 직접 연결되고 반도체 스위치의 스위칭 단자는 콘택 패드 및 도체 트랙에 연결되는 것을 특징으로 하는 고전류 회로.
  14. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    평탄부는 전체 표면에 걸쳐 적어도 하나의 콘택 패드와 연결되는 것을 특징으로 하는 고전류 회로.
  15. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 절연된 적어도 세 개의 콘택 패드들이 제1 측면에 배열되고, 콘택 패드들은 각각 비아들을 통해 복수의 반도체 스위치들의 전원 단자들에 연결되고, 평탄부는 전체 표면에 걸쳐 각 콘택 패드에 연결되는 것을 특징으로 하는 고전류 회로.
  16. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    두 개의 전원 단자 중 각각 하나에 대한 적어도 하나의 콘택 패드가 제2 측면 상에서 각각 하나의 반도체 스위치에 대해 배열되는 것을 특징으로 하는 고전류 회로.
  17. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 반도체 스위치들의 복수의 전원 단자들의 콘택 패드들은 제2 측면 상의 그들의 전체 표면에 걸쳐 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 고전류 회로.
  18. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    전원 단자의 콘택 패드당 비아들의 수는 10 개 이상, 바람직하게는 30 개 이상인 것을 특징으로 하는 고전류 회로.
  19. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 평탄부가 인쇄 회로 기판의 표면 밖으로 돌출되어 전력 도체용 단자 러그를 형성하는 것을 특징으로 하는 고전류 회로.
  20. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
    인쇄 회로 기판의 두 가장자리 사이의 도체층은 완전히 절단되어 인쇄 회로 기판을 두 영역으로 분할하며, 선행항들 중 하나에 따른 고전류 회로가 제1 영역에 배치되고 논리 회로가 제2 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 고전류 회로.
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