TW396560B - Device including one cooling element and one carrier base used for electrical component with its manufacturing method - Google Patents

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Description

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _B7__ 五、發明説明（ί ) 〔發明與背景〕 本發明關於申請專利範圍第ί項引文中所述的一種包 含一電力構件用的載體基質及一冷却體的一種裝置以及其 製造方法。 在德專利DE19528632A1已提到一種裝置。在此文獻中 ，有一電路板做爲基質（基板），其上側設有一電子電路 ，它至少包含一個產生損失熱的電力（功率）構件。在該 電力構件下方，該電路板設有導通接點（貫通穿層孔）， 將電力構件產生的熱導離到電路板下側。在電路板下側與 一個當作冷却體用的控制裝置殻體之間設有導熱的塡充料 。在操作時，由電力構件產生的熱經該導通接點導離到電 路板下側並由該處經該導熱的塡充料送到該當作冷却的殼 體上。其缺點爲：在電路板下側將電位導引的導電路在電 路板安裝在控制裝置中時，會與冷却體接觸。如此所造成 的短路令使電路板上敏感的電子元件受損或破壞。 此外德專利申請案DE19723409提到一種具一載體基質 及一冷却體的裝置。在電路板上側，有一電力構件設到一 大面積的導電路上，該導電路經導通接點與電路板下側的 大面積導電路連接。電路板下側，有一金屬層經由一絕緣 層設到該在電路板下側的大面積導電路下方，該金屬層再 經一焊錫阻罩（拒焊部）（Loetstoppmaske)放到一控制裝置 的殻體部（它當作冷却體用）上。在這種裝置固然可利用 絕緣層防止導電路與冷却體間的導電接觸，但其缺點爲： 絕緣層與另外之金羼層使得熱很難直接傳遞到冷却體，且 4 —Bfv m· —^ϋ nn ^^^1 —vfj (請先閲讀背面之注意事項存填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7____ 五、發明説明（& ) 使該裝置的空間需求增加，另外使製造成本昂貴。 〔本發明的優點〕 具有申請專利範圍第1項特徵點的本發明裝置可避免 背景技術所發生的缺點β利用間隔元件（它們設在載體基 質與電力構件相反的一側上）以及一種導熱之充塡料（它 係放入載體基質與冷部體之間），一方面可有利地使載體 基質良好地熱耦合到冷却體，另方面可有效地防止該位在 載體基質上側的導引電位之導電路與冷却體之間不希望有 的電接觸。此外，利用這種解決方案可使該裝置特別節省 空間。此外，使製造成本昂貴的那些層，例如附加之絕緣 層或施到絕緣層上的另一金屬層都不需要，因此其成本可 節省。 此外，如果間隔元件由載體基質下側上的導電面件構 成，這些導電面件用一定量的焊錫施覆，則特別有利，因 爲，特別是在載體基質上下兩側都設有電子元件時，就不 須爲此做額外的製造步驟。導電面件可與端子面一起用設 在下側上的電子構件製造，並施覆焊錫。 設在載體基質之與電力構件相反的那一側上的焊錫阻 膠漆防止在施焊錫時，因失誤使錫跑到不要上焊錫的位置 〇 如果電力構件與冷却體爲等電位’則宜將導電面件直 接製成整合在第二個大面積的導電路中’因爲如此可使熱 的過渡變化情形較佳。 此外，如果該設在載體基質與冷却體間的導熱塡充料 5 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規福「（ 210Χ297公菜Ί
In. n^i HI— ^^1 ^^^1 UN .^々 ^^^1 I ^^^1 1^11 一oi (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（>)) 爲一種導熱膠或導熱的粘膠膜，藉之該載體基質也可受機 械力固定在冷却體上，則甚有利β 〔圖式的說明〕 本發明一實施例在圖式中顯示並在以下說明中詳述。 圖式中： 第一圖係一種背景技術的習知裝置的簡化橫截面_， 具有一絕緣層及一附加之銅板， 第二圖係一本發明裝置之簡化橫截面圖， 第三圖係本發明裝置第二實施例之簡化橫截面層》 〔實施例之說明〕 第一圖習式一種背景技術的習知裝置，它係用於在一 控制裝置中把電力構件產生的電力損失熱導離。一電路板 (2)之朝上的第一側(8)設有一第一之大面稹的導電路(1〇)， 而其朝下之第二側(9)設有一第二之大面積的導電路(11)。 第一個大面積之導電路(10)與第二個大面積之導電路(11)經 由許多導通接點（貫穿接點或穿層孔）（4)(它們貫穿過電 路板）互相連接成良好導熱方式。有一電力構件(3)〔例如 一種SMD (表面安裝裝置）構件〕設到該第一個大面積之 導電路(10)上，該構件(13)經端子(14)與電路板(2)上側(8)的 導電路(12)〔它與大面積之導電路(10)絕緣〕作導電連接。 爲了簡明起見，在圖中只顯示一導電路(12)。在下側⑼上 還有另一導引電位之導電路(13)，設成與第二之大面積導電 路(11)絕緣。此外在下側(9)上還設有SMD構件（圖未示） ’它們與下側之端子面（圖中未示）軟焊在一起。此外， 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I ι^ϋ m ^^^1 am m 1^1 —^ϋ 1·· 4 * 、? •V (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（IV ) 有一個降溫用之銅板(6)經一電絕緣之導熱絕緣層(5)施到第 二個大面積的導電路(11)及導電路(13)上。還有一種焊錫阻 膠漆(15)施到銅板(6)上，它在SMD構件端子面上焊錫時， 將銅上之焊錫隔開。在焊錫阻膠漆(15)下方設有一種導熱粘 膠(7)，施在一控制裝置殻體的底部(1)(此底部當作冷却體 用）。習知技術亦有將銅板利用可螺合的固定手段直接配 合冷却體。在各種情形中，由電力構件(3)產生的熱經由導 通接點導離到大面積之導電路(11)，並經絕緣層(5)導至銅 板(6)，熱由該處經焊錫阻膠漆（15)直接地〔或間接地經由 導熱膠(7)〕送到冷却體(1)〇如果電路板(2)不設絕緣層(5)及 降溫之銅板(6)直接設到冷却體上，則在該導引電位的導電 路(13)之間的短路會導致構件損壞。但在第一圖中所示的裝 置的缺點爲，需另外二個分別之製造步驟，以將絕緣層(5) 及附加之銅板(6)施覆上去。 在第二圖中顯示將一電力構件之電力損失產生之熱導 離的裝置，它宜用到一種汽車的電子控制裝置中。至少有 一電力構件（例如一功率半導體）設到一載體基質(2)的表 面，該載體基質可爲一電路板，一混合電路(Hybrid)或另一 種設有電子電路的基質。此處所示之實施例中，基質(2)爲 一種兩面都裝電子元件的電路板。如第二圖所示，電力構 件(3)的一端子(14)與一個電路板(2)上側之端子導電路(12)〔 它與導電路(10)絕緣〕呈導電連接。在電路板⑵之下側(9) 上設有一第二之大面積導電路(11)，與上側(8)之第一導電 路(10)經導通接點(4)連接成導熱的方式。此外還有與電路 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X25*7公釐） ~ * nn ^^1 1^1 1^1 1^1 m I— -- n^— I - --_ T4 ^ · 、T s,'..-- (請先閲讀背面之注^>項再填寫本頁) 經濟部中央橾隼局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（6 ) 相關的其他導電路（圖未示）及—些供SMD構件用的端子 面設在下側(9)。如第二圖所示’在電路板(2)下側(9)上還設 有導電面件(17)，它們可與其餘之導電路及端子面一起用相 同材料在電路板下側製成。這點可用習知技術達成。在第 二圖所示之實施例中，一股電壓從電力構件(3)經導通接點 (4)傳到第二個大面積的導電路(11)。導電面件(17)因而在載 體基質上設成與導電路(11)絕緣。此外，有一種焊錫阻膠漆 (9)用習知方式施到下側(9)，其中在導電面件(17)的位置及 SMD構件用的端子面（圖未示）的位置設有在焊錫阻膠漆 中的凹洞。在製造第二圖所示的裝置時，電路板(2)以下側 朝上，並在焊錫糊印覆站中印覆上焊錫糊（錫膏）。在此 ，焊錫施到導電面件(17)上及SMD構件用的端子面上。焊 錫阻膠漆(15)可防止焊錫跑到其他電路部分。在印覆上焊錫 後，將電路板(2)送到一個裝設器，該裝設器把SMD構件壓 入到電路板之朝上的下側(9)上的焊錫糊（它係施在端子面 上）中。然後電路板通過一回流(Reflow)軟焊站，在其中將 焊錫熔化。在此，SMD構件有利地與端子面軟焊在一起， 同時形成間隔元件(17)(18)。這點係用以下方式達成：把印 覆在導電面件（17)上的焊錫(18)在回流爐中熔化，並利用焊 錫在導電面件(17)上的表面張力而形成一定大小的焊錫堆或 焊錫蓋’其形狀只和導電面件(17)的大小及印覆之焊錫量多 少有關。特別是利用這種方法可形成具有準確定義之一致 高度的間隔元件。在此特別有利的一點是：在兩側設有電 子元件的電路板’本來就須做焊錫糊印覆步驟及回流軟焊 8 本^張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格(210X297公釐) '— II - 1 n ull· n I *衣— I I . ^ 訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部中央標準扃員工消費合作社印装 A7 B7 五、發明説明（4 ) 步驟’因此製造間隔元件並不需附加的製造步驟。如不採 用上述製造方法，也可以將導電面件浸在充有熔融焊錫的 波焊槽(Wellenloetbad)中《重要的是，間隔元件要做成具一 定高度。製造了間隔元件(17)(18)後，將一種導熱的粘膠(7) 用供應裝置施到一冷Ϊ卩體(1)上。在另一實施例中，不用粘 膠而用一種導熱雙面膠（雙面粘性之導熱膜）。控制裝置 的一殻體部分（例如殻體底）當作冷却體。此時將電路板 (2)以朝向冷却體(1)的下側(9)放到粘膠上並沿冷却體方向施 壓’使間隔元件(17)(18)侵入粘膠(7)中。在此它們可接觸到 冷却體(1)，因此確保至少有一最小間隔。在一個在控制裝 置之殻體底中的盆形凹洞（第二個中未示）容納著電路板 下側所設的構件。利用間隔元件(17)(18)，在電路板下側與 冷却體間形成一定縫隙，如第二圖所示，它用粘膠⑺完全 充塡。由於間隔元件製成具一定之小高度，故此縫隙可設 得很小’而不使冷却體接觸到電路板的下側，如此熱導離 到冷却體的作用可改善》 與此處所述不同的另種方法，也可將第二圖所示之裝 置用以下方式製成：例如先將電路板(2)以間隔元件（17)(18) 放到冷却體上，然後使一種有毛細管流動作用的粘膠流入 電路板下側與冷却體間的縫隙中β 間隔元件（17)(18)也可有利地作此裝的電磁相容性 (EMV)的保護。由於間隔元件用導電材料製成，故利用它 對於冷却體造成一種導電接觸，換言之，間隔元件與冷却 體係等電路》如果導電面件(17)之中至少有一些係與和電路 9 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格i了1〇Χ297公釐) ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 396560 五、發明説明（7 ) 相關的導電路連接，則可經由間隔元件造成很短的接地端 子且其電磁輻射很少。 第三圖顯示另一實施例。相同圖號表示相同部件，第 三圖中所示裝置與第二圖裝置不同處在：電力構件(3)與冷 却體爲等電位。因此在第三圖所示例子中，導電面件(17)有 利地直接整合到載體基質(2)的第二個大面積之導電路(11) 中。設在載體基質⑵之第二側(9)上的焊錫阻罩（15)具有凹 隙，界定出導電面件(17)。如上述，在這些導電面件上形成 焊錫蓋（18)。然後，載體基質用粘膠(7)設到冷却體上。由 於電力構件(3)，導電路(11)與冷却體(1)等電位，故不會由 於間隔元件（18)造成短路，與第二圖相比，由於焊錫蓋（18) 設在第二之大面積導電路(11)上，故熱過渡情形更佳。
In ^^1 an n ^^1 i^i —Λ Ά m ^^1 ^ - 、T ^l. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

  1. A8 39656C Bi 公告本 D8 六、申請專利範圍 經濟部十央揉率扃貞工消费合作社印簟 1 ·—種裝置，包含一電力構件用的載體基質⑵及一 冷卻體（1)，其中該載體基質(2)在一第一側(8)上設有至少一 個電力構件(3)，設在一個大面積之第一導麗路(10)上’而 在第二側(9)上設有一個大面積的第二導電路(U) ’該第二 側(9)與該電力構件(3)相反朝向，該第一個大面稽之導電垮 (10)與第二個大面積的導電路(11)經至少一導通接點(4)互相 連接成導熱方式，且該載體基質(2)經至坐二:導通接黠(4)互 相連接成導熱方式；且該載體基質(2)隨該第二側⑼呈導熱 方式蓝適該冷却體(1)上，其特徵在：將該載體基質⑵用間 隔元件(17)(18)放至I冷却體(1)上，並與冷却體(1)保持一定間 隔，該間隔件設在載體基質(2)之第二側(9)上，其中，載體 基質⑵與冷钾體⑴之間虫該間_隔所形成之縫隙利用一種導 熱之充塡料(7)充塡。 2 ·如申請專利範圍第1項之裝置，其中： 設有導電面件(17)當作間隔元件，它體^在載體棊質 (2)第二側⑼上且施一定量之焊錫(18)。 3·如申請專利範園第2項之裝置·其中： 載體基質(2)之第二側(9)用一種焊錫阻膠漆（15)施覆， 它至少在專電面件(17)之處形成凹隙。 4 如申請專利範圍第3項之裝置，其中： 該電力構件(3)與冷却體(1)係等電位，且導電面件(17) 整合在第二個大面積之導電路(11)中。（第三圖） 5 .·如申請專利範圍第1項之裝置，其中： 該導電之充塡料(7)爲一種可硬化之導熱膠或導熱雙面 1 (請先閲讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁)
    I紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印装 39656Q b! _ C8 -- D8___ 六、申請專利範園 膠。 6 ·如申請專利範圍第2項之裝置，其中： 該施覆以焊錫(m的導電面件(17)與冷却腾⑴間的接p 用時用於作載體基質(2)接到冷却體的接地端子。 7 種製造一種由一載體基質⑵及一冷却鼠(1)摄成 之裝置的方法’其中該載觴基質(2)在一第一側(8)設有至少 一個設在—第一個大面積導電路(10)上的電力構件(3)，而 在厂與該電力携(3)相反的第二側(9)上設有—第二之大面镜 的導璽路，且該第=之大面積導電路(11)與該第二大面積賽 電路、經至少一導通接點(4)互相連接成導熱方式，且該載體 基、質(2)第二側(9)與冷却體連接成導熱方式，其特徵在以下 方法步釋： ——在載體基質的第二側(9)上預備導電面件(17》， 將—種至少在導電面件（17)處凹下的焊錫阻膠漆 (15)施到載體基質(2)之第二側(9)上， ——將導電面件(17)施以一定量之焊緣⑽造具— 定高度之間隔元件(17)(18)，其高度由所施焊錫量而定， 將載體基質⑵以間隔元件（17)(1S)放到冷却體上， 其中奄載體基質(2)之第二側(9)與冷郡體(1)間放入一種導熱 之塡充料(7)。 8 ·如申請專利範圍第7項之方法，其中： 該焊錫(18)在一焊錫糊印覆站中印覆到該導電面件(} 7) 上，且該間險元件(17)(18)藉隨後載體基質之回流軟焊在— 回流獻焊站中製造。 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） I I II - _ - - - - 1 - 1- 1- I —ϋ -I— -.- - — — _ n XV / 、？ (請先閎讀背面之注i項再填寫本頁) A8 B8 C8 D8 396560 六、申請專利範圍 9 ·如申請專利範圍第7項之方法，其中： 先用一種導熱可硬化之粘膠或一種導熱雙面膠當作導 熱塡充料(7)施到冷却體(1)上，然後將載體基質(2)放到覆有 粘膠(7)的冷却體上，使間隔元件(17)(18)壓入粘膠(7)中，其 中該間隔元件可以用焊錫層X1S)和冷却體(1)接觸。 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央揉準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家梯隼（CNS ) A4規格（210X297公釐）
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