WO2012168018A1 - Leiterplatte und steuergerät für ein getriebe eines fahrzeugs mit der leiterplatte - Google Patents

Leiterplatte und steuergerät für ein getriebe eines fahrzeugs mit der leiterplatte Download PDF

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WO2012168018A1
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supply voltage
printed circuit
layer
outer layer
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PCT/EP2012/058438
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Wilfried LASSMANN
Christian Büttner
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Zf Friedrichshafen Ag
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Definitions

  • the present invention relates to a printed circuit board with a plurality of layers and to a control device for a transmission of a vehicle with the printed circuit board.
  • a multilayer printed circuit board a so-called multilayer board, consists of several contacting layers, such. B. ground and supply layers. Furthermore, there are signal layers for unbundling the connections from the circuit diagram.
  • the individual layers are insulated from each other and with epoxy-reinforced glass fiber material, eg. B. FR4 material, filled. Conductors and through-hole or Viatechnologien have the task to realize connections, even over all layers.
  • FR4 one of the main materials used, is a poor conductor of heat.
  • DE 10 2008 029 410 A1 discloses a device for power line.
  • the device comprises a heat-generating element, a printed circuit board on which the heat-generating element is applied, and a heat sink, which is thermally coupled to dissipate heat to the element.
  • the present invention provides an improved circuit board and an improved control device for a transmission of a vehicle with the circuit board, according to the main claims.
  • Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims and the description below.
  • a multilayer printed circuit board may have a plurality of microvia vias or microvias which make conductive connections between at least one outer layer and at least one nearest inner layer of the printed circuit board.
  • many Mikro beromechanen can be arranged in a very small space close to each other.
  • topological structures can be created by the plurality of micro vias, which have a favorable influence on the thermal behavior of the printed circuit board.
  • a dissipation of heat in a printed circuit board can via conductor tracks or conductor surfaces and vias, in particular their copper sleeves, take place.
  • the at least one outer layer and the at least one inner layer of the printed circuit board adjoining the outer layer are also thermally coupled to one another by the use of the plurality of microvia contacts, the overall thermal resistance of the printed circuit board is lowered. In addition to the improvement of the total thermal resistance results in a better thermal capacity or thermal dissipation. In particular, the thermal resistance between the outer two layers of the printed circuit board can be reduced. As a result of the plurality of microvia contacts, heat, for example from a circuit heated in operation on a surface of the printed circuit board, can be transported away into an interior of the printed circuit board very quickly and over a large area.
  • the heat can be distributed on the one hand and, on the other hand, can be dissipated by further plated-through holes on an opposite side of the printed circuit board, which can act as a heat sink.
  • the heat can be quickly and extensively led out of an interior of the printed circuit board through the plurality of microvia contacts.
  • embodiments of the present invention offer the advantage of improved board cooling.
  • the unit cost price can be kept low and it can, for example, a low-cost bonding technology are used.
  • EMV strategies electromagnetic compatibility
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the present invention provides a printed circuit board with a plurality of layers, which have at least one outer layer and at least one inner layer adjoining the outer layer, characterized by a plurality of micro vias interposed between a supply voltage region of the at least one Outer layer and a supply voltage range of at least one inner layer are formed.
  • the circuit board may be a circuit board for an electrical circuit that can be or is equipped with electrical components.
  • the circuit board may be part of a control unit for a vehicle transmission.
  • the circuit board may have a stack of the multiple layers.
  • the multiple layers may be stacked to form a basic structure of the circuit board.
  • the at least one outer layer of the printed circuit board may be an outermost of the several layers of the printed circuit board.
  • the circuit board may each have an outer layer on opposite sides.
  • a second outer layer can be designed for attachment of the printed circuit board to a carrier element, for example a gear housing or a circuit board.
  • the printed circuit board may be formed of a plurality of layers of electrically insulating material, for example of a fiber-plastic composite or fiber-reinforced plastic or plastic-reinforced glass fiber fabric, for. Example of epoxy-reinforced fiberglass material such as FR4 material.
  • the circuit board serves as a support for an electrical circuit.
  • Each layer of electrically insulating material may be coated with an electrically conductive layer.
  • conductor tracks or conductor surfaces can be formed as conductive connections to the electrical circuit on the electrically insulating material.
  • the electrically conductive layer is usually made of a thin layer of an electrically conductive material, for. As copper, printed or etched. At least one outer conductor or conductor surface may be arranged in the at least one outer layer.
  • the at least one inner layer adjoins the at least one outer layer.
  • the at least one inner layer may be a signal layer, unbundling layer or the like.
  • the at least one inner layer may have a plurality of conductor tracks.
  • the plurality of micro vias may be formed by means of a laser process, for example.
  • the micro-vias may, for example, be so-called laser vias.
  • the micro vias may be formed as blind holes.
  • the plurality of micro vias provides a connection between the at least one outer layer and the at least one inner layer of the Printed circuit board.
  • the plurality of microvia contacts establishes a connection between a supply voltage region of the at least one outer layer of the printed circuit board and a supply voltage region of the at least one inner layer of the printed circuit board.
  • a supply voltage region may comprise a large-area expansion of the electrically conductive material.
  • the supply voltage ranges are at the same voltage potential and are electrically conductively connected to one another by the microvia contacts.
  • the supply voltage regions in which the plurality of micro vias are formed can be at ground potential.
  • the supply voltage areas may be connected to corresponding supply voltage terminals of the electrical circuit.
  • the plurality of micro vias may be electrically isolated from signal lines of the circuit board such that no data signal is transmitted over any of the plurality of micro vias. For the transmission of data signals further vias, even more micro vias, may be provided.
  • the plurality of micro vias may be arranged in at least one group. In this case, no interconnect can be arranged between adjacent micro vias within the at least one group.
  • the at least one group may be, for example, a rectangular or square matrix of micro vias or a group of any other shape. For example, one group may have between 8 and 50 micro vias, such as 9, 16, 36 or 36 micro vias.
  • a single group may be arranged in a coherent electrically conductive surface of the supply voltage region of the at least one outer layer and in a contiguous electrically conductive surface of the supply voltage region of the at least one inner layer. Coherent may mean that the contiguous electrically conductive surface, apart from any punctiform electrical insulation formed by the micro vias, is not interrupted by electrically insulating regions.
  • a plurality of groups of microvia contacts are formed, then at least one separating conductor path, a separating electrical insulation or else an electrically conductive connection can be arranged between the individual groups. be arranged connection line or connection surface.
  • the plurality of micro vias may be formed in an orderly and controlled arrangement in the printed circuit board, whereby a number of micro vias may advantageously be increased.
  • a large number of micro vias can be arranged in particular in areas of the printed circuit board, which are exposed to a high heat input.
  • the supply voltage range of the at least one inner layer can be connected via one or more further plated-through holes to further layers of the printed circuit boards, so that the heat supplied via the plurality of micro-via holes can be further dissipated.
  • the plurality of micro vias may be at least partially filled with a thermally conductive material.
  • the thermally conductive material may be an electrically conductive material.
  • the thermally conductive material may for example comprise a metal, in particular copper.
  • the plurality of micro vias may be lined with the thermally conductive material, the thermally conductive material covering layers of the plurality of micro vias. Alternatively or additionally, the thermally conductive material may fill the plurality of micro vias, for example completely.
  • the thermally conductive material or another material selected as required can be provided on a layer surface side of the printed circuit board about an opening leading to the walls of the micro via, preferably concentrically surrounding the opening of the thermally conductive material or other material as needed is to form on the bearing surface side of a so-called Viapad.
  • the preferably concentrically provided arrangement of the Viapads is not interpreted as limiting. It can be chosen in a preferred manner quite as needed, other conceivable arrangement forms for the Viapad, such as triangular, rectangular or circular, which is not necessarily concentric to arrange.
  • the material which surrounds the opening of the micro-via can preferably reach as far as the opening edge of the micro-via, and more preferably, for example by means of material or form-fitting, make contact with the micro-via.
  • through-contact at least partially filling thermally conductive material.
  • the thermally conductive material may include more than one material.
  • Such a thermally conductive material in the plurality of plated-through holes offers the advantage that a thermal connection of the at least one outer layer to the at least one inner layer is improved.
  • the thermally conductive material improves heat dissipation and heat capacity.
  • the supply voltage regions may include those portions of the associated layers in which no conductor tracks are formed.
  • the supply voltage ranges can be formed from a thermally conductive and electrically conductive material.
  • a single supply voltage region may comprise a contiguous or non-contiguous surface of the thermally conductive and electrically conductive material.
  • the supply voltage ranges can be formed, for example, from a metal, in particular copper.
  • the supply voltage regions can occupy a maximum of an entire residual area within a layer of the printed circuit board which is not used by printed conductors, contact surfaces and the like. Such an embodiment offers the advantage that the heat-conductive supply voltage regions have a very large area in terms of area and thereby significantly improve the heat dissipation and heat capacity.
  • supply voltage ranges formed as extensively as possible improve the electromagnetic compatibility.
  • the supply voltage range may be a mass range.
  • the inner layer may be a signal layer with a plurality of conductor tracks.
  • the ground region can be a supply voltage range to ground potential.
  • the signal layer may have a plurality of electrical conductor tracks.
  • the signal layer can serve the unbundling of the circuit board.
  • a printed circuit board according to such an embodiment offers the advantage that a good electromagnetic compatibility is achieved by the ground region and the signal layer facilitates unbundling of the printed circuit board.
  • a supply voltage range can be added to the supply voltage.
  • At least one supply voltage layer having a greater thickness than the supply voltage range of the at least one outer layer and / or the at least one inner layer.
  • the supply voltage position can serve to supply the electrical circuit with a supply voltage.
  • the supply voltage position may be a high-current conductor layer.
  • the at least one inner layer can be arranged between the at least one outer layer and the at least one supply voltage layer.
  • the supply voltage range of the at least one supply voltage layer may, for example, be twice to more than twenty times thicker than the supply voltage range of the at least one outer layer and / or the at least one inner layer.
  • the supply voltage range of the at least one supply voltage layer may be thicker than the supply voltage range of the at least one outer layer. Additionally or alternatively, the supply voltage range of the at least one supply voltage position may be thicker than the supply voltage range of the at least one inner layer. Such an embodiment offers the advantage that in the supply voltage position through the thicker layer of electrically conductive material, an increased amount of thermally conductive material is available. Thus, the heat capacity of the supply voltage range of the at least one supply voltage layer is increased and the supply voltage range can act as a capacity buffer at high temperature loads.
  • the printed circuit board may also have a first outer layer and a first inner layer, between which a first plurality of micro vias are formed, and a second outer layer and a second inner layer, between which a second plurality of micro vias are formed.
  • two supply voltage layers can be arranged between the first inner layer and the second inner layer.
  • the number of inner layers and the number of supply voltage layers can also be smaller or larger.
  • the individual layers of the circuit board can together form a stack.
  • a sequence of the layers in the stack may comprise, for example, the first outer layer, the first inner layer, the two supply voltage layers, the second inner layer and the second outer layer.
  • an electrical circuit can be arranged on the first outer layer.
  • the printed circuit board On the second outer layer, the printed circuit board can be attached to a carrier element. be taken.
  • Such a structure of the circuit board has the advantage that the overall thermal resistance of the circuit board can be lowered. This is possible because the outer layers and inner layers are thermally coupled with each other well and the supply voltage layers can
  • At least one filled with a thermally conductive material via can be provided, which is formed through all the layers of the printed circuit board.
  • the via can be a so-called thermal via or thermal via.
  • the at least one via can, for example, extend as a filled through hole from a first outer layer to a second outer layer through the printed circuit board. It can be formed in the printed circuit board a plurality of filled with thermally conductive material vias.
  • a plurality of heat-conductive material filled vias may be formed in a portion of the circuit board in which an electrical circuit is mounted.
  • the electrical circuit can cover the filled with thermally conductive material vias. Additionally or alternatively, a plurality of vias may be formed in a remaining area of the printed circuit board.
  • a vias filled with thermally conductive material may be surrounded by the micro vias of the plurality of vias.
  • the at least one through-hole filled with thermally conductive material can be electrically conductively connected to the supply voltage region of the printed circuit board, just like the majority of micro-via contacts.
  • Such a plated-through hole offers the advantage that heat can be removed from the layers of the printed circuit board via the at least one through-hole through the entire thickness of the printed circuit board. If the printed circuit board is fastened, for example, to a carrier element, the heat can be dissipated via the at least one through-connection to the carrier element.
  • the at least one plated-through hole can enable a further removal of the heat from the at least one inner layer.
  • the at least one group of micro vias may have at least nine micro vias. It can be a distance adjacent micro vias within the at least one group is 0.85 mm maximum.
  • the at least one group of micro vias can be a matrix of micro vias having, for example, three, four, five or six rows and / or columns of micro vias. The matrix does not have to be square or rectangular. The matrix may also have staggered rows and / or columns.
  • the spacing of adjacent micro vias within the at least one group may be between 0.5 mm and 0.85 mm.
  • a maximum diameter of a vial of up to 0.3 mm with a maximum diameter of the micro-via of up to 0.1 mm is preferred, with the preferred distance of up to a maximum of 0.85 mm between the located opposite outer edges of two adjacent Viapads.
  • the present invention further provides a control device for a transmission of a vehicle with a printed circuit board described above.
  • an above-mentioned printed circuit board can be advantageously used or used in order to avoid overheating of individual circuit elements of the control unit.
  • the control unit may have a housing in which the circuit board may be at least partially accommodated.
  • the control unit can play a central role in the transmission control of a vehicle.
  • the control unit can also be connected to other transmission control elements.
  • FIGS. 1 to 4 a printed circuit board according to embodiments of the present invention
  • FIGS. 5 to 8 show different positions of a printed circuit board according to embodiments of the present invention.
  • FIGS. 9 and 10 micro-vias according to embodiments of the present invention.
  • FIGS 1 1 and 12 arrangements of micro vias according to embodiments of the present invention.
  • Fig. 1 shows a printed circuit board 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the circuit board 100 is shown in a sectional view.
  • the printed circuit board 100 is equipped with an electrical circuit in the form of a semiconductor chip 102, which is connected to the printed circuit board 100 by means of chip connections 104.
  • the printed circuit board 100 has a first outer layer 110 with connecting surfaces 12, a second outer layer 120, a first inner layer 130, a second inner layer 140, a first supply voltage layer 150 and a second supply voltage layer 1 60.
  • the printed circuit board 100 has microvia holes 170, plated through holes 180 and thermal plated through holes 190. According to the exemplary embodiment shown in FIG. 1, from top to bottom in FIG.
  • Fig. 1 shows only a portion of the circuit board 100 in cross section through all layers.
  • a number of layers 1 10, 120, 130, 140, 150, 1 60 is exemplary in this case and may deviate from the embodiment shown in FIG. 1 in practice.
  • the printed circuit board 100 can be used for example in a control unit for a vehicle transmission.
  • the printed circuit board 100 may be a 6-layer thick copper board with HDLV (High Density Laser Vias) matrix technology (HDLV) for high temperature applications.
  • HDLV High Density Laser Vias matrix technology
  • the semiconductor chip 102 represents an electrical circuit, as is known to a person skilled in the art.
  • the chip terminals 104 of the semiconductor chip 102 may be pins, leads, leads or the like.
  • the chip terminals 104 of the semiconductor chip 102 are connected to the pads 1 12, which are arranged on the first outer layer 1 10 of the circuit board 100.
  • the semiconductor chip 102 is mechanically and electrically connected to the first outer layer 110 of the circuit board 100.
  • the first outer layer 10 of the printed circuit board 100 may represent a cover layer of the printed circuit board 100. At the first outer layer 1 10 of the circuit board 100, the pads 1 12 are arranged for contacting the semiconductor chip 102. Although it is not explicitly shown in FIG. 1, in the first outer layer 10 of the printed circuit board 100 also strip conductors can be formed, which according to the embodiment shown in FIG. 1 have a small length. Areas of the first outer layer 1 10 of the printed circuit board 100, in which no pads 1 12 and traces are formed, may represent a supply voltage range.
  • the supply voltage range may, for example, be at ground potential.
  • the supply voltage range may be continuous or comprise individual subregions.
  • the first outer layer 110 of the printed circuit board 100 may be coated or flooded with an electrically and thermally conductive material, for example with copper.
  • the first outer layer 110 of the printed circuit board 100 will be further described with reference to FIG.
  • the first outer layer 10 of the printed circuit board 100 is arranged or stacked adjacent to the first inner layer 130 of the printed circuit board 100.
  • the first inner layer 130 of the printed circuit board 100 may represent a signal layer or alternatively or additionally a debonding layer of the printed circuit board 100.
  • the first inner layer 130 of the printed circuit board 100 is arranged or stacked according to the exemplary embodiment of the present invention shown in FIG. 1 between the first outer layer 110 and the first supply voltage layer 150.
  • the first inner layer 130 of the printed circuit board 100 may have a plurality of conductor tracks or unbundling channels. Areas of the first inner layer 130 of the printed circuit board 100, in which no printed conductors are formed, may represent a supply voltage range.
  • the supply voltage range may, for example, be at ground potential.
  • the supply voltage range may be continuous or comprise individual subregions.
  • the first inner layer 130 of the printed circuit board 100 may be coated or flooded with an electrically and thermally conductive material, for example with copper.
  • the first inner layer 130 will be further described with reference to FIG.
  • the plated-through holes 180 are designed to electrically connect the first outer layer 110 and the first inner layer 130 with each other.
  • the vias 180 may be laser vias.
  • the vias 180 may be clad or fully filled with an electrically conductive material.
  • the plated-through holes 180 may be micro-plated-through holes. In the cross section of the printed circuit board 100 shown in FIG. 1, two plated-through holes 180 are depicted.
  • the plated-through holes 180 are in this case adjacent to the pads 1 12 of the first outer layer 1 10 formed.
  • the plated-through holes 180 are electrically connected to the pads 1 12 of the first outer layer 1 10.
  • the plated-through holes 180 are electrically connected to conductor tracks of the first inner layer 130.
  • signal lines of the first outer layer 110 and the first inner layer 130 can be electrically conductively connected to each other via the plated-through holes 180.
  • the first supply voltage layer 150 is arranged or stacked between the first inner layer 130 and the second supply voltage layer 1 60. According to the exemplary embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the first supply voltage layer 150 has a greater thickness than the first inner layer 130 and additionally or alternatively as the first outer layer 110.
  • the first supply voltage layer 150 has conductor tracks or conductor surfaces for a high current. Areas of the first supply voltage layer 150 of the printed circuit board 100, in which no printed conductors are formed, can represent a supply voltage range.
  • the supply voltage range may, for example, be at ground potential.
  • the supply voltage range may be continuous or comprise individual subregions.
  • the first supply voltage layer 130 of the printed circuit board 100 may be coated or flooded with an electrically and thermally conductive material, for example with copper.
  • the supply voltage regions of the first supply voltage layer 150 have a greater thickness than the supply voltage regions of the first outer layer 110 and additionally or alternatively the first inner layer 130. The first supply voltage layer 150 will be further described with reference to FIG.
  • the second supply voltage layer 160 may correspond to the first supply voltage layer 150. Between the second supply voltage position 1 60 and the first supply voltage layer 150 may be minor differences or differences in terms of dimensions of printed conductors or conductor surfaces and supply voltage ranges exist.
  • the second supply voltage layer 1 60 is arranged or stacked according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 between the first supply voltage layer 150 and the second inner layer 140.
  • the second inner layer 140 may correspond to the first inner layer 130. Between the second inner layer 140 and the first inner layer 130 there may be slight differences or differences with respect to, for example, orientation and dimensions of printed conductors and supply voltage regions.
  • the second inner layer 140 is arranged or stacked according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 between the second supply voltage layer 1 60 and the second outer layer 120.
  • the second outer layer 120 may represent a bottom layer of the circuit board 100.
  • the second outer layer 120 of the printed circuit board 100 is arranged adjacent to the second inner layer 140 according to the exemplary embodiment shown in FIG. 1.
  • the second outer layer 120 of the printed circuit board 100 can be designed to be attached to a carrier element, for example within a vehicle transmission.
  • the second outer layer 120 of the printed circuit board 100 form an at least partially planar bottom surface. Areas of the second outer layer 120 of the printed circuit board 100, in which no conductor surfaces are formed, can represent a supply voltage range.
  • the supply voltage range may, for example, be at ground potential.
  • the supply voltage range may be continuous or comprise individual subregions.
  • the second outer layer 120 of the printed circuit board 100 may be coated or flooded with an electrically and thermally conductive material, for example with copper.
  • the second outer layer 120 will be further described with reference to FIG. 8.
  • the microvia contacts 170 establish a connection between the first outer layer 110 and the first inner layer 130 and between the second outer layer 120 and the second inner layer 140. More specifically, the microvia contacts 170 make a connection between a supply voltage region of the first outer layer 110 and a supply voltage region of the first inner layer 130 and between a supply voltage region of the second outer layer 120 and a supply voltage region of the second inner layer 140.
  • the micro vias 170 may be, for example, laser vias.
  • the micro vias 170 are filled with a thermally conductive material, such as copper.
  • the micro vias 170 are as blind holes in the circuit board 1 10, for example by means of laser, drilled and filled with the conductive material. According to the embodiment of the present invention illustrated in FIG.
  • the micro-vias 170 connect two layers of the circuit board.
  • the printed circuit board 100 has a plurality of the micro vias 170.
  • the micro-vias 170 are arranged in groups or matrices. Out For clarity and space reasons, only two Mikro maltitle isten 170 are provided in Fig. 1 with reference numerals.
  • the micro vias 170 are further described with reference to FIGS. 5, 6, 8, 11, and 12.
  • the micro plated-through holes 170 serve to transfer heat in each case between the two outer layers 1 10, 130, 120, 140 of the printed circuit board 100. A large-area distribution of the microvia holes 170 enables a very rapid transfer of heat.
  • the thermal vias 190 are formed in the circuit board 100 through all the layers 1 10, 130, 150, 1 60, 140 and 120 therethrough. Thus, the thermal vias 190 extend from the first outer layer 110 to the second outer layer 120.
  • the thermal vias 190 may be so-called thermal vias.
  • the thermal vias 190 are filled with a thermally conductive material. In FIG. 1, a larger number of thermal vias 190 are formed in the printed circuit board 100 in the area of the semiconductor chip 102 than outside the region of the semiconductor chip 102. For reasons of clarity and space, only two thermal vias 190 are provided with reference symbols in FIG. The thermal vias 190 are described further with reference to FIGS. 5 to 8.
  • Fig. 2 shows a printed circuit board 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the circuit board 100 is shown in a sectional view.
  • the printed circuit board 100 may correspond to the printed circuit board from FIG. 1, wherein the number of microvia contacts 170 differs.
  • the layers of the printed circuit board 100 are not provided with reference numerals in FIG.
  • the layers, as well as their sequence, of the printed circuit board 100 correspond to those of the printed circuit board from FIG. 1.
  • the exposed connection area 206 shows, in addition to FIG. 1, an exposed connection area 206 arranged between the semiconductor chip 102 and the first outer layer, conductor tracks 232 of the first inner layer, conductor tracks 252 and supply voltage areas 254 of the first supply voltage layer, and conductor tracks 262 and supply lines. voltage ranges 264 of the second supply voltage position.
  • the exposed pad 206 may be, for example, a metal plate or the like.
  • the exposed connection surface 206 is arranged on a surface of the semiconductor chip 102 facing the first outer layer of the printed circuit board 100. The exposed connection surface 206 is in contact with the first outer layer of the printed circuit board 100.
  • the exposed connection point 206 is designed to facilitate heat dissipation from the semiconductor chip 102 to the thermal feedthroughs 190 of the printed circuit board 100 in the region of the semiconductor chip 102.
  • the exposed connection surface 206 may be arranged on a surface of the semiconductor chip 102 facing away from the first outer layer of the printed circuit board 100.
  • an additional heat sink (not shown) may be attached to the exposed pad 206.
  • the conductor tracks 232 of the first inner layer may be, for example, signal conductor tracks, unbundling channels or the like.
  • the conductor tracks 252 of the first supply voltage layer and the conductor tracks 262 of the second supply voltage layer may be high-current conductor tracks.
  • the conductor tracks 252 of the first supply voltage layer and the conductor tracks 262 of the second supply voltage layer may be formed as conductor surfaces.
  • the supply voltage regions 254 of the first supply voltage layer and the supply voltage regions 264 of the second supply voltage layer may be at a different potential relative to the conductor tracks 252 and the conductor tracks 262.
  • Fig. 3 shows a printed circuit board 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the circuit board 100 is shown in a sectional view.
  • the printed circuit board 100 may correspond to the printed circuit board from FIG. 1 or FIG. 2.
  • the representation in FIG. 3 largely corresponds to the illustration from FIG. 1.
  • FIG. 3 reference is made to the description with respect to FIG.
  • a through-hole technology or video technology for the HDLV matrix technology for the printed circuit board 100 will be explained with reference to FIG. All statements relating to this can also be seen in relation to the exemplary embodiments shown in FIGS. 1, 2 and 4 to 8.
  • the exact diameters of the individual vias result from the particular manufacturing need for the circuit board 100.
  • the layer thicknesses of the supply voltage regions or copper layers in the individual layers, wherein the supply voltage layers represent a variable with respect to the base copper thickness may be, for example: 18 ⁇ base copper in the first outer layer 1 10, 12-18 ⁇ base copper in the first inner layer 130, 35-400 ⁇ Base copper in the supply voltage layers 150, 1 60, 12 - 18 ⁇ base copper in the second inner layer 140 and 18 ⁇ basic copper in the second outer layer 120.
  • the circuit board 100 it is thus symmetrical.
  • the final copper thicknesses can be affected by coppering during the production process.
  • FIG. 4 shows a printed circuit board 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the circuit board 100 is shown in a sectional view.
  • the printed circuit board 100 may correspond to the printed circuit board from FIG. 1 or FIG. 2 or FIG. 3.
  • FIG. 4 shows only elements of the printed circuit board 100 additionally shown in FIG. 4 .
  • the positions of the printed circuit board 100 are not provided with reference numerals in FIG.
  • the layers, as well as their sequence, of the printed circuit board 100 correspond to those of the printed circuit board from FIG. 1.
  • FIG. 4 shows, in addition to FIG. 1, a first thermal resistor Rth1, a second thermal resistor Rth2, and a third thermal resistor Rth3.
  • the first thermal resistor Rth1 refers to the first outer layer and the first inner layer.
  • the second thermal resistor Rth2 refers to the first and second supply voltage positions.
  • the third thermal resistor Rth3 refers to the second outer layer and the second inner layer.
  • the thermal resistances Rth1, Rth2 and Rth3 result in the total thermal resistance in the thickness direction or Z direction of the printed circuit board 100.
  • the total thermal resistance is reduced.
  • the supply voltage layers with thick copper reduce the overall thermal resistance.
  • This construction of the printed circuit board 100 increases the volume of copper relative to the volume of the complete printed circuit board 100.
  • the supply voltage layers serve to guide the high current.
  • the arranged in the supply voltage layers, traversed by high current conductor tracks are heated by the surrounding copper only slowly. It results in an inertia by surrounding copper.
  • the remaining copper then serves as a capacity buffer for high temperature loads.
  • the power unit and control unit need not be thermally separated, which means that no separate ground lines and ground areas must be provided.
  • the vertical dissipation (Rth) of the heat is also significantly improved by the thermal vias 190.
  • the first outer layer and the first inner layer as well as the second outer layer and the second inner layer are thermally coupled to one another via the matrices of micro vias 170. This results in a better thermal capacity (Cth). Deburring channels and thermal channels are incorporated for optimum heat capacity or thermal dissipation.
  • the first outer layer 110 may be the first outer layer of one of FIGS. 1 to 4. Shown are the semiconductor chip 102, which is connected via the chip terminals 104 to pads 1 12 of the first outer layer 1 10, and a plurality of Mikro screenrometechniken 170 and the thermal vias 190. In the plan view of Fig. 5 further Mikro be giftedchanen 170 and Alter- natively or in addition further thermal vias 190 be covered by the semiconductor chip 102.
  • the semiconductor chip 102, the chip terminals 104, and the pads 12 may be elements well known to those skilled in the relevant art. Therefore, a more detailed description of these elements is omitted here.
  • the first outer layer 10 mainly comprises components in the form of the semiconductor chip 102 and short direct conductor connections as well as a carrier layer for soldered components. Otherwise, the first outer layer 110 is flooded with copper to ground potential to form a supply voltage region, resulting in a good thermal connection of the semiconductor chip 102 to the first outer layer 110 and the first outer layer 110 to further layers of the printed circuit board.
  • the micro vias 170 are arranged in matrices.
  • the micro-vias 170 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 5 are combined into nine micro vias 170 per die. Each matrix thus has new micro vias 170.
  • FIG. 5 by way of example, nine matrices each having nine microvia contacts 170 are shown.
  • the nine matrices with Mikro betitle réelleen 170 in turn form an arrangement with three parts and three columns with matrices on the first outer layer 1 10.
  • the micro vias 170 are formed in the supply voltage range of the outer layer 1 10.
  • the thermal vias 190 are arranged in edge regions of the first outer layer 110. In FIG. 5, by way of example, six thermal vias 190 are shown.
  • the thermal vias 190 are arranged in two groups.
  • Fig. 5 may be a plan view of a printed circuit board according to an embodiment of the present invention.
  • the first outer layer 110 of the printed circuit board conceals in the view of FIG. 5 all other layers of the printed circuit board.
  • the circuit board may be part of a control unit for a vehicle transmission.
  • the circuit board may also be a control unit for a vehicle transmission, wherein a housing in which the circuit board may be at least partially accommodated, is not shown.
  • the first inner layer 130 may be the first inner layer of one of FIGS. 1 to 4.
  • the first inner layer 130 has a plurality of micro vias 170, a plurality of thermal vias 190, and a plurality of unbundling channels in the form of traces 232.
  • the microvia contacts 170 and the thermal vias 190 in this case correspond in number and arrangement to those of the first outer layer from FIG. 5.
  • the printed conductors 232 are arranged in parallel groups between the matrices of the microvia contacts 170. From left to right in FIG.
  • a column-wise sequence of three thermal vias 190 with one another follows, three arrays each with nine micro vias 170 among themselves, one group of exemplary four vias 232 next to one another, three further arrays each with nine micro vias 170 with one another another group of exemplary four interconnects 232 side by side, three matrices each with nine micro vias 170 with each other and three other thermal vias 190 with each other.
  • the first inner layer 130 serves to unbundle control and communication connections in the printed circuit board.
  • the first inner layer 130 has a fine conductor structure (not shown) for this purpose. Free surfaces are flooded with copper to form a supply voltage region and filled with microvia contacts 170 in HDLV matrix technology.
  • the first inner layer 130 may be identical or almost identical to the second inner layer from FIGS. 1 to 4.
  • the first and the second inner layer are provided for the unbundling of the printed circuit board, wherein a layer, the vertical or ho can implement a horizontal unbundling direction.
  • the surfaces not required for printed conductors can be flooded with copper. Channels for unbundling in the form of the tracks 232 and devices for thermal management in the form of micro vias 170 alternate.
  • the first supply voltage layer 150 may be the first supply voltage layer of one of FIGS. 1 to 4.
  • the first supply voltage layer 150 has a plurality of thermal vias 190.
  • the thermal plated-through holes 190 in this case correspond in number and arrangement to those of the first outer layer of FIG. 5 and of the first inner layer of FIG. 6.
  • the first supply voltage layer 150 also has printed conductors 252 and supply voltage regions 254.
  • the conductor tracks 252 can be high-current conductor tracks.
  • the first supply voltage layer 150 thus has conductor tracks 252 for a high current. Otherwise, the first supply voltage layer 150 with a ground plane in the form of the supply voltage regions 254 is flooded.
  • the first supply voltage layer 150 is for thick-copper technology (thickness of the supply voltage ranges of, for example, 35 ⁇ - 400 ⁇ ).
  • the first supply voltage layer 150 may be identical or almost identical to the second supply voltage layer from FIGS. 1 to 4.
  • the supply voltage layers are designed for high-current conductor tracks.
  • the rest of the supply voltage layers outside of the printed conductors is, for example, flooded with copper.
  • the flooded copper surface has a high capacity character (Cth) and also an improved dissipation behavior of the heat (Rth).
  • the second outer layer 120 may be the second outer layer of one of FIGS. 1 to 4.
  • the second outer layer 120 has a plurality of micro through contact ments 170, a plurality of thermal vias 190, a conductor surface 822, and a supply voltage region 824.
  • the second outer layer 120 has a surface that is as homogeneous as possible. This leads to a good contact with a support element by the circuit board is attached, or to an intermediate Gapfilier. This results in a large-scale release of heat to a support element, for example in a mechanical housing system of a transmission control of a vehicle.
  • the HDLV matrix technology allows an even distribution of heat.
  • the second outer layer 120 acts as a contact surface to a separating element or to heat sinks and possibly also via films or thermal compounds.
  • the contact surfaces ie the conductor surface 822 and the supply voltage regions 824, are, for example, completely flooded with copper. Different potentials are designed as surfaces.
  • Heat from the circuit board may be dissipated to the second outer layer 120 via the thermal vias 190, the plurality of micro vias 170, and the supply voltage regions 824, such as copper, to a support member.
  • Fig. 9 shows micro through-contacts according to an embodiment of the present invention in a sectional view. Shown is a section through, for example, four microvia contacts 170 through an outer layer of a printed circuit board. In the case of the microvia contacts 170, these are, for example, laser plated through holes filled with copper. The filling with copper results in a high thermal coupling between both sides of the outer layer arranged layers of thermally and electrically conductive material.
  • Fig. 10 shows micro through-contacts according to another embodiment of the present invention in a sectional view. Shown is a section through, by way of example, five microvia contacts 170 through two layers of a printed circuit board. By way of example, the microvia contacts 170 are laser through contacts lined with copper or provided with copper sleeves. A representation of the HDLV matrix technology is possible with both Mikro bekon- clocking types of Figures 9 and 10.
  • FIG. 11 shows an array of micro vias 170 according to one embodiment of the present invention.
  • the micro vias 170 are arranged in a matrix with columns X and rows Y. Shown are nine micro vias 170 arranged in a matrix of three columns and three rows. This may be a matrix of micro vias 170, as shown in FIGS. 5 to 8.
  • an HDLV matrix may have 3 to 6 columns X and 3 to 6 rows Y.
  • a distance from a center of a micro via 170 to a center of another micro via 170 within the matrix may be, for example, 0.3 mm.
  • a laser bore can measure 0.1 mm and the micro via can measure 0.3 mm.
  • a matrix of X times Y is possible, where X can be equal to Y.
  • Fig. 12 shows an arrangement of micro vias 170 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 by way of example, nine microvias 170 are shown.
  • the arrangement of the microvia contacts 170 in FIG. 12 is offset by approximately 45 ° with respect to the arrangement in FIG.
  • the staggered arrangement may facilitate adaptation of the microvia contacts 170 to traces. Any angle in the staggered arrangement is possible.
  • the micro vias 170 are offset from one another, resulting in a parallelogram arrangement.
  • the topology of plated-through holes and printed conductors has been developed.
  • the first outer layer 110 and the first inner layer 130, as well as the second outer layer 120 and the second inner layer 140 with the HDLV matrix of the Ivlikro screentitle isten 170 thermally coupled.
  • the supply voltage layers 150 and 1 60 for high current are arranged inside the circuit board. Due to the surrounding copper, a slower temperature rise is achieved there.
  • three via types are needed: the IV via holes 170 between the first outer layer 110 and first inner layer 130, the IV via holes 170 between the second outer layer 120 and the second inner layer 140, and the thermal vias 190 through all layers of the circuit board 100.
  • the traces and vias are arranged so that thermal channels and channels alternate for unbundling.
  • the thermal vias 190 provide the thermal connection to all layers. Since the second outer layer 120 can be thermally connected over a large area to a carrier element, for example a housing of a transmission control, good thermal dissipation can also be achieved.
  • embodiments of the present invention in addition to the thermal vias 190, also utilize HDLV arrays of IVV through holes 170 to improve the drainage of the printed circuit board 100. This results in an improvement in the overall thermal resistance, that is, an improvement in the total thermal resistance in the Z direction of the printed circuit board 100, an overall improved thermal management and improved heat dissipation for the printed circuit board 100.
  • Embodiments of the present invention thus make it possible to improve the printed circuit board 100 or the high-temperature board with a plurality of Ivlikro screentitle isten 170 in HDLV matrix technology.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
  • Structure Of Printed Boards (AREA)

Abstract

Es wird eine Leiterplatte (100) mit mehreren Lagen vorgeschlagen, die zumindest eine Außenlage (110, 120) und zumindest eine an die Außenlage (110, 120) angrenzende Innenlage (130, 140) aufweisen. Die Leiterplatte (100) weist eine Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen (170) auf, die zwischen einem Versorgungsspannungsbereich der zumindest einen Außenlage (110, 120) und einem Versorgungsspannungsbereich der zumindest einen Innenlage (130, 140) gebildet sind.

Description

Leiterplatte und Steuergerät für ein Getriebe eines Fahrzeugs mit der Leiterplatte
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leiterplatte mit mehreren Lagen und auf ein Steuergerät für ein Getriebe eines Fahrzeugs mit der Leiterplatte.
Eine mehrlagige Leiterplatte, ein so genanntes Multilayerboard, besteht aus mehreren Kontaktierungslagen, wie z. B. Masse- und Versorgungslagen. Des Weiteren existieren Signallagen zur Entflechtung der Verbindungen aus dem Schaltplan. Die einzelnen Lagen sind voneinander isoliert und mit epoxidverstärktem Glasfasermaterial, z. B. FR4-Material, verfüllt. Leiterbahnen und Durchkontaktierungs- bzw. Viatechnologien haben die Aufgabe, Verbindungen, auch über alle Lagen, zu realisieren. FR4, eines der hauptsächlich eingesetzten Materialien, ist ein schlechter Wärmeleiter.
Die DE 10 2008 029 410 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Stromleitung. Die Vorrichtung umfasst ein Wärme erzeugendes Element, eine Leiterplatte auf die das Wärme erzeugende Element aufgebracht ist und einen Kühlkörper, der zur Abführung von Wärme an das Element thermisch angekoppelt ist.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Leiterplatte und ein verbessertes Steuergerät für ein Getriebe eines Fahrzeugs mit der Leiterplatte, gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Eine mehrlagige Leiterplatte kann eine Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierun- gen bzw. Microvias aufweisen, die leitfähige Verbindungen zwischen zumindest einer äußeren Lage und zumindest einer nächstgelegenen inneren Lage der Leiterplatte herstellen. In einem Versorgungsspannungsbereich der Leiterplatte können viele Mikrodurchkontaktierungen auf sehr engem Raum dicht nebeneinander angeordnet werden. Vorteilhafterweise können durch die Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen topologische Strukturen geschaffen werden, die einen günstigen Einfluss auf das thermische Verhalten der Leiterplatte haben. Eine Ableitung von Wärme bei einer Leiterplatte kann über Leiterbahnen bzw. Leiterflächen und Durchkontaktierungen bzw. Vias, insbesondere deren Kupferhülsen, stattfinden. Indem die zumindest eine Außenlage und die zumindest eine an die Außenlage angrenzende Innenlage der Leiterplatte durch die Verwendung der Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen auch thermisch miteinander verkoppelt sind, wird der thermische Gesamtwiderstand der Leiterplatte gesenkt. Zusätzlich zu der Verbesserung des thermischen Gesamtwiderstands ergibt sich eine bessere Wärmekapazität bzw. thermische Ableitung. Insbesondere kann der Wärmewiderstand zwischen den äußeren beiden Lagen der Leiterplatte verringert werden. Durch die Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen kann somit sehr schnell und großflächig Wärme, beispielsweise von einer im Betrieb erhitzten Schaltung auf einer Oberfläche der Leiterplatte, in ein Inneres der Leiterplatte abtransportiert werden. Im Inneren der Leiterplatte kann die Wärme zum einen verteilt und zum anderen durch weitere Durchkontaktierungen auf eine gegenüberliegende Seite der Leiterplatte, die als Wärmesenke fungieren kann, abgeleitet werden. An der als Wärmesenke fungierenden Oberfläche der Leiterplatte kann die Wärme durch die Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen schnell und großflächig aus einem Inneren der Leiterplatte herausgeführt werden. Somit bieten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung den Vorteil einer verbesserten Entwärmung für Leiterplatten. Für diese Verbesserung des thermischen Verhaltens brauchen keine aufwendigen Technologien, wie beispielsweise keramische Leiterplatten, eingesetzt werden. Somit kann der Stückkostenpreis gering gehalten werden und es kann beispielsweise eine unaufwendige Bondtechnologie zum Einsatz kommen. Für EMV- Strategien (EMV = elektromagnetische Verträglichkeit) ist zudem gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf der Leiterplatte viel Spielraum für ein EMV-robustes Design.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Leiterplatte mit mehreren Lagen, die zumindest eine Außenlage und zumindest eine an die Außenlage angrenzende Innenlage aufweisen, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen, die zwischen einem Versorgungsspannungsbereich der zumindest einen Außenlage und einem Versorgungsspannungsbereich der zumindest einen Innenlage gebildet sind.
Bei der Leiterplatte kann es sich um eine Leiterplatte für eine elektrische Schaltung handeln, die mit elektrischen Bauteilen bestückt werden kann oder ist. Die Leiterplatte kann Teil eines Steuergeräts für ein Fahrzeuggetriebe sein. Die Leiterplatte kann einen Stapel aus den mehreren Lagen aufweisen. Die mehreren Lagen können gestapelt sein, um eine Grundstruktur der Leiterplatte zu bilden. Bei der zumindest einen Außenlage der Leiterplatte kann es sich um eine äußerste der mehreren Lagen der Leiterplatte handeln. Die Leiterplatte kann auf gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Außenlage aufweisen. An einer ersten Außenlage kann die elektrische Schaltung der Leiterplatte angeordnet sein. Eine zweite Außenlage kann für eine Anbringung der Leiterplatte an einem Trägerelement, beispielsweise einem Getriebegehäuse oder einer Schaltplatte, ausgebildet sein. Die Leiterplatte kann aus mehreren Lagen von elektrisch isolierendem Material gebildet sein, beispielsweise aus einem Faser-Kunststoff-Verbund bzw. faserverstärktem Kunststoff bzw. kunststoffverstärktem Glasfasergewebe, z. B. aus epoxidverstärktem Glasfasermaterial wie FR4-Material. Die Leiterplatte dient als ein Träger für eine elektrische Schaltung. Jede Lage aus elektrisch isolierendem Material kann mit einer elektrisch leitfähigen Schicht beschichtet sein. Dadurch können an dem elektrisch isolierenden Material Leiterbahnen oder Leiterflächen als leitfähige Verbindungen zu der elektrischen Schaltung gebildet sein. Die elektrisch leitfähige Schicht ist für gewöhnlich aus einer dünnen Schicht eines elektrisch leitfähigen Materials, z. B. Kupfer, gedruckt oder geätzt. In der zumindest einen Außenlage kann zumindest eine Leiterbahn oder Leiterfläche angeordnet sein. Die zumindest eine Innenlage grenzt an die zumindest eine Außenlage an. Bei der zumindest einen Innenlage kann es sich um eine Signallage, Entflechtungslage oder dergleichen handeln. Die zumindest eine Innenlage kann eine Mehrzahl von Leiterbahnen aufweisen. Die Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen kann beispielsweise mittels eines Laserverfahrens gebildet sein. Somit kann es sich bei den Mikrodurchkontaktierungen beispielsweise um so genannte Laservias handeln. Insbesondere können die Mikrodurchkontaktierungen als Blindlöcher ausgeformt sein. Die Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen stellt eine Verbindung zwischen der zumindest einen Außenlage und der zumindest einen Innenlage der Leiterplatte her. Insbesondere stellt die Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen eine Verbindung zwischen einem Versorgungsspannungsbereich der zumindest einen Außenlage der Leiterplatte und einen Versorgungsspannungsbereich der zumindest einen Innenlage der Leiterplatte her. Ein Versorgungsspannungsbereich kann eine großflächige Ausdehnung des elektrisch leitfähigen Materials umfassen. Hierbei liegen die Versorgungsspannungsbereiche auf dem gleichen Spannungspotenzial und werden durch die Mikrodurchkontaktierungen elektrisch leitfähig miteinander verbunden. Beispielsweise können die Versorgungsspannungsbereiche, in denen die Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen gebildet ist, auf Massepotenzial liegen. Die Versorgungsspannungsbereiche können mit entsprechenden Versorgungsspan- nungsanschlüssen der elektrischen Schaltung verbunden sein. Die Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen kann von Signalleitungen der Leiterplatte elektrisch isoliert sein, so dass über keine der Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen ein Datensignal übertragen wird. Zur Übertragung von Datensignalen können weitere Durchkontaktierungen, auch weitere Mikrodurchkontaktierungen, vorgesehen sein.
Die Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen kann in zumindest einer Gruppe angeordnet sein. Dabei kann zwischen benachbarten Mikrodurchkontaktierungen innerhalb der zumindest einen Gruppe keine Leiterbahn angeordnet sein. Bei der zumindest einen Gruppe kann es sich beispielsweise um eine rechteckige oder quadratische Matrix von Mikrodurchkontaktierungen oder um eine Gruppe mit einer beliebigen anderen Form handeln. Eine Gruppe kann beispielsweise zwischen 8 und 50 Mikrodurchkontaktierungen, also beispielsweise 9, 1 6, 25 oder 36 Mikrodurchkontaktierungen aufweisen. Eine einzelne Gruppe kann in einer zusammenhängenden e- lektrisch leitfähigen Fläche des Versorgungsspannungsbereichs der zumindest einen Außenlage und in einer zusammenhängenden elektrisch leitfähigen Fläche des Versorgungsspannungsbereichs der zumindest einen Innenlage angeordnet sein. Zusammenhängend kann dabei bedeuten, dass die zusammenhängende elektrisch leitfähige Fläche, abgesehen von eventuell durch die Mikrdurchkontaktierungen gebildeten punktförmigen elektrischen Isolierungen, nicht durch elektrisch isolierende Bereiche unterbrochen ist. Wenn mehrere Gruppen von Mikrodurchkontaktierungen gebildet sind, so kann zwischen den einzelnen Gruppen zumindest eine trennende Leiterbahn, eine trennende elektrische Isolierung oder auch eine elektrisch leitfähige Ver- bindungsleitung oder Verbindungsfläche angeordnet sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen in einer geordneten und kontrollierten Anordnung in der Leiterplatte gebildet sein kann, wobei eine Anzahl von Mikrodurchkontaktierungen vorteilhaft erhöht werden kann. Eine große Anzahl von Mikrodurchkontaktierungen kann insbesondere in Bereichen der Leiterplatte angeordnet werden, die einem hohen Wärmeeintrag ausgesetzt sind. Der Versorgungsspannungsbereich der zumindest einen Innenlage kann über eine oder mehrere weitere Durchkontaktierungen mit weiteren Lagen der Leiterplatten verbunden sein, so dass die über die Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen zugeführte Wärme weiter abgeleitet werden kann.
Die Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen kann zumindest teilweise mit einem wärmeleitfähigen Material gefüllt sein. Bei dem wärmeleitfähigen Material kann es sich um ein elektrisch leitfähiges Material handeln. Das wärmeleitfähige Material kann beispielsweise ein Metall, insbesondere Kupfer, aufweisen. Die Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen kann mit dem wärmeleitfähigen Material ausgekleidet sein, wobei das wärmeleitfähige Material Wände der Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen schichtförmig bedeckt. Alternativ oder zusätzlich kann das wärmeleitfähige Material die Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen ausfüllen, beispielsweise vollständig. Weiter alternativ oder zusätzlich kann das wärmeleitfähige Material oder ein anderes, bedarfsgerecht gewähltes Material auf einer Lagenoberflächenseite der Leiterplatte um eine zu den Wänden der Mikrodurchkontaktierung führende Öffnung derart angeordnet vorgesehen sein, dass die Öffnung von dem wärmeleitfähigen Material oder dem anderen bedarfsgerecht gewählten Material vorzugsweise konzentrisch umgeben ist, um auf der Lageroberflächenseite ein sogenanntes Viapad auszubilden. Die vorzugsweise konzentrisch vorgesehene Anordnung des Viapads ist nicht einschränkend auszulegen. Es können in bevorzugter Weise durchaus je nach Bedarfsfall andere denkbare Anordnungsformen für das Viapad gewählt werden, wie beispielsweise dreieckförmig, rechteckförmig oder kreisförmig, welcher nicht zwangsläufig konzentrisch anzuordnen ist. Jedenfalls kann das die Öffnung der Mikrodurchkontaktierung umgebende beispielsweise wärmeleitfähige Material vorzugsweise bis an den Öffnungsrand der Mikrodurchkontaktierung heranreichen und weiter bevorzugt beispielsweise mittels Stoff- oder Formschluss einen Kontakt mit dem die Mikro- durchkontaktierung zumindest teilweise ausfüllenden wärmeleitfähigen Material bilden. Das wärmeleitfähige Material kann beispielsweise auch mehr als ein Material umfassen. Ein solches wärmeleitfähiges Material in der Mehrzahl von Durchkontak- tierungen bietet den Vorteil, dass eine thermische Anbindung der zumindest einen Außenlage an die zumindest eine Innenlage verbessert wird. Das wärmeleitfähige Material verbessert die Wärmeableitung und Wärmekapazität.
Ferner können die Versorgungsspannungsbereiche jene Abschnitte der zugehörigen Lagen umfassen, in denen keine Leiterbahnen gebildet sind. Dabei können die Versorgungsspannungsbereiche aus einem wärmeleitfähigen und elektrisch leitfähigen Material gebildet sein. Ein einzelner Versorgungsspannungsbereich kann eine zusammenhängende oder nicht zusammenhängende Fläche aus dem wärmeleitfähigen und elektrisch leitfähigen Material umfassen. Die Versorgungsspannungsbereiche können beispielsweise aus einem Metall, insbesondere Kupfer, gebildet sein. Die Versorgungsspannungsbereiche können hierbei innerhalb einer Lage der Leiterplatte maximal eine gesamte Restfläche einnehmen, die nicht von Leiterbahnen, Kontaktflächen und dergleichen genutzt ist. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die wärmeleitfähigen Versorgungsspannungsbereiche eine flächenmäßig sehr große Ausdehnung haben und dadurch die Wärmeableitung und Wärmekapazität deutlich verbessern. Zudem verbessern möglichst großflächig ausgeformte Versorgungsspannungsbereiche die elektromagnetische Verträglichkeit.
Der Versorgungsspannungsbereich kann ein Massebereich sein. Die Innenlage kann eine Signallage mit einer Mehrzahl von Leiterbahnen sein. Somit kann der Massebereich ein Versorgungsspannungsbereich auf Massepotenzial sein. Die Signallage kann eine Mehrzahl von elektrischen Leiterbahnen aufweisen. Die Signallage kann der Entflechtung der Leiterplatte dienen. Eine Leiterplatte gemäß einer solchen Ausführungsform bietet den Vorteil, dass durch den Massebereich eine gute elektromagnetische Verträglichkeit erzielt wird und durch die Signallage eine Entflechtung der Leiterplatte erleichtert wird.
Gemäß einer Ausführungsform, bei der die Leiterplatte zumindest eine Ver- sorgungsspannungslage aufweist, kann ein Versorgungsspannungsbereich der zu- mindest einen Versorgungsspannungslage eine größere Dicke als der Versorgungs- spannungsbereich der zumindest einen Außenlage und/oder der zumindest einen Innenlage aufweisen. Die Versorgungsspannungslage kann der Versorgung der e- lektrischen Schaltung mit einer Versorgungsspannung dienen. Bei der Versorgungsspannungslage kann es sich um eine Hochstromleiterlage handeln. Die zumindest eine Innenlage kann zwischen der zumindest einen Außenlage und der zumindest einen Versorgungsspannungslage angeordnet sein. Der Versorgungsspannungsbe- reich der zumindest einen Versorgungsspannungslage kann beispielsweise zweimal bis über zwanzigmal dicker als der Versorgungsspannungsbereich der zumindest einen Außenlage und/oder der zumindest einen Innenlage sein. Der Versorgungsspannungsbereich der zumindest einen Versorgungsspannungslage kann dicker als der Versorgungsspannungsbereich der zumindest einen Außenlage sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Versorgungsspannungsbereich der zumindest einen Versorgungsspannungslage dicker als der Versorgungsspannungsbereich der zumindest einen Innenlage sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass in der Versorgungsspannungslage durch die dickere Schicht aus elektrisch leitfähigem Material auch eine erhöhte Menge an wärmeleitfähigem Material zur Verfügung steht. Somit ist die Wärmekapazität des Versorgungsspannungsbereichs der zumindest einen Versorgungsspannungslage erhöht und der Versorgungsspannungsbereich kann als ein Kapazitätspuffer bei hohen Temperaturbelastungen wirken.
Auch kann die Leiterplatte eine erste Außenlage sowie eine erste Innenlage, zwischen denen eine erste Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen gebildet ist, und eine zweite Außenlage sowie eine zweite Innenlage aufweisen, zwischen denen eine zweite Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen gebildet ist. Dabei können zwischen der ersten Innenlage und der zweiten Innenlage zwei Versorgungsspannungslagen angeordnet sein. Dabei können die Anzahl der Innenlagen und die Anzahl der Versorgungsspannungslagen auch kleiner oder größer sein. Die einzelnen Lagen der Leiterplatte können gemeinsam einen Stapel bilden. Eine Abfolge der Lagen in dem Stapel kann beispielsweise die erste Außenlage, die erste Innenlage, die beiden Versorgungsspannungslagen, die zweite Innenlage und die zweite Außenlage umfassen. Dabei kann an der ersten Außenlage eine elektrische Schaltung angeordnet sein. An der zweiten Außenlage kann die Leiterplatte an einem Trägerelement befes- tigt werden. Ein solcher Aufbau der Leiterplatte bietet den Vorteil, dass der thermische Gesamtwiderstand der Leiterplatte gesenkt werden kann. Dies ist möglich, weil die Außenlagen und Innenlagen thermisch gut miteinander verkoppelt sind und die Versorgungsspannungslagen dickere Versorgungsspannungsbereiche aufweisen können.
Ferner kann zumindest eine mit einem wärmeleitfähigen Material verfüllte Durchkontaktierung vorgesehen sein, die durch alle Lagen der Leiterplatte hindurch gebildet ist. Bei der Durchkontaktierung kann es sich um eine so genannte thermische Durchkontaktierung bzw. Thermal Via handeln. Die zumindest eine Durchkontaktierung kann sich beispielsweise als ein gefülltes Durchgangsloch von einer ersten Außenlage bis zu einer zweiten Außenlage durch die Leiterplatte erstrecken. Es kann eine Mehrzahl von mit wärmeleitfähigem Material verfüllten Durchkontaktierungen in der Leiterplatte gebildet sein. Es kann eine Mehrzahl von mit wärmeleitfähigem Material verfüllten Durchkontaktierungen in einem Bereich der Leiterplatte gebildet sein, in dem eine elektrische Schaltung angebracht ist. Die elektrische Schaltung kann dabei die mit wärmeleitfähigem Material verfüllten Durchkontaktierungen abdecken. Zusätzlich oder alternativ kann eine Mehrzahl von Durchkontaktierungen in einem übrigen Bereich der Leiterplatte gebildet sein. Eine mit wärmeleitfähigem Material verfüllten Durchkontaktierungen kann von den Mikrodurchkontaktierungen der Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen umringt sein. Die zumindest eine mit wärmeleitfähigem Material verfüllte Durchkontaktierung kann ebenso wie die Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen mit dem Versorgungsspannungsbereich der Leiterplatte elektrisch leitfähig verbunden sein. Eine solche Durchkontaktierung bietet den Vorteil, dass Wärme aus den Lagen der Leiterplatte über die zumindest eine Durchkontaktierung durch die gesamte Dicke der Leiterplatte hindurch abgeführt werden kann. Wenn die Leiterplatte beispielsweise an einem Trägerelement befestigt ist, kann eine Abfuhr der Wärme über die zumindest eine Durchkontaktierung an das Trägerelement erfolgen. Insbesondere kann die zumindest eine Durchkontaktierung eine weitere Abfuhr der Wärme aus der zumindest einen Innenlage ermöglichen.
Insbesondere kann die zumindest eine Gruppe von Mikrodurchkontaktierungen zumindest neun Mikrodurchkontaktierungen aufweisen. Dabei kann ein Abstand benachbarter Mikrodurchkontaktierungen innerhalb der zumindest einen Gruppe maximal 0,85 mm betragen. In diesem Zusammenhang wird ausgeführt, dass die eine bevorzugte Anzahl und eine bevorzugte Anordnung von Mikrodurchkontaktierungen betreffenden Beschreibungen gleichfalls für Viapads oder für eine Gruppe bestehend aus wenigstens einem Viapad und einer Mikrodurchkontaktierung zutreffen, da ein Viapad vorzugsweise wenigstens eine Mikrodurchkontaktierung wie vorbeschrieben umgibt. Bei der zumindest einen Gruppe von Mikrodurchkontaktierungen kann es sich um eine Matrix von Mikrodurchkontaktierungen handeln, die beispielsweise drei, vier, fünf oder sechs Zeilen und/oder Spalten von Mikrodurchkontaktierungen aufweist. Die Matrix muss hierbei nicht quadratisch oder rechteckig sein. Die Matrix kann auch versetzt angeordnete Zeilen und/oder Spalten aufweisen. Insbesondere kann der Abstand benachbarter Mikrodurchkontaktierungen innerhalb der zumindest einen Gruppe zwischen 0,5 mm und 0,85 mm liegen. Mit Blick auf eine Gruppe bestehend aus Viapads wird ein maximaler Durchmesser eines Viapads von bis zu 0,3 mm mit einem maximalen Durchmesser der Mikrodurchkontaktierung von bis zu 0,1 mm bevorzugt, wobei der bevorzugte Abstand von bis zu maximal 0,85 mm zwischen den gegenüberliegenden Außenrändern zweier benachbarter Viapads angesiedelt ist. Die vorbeschriebenen Ausführungsformen bieten den Vorteil, dass eine große Anzahl von Mikrodurchkontaktierungen auf kleiner Fläche untergebracht werden kann. Dies verbessert die thermischen Eigenschaften der Leiterplatte.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Steuergerät für ein Getriebe eines Fahrzeugs mit einer oben beschriebenen Leiterplatte.
In Verbindung mit dem Steuergerät kann eine oben genannte Leiterplatte vorteilhaft eingesetzt bzw. verwendet werden, um eine Überhitzung einzelner Schaltungselemente des Steuergeräts zu vermeiden. Das Steuergerät kann ein Gehäuse aufweisen, in dem die Leiterplatte zumindest teilweise aufgenommen sein kann. Das Steuergerät kann eine zentrale Rolle bei der Getriebesteuerung eines Fahrzeugs übernehmen. Dazu kann das Steuergerät auch mit weiteren Getriebesteuerungselementen verbunden sein. Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Figuren 1 bis 4 eine Leiterplatte gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
Figuren 5 bis 8 verschiedene Lagen einer Leiterplatte gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
Figuren 9 und 10 Mikrodurchkontaktierungen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung; und
Figuren 1 1 und 12 Anordnungen von Mikrodurchkontaktierungen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine Leiterplatte 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Fig. 1 ist hierbei die Leiterplatte 100 in einer Schnittansicht dargestellt. Die Leiterplatte 100 ist mit einer elektrischen Schaltung in Gestalt eines Halbleiterchips 102 bestückt, der mittels Chipanschlüssen 104 an der Leiterplatte 100 angeschlossen ist. Die Leiterplatte 100 weist eine erste Außenlage 1 10 mit Anschlussflächen 1 12, eine zweite Au ßenlage 120, eine erste Innenlage 130, eine zweite Innenlage 140, eine erste Versorgungsspannungslage 150 und eine zweite Ver- sorgungsspannungslage 1 60 auf. Als Durchkontaktierungen weist die Leiterplatte 100 Mikrodurchkontaktierungen 170, Durchkontaktierungen 180 und thermische Durchkontaktierungen 190 auf. Gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind von oben nach unten in Fig. 1 die erste Außenlage 1 10, die erste Innenlage 130, die erste Versorgungsspannungslage 150, die zweite Versorgungsspannungslage 1 60, die zweite Innenlage 140 und die zweite Außenlage 120 in dieser Reihenfolge aufeinander gestapelt. Fig. 1 zeigt dabei lediglich einen Teilabschnitt der Leiterplatte 100 im Querschnitt durch alle Lagen. Eine Anzahl der Lagen 1 10, 120, 130, 140, 150, 1 60 ist hierbei beispielhaft und kann in der Praxis von dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel abweichen.
Die Leiterplatte 100 kann beispielsweise in einem Steuergerät für ein Fahrzeuggetriebe zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann es sich bei der Leiterplatte 100 um ein 6-Lagen-Dickkupferboard mit HDLV-Matrix-Technologie (HDLV = High Density Laser Vias; Laserdurchkontaktierungen in hoher Dichte) für Hochtemperatur- Applikationen handeln.
Der Halbleiterchip 102 stellt eine elektrische Schaltung dar, wie es einem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist. Die Chipanschlüsse 104 des Halbleiterchips 102 können Anschlussstifte, Anschlussbeinchen, Anschlussleitungen oder dergleichen sein. Die Chipanschlüsse 104 des Halbleiterchips 102 sind an den Anschlussflächen 1 12 angeschlossen, die an der ersten Außenlage 1 10 der Leiterplatte 100 angeordnet sind. Somit ist der Halbleiterchip 102 mechanisch und elektrisch mit der ersten Außenlage 1 10 der Leiterplatte 100 verbunden.
Die erste Außenlage 1 10 der Leiterplatte 100 kann eine Decklage der Leiterplatte 100 darstellen. An der ersten Außenlage 1 10 der Leiterplatte 100 sind die Anschlussflächen 1 12 zur Ankontaktierung des Halbleiterchips 102 angeordnet. Auch wenn es in Fig. 1 nicht explizit gezeigt ist, können in der ersten Außenlage 1 10 der Leiterplatte 100 auch Leiterbahnen gebildet sein, die gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eine geringe Länge aufweisen. Bereiche der ersten Außenlage 1 10 der Leiterplatte 100, in denen keine Anschlussflächen 1 12 und Leiterbahnen gebildet sind, können einen Versorgungsspannungsbereich repräsentieren. Der Ver- sorgungsspannungsbereich kann beispielsweise auf Massepotenzial liegen. Der Versorgungsspannungsbereich kann zusammenhängend ausgebildet sein oder einzelne Teilbereiche umfassen. In dem Versorgungsspannungsbereich kann die erste Außenlage 1 10 der Leiterplatte 100 mit einem elektrisch und thermisch leitfähigen Material, beispielsweise mit Kupfer, beschichtet bzw. geflutet sein. Die erste Außenlage 1 10 der Leiterplatte 100 wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 noch weiter beschrieben. Die erste Außenlage 1 10 der Leiterplatte 100 ist benachbart zu der ersten Innenlage 130 der Leiterplatte 100 angeordnet bzw. gestapelt. Die erste Innenlage 130 der Leiterplatte 100 kann eine Signallage bzw. alternativ oder zusätzlich eine Entflechtungslage der Leiterplatte 100 repräsentieren. Die erste Innenlage 130 der Leiterplatte 100 ist gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zwischen der ersten Außenlage 1 10 und der ersten Versorgungsspannungslage 150 angeordnet bzw. gestapelt. Auch wenn es in Fig. 1 nicht explizit gezeigt ist, so kann die erste Innenlage 130 der Leiterplatte 100 eine Mehrzahl von Leiterbahnen bzw. Entflechtungskanälen aufweisen. Bereiche der ersten Innenlage 130 der Leiterplatte 100, in denen keine Leiterbahnen gebildet sind, können einen Versorgungsspannungsbereich repräsentieren. Der Ver- sorgungsspannungsbereich kann beispielsweise auf Massepotenzial liegen. Der Versorgungsspannungsbereich kann zusammenhängend ausgebildet sein oder einzelne Teilbereiche umfassen. In dem Versorgungsspannungsbereich kann die erste Innenlage 130 der Leiterplatte 100 mit einem elektrisch und thermisch leitfähigen Material, beispielsweise mit Kupfer, beschichtet bzw. geflutet sein. Die erste Innenlage 130 wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 noch weiter beschrieben.
Die Durchkontaktierungen 180 sind ausgebildet, um die erste Außenlage 1 10 und die erste Innenlage 130 miteinander elektrisch zu verbinden. Die Durchkontaktierungen 180 können Laserdurchkontaktierungen sein. Die Durchkontaktierungen 180 können mit einem elektrisch leitfähigen Material aus gekleidet oder vollständig gefüllt sein. Bei den Durchkontaktierungen 180 kann es sich um Mikrodurchkontaktierungen handeln. In dem in Fig. 1 dargestellten Querschnitt der Leiterplatte 100 sind zwei Durchkontaktierungen 180 abgebildet. Die Durchkontaktierungen 180 sind die hierbei benachbart zu den Anschlussflächen 1 12 der ersten Außenlage 1 10 gebildet. Die Durchkontaktierungen 180 sind mit den Anschlussflächen 1 12 der ersten Außenlage 1 10 elektrisch verbunden. Ferner sind die Durchkontaktierungen 180 mit Leiterbahnen der ersten Innenlage 130 elektrisch verbunden. Somit können Signalleitungen der ersten Außenlage 1 10 und der ersten Innenlage 130 über die Durchkontaktierungen 180 elektrisch leitfähig miteinander verbunden werden.
Die erste Versorgungsspannungslage 150 ist zwischen der ersten Innenlage 130 und der zweiten Versorgungsspannungslage 1 60 angeordnet bzw. gestapelt. Die erste Versorgungsspannungslage 150 weist gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine größere Dicke als die erste Innenlage 130 und zusätzlich oder alternativ als die erste Außenlage 1 10 auf. Die erste Versorgungsspannungslage 150 weist Leiterbahnen bzw. Leiterflächen für einen Hochstrom auf. Bereiche der ersten Versorgungsspannungslage 150 der Leiterplatte 100, in denen keine Leiterbahnen gebildet sind, können einen Versorgungsspan- nungsbereich repräsentieren. Der Versorgungsspannungsbereich kann beispielsweise auf Massepotenzial liegen. Der Versorgungsspannungsbereich kann zusammenhängend ausgebildet sein oder einzelne Teilbereiche umfassen. In dem Versorgungsspannungsbereich kann die erste Versorgungsspannungslage 130 der Leiterplatte 100 mit einem elektrisch und thermisch leitfähigen Material, beispielsweise mit Kupfer, beschichtet bzw. geflutet sein. Die Versorgungsspannungsbereiche der ersten Versorgungsspannungslage 150 weisen eine größere Dicke als die Versorgungsspannungsbereiche der ersten Außenlage 1 10 und zusätzlich oder alternativ der ersten Innenlage 130 auf. Die erste Versorgungsspannungslage 150 wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 noch weiter beschrieben.
Die zweite Versorgungsspannungslage 160 kann der ersten Versorgungsspannungslage 150 entsprechen. Zwischen der zweiten Versorgungsspannungslage 1 60 und der ersten Versorgungsspannungslage 150 können geringfügige Abweichungen bzw. Unterschiede hinsichtlich beispielsweise Abmessungen von Leiterbahnen bzw. Leiterflächen und Versorgungsspannungsbereichen bestehen. Die zweite Versorgungsspannungslage 1 60 ist gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zwischen der ersten Versorgungsspannungslage 150 und der zweiten Innenlage 140 angeordnet bzw. gestapelt.
Die zweite Innenlage 140 kann der ersten Innenlage 130 entsprechen. Zwischen der zweiten Innenlage 140 und der ersten Innenlage 130 können geringfügige Abweichungen bzw. Unterschiede hinsichtlich beispielsweise Ausrichtung und Abmessungen von Leiterbahnen und Versorgungsspannungsbereichen bestehen. Die zweite Innenlage 140 ist gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zwischen der zweiten Versorgungsspannungslage 1 60 und der zweiten Außenlage 120 angeordnet bzw. gestapelt. Die zweite Außenlage 120 kann eine Bodenlage der Leiterplatte 100 repräsentieren. Die zweite Außenlage 120 der Leiterplatte 100 ist gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel benachbart zu der zweiten Innenlage 140 angeordnet. Die zweite Außenlage 120 der Leiterplatte 100 kann ausgebildet sein, um an einem Trägerelement, beispielsweise innerhalb eines Fahrzeuggetriebes, angebracht zu werden. Dazu kann die zweite Außenlage 120 der Leiterplatte 100 eine zumindest teilweise plane Bodenfläche ausbilden. Bereiche der zweiten Außenlage 120 der Leiterplatte 100, in denen keine Leiterflächen gebildet sind, können einen Versorgungs- spannungsbereich repräsentieren. Der Versorgungsspannungsbereich kann beispielsweise auf Massepotenzial liegen. Der Versorgungsspannungsbereich kann zusammenhängend ausgebildet sein oder einzelne Teilbereiche umfassen. In dem Versorgungsspannungsbereich kann die zweite Außenlage 120 der Leiterplatte 100 mit einem elektrisch und thermisch leitfähigen Material, beispielsweise mit Kupfer, beschichtet bzw. geflutet sein. Die zweite Außenlage 120 wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 noch weiter beschrieben.
Die Mikrodurchkontaktierungen 170 stellen eine Verbindung zwischen der ersten Außenlage 1 10 und der ersten Innenlage 130 sowie zwischen der zweiten Außenlage 120 und der zweiten Innenlage 140 her. Genauer gesagt stellen die Mikrodurchkontaktierungen 170 eine Verbindung zwischen einem Versorgungsspannungsbereich der ersten Außenlage 1 10 und einem Versorgungsspannungsbereich der ersten Innenlage 130 sowie zwischen einem Versorgungsspannungsbereich der zweiten Außenlage 120 und einem Versorgungsspannungsbereich der zweiten Innenlage 140 her. Die Mikrodurchkontaktierungen 170 können beispielsweise Laser- durchkontaktierungen sein. Die Mikrodurchkontaktierungen 170 sind mit einem wär- meleitfähigen Material, beispielsweise Kupfer, gefüllt. Die Mikrodurchkontaktierungen 170 sind als Blindlöcher in der Leiterplatte 1 10, beispielsweise mittels Laser, gebohrt und mit dem leitfähigen Material verfüllt. Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verbinden die Mikrodurchkontaktierungen 170 zwei Lagen der Leiterplatte. Die Leiterplatte 100 weist eine Mehrzahl der Mikrodurchkontaktierungen 170 auf. Auch wenn es in Fig. 1 nicht explizit hervorgeht, sind die Mikrodurchkontaktierungen 170 in Gruppen bzw. Matrizen angeordnet. Aus Übersichtlichkeits- und Platzgründen sind in Fig. 1 lediglich zwei Mikrodurchkontaktierungen 170 mit Bezugszeichen versehen. Die Mikrodurchkontaktierungen 170 sind unter Bezugnahme auf die Figuren 5, 6, 8, 1 1 und 12 noch weiter beschrieben. Die Mikrodurchkontaktierungen 170 dienen der Wärmeübertragung jeweils zwischen den äußeren beiden Lagen 1 10, 130, 120, 140 der Leiterplatte 100. Durch eine großflächige Verteilung der Mikrodurchkontaktierungen 170 ist ein sehr schneller Wärmeübertrag realisierbar.
Die thermischen Durchkontaktierungen 190 sind in der Leiterplatte 100 durch alle Lagen 1 10, 130, 150, 1 60, 140 und 120 hindurch gebildet. Somit erstrecken sich die thermischen Durchkontaktierungen 190 von der ersten Außenlage 1 10 bis zu der zweiten Außenlage 120. Bei den thermischen Durchkontaktierungen 190 kann es sich um so genannte Thermal Vias handeln. Die thermischen Durchkontaktierungen 190 sind mit einem wärmeleitfähigen Material gefüllt. Im Bereich des Halbleiterchips 102 ist in Fig. 1 eine größere Anzahl von thermischen Durchkontaktierungen 190 in der Leiterplatte 100 gebildet als außerhalb des Bereichs des Halbleiterchips 102. Aus Übersichtlichkeits- und Platzgründen sind in Fig. 1 lediglich zwei thermische Durchkontaktierungen 190 mit Bezugszeichen versehen. Die thermischen Durchkontaktierungen 190 sind unter Bezugnahme auf die Figuren 5 bis 8 noch weiter beschrieben.
Fig. 2 zeigt eine Leiterplatte 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Fig. 2 ist die Leiterplatte 100 in einer Schnittansicht dargestellt. Die Leiterplatte 100 kann hierbei der Leiterplatte aus Fig. 1 entsprechen, wobei sich die Anzahl der Mikrodurchkontaktierungen 170 unterscheidet. Aus Übersichtlichkeits- und Platzgründen sind in Fig. 2 die Lagen der Leiterplatte 100 nicht mit Bezugszeichen versehen. Die Lagen, sowie deren Abfolge, der Leiterplatte 100 entsprechen jenen der Leiterplatte aus Fig. 1 .
Fig. 2 zeigt zusätzlich zu Fig. 1 eine zwischen dem Halbleiterchip 102 und der ersten Außenlage angeordnete, freiliegende Anschlussfläche 206, Leiterbahnen 232 der ersten Innenlage, Leiterbahnen 252 sowie Versorgungsspannungsbereiche 254 der ersten Versorgungsspannungslage, und Leiterbahnen 262 sowie Versorgungs- spannungsbereiche 264 der zweiten Versorgungsspannungslage. Bei der freiliegenden Anschlussfläche 206 kann es sich beispielsweise um eine Metallplatte oder dergleichen handeln. Die freiliegende Anschlussfläche 206 ist an einer der ersten Außenlage der Leiterplatte 100 zugewandten Oberfläche des Halbleiterchips 102 angeordnet. Die freiliegende Anschlussfläche 206 steht in Kontakt mit der ersten Außenlage der Leiterplatte 100. Die freiliegende Anschlussstelle 206 ist ausgebildet, um eine Wärmeabfuhr von dem Halbleiterchip 102 zu den thermischen Durchkontaktie- rungen 190 der Leiterplatte 100 im Bereich des Halbleiterchips 102 zu erleichtern. Alternativ oder zusätzlich kann die freiliegende Anschlussfläche 206 an einer von der ersten Außenlage der Leiterplatte 100 abgewandten Oberfläche des Halbleiterchips 102 angeordnet sein. In diesem Fall kann an der freiliegenden Anschlussfläche 206 eine zusätzliche Wärmesenke (nicht gezeigt) angebracht sein. Die Leiterbahnen 232 der ersten Innenlage können beispielsweise Signalleiterbahnen, Entflechtungskanäle oder dergleichen sein. Die Leiterbahnen 252 der ersten Versorgungsspannungslage und die Leiterbahnen 262 der zweiten Versorgungsspannungslage können Hochstromleiterbahnen sein. Die Leiterbahnen 252 der ersten Versorgungsspannungslage und die Leiterbahnen 262 der zweiten Versorgungsspannungslage können als Leiterflächen ausgeformt sein. Die Versorgungsspannungsberei- che 254 der ersten Versorgungsspannungslage und die Versorgungsspannungsbe- reiche 264 der zweiten Versorgungsspannungslage können auf einem unterschiedlichen Potenzial relativ zu den Leiterbahnen 252 und die Leiterbahnen 262 liegen.
Fig. 3 zeigt eine Leiterplatte 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Fig. 3 ist die Leiterplatte 100 in einer Schnittansicht dargestellt. Die Leiterplatte 100 kann hierbei der Leiterplatte aus Fig. 1 oder Fig. 2 entsprechen. Die Darstellung in Fig. 3 entspricht dabei weitgehend der Darstellung aus Fig. 1 . Somit wird hinsichtlich Fig. 3 auf die Beschreibung bezüglich Fig. 1 verwiesen.
Anhand von Fig. 3 wird eine Durchkontaktierungstechnologie bzw. Viatechnologie für die HDLV-Matrix-Technologie für die Leiterplatte 100 erläutert. Alle diesbezüglichen Aussagen können auch auf die in den Figuren 1 , 2 und 4 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispiele bezogen gesehen werden. Es gibt für das Thermomanage- ment lediglich drei relevante Durchkontaktierungs- bzw. Viatypen. Die Mikrodurch- kontaktierungen 170 bzw. Microlaservias in der ersten Außenlage 1 10 und der ersten Innenlage 130, die Mikrodurchkontaktierungen 170 bzw. Microlaservias in der zweiten Außenlage 120 und der zweiten Innenlage 140, und schließlich die thermischen Durchkontaktierungen 190 bzw. durchkontaktierten Thermovias durch alle Lagen der Leiterplatte 100 hindurch. Die genauen Durchmesser der einzelnen Durchkontaktierungen ergeben sich aus der jeweiligen Fertigungsnotwendigkeit für die Leiterplatte 100. Anteilsmäßig ist die Zahl der Mikrodurchkontaktierungen 170 in HDLV-Matrix- Technologie gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung stark erhöht. Die Schichtdicken der Versorgungsspannungsbereiche bzw. Kupferlagen in den einzelnen Lagen, wobei die Versorgungsspannungslagen eine Variable bezüglich der Grundkupferstärke darstellen, können beispielsweise betragen: 18μηπ Grundkupfer in der ersten Außenlage 1 10, 12 - 18 μητι Grundkupfer in der ersten Innenlage 130, 35 - 400 μηπ Grundkupfer in den Versorgungsspannungslagen 150, 1 60, 12 - 18μηπ Grundkupfer in der zweiten Innenlage 140 und 18μηπ Grundkupfer in der zweiten Außenlage 120. Die Leiterplatte 100 ist es somit symmetrisch aufgebaut. Die Endkupferstärken können durch ein Aufkupfern beim Produktionsprozess beeinflusst werden.
Fig. 4 zeigt eine Leiterplatte 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Fig. 4 ist die Leiterplatte 100 in einer Schnittansicht dargestellt. Die Leiterplatte 100 kann hierbei der Leiterplatte aus Fig. 1 oder Fig. 2 oder Fig. 3 entsprechen. Es werden somit lediglich in Fig. 4 zusätzlich gezeigte Elemente der Leiterplatte 100 beschrieben. Hinsichtlich aller übrigen Elemente wird auf die Beschreibung bezüglich der Figuren 1 bis 3 verwiesen. Aus Übersichtlichkeits- und Platzgründen sind in Fig. 4 die Lagen der Leiterplatte 100 nicht mit Bezugszeichen versehen. Die Lagen, sowie deren Abfolge, der Leiterplatte 100 entsprechen jenen der Leiterplatte aus Fig. 1 .
In Fig. 4 sind zusätzlich zu Fig. 1 ein erster thermischer Widerstand Rth1 , ein zweiter thermischer Widerstand Rth2 und ein dritter thermischer Widerstand Rth3 gezeigt. Der erste thermische Widerstand Rth1 bezieht sich die erste Außenlage und die erste Innenlage. Der zweite thermische Widerstand Rth2 bezieht sich auf die erste und die zweite Versorgungsspannungslage. Der dritte thermische Widerstand Rth3 bezieht sich auf die zweite Außenlage und die zweite Innenlage. Aus den thermischen Widerständen Rth1 , Rth2 und Rth3 ergibt sich der thermische Gesamtwiderstandes in Dickenrichtung bzw. Z-Richtung der Leiterplatte 100.
Indem die erste Außenlage und die erste Innenlage sowie die zweite Außenlage und die zweite Innenlage durch die Verwendung der Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen 170 in HDLV-Matrix-Technologie sehr stark miteinander verkoppelt sind, wird der thermische Gesamtwiderstand gesenkt. Ebenso senken die Versor- gungsspannungslagen mit Dickkupfer den thermischen Gesamtwiderstand. Durch diesen Aufbau der Leiterplatte 100 erhöht sich das Kupfervolumen bezogen auf das Volumen der kompletten Leiterplatte 100. Die Versorgungsspannungslagen dienen zur Führung des Hochstroms. Die in den Versorgungsspannungslagen angeordneten, von Hochstrom durchflossenen Leiterbahnen erwärmen sich durch das umgebene Kupfer lediglich langsam. Es ergibt sich eine Trägheit durch umgebendes Kupfer. Das restliche Kupfer dient dann noch als Kapazitätspuffer für hohe Temperaturbelastungen. Generell müssen Leistungsteil und Steuerteil nicht thermisch getrennt sein, womit auch keine getrennten Masseleitungen und Masseflächen vorgesehen sein müssen. Es gibt nur eine komplette Massefläche, die zur horizontalen thermischen Spreizung dient. Die vertikale Ableitung (Rth) der Wärme wird durch die thermischen Durchkontaktierungen 190 ebenfalls erheblich verbessert. Die erste Außenlage und die erste Innenlage sowie die zweite Außenlage und die zweite Innenlage sind über die Matrizen von Mikrodurchkontaktierungen 170 Thermisch miteinander verkoppelt. Somit ergibt sich eine bessere thermische Kapazität (Cth). Entflechtungskanäle und thermische Kanäle sind für eine optimale Wärmekapazität bzw. thermische Ableitung eingebracht.
Fig. 5 zeigt eine erste Außenlage 1 10 einer Leiterplatte gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht. Bei der ersten Außenlage 1 10 kann es sich um die erste Außenlage aus einer der Figuren 1 bis 4 handeln. Gezeigt sind der Halbleiterchip 102, der über die Chipanschlüsse 104 an Anschlussflächen 1 12 der ersten Außenlage 1 10 angeschlossen ist, und eine Mehrzahl der Mikrodurchkontaktierungen 170 sowie der thermischen Durchkontaktierungen 190. In der Draufsicht von Fig. 5 können weitere Mikrodurchkontaktierungen 170 und alter- nativ oder zusätzlich weitere thermische Durchkontaktierungen 190 durch den Halbleiterchip 102 verdeckt sein. Bei dem Halbleiterchip 102, den Chipanschlüssen 104 und den Anschlussflächen 1 12 kann es sich um Elemente handeln, die einem Fachmann auf dem relevanten Gebiet gut bekannt sind. Daher wird auf eine eingehendere Beschreibung dieser Elemente hier verzichtet. Die erste Außenlage 1 10 weist hauptsächlich Bauteile in Gestalt des Halbleiterchips 102 und kurze direkte Leiterverbindungen sowie eine Trägerschicht für gelötete Komponenten auf. Ansonsten ist die erste Außenlage 1 10 zur Ausbildung eines Versorgungsspannungsbereichs mit Kupfer auf Massepotenzial geflutet, womit sich eine gute thermische Anbindung des Halbleiterchips 102 an die erste Außenlage 1 10 sowie der ersten Außenlage 1 10 an weitere Lagen der Leiterplatte.
Die Mikrodurchkontaktierungen 170 sind in Matrizen angeordnet. Insbesondere sind die Mikrodurchkontaktierungen 170 gemäß dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu jeweils neun Mikrodurchkontaktierungen 170 pro Matrize zusammengefasst. Jede Matrizen weist somit neuen Mikrodurchkontaktierungen 170 auf. In Fig. 5 sind beispielhaft neun Matrizen mit jeweils neun Mikrodurchkontaktierungen 170 dargestellt. Die neun Matrizen mit Mikrodurchkontaktierungen 170 bilden ihrerseits eine Anordnung mit drei Teilen und drei Spalten mit Matrizen auf der ersten Außenlage 1 10. Die Mikrodurchkontaktierungen 170 sind in dem Versorgungsspannungsbereich der Außenlage 1 10 gebildet. Die thermischen Durchkontaktierungen 190 sind in Randbereichen der ersten Außenlage 1 10 angeordnet. In Fig. 5 sind beispielhaft sechs thermische Durchkontaktierungen 190 gezeigt. Die thermischen Durchkontaktierungen 190 sind in zwei Gruppen angeordnet. Hierbei sind drei thermische Durchkontaktierungen 190 in einer ersten Gruppe in einer Linie entlang einer ersten Schmalseitenkante der ersten Außenlage 1 10 angeordnet. Die restlichen drei thermischen Durchkontaktierungen 190 sind in einer zweiten Gruppe in einer Linie entlang einer zweiten Schmalseitenkante der ersten Außenlage 1 10 angeordnet. Die Mikrodurchkontaktierungen 170 sind zwischen den beiden Gruppen der thermischen Durchkontaktierungen 190 angeordnet. Es ist zu beachten, dass die in Fig. 5 gezeigte Anordnung und die Anzahl der Mikrodurchkontaktierungen 170 sowie der thermischen Durchkontaktierungen 190 lediglich beispielhaft sind und in der Praxis von dem Gezeigten abweichen können. Anders ausgedrückt kann Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Leiterplatte gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sein. Die erste Außenlage 1 10 der Leiterplatte verdeckt in der Ansicht von Fig. 5 alle übrigen Lagen der Leiterplatte. Die Leiterplatte kann Teil eines Steuergeräts für ein Fahrzeuggetriebe sein. Bei der Leiterplatte kann es sich auch um ein Steuergerät für ein Fahrzeuggetriebe handeln, wobei ein Gehäuse, in dem die Leiterplatte zumindest teilweise aufgenommen sein kann, nicht dargestellt ist.
Fig. 6 zeigt eine erste Innenlage 130 einer Leiterplatte gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht. Bei der ersten Innenlage 130 kann es sich um die erste Innenlage aus einer der Figuren 1 bis 4 handeln. Die erste Innenlage 130 weist eine Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen 170, eine Mehrzahl von thermischen Durchkontaktierungen 190 und eine Mehrzahl von Entflechtungskanälen in Gestalt von Leiterbahnen 232 auf. Die Mikrodurchkontaktierungen 170 und die thermischen Durchkontaktierungen 190 entsprechen hierbei in Anzahl und Anordnung diesen der ersten Außenlage aus Fig. 5. Die Leiterbahnen 232 sind in parallel verlaufenden Gruppen zwischen den Matrizen der Mikrodurchkontaktierungen 170 angeordnet. Von links nach rechts in Fig. 6 ergibt sich somit eine spaltenweise Abfolge von drei thermischen Durchkontaktierungen 190 untereinander, drei Matrizen mit je neun Mikrodurchkontaktierungen 170 untereinander, einer Gruppe von beispielhaft vier Leiterbahnen 232 nebeneinander, drei weiteren Matrizen mit je neun Mikrodurchkontaktierungen 170 untereinander, einer weiteren Gruppe von beispielhaft vier Leiterbahnen 232 nebeneinander, noch drei Matrizen mit je neun Mikrodurchkontaktierungen 170 untereinander und drei weiteren thermischen Durchkontaktierungen 190 untereinander. Die erste Innenlage 130 dient zur Entflechtung von Steuer- und Kommunikationsverbindungen in der Leiterplatte. Die erste Innenlage 130 weist dazu eine Feinstleiterstruktur (nicht gezeigt) auf. Freie Flächen werden mit Kupfer geflutet, um einen Versorgungsspannungsbereich auszubilden, und mit Mikrodurchkontaktierungen 170 in HDLV-Matrix-Technologie gefüllt. Die erste Innenlage 130 kann hierbei identisch oder beinahe identisch mit der zweiten Innenlage aus den Figuren 1 bis 4 sein. Die erste und die zweite Innenlage sind für die Entflechtung der Leiterplatte vorgesehen, wobei eine Lage die vertikale bzw. ho- rizontale Entflechtungsrichtung realisieren kann. Grundsätzlich können die nicht für Leiterbahnen benötigten Flächen mit Kupfer geflutet sein. Kanäle für Entflechtung in Gestalt der Leiterbahnen 232 und Einrichtungen zum Thermomanagement in Gestalt der Mikrodurchkontaktierungen 170 wechseln sich ab.
Fig. 7 zeigt eine erste Versorgungsspannungslage 150 einer Leiterplatte gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht. Bei der ersten Versorgungsspannungslage 150 kann es sich um die erste Versorgungsspannungslage aus einer der Figuren 1 bis 4 handeln. Die erste Versorgungsspannungslage 150 weist eine Mehrzahl von thermischen Durchkontaktierungen 190 auf. Die thermischen Durchkontaktierungen 190 entsprechen hierbei in Anzahl und Anordnung diesen der ersten Außenlage aus Fig. 5 sowie der ersten Innenlage aus Fig. 6. Die erste Versorgungsspannungslage 150 weist auch Leiterbahnen 252 und Versorgungsspannungsbereiche 254 auf. Bei den Leiterbahnen 252 kann es sich um Hochstromleiterbahnen handeln. Die erste Versorgungsspannungslage 150 weist somit Leiterbahnen 252 für einen Hochstrom auf. Ansonsten ist erste Versorgungsspannungslage 150 mit Massefläche in Gestalt der Versorgungsspannungsbereiche 254 geflutet. Die Eigenschaft zur Aufnahme kurzzeitiger Temperaturstöße, also die thermische Kapazität (Cth), der ersten Versorgungsspannungslage 150 erhöht sich dadurch. Technologisch zählt die erste Versorgungsspannungslage 150 zur Dickkupfertechnologie (Dicke der Versorgungsspannungsbereiche von z.B. 35μηπ - 400μηι). Die erste Versorgungsspannungslage 150 kann hierbei identisch oder beinahe identisch mit der zweiten Versorgungsspannungslage aus den Figuren 1 bis 4 sein. Die Versorgungsspannungslagen sind für Hochstromleiterbahnen konzipiert. Der Rest der Versorgungsspannungslagen außerhalb der Leiterbahnen ist beispielsweise mit Kupfer geflutet. Die geflutete Kupferfläche weist einen hohen Kapazitätscharakter (Cth) und ebenso ein verbessertes Ableitungsverhalten der Wärme (Rth) auf.
Fig. 8 zeigt eine zweite Außenlage 120 einer Leiterplatte gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht. Bei der zweiten Außenlage 120 kann es sich um die zweite Außenlage aus einer der Figuren 1 bis 4 handeln. Die zweite Außenlage 120 weist eine Mehrzahl von Mikrodurchkontaktie- rungen 170, eine Mehrzahl von thermischen Durchkontaktierungen 190, eine Leiterfläche 822 und einen Versorgungsspannungsbereich 824 auf. Die zweite Außenlage 120 weist eine möglichst homogene Fläche auf. Dies führt zu einem guten Kontakt zu einem Trägerelement, indem die Leiterplatte angebracht wird, beziehungsweise zu einem dazwischenliegenden Gapfilier. So ergibt sich eine großflächige Abgabe der Wärme an ein Trägerelement, beispielsweise in ein mechanisches Gehäusesystem einer Getriebesteuerung eines Fahrzeugs. Die HDLV-Matrix-Technologie ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung der Wärme. Die zweite Außenlage 120 fungiert als eine Kontaktfläche zu einem Trennelement bzw. zu Wärmesenken und ggf. auch über Folien oder Wärmeleitpasten. Die Kontaktflächen, d.h. die Leiterfläche 822 und der Versorgungsspannungsbereiche 824, sind beispielsweise komplett mit Kupfer geflutet. Unterschiedliche Potentiale sind als Flächen ausgebildet. Wärme aus der Leiterplatte kann an der zweiten Außenlage 120 über die thermischen Durchkontaktierungen 190, die Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen 170 und den beispielsweise Kupfer enthaltenen Versorgungsspannungsbereiche 824 an ein Trägerelemente abgegeben werden.
Fig. 9 zeigt Mikrodurchkontaktierungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer Schnittansicht. Gezeigt ist ein Schnitt durch beispielhaft vier Mikrodurchkontaktierungen 170 durch eine äußere Lage einer Leiterplatte. Bei den Mikrodurchkontaktierungen 170 handelt es sich hierbei um beispielsweise mit Kupfer gefüllte Laserdurchkontaktierungen. Durch die Füllung mit Kupfer ergibt sich eine hohe thermische Kopplung zwischen beidseitig der äußeren Lage angeordneten Schichten aus thermisch und elektrisch leitfähigem Material.
Fig. 10 zeigt Mikrodurchkontaktierungen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer Schnittansicht. Gezeigt ist ein Schnitt durch beispielhaft fünf Mikrodurchkontaktierungen 170 durch zwei Lagen einer Leiterplatte. Bei den Mikrodurchkontaktierungen 170 handelt es sich beispielsweise hierbei um mit Kupfer ausgekleidete oder mit Kupferhülsen versehene Laserdurchkontaktierungen. Eine Darstellung der HDLV-Matrix-Technologie ist mit beiden Mikrodurchkon- taktierungstypen aus den Figuren 9 und 10 möglich.
Fig. 1 1 zeigt eine Anordnung von Mikrodurchkontaktierungen 170 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Mikrodurchkontaktierungen 170 sind hierbei in einer Matrix mit Spalten X und Zeilen Y angeordnet. Gezeigt sind neun Mikrodurchkontaktierungen 170, die in einer Matrix mit drei Spalten und drei Zeilen angeordnet sind. Es kann sich hierbei um eine Matrix von Mikrodurchkontaktierungen 170 handeln, wie sie in den Figuren 5 bis 8 dargestellt ist. Eine HDLV- Matrix kann beispielsweise 3 bis 6 Spalten X und 3 bis 6 Zeilen Y aufweisen. Ein Abstand von einer Mitte einer Mikrodurchkontaktierung 170 zu einer Mitte einer anderen Mikrodurchkontaktierung 170 innerhalb der Matrix kann beispielsweise 0.3 mm betragen. Eine Laserbohrung kann beispielsweise 0.1 mm messen und die Mikrodurchkontaktierung kann 0.3 mm messen. Es ist eine Matrix von X mal Y möglich, wobei X gleich Y sein kann.
Fig. 12 zeigt eine Anordnung von Mikrodurchkontaktierungen 170 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Fig. 12 sind beispielhaft neun Mikrodurchkontaktierungen 170 gezeigt. Die Anordnung der Mikrodurchkontaktierungen 170 in Fig. 12 ist hierbei um etwa 45° bezüglich der Anordnung in Fig. 1 1 versetzt. Die versetzte Anordnung kann eine Anpassung der Mikrodurchkontaktierungen 170 an Leiterbahnzüge erleichtern. Es ist ein beliebiger Winkel bei der versetzten Anordnung möglich. Genau gesagt sind die Mikrodurchkontaktierungen 170 versetzt zueinander angeordnet, so dass sich eine parallelogrammförmige Anordnung ergibt.
Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 12 werden im Folgenden verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung nochmals zusammenfassend erläutert. Allgemein ist anzumerken, dass weder die Anzahl der verwendeten Kupferlagen noch deren Dicken einschränkend sind, es wurde lediglich versucht, anhand eines konkreten Beispiels das den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Konzept zu beschreiben. Das gleiche gilt für die Anzahl der HDLVs. Dem Fachmann ist selbstverständlich klar, dass er die Anzahl und/oder Di- cke und/oder Lagenmenge beliebig variieren kann. Über die strategische Topologie gemäß Ausführungsbeispiel in der vorliegenden Erfindung lässt sich Wärme über Leiterbahnen bzw. Leiterflächen und über Durchkontaktierungen ableiten. Dazu wurde die Topologie von Durchkontaktierungen und Leiterbahnen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung entwickelt. Dabei sind die erste Außenlage 1 10 und die erste Innenlage 130, sowie die zweite Außenlage 120 und die zweite Innenlage 140 mit der HDLV-Matrix aus den Ivlikrodurchkontaktierungen 170 thermisch verkoppelt. Die Versorgungsspannungslagen 150 und 1 60 für Hochstrom sind im Inneren der Leiterplatte angeordnet. Durch das umgebende Kupfer wird dort ein verlangsamter Temperaturanstieg erzielt. Für das Entflechtungsprinzip werden 3 Durchkontaktierungstypen benötigt: die Ivlikrodurchkontaktierungen 170 zwischen der ersten Außenlage 1 10 und ersten Innenlage 130, die Ivlikrodurchkontaktierungen 170 zwischen der zweiten Außenlage 120 und der zweiten Innenlage 140, und die thermischen Durchkontaktierungen 190 durch alle Lagen der Leiterplatte 100. Die Leiterbahnen und Durchkontaktierungen werden so angeordnet, dass sich thermische Kanäle und Kanäle zur Entflechtung abwechseln. Die thermischen Durchkontaktierungen 190 stellen die thermische Verbindung zu allen Lagen her. Da die zweite Außenlage 120 großflächig mit einem Trägerelement, beispielsweise einem Gehäuse einer Getriebesteuerung, thermisch verbunden werden kann, ist auch eine gute thermische Ableitung erzielbar. Zusammenfassend verwenden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu den thermischen Durchkontaktierungen 190 auch HDLV-Matrizen aus Ivlikrodurchkontaktierungen 170 zur Verbesserung der Entwär- mung der Leiterplatte 100. Dadurch ergibt sich eine Verbesserung des thermischen Gesamtwiderstands, also eine Verbesserung des thermischen Gesamtwiderstandes in Z-Richtung der Leiterplatte 100, ein insgesamt verbessertes Wärmemanagement und eine verbesserte Entwärmung für die Leiterplatte 100. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen somit eine Verbesserung der Leiterplatte 100 bzw. des Hochtemperaturboards mit einer Mehrzahl von Ivlikrodurchkontaktierungen 170 in HDLV-Matrix-Technologie.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Auch wenn die vorbeschriebene HDLV-Matrix vorzugsweise in Verbindung mit Leiterplatten von Getriebesteuergeräten für Kraftfahrzeuge beschrieben worden ist, so kann die bevorzugte HDLV-Matrix auch für Leiterplatten für andere elektronische Geräte für Leistungselektronik Verwendung finden.
Bezuqszeichen
100 Leiterplatte
102 Halbleiterchip
104 Chipanschluss
1 10 erste Außenlage
1 12 Anschlussfläche
120 zweite Außenlage
130 erste Innenlage
140 zweite Innenlage
150 erste Versorgungsspannungslage
1 60 zweite Versorgungsspannungslage
170 Mikrodurchkontaktierung
180 Durchkontaktierung
190 thermische Durchkontaktierung
206 freiliegende Anschlussfläche
232 Leiterbahn
252 Leiterbahn
254 Versorgungsspannungsbereich
262 Leiterbahn
264 Versorgungsspannungsbereich
Rth1 erster thermischer Widerstand
Rth2 zweiter thermischer Widerstand
Rth3 dritter thermischer Widerstand
822 Leiterfläche
824 Versorgungsspannungsbereich

Claims

Patentansprüche
1 . Leiterplatte (100) mit mehreren Lagen, die zumindest eine Außenlage (1 10, 120) und zumindest eine an die Außenlage (1 10, 120) angrenzende Innenlage (130, 140) aufweisen, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen (170), die zwischen einem Versorgungsspannungsbereich der zumindest einen Außenlage (1 10, 120) und einem Versorgungsspannungsbereich der zumindest einen Innenlage (130, 140) gebildet sind.
2. Leiterplatte (100) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen (170) in zumindest einer Gruppe angeordnet ist, wobei zwischen benachbarten Mikrodurchkontaktierungen (170) innerhalb der zumindest einen Gruppe keine Leiterbahn angeordnet ist.
3. Leiterplatte (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen (170) zumindest teilweise mit einem wärmeleitfähigen Material gefüllt ist.
4. Leiterplatte (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannungsbereiche jene Abschnitte der zugehörigen Lagen umfassen, in denen keine Leiterbahnen gebildet sind, wobei die Versorgungsspannungsbereiche aus einem wärmeleitfähigen und elektrisch leitfähigen Material gebildet sind.
5. Leiterplatte (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Versorgungsspannungsbereich ein Massebereich ist und die Innenlage (130, 140) eine Signallage mit einer Mehrzahl von Leiterbahnen (232) ist.
6. Leiterplatte (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, die zumindest eine Versorgungsspannungslage (150, 1 60) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Versorgungsspannungsbereich (254, 264) der zumindest einen Versorgungsspannungslage (150, 1 60) eine größere Dicke als der Versorgungs- spannungsbereich der zumindest einen Außenlage (1 10, 120) und/oder der zumindest einen Innenlage (130, 140) aufweist.
7. Leiterplatte (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (100) eine erste Außenlage (1 10) sowie eine erste Innenlage (130), zwischen denen eine erste Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen (170) gebildet ist, und eine zweite Außenlage (120) sowie eine zweite Innenlage (130) aufweist, zwischen denen eine zweite Mehrzahl von Mikrodurchkontaktierungen (170) gebildet ist, wobei zwischen der ersten Innenlage (130) und der zweiten Innenlage (140) zwei Versorgungsspannungslagen (150, 160) angeordnet sind.
8. Leiterplatte (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine mit einem wärmeleitfähigen Material verfüllte Durch- kontaktierung (190), die durch alle Lagen (1 10, 120, 130, 140, 150, 1 60) der Leiterplatte (100) hindurch gebildet ist.
9. Leiterplatte (100) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Gruppe von Mikrodurchkontaktierungen (170) zumindest neun Mikrodurchkontaktierungen (170) aufweist, wobei ein Abstand benachbarter Mikrodurchkontaktierungen (170) innerhalb der zumindest einen Gruppe maximal 0,85 mm beträgt.
10. Steuergerät für ein Getriebe eines Fahrzeugs mit einer Leiterplatte (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche.
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