WO1998000865A1 - Modul für ein elektrisches gerät - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a module for an electrical device, in particular an electronic control or regulating device, according to the preamble of the main claim.
  • Modules for electrical devices are already known, in particular for microelectronic devices, in which individual components are interconnected and quasi packaged before they are installed in an electrical device.
  • the connection technology poses a problem in particular for the electrical contacting of both the components and the module to the outside.
  • This connection technology must meet high requirements, particularly when using components that generate heat loss in the module.
  • the module according to the invention for an electrical device of the type mentioned is particularly advantageous with the characterizing features of claim 1 in that a hybrid can first be produced as a block with electronic components using the usual manufacturing methods. This block is then electrically and mechanically contacted using sophisticated connection technology on a high-temperature-resistant three-dimensional base carrier, for example made of thermosetting plastic. Overall, this creates a three-dimensional interconnect arrangement, which also represents a housing part.
  • LTCC low temperature cofired ceramic
  • This ceramic compound is composed of several layers and then fired at a temperature of approx. 800 ° C.
  • the surfaces of the base carrier and the conductor tracks are advantageously treated in such a way that both bonding processes and a flux soldering method can be used for the entire connection technology.
  • a heat sink for example in the form of an injection-molded heat dissipation block made of copper, can also be implemented in a simple manner in the thermoset base carrier.
  • Figure 1 is a plan view and a sectional view through an embodiment of a module
  • FIG. 2 is a detailed sectional view of contacts in the edge area of the module
  • Figure 3 shows a section through an embodiment of a module with a heat dissipation block
  • FIG. 4 shows a section through a module according to FIG. 3 without a heat dissipation block
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment with through contacts for heat dissipation and a heat sink and
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment according to FIG. 5 with further plated-through holes for heat dissipation without a heat sink.
  • FIG. 1 shows a view of a module 1 which has a high-temperature-resistant base carrier 2 made of thermosetting plastic and a conductor track structure 3 for external contacting of the module on a circuit board, not shown here. From the section through the module 1 shown below in FIG. 1, there is also a cover 4 or a contact protection for those not shown here electronic components recognizable. Further, looking ', the module 1 according to this embodiment, an injection technically inserted heat extractor to 5.
  • FIG. 2 shows the edge region of module 1 in detail, it being recognizable that module 1 can be applied and contacted via printed conductors 3 drawn down onto the printed circuit board (not shown here).
  • This hybrid 6 with the components of the exemplary embodiment are connected electrically and mechanically by bonding at approximately 100 to 150 ° C. or by soldering to the conductor track structure 3 of the base carrier 2.
  • the power loss of the hybrid 6 can be dissipated either directly via the conductor structure 3 to the circuit board or via the heat dissipation block 5.
  • the base support 2 is glued to a cover 10 here.
  • FIG. 4 As an alternative to the representation according to FIG. 3, a module 1 is shown in FIG. 4 which has no heat dissipation block or heat dissipation layer.
  • the other components and the functions correspond to the exemplary embodiment according to FIG. 3.
  • the contacting can also be replaced by soldering while the module 1 is being soldered to the circuit board.
  • the hybrid 6 is connected to the lower conductor track structure 3 via plated-through holes 11. This allows good heat dissipation from the hybrid 6 directly to the underside of the module 1.
  • the cover 10 is glued to the base support 2 in the form of a hood.
  • FIG. 6 A very economical solution in terms of production technology is shown in FIG. 6; there are further plated-through holes 12 here, which are drawn directly from the components of the hybrid 6 onto the underside of the module 1. Both electrical contacting and heat dissipation can thus be carried out, which makes an additional removal of a heat dissipation block unnecessary.

Abstract

Es wird ein Modul für ein elektrisches Gerät vorgeschlagen, das auf einem Grundträger (2) angeordnete elektronische Bauelemente aufweist, die über Leiterbahnen (3) mit einer Leiterplatte kontaktierbar sind. Um mit herkömmlichen Fertigungsmethoden eine hohe Temperaturfestigkeit zu erreichen, ist der Grundträger (2) ein dreidimensionaler Körper aus einem hochtemperaturfesten Duroplast. Die elektrischen Kontaktierungen (7) zwischen einem Hybrid (6) mit den Bauelementen und der Leiterbahnstruktur (3) sind mit einem Verbindungsverfahren bei relativ hohen Temperaturen, insbesondere durch Bonden, herstellbar.

Description

Modul für ein elektrisches Gerät
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Modul für ein elektrisches Gerät, insbesondere ein elektronisches Steuer- oder Regelgerät, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs .
Es sind bereits Module für elektrische Geräte bekannt, insbesondere für mikroelektronische Geräte, bei denen einzelne Bauelemente bereits vor dem Einbau in ein elektrisches Gerät zusammengeschaltet und quasi verpackt werden. Bei dieser bekannten Verpackungstechnik stellt die Verbindungs- technik insbesondere für die elektrische Kontaktierung sowohl der Bauelemente als auch des Moduls nach außen ein Problem dar. Besonders bei der Verwendung von Verlustwärme erzeugenden Bauelementen im Modul muß diese Verbindungs- technik hohen Anforderungen genügen. Vorteile der Erfindung
Das erfindungsge äße Modul für ein elektrisches Gerät der eingangs angegebenen Art ist mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 insbesondere dadurch vorteilhaft, daß zunächst ein Hybrid als Block mit elektronischen Bauelementen mit den üblichen Fertigungsmethoden hergestellt werden kann. Dieser Block wird dann mit einer anspruchsvollen Verbindungstechnik auf einem hochtemperaturfesten dreidimensionalen Grundträger, beispielsweise aus Duroplast, elektrisch und mechanisch kontaktiert. Insgesamt wird dadurch eine dreidimensionale Leiterbahnanordnung geschaffen, die auch ein Gehäuseteil darstellt.
Besonders vorteilhaft ist die Kontaktierung dieses Hybrides mit dem Grundträger, wenn für das Hybrid eine Keramikverbindung, ein sogenanntes LTCC-Substrat verwendet wird (LTCC = Low temperatur cofired ceramic) . Diese Keramikverbindung ist aus mehreren Lagen zusammengesetzt und anschließend bei einer Temperatur von ca. 800 °C gebrannt. In vorteilhafter Weise sind die Oberflächen des Grundträgers und der Leiterbahnen dabei so behandelt, daß für die gesamte Verbindungs- t-echnik sowohl Bondprozesse als auch ein Flußlötverfahren anwendbar ist .
Auf einfache Weise kann in dem Grundträger aus Duroplast auch ein Wärmesenke, beispielsweise in Form eines spritz - technisch eingebrachten Wärmeableitblocks aus Kupfer, realisiert werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. Zeichnung
Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Moduls werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
Figur 1 eine Draufsicht und eine Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel eines Moduls;
Figur 2 eine detaillierte Schnittdarstellung von Kontaktierungen im Randbereich des Moduls;
Figur 3 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Moduls mit einem Wärmeableitblock;
Figur 4 einen Schnitt durch ein Modul nach Figur 3 ohne Wärmeableitblock;
Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit Durchkon- taktierungen zur Wärmeableitung und einer Wärmesenke und
Figur 6 ein Ausführungsbeispiel nach Figur 5 mit weiteren Durchkontaktierungen zur Wärmeableitung ohne Wär- mesenke.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist eine Ansicht auf ein Modul 1 gezeigt, das einen hochtemperaturfesten Grundträger 2 aus Duroplast und eine Leiterbahnstruktur 3 zur äußeren Kontaktierung des Moduls auf eine hier nicht dargestellte Leiterplatte aufweist. Aus dem unten in der Figur 1 dargestellten Schnitt durch das Modul 1 ist darüber hinaus noch eine Abdeckung 4 bzw. ein Berührungssch tz für die hier nicht ersichtlichen elektronischen Bauelemente erkennbar. Weiterhin weis ' das Modul 1 gemäß dieses Ausführungsbeispiels einen spritztechnisch eingefügten Wärmeableitblock 5 auf .
Zur Verdeutlichung dieser Einzelteile des Moduls 1 zeigt Figur 2 den Randbereich des Moduls 1 im Detail, wobei erkennbar ist, daß das Modul 1 über die nach unten gezogenen Leiterbahnen 3 auf die hier nicht dargestellte Leiterplatte aufgebracht und kontaktiert werden kann.
Aus der Darstellung nach Figur 3 ist ein Hybrid 6 mit elektronischen Bauelementen erkennbar. Dieses Hybrid 6 mit den Bauelementen des Ausführungsbeispiels werden durch Bonden bei ca. 100 bis 150°C oder durch Verlöten mit der Leiterbahnstruktur 3 des Grundträgers 2 elektrisch und mechanisch verbunden .
Das Keramiksubstrat des Hybrids 6 ist ein sog. LTCC- Substrat (LTCC = Low temperature cofired ceramic) , das ein hybrides, aus mehreren Lagen zusammengesetztes Material darstellt, welches bei ca. 800°C gebrannt und damit verfestigt wird. Die Verlustleistung des Hybrids 6 kann dabei entweder über die Leiterbahnstruktur 3 direkt auf die Leiterplatte oder über den Wärmeableitblock 5 abgeführt werden. Der Grundträger 2 ist hier mit einem Deckel 10 verklebt .
Alternativ zu der Darstellung nach Figur 3 ist in Figur 4 ein Modul 1 gezeigt, das keinen Wärmeableitblock oder eine Wärmeableitschicht aufweist. Die sonstigen Bauteile und die Funktionen entsprechen dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3. Die Kontaktierung kann auch durch eine Verlötung während einer Flußverlötung des Moduls 1 auf der Leiterplatte ersetzt werden. Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 5 ist das Hybrid 6 über Durchkontaktierungen 11 mit der unteren Leiterbahnstruktur 3 verbunden. Hierdurch kann somit eine gute Wärmeableitung von dem Hybrid 6 direkt auf die Unterseite des Moduls 1 erfolgen. Der Deckel 10 wird hier haubenförmig auf den Grundträger 2 aufgeklebt.
Eine herstellungstechnisch sehr kostengünstige Lösung ist in Figur 6 gezeigt; hier sind weitere Durchkontaktierungen 12 vorhanden, die direkt von den Bauelementen des Hybrides 6 auf die Unterseite des Moduls 1 gezogen sind. Es kann somit sowohl eine elektrische Kontaktierung als auch eine Wärmeableitung durchgeführt werden, die eine zusätzliche Abringung eines Wärmeableitblocks überflüssig macht.

Claims

Patentansprüche
1) Modul für ein elektrisches Gerät, mit
einem Grundträger (2) , auf dem elektronische Bauelemente (6) angeordnet sind und der auf einer Leiterplatte kontaktierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Grundträger (2) ein dreidimensionaler Körper aus einem hochtemperaturfesten Duroplast ist und auf seiner Oberfläche Leiterbahnεtrukturen (3) aufweist über die eine elektrische Verbindung zwischen einem die elektronischen Bauelementen tragendem Hybrid (6) und der Leiterplatte herstellbar ist und daß
elektrische Kontaktierungen zwischen dem Hybrid (6) und der Leiterbahnstruktur (3) mit einem Verbindungsverfahren bei relativ hohen Temperaturen herstellbar sind. 2) Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
- das Hybrid (6) eine Keramikverbindung ist, die aus mehreren Lagen zusammengesetzt ist und unter Hitzeeinwirkung bei ca. 800°C verfestigbar ist.
3) Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
- die elektrischen Kontaktierungen (7) zwischen dem Hybrid (6) und der Leiterbahnstruktur (3) auf dem Grundträger (2) durch Bonden bei ca. 100 bis 150°C herstellbar sind.
4) Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
- die elektrischen Kontaktierungen zwischen den Bauelementen (6) und der Leiterbahnstruktur (3) auf dem Grundträger (2) durch Verlöten herstellbar sind.
5) Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- in den Grundträger (2) eine wärmeableitende Schicht oder ein wärmeableitender Block (5) integriert ist.
6) Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- die wärmeableitende Schicht oder der wärmeableitende Block (5) aus einer spritztechnisch eingebrachten Kupferlegierung bestehen. 7) Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Leiterbahnen (3) des Grundträgers (2) durch eine Fluß- lötung mit der Leiterplatte verbindbar sind.
8) Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Grundträger (2) Bestandteil eines Gehäuses für das Hybrid (6) ist.
9) Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- von der Kontaktierung (7) und/oder von den Bauelementen des Hybrides (6) Durchkontaktierungen (11,12) auf die Leiterbahnen (3) der Unterseite des Moduls (1) geführt sind.
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