WO2008003535A1 - Schaltungsträgervorrichtung - Google Patents

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WO2008003535A1
WO2008003535A1 PCT/EP2007/054090 EP2007054090W WO2008003535A1 WO 2008003535 A1 WO2008003535 A1 WO 2008003535A1 EP 2007054090 W EP2007054090 W EP 2007054090W WO 2008003535 A1 WO2008003535 A1 WO 2008003535A1
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film coating
carrier
coolant
electronic component
circuit
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PCT/EP2007/054090
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Gustav Dröse
Arnoud Smit
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a circuit carrier device which can be used in particular in a vehicle.
  • the active cooling of the electronic components plays an increasing role.
  • the object of the invention is to provide a circuit carrier device which enables efficient heat dissipation.
  • the invention is characterized by a circuit carrier device having a carrier, at least one electronic component, which is mechanically coupled to the carrier and egg ⁇ ner film coating that covers the electronic component so ü- that it fluid-tightly decoupled from a free volume hy ⁇ cally is, which is adjacent to the electronic component facing away from the surface of the film coating.
  • the electronic component is preferably arranged without a housing in the scarf ⁇ tion carrier device.
  • the circuit carrier device furthermore has a housing, which accommodates the carrier, the electronic component and the film coating and is designed such that the surface of the film coating facing away from the electronic component is at least in a A portion of coolant can be lapped around.
  • the circuit support device can also be designed to be particularly compact.
  • the film coating on a material having a plastic In this way, an electrical iso ⁇ lation of the electronic component can be easily achieved.
  • the film coating comprises a material which comprises silicone.
  • the cover sheet can easily be DERS special ⁇ fluid-tight.
  • the film coating comprises a material which comprises epoxide.
  • Epoxide has proven to be particularly suitable.
  • the film coating comprises a metallization.
  • a simple fluid seal can be realized and optionally an electrical fluid Insulation ensured by a correspondingly electrically insulating film component of the film coating ⁇ who.
  • the housing is designed such that the support can also be thermally coupled to the coolant on a side facing away from the film coating.
  • the double-sided heat dissipation with respect to the carrier and also the electronic component can prevent the formation of high temperature gradients, which makes a considerable contribution to a long service life of the circuit carrier device. In particular, so solder joints can be protected from fatigue.
  • lower demands on mechanical stability of the support may optionally be provided on both sides of the basic ⁇ application of coolant, which is optionally under elevated pressure and thus serves to induce ⁇ guide of pressure equalization.
  • a swirling device for generating a turbulent flow of the coolant in the free volume adjacent to the film coating and / or in the region of the thermal coupling of the coolant with the side of the carrier facing away from the film coating is provided.
  • the invention is characterized by a system with circuit board devices or their advantageous embodiments, which are stacked stacked, wherein between each two adjacent carriers of different circuit board devices, a gap is formed through which the coolant is feasible and the cooling of two corresponding adjacent , Various circuit carriers associated electronic components takes place.
  • a particularly high cooling capacity is possible, in particular also for very densely packed stacks on circuit board devices, and particularly preferably in interaction with the cooling on both sides.
  • FIG. 2 shows a further view of the circuit carrier device
  • FIG. 3 shows yet another view of the circuit carrier device
  • FIG. 4 shows a system of circuit carrier devices
  • FIG. 5 shows a plan view of a further embodiment of the circuit carrier device
  • FIG. 6 shows a section through a first embodiment of the further embodiment of the circuit support device according to FIG. 5, FIG.
  • FIG. 7 shows a section through a second embodiment of the further embodiment of the circuit support device according to Figure 5
  • 8 shows a section through a third embodiment of the further embodiment of the circuit support device according to FIG. 5.
  • a circuit carrier device has a carrier 12, which preferably has a carrier core 14 and is preferably plate-shaped.
  • the carrier core 14 is preferably made of ceramic.
  • the carrier 12 is preferably formed as a DCB ceramic, which is also referred to as a direct copper bonded ceramic out ⁇ forms. In addition, he may, for example, still have a Me ⁇ tallisation, which may be, for example, a copper metallization.
  • a Me ⁇ tallisation which may be, for example, a copper metallization.
  • an insulating layer and that an electrically insulating layer is also seen ⁇ , on which the electronic component is arranged 18th
  • the electronic component 18 is formed without a housing and is preferably a semiconductor component, which may also be an integrated circuit arrangement.
  • the electronic component is preferably, for example egg ⁇ ne power half-bridge circuit breaker comprising, for ⁇ In play on IGBT basis.
  • a film coating 20 is provided, which covers the electronic component 18 in such a way that it is hydraulically decoupled from a free volume 30, which is adjacent to the surface of the film coating facing away from the electronic component 18.
  • the surface of the film coating 20 facing away from the electronic component 18 is also referred to below as the component side 15a, wherein an arrangement of electronic components 18 is basically also possible on both sides of the carrier 12.
  • the film coating 20 has at least one film, but it can preferably also have an additional metallization, which can contribute to a fluid tightness particularly simple and good. Particularly preferred in this
  • the film coating 20 is a material comprising a plastic. In this manner a particularly simple electric insulation can be ensured depending on Ver ⁇ processing of the plastic. It is also advantageous if the film coating 20 comprises a material comprising silicone. So is particularly simple fluid tightness ge ⁇ ensured.
  • the film coating 20 may, for example, also comprise a material comprising epoxide.
  • a side of the carrier 12 facing away from the component side 15a is designated as the base side 15b.
  • a housing of the circuit carrier device comprises a frame 22 (FIG. 2), which preferably receives the carrier 12 in a form-fitting manner and independently fixes it in any case. From the frame connection contacts 24 are led out for electrical ⁇ contacting the at least one electronic component 18.
  • the housing in addition to the frame 22 also include at least for example a De ⁇ ckel.
  • the housing and hence also the frame 22 is formed so that the electronic component ist 18 ⁇ turned surface of the film coating 22 can be bathed in egg ⁇ nem portion of coolant at least, and this is preferably carried out within the free volume 30th
  • the free volume 30 is intended to be flowed through in the operation of the circuit substrate device of coolant in a flow direction C.
  • the coolant is a fluid vorzugt be ⁇ namely more preferably water, which is an easy to handle and readily available refrigerant of high heat capacity.
  • yet another free volume 31 is preferably formed in the housing and adjacent to the Basissei ⁇ te 15b of the support 12th
  • this additional free volume 31 in addition heat to ⁇ leads are.
  • a swirling device 32 is further arranged in the housing, which preferably also has a coolant inlet 34 and a coolant outlet 36 and which preferably has correspondingly shaped flow channels for causing the swirling and for supplying and discharging the flow.
  • Corresponding turbulence elements can be formed which contribute to the gewünsch ⁇ th turbulence of the coolant in the flow channels.
  • the flow around the coolant upper ⁇ surface of the film coating, but also the area of the thermal coupling of the coolant facing away from the film coating side of the support 12 is adapted to be acted upon by entspre ⁇ accordingly swirling, in particular a turbulent flow of the coolant in the sense of a desired, in particular homogeneous cooling.
  • Verwirbelungsieri which may also be referred to as a turbulator, may also be formed, for example in the form of quasi-zigzag elements.
  • Particularly compact circuit substrate devices can be arranged as a system in the form of a stack, as explained in more detail with reference to FIG 4.
  • further carriers 12a-e are provided here, which are assigned to corresponding further frames 22a-e.
  • a gap 38 through which the coolant can be conveyed and the cooling of two electronic components 18 correspondingly adjacent to different carriers 12, 12a-e.
  • FIG. 5 shows a plan view of a further embodiment of the circuit carrier device, with only the differences from FIGS. 1 to 4 being explained in greater detail.
  • FIG. 6 shows a section through a first embodiment of the further embodiment of the circuit carrier device according to FIG. 5.
  • FIG. 7 shows a section through a second embodiment of the further embodiment of the circuit carrier device according to FIG. 5.
  • the swirling device is quasi-zigzag-shaped.
  • insert seals 40 are arranged on the surfaces of the carrier 12, which ensure a seal with respect to the coolant.
  • FIG. 8 shows a section through a third embodiment of the further embodiment of the circuit carrier device according to FIG. 5.

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Abstract

Eine Schaltungsträgervorrichtung hat einen Träger (12) und mindestens ein elektronisches Bauteil (18), das mit dem Träger (12) mechanisch gekoppelt ist. Ferner ist eine Folienbeschichtung (20) vorgesehen, die das elektronische Bauteil (18) überdeckt, dass es fluiddicht von einem freien Volumen (30) hydraulisch entkoppelt ist, das an die dem elektronischen Bauteil (18) abgewandte Oberfläche der Folienbeschichtung (20) angrenzt. Ferner ist ein Gehäuse vorgesehen, das den Träger (12), das elektronische Bauteil (18) und die Folienbeschichtung (20) aufnimmt und derart ausgebildet ist, dass die dem elektronischen Bauteil (18) abgewandte Oberfläche der Folienbeschichtung (20) zumindest in einem Teilbereich von Kühlmittel umspült werden kann.

Description

Beschreibung
Schaltungsträgervorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsträgervorrichtung, die insbesondere in einem Fahrzeug eingesetzt werden kann. Viel¬ fältige Funktionen im Bereich der Steuerung von Brennkraftmaschinen, Getriebesteuerungen oder auch Sicherheitssystemen, wie ABS oder Airbags, aber auch Komfortfunktionen, wie elekt- rische Fensterheber oder elektromotorisch verstellbare Sitze und dergleichen, führen zu einem immer steigenden Anteil der Elektronik in einem Kraftfahrzeug und zu zunehmenden Leistungsanforderungen, an die in diesem Zusammenhang eingesetzten elektronischen Bauteile. In diesem Zusammenhang spielt die aktive Kühlung der elektronischen Bauteile eine zunehmende Rolle.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsträgervorrichtung zu schaffen, die eine effiziente Wärmeabfuhr ermög- licht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Schaltungsträgervorrichtung mit einem Träger, mindestens einem elektronischen Bauteil, das mit dem Träger mechanisch gekoppelt ist und ei¬ ner Folienbeschichtung, die das elektronische Bauteil so ü- berdeckt, dass es fluiddicht von einem freien Volumen hydrau¬ lisch entkoppelt ist, das an die dem elektronischen Bauteil abgewandte Oberfläche der Folienbeschichtung angrenzt. Das elektronische Bauteil ist bevorzugt gehäuselos in der Schal¬ tungsträgervorrichtung angeordnet. Die Schaltungsträgervor- richtung weist ferner ein Gehäuse auf, das den Träger, das elektronische Bauteil und die Folienbeschichtung aufnimmt und derart ausgebildet ist, dass die dem elektronischen Bauteil abgewandte Oberfläche der Folienbeschichtung zumindest in ei- nem Teilbereich von Kühlmittel umspült werden kann. Durch die Möglichkeit des Umspülens zumindest eines Teilbereichs der dem elektronischen Bauteil abgewandten Oberfläche der Folien- beschichtung mit Kühlmittel kann örtlich besonders nah zum Ort der Wärmeerzeugung und zwar dem elektronischen Bauteil, die Wärme direkt abgeführt werden und so eine effiziente Küh¬ lung des elektronischen Bauteils einfach erreicht werden. So kann die Schaltungsträgervorrichtung auch besonders kompakt ausgebildet sein.
Durch die fluiddichte Kopplung vom freien Volumen durch die Folienbeschichtung ist der Einsatz von besonders effizienten flüssigen Kühlmitteln, wie beispielsweise Wasser einfach möglich und so kann trotz hoher Verlustwärme des elektronischen Bauteils ein kompakter Aufbau des Schaltungsträgers erfolgen. Wasser zeichnet sich als ein einfach handhabbares und leicht¬ verfügbares Kühlmittel mit hoher Wärmekapazität aus.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Folienbeschichtung ein Material auf, das einen Kunststoff aufweist. Auf diese Weise kann einfach eine elektrische Iso¬ lierung des elektronischen Bauteils erreicht werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Schal- tungsträgervorrichtung weist die Folienbeschichtung ein Material auf, das Silikon aufweist. Die Deckfolie kann so beson¬ ders einfach fluiddicht sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Schaltungsträgervorrichtung weist die Folienbeschichtung ein Material auf, das Epoxid aufweist. Epoxid hat sich als besonders geeignet erwiesen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Schaltungsträgervorrichtung umfasst die Folienbeschichtung eine Metallisierung. Auf diese Weise kann eine einfache Fluiddich- tung realisiert werden und gegebenenfalls eine elektrische Isolation durch einen entsprechend elektrisch isolierenden Folienbestandteil der Folienbeschichtung gewährleistet wer¬ den .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Schaltungsträgervorrichtung ist das Gehäuse so ausgebildet, dass der Träger auch auf einer der Folienbeschichtung abgewandten Seite thermisch mit dem Kühlmittel koppelbar ist. Auf diese Weise ist eine besonders hohe Kühlleistung und damit eine be- sonders effiziente Wärmeabfuhr möglich, was im Hinblick auf den Einsatz von besonders leistungsfähigen elektronischen Bauteilen besonders vorteilhaft ist. Darüber hinaus kann durch die so erfolgende doppelseitige Wärmeabfuhr bezogen auf den Träger und auch das elektronische Bauteil die Entstehung von hohen Temperaturgradienten vermieden werden, was einen erheblichen Beitrag zu einer langen Betriebslebensdauer der Schaltungsträgervorrichtung leistet. Insbesondere können so auch Lötstellen vor Materialermüdung geschützt werden. Darüber hinaus können gegebenenfalls auch geringere Ansprüche an eine mechanische Stabilität des Trägers gestellt werden auf¬ grund der beidseitigen Beaufschlagung mit Kühlmittel, das gegebenenfalls unter erhöhtem Druck steht und somit zur Herbei¬ führung eines Druckausgleichs dient.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Schaltungsträgervorrichtung ist eine Verwirbelungsvorrichtung zum Erzeugen einer turbulenten Strömung des Kühlmittels im an die Folienbeschichtung angrenzenden freien Volumen und/oder im Bereich der thermischen Kopplung des Kühlmittels mit der der Folienbeschichtung abgewandten Seite des Trägers vorgesehen. Durch die turbulente Strömung des Kühlmittels ist eine beson¬ ders hohe und über die zu kühlende Fläche homogene Kühlleis¬ tung ermöglicht, was besonders günstig ist im Hinblick auf eine lange Betriebslebensdauer der Schaltungsträgervorrich- tung und insbesondere des mindestens einen in ihr angeordne¬ ten elektronischen Bauteils. Gemäß eines weiteren Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein System mit Schaltungsträgervorrichtungen oder deren vorteilhaften Ausgestaltungen, die stapeiförmig übereinander angeordnet sind, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Trägern verschiedener Schaltungsträgervorrichtungen ein Zwischenraum ausgebildet ist, durch den das Kühlmittel führbar ist und die Kühlung zweier entsprechender benachbarter, verschiedenen Schaltungsträgern zugeordneten elektronischen Bauteile erfolgt. Auf diese Weise ist eine besonders hohe Kühl- leistung insbesondere auch für sehr dicht gepackte Stapel an Schaltungsträgervorrichtungen möglich und zwar besonders bevorzugt im Zusammenspiel mit der beidseitigen Kühlung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch einen Teil einer Schaltungsträgervorrichtung,
Figur 2 eine weitere Ansicht der Schaltungsträgervorrichtung,
Figur 3 noch eine weitere Ansicht der Schaltungsträgervorrichtung,
Figur 4 ein System aus Schaltungsträgervorrichtungen,
Figur 5 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Schaltungsträgervorrichtung,
Figur 6 einen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung der weiteren Ausführungsform der Schaltungsträgervorrichtung gemäß Figur 5,
Figur 7 einen Schnitt durch eine zweite Ausgestaltung der weiteren Ausführungsform der Schaltungsträgervorrichtung gemäß Figur 5, und Figur 8 einen Schnitt durch eine dritte Ausgestaltung der weiteren Ausführungsform der Schaltungsträgervorrichtung gemäß Figur 5.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Schaltungsträgervorrichtung hat einen Träger 12, der bevorzugt einen Trägerkern 14 aufweist und bevorzugt platten- förmig ausgebildet ist. Der Trägerkern 14 ist bevorzugt aus Keramik. Der Träger 12 ist bevorzugt als DCB-Keramik, das auch als direct copper bonded ceramic bezeichnet wird ausge¬ bildet. Darüber hinaus kann er beispielsweise noch eine Me¬ tallisation aufweisen, die beispielsweise eine Kupfer- Metallisierung sein kann. Bevorzugt ist auch noch eine Isolierschicht und zwar eine elektrisch isolierende Schicht vor¬ gesehen, auf der das elektronische Bauteil 18 angeordnet ist. Das elektronische Bauteil 18 ist gehäuselos ausgebildet und ist bevorzugt ein Halbleiterbauelement, wobei es sich hierbei auch um eine integrierte Schaltungsanordnung handeln kann.
Das elektronische Bauteil ist so bevorzugt beispielsweise ei¬ ne Leistungshalbbrücke umfassend Leistungsschalter, zum Bei¬ spiel auf IGBT-Basis.
Ferner ist eine Folienbeschichtung 20 vorgesehen, die das e- lektronische Bauteil 18 so überdeckt, dass es fluiddicht von einem freien Volumen 30 hydraulisch entkoppelt ist, das an die dem elektronischen Bauteil 18 abgewandte Oberfläche der Folienbeschichtung angrenzt. Die dem elektronischen Bauteil 18 abgewandte Oberfläche der Folienbeschichtung 20 ist im Folgenden auch als Bauteilseite 15a bezeichnet, wobei eine Anordnung von elektronischen Bauteilen 18 grundsätzlich auch beidseitig des Trägers 12 möglich ist.
Die Folienbeschichtung 20 weist zumindest eine Folie auf, sie kann jedoch bevorzugt auch eine zusätzliche Metallisierung aufweisen, die zu einer Fluiddichtigkeit besonders einfach und gut beitragen kann. Besonders bevorzugt weist in diesem Zusammenhang die Folienbeschichtung 20 ein Material auf, das einen Kunststoff aufweist. Auf diese Weise kann je nach Ver¬ arbeitung des Kunststoffs eine besonders einfache elektrische Isolierung gewährleistet sein. Es ist auch vorteilhaft, wenn die Folienbeschichtung 20 ein Material aufweist, das Silikon aufweist. So ist besonders einfach eine Fluiddichtigkeit ge¬ währleistet. Die Folienbeschichtung 20 kann beispielsweise auch ein Material aufweisen das Epoxid aufweist. Eine der Bauteilseite 15a abgewandte Seite des Trägers 12 ist als Ba- sisseite 15b bezeichnet.
Ein Gehäuse der Schaltungsträgervorrichtung umfasst einen Rahmen 22 (Figur 2), der den Träger 12 bevorzugt formschlüssig aufnimmt und diesen unabhängig davon auf jeden Fall fi- xiert . Aus dem Rahmen sind Anschlusskontakte 24 zur elektri¬ schen Kontaktierung des mindestens einen elektronischen Bauteils 18 herausgeführt. Gegebenenfalls kann das Gehäuse neben dem Rahmen 22 auch noch mindestens beispielsweise einen De¬ ckel umfassen. Das Gehäuse und somit auch der Rahmen 22 ist so ausgebildet, dass die dem elektronischen Bauteil 18 abge¬ wandte Oberfläche der Folienbeschichtung 22 zumindest in ei¬ nem Teilbereich von Kühlmittel umspült werden kann, wobei dies bevorzugt innerhalb des freien Volumens 30 erfolgt. Das freie Volumen 30 ist dazu vorgesehen, bei dem Betrieb der Schaltungsträgervorrichtung von Kühlmittel in einer Strömungsrichtung C durchströmt zu werden. Das Kühlmittel ist be¬ vorzugt ein Fluid und zwar besonders bevorzugt Wasser, das ein einfach handhabbares und leicht verfügbares Kühlmittel mit hoher Wärmekapazität ist.
Darüber hinaus ist bevorzugt auch noch ein weiteres freies Volumen 31 im Gehäuse ausgebildet und grenzt an die Basissei¬ te 15b des Trägers 12 an. Durch die bevorzugt vorhandene thermische Kopplung des elektronischen Bauteils 18 kann dann über dieses weitere freie Volumen 31 zusätzlich Wärme abge¬ führt werden. Durch eine somit beidseitig erfolgende Wärmeab¬ fuhr können auch hohe Temperaturgradienten im Bereich des Trägers 12 und auch des elektronischen Bauteils 18 effizient vermieden werden, was zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Schaltungsträgervorrichtung beiträgt.
Bevorzugt ist ferner im Gehäuse eine Verwirbelungsvorrichtung 32 angeordnet, die bevorzugt auch einen Kühlmitteleintritt 34 und einen Kühlmittelaustritt 36 aufweist und die bevorzugt entsprechend geformte Strömungskanäle zum Herbeiführen der Verwirbelung und zum Zu- und Abführen der Strömung aufweist. Dabei können im Bereich der Strömungskanäle entsprechende Verwirbelungselemente ausgebildet sein, die zu der gewünsch¬ ten Verwirbelung des Kühlmittels beitragen. In diesem Zusammenhang ist insbesondere die vom Kühlmittel umströmte Ober¬ fläche der Folienbeschichtung, aber auch der Bereich der thermischen Kopplung des Kühlmittels mit der Folienbeschich- tung abgewandten Seite des Trägers 12 geeignet, mit entspre¬ chend verwirbelter, insbesondere turbulenter Strömung des Kühlmittels beaufschlagt zu werden und zwar im Sinne einer gewünschten, insbesondere homogenen Kühlung. Verwirbelungselemente, die auch als Turbulator bezeichnet werden können, können auch beispielsweise in Form von quasi Zick-Zack- Elementen ausgebildet sein.
Besonders kompakt können Schaltungsträgervorrichtungen als System in Form eines Stapels angeordnet sein, wie dies anhand der Figur 4 näher erläutert ist. So sind hier weitere Träger 12a-e vorgesehen, die entsprechenden weiteren Rahmen 22a-e zugeordnet sind. Zwischen jeweils zwei benachbarten Trägern 12, 12a-e verschiedener Schaltungsträgervorrichtungen ist jeweils ein Zwischenraum 38 ausgebildet, durch den das Kühlmit- tel führbar ist und die Kühlung zweier entsprechend benachbarten verschiedenen Trägern 12, 12a-e zugeordneten elektronischen Bauteilen 18 erfolgt.
Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungs- form der Schaltungsträgervorrichtung wobei nur die Unterschiede zu den Figuren 1 bis 4 näher erläutert sind. Figur 6 zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausgestaltung der weiteren Ausführungsform der Schaltungsträgervorrichtung gemäß Figur 5.
Figur 7 zeigt einen Schnitt durch eine zweite Ausgestaltung der weiteren Ausführungsform der Schaltungsträgervorrichtung gemäß Figur 5. Die Verwirbelungsvorrichtung ist quasi zick- zack-förmig ausgebildet. Darüber hinaus sind Einlegedichtungen 40 auf den Oberflächen des Trägers 12 angeordnet, die ei- ne Abdichtung gegenüber dem Kühlmittel sicherstellen.
Figur 8 zeigt einen Schnitt durch eine dritte Ausgestaltung der weiteren Ausführungsform der Schaltungsträgervorrichtung gemäß Figur 5.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsträgervorrichtung mit
- einem Träger (12, 12a-e) , - mindestens einem elektronischen Bauteil (18), das mit dem Träger (12, 12a-e) mechanisch gekoppelt ist,
- einer Folienbeschichtung (20), die das elektronische Bau¬ teil (18) so überdeckt, dass es fluiddicht von einem freien Volumen (30) hydraulisch entkoppelt ist, das an die dem e- lektronischen Bauteil (18) abgewandte Oberfläche der Folien¬ beschichtung (20) angrenzt,
- und einem Gehäuse, das den Träger (12, 12a-e) , das elektro¬ nische Bauteil (18) und die Folienbeschichtung (20) aufnimmt und derart ausgebildet ist, dass die dem elektronischen Bau- teil (18) abgewandte Oberfläche der Folienbeschichtung (20) zumindest in einem Teilbereich von Kühlmittel umspült werden kann .
2. Schaltungsträgervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Folienbeschichtung (20) ein Material aufweist, das einen Kunststoff aufweist.
3. Schaltungsträgervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Folienbeschichtung (20) ein Material aufweist, das Silikon aufweist.
4. Schaltungsträgervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Folienbeschichtung (20) ein Material aufweist, das Epoxid aufweist.
5. Schaltungsträgervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Folienbeschichtung (20) eine Metallisierung um- fasst .
6. Schaltungsträgervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Gehäuse so ausgebildet ist, dass der Träger (12, 12a-e) auch auf einer der Folienbeschichtung (20) abgewandten Seite thermisch mit dem Kühlmittel koppelbar ist.
7. Schaltungsträgervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der eine Verwirbelungsvorrichtung (32) vorgesehen ist, zum Erzeugen einer turbulenten Strömung des Kühlmittels im an die Folienbeschichtung (20) angrenzenden freien Volumen (30) und/oder im Bereich der thermischen Kopplung des Kühlmittels mit der der Folienbeschichtung (20) abgewandten Seite des Trägers (12, 12a-e) .
8. System mit mehreren Schaltungsträgervorrichtungen nach einem der vorstehenden Ansprüche, die stapeiförmig übereinander angeordnet sind, wobei zwischen jeweils benachbarten Trägern (12, 12a-e) verschiedener Schaltungsträgervorrichtungen ein Zwischenraum (38) ausgebildet ist, durch den das Kühlmittel führbar ist und die Kühlung zweier entsprechend benachbarter, verschiedenen Schaltungsträgervorrichtung zugeordneten elektronischen Bauteilen (18) erfolgt.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012216086A1 (de) * 2012-09-11 2014-03-13 Siemens Aktiengesellschaft Leistungselektronikmodul und Verfahren zur Herstellung eines Leistungselektronikmoduls
DE102022113638A1 (de) 2022-05-31 2023-11-30 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Leiterplattenanordnung
DE102022113642A1 (de) 2022-05-31 2023-11-30 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Leiterplattenanordnung

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4970575A (en) * 1985-01-07 1990-11-13 Hitachi, Ltd. Semiconductor device
US5270571A (en) * 1991-10-30 1993-12-14 Amdahl Corporation Three-dimensional package for semiconductor devices
DE19734054A1 (de) * 1996-08-06 1998-02-12 Advantest Corp Druckschaltungsplatine mit auf ihr aufgebrachten elektronischen Bauelementen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4970575A (en) * 1985-01-07 1990-11-13 Hitachi, Ltd. Semiconductor device
US5270571A (en) * 1991-10-30 1993-12-14 Amdahl Corporation Three-dimensional package for semiconductor devices
DE19734054A1 (de) * 1996-08-06 1998-02-12 Advantest Corp Druckschaltungsplatine mit auf ihr aufgebrachten elektronischen Bauelementen

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012216086A1 (de) * 2012-09-11 2014-03-13 Siemens Aktiengesellschaft Leistungselektronikmodul und Verfahren zur Herstellung eines Leistungselektronikmoduls
DE102012216086B4 (de) * 2012-09-11 2017-01-05 Siemens Aktiengesellschaft Leistungselektronikmodul
DE102022113638A1 (de) 2022-05-31 2023-11-30 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Leiterplattenanordnung
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