WO2025256907A1 - Elektronikanordnung - Google Patents

Elektronikanordnung

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WO2025256907A1
WO2025256907A1 PCT/EP2025/064601 EP2025064601W WO2025256907A1 WO 2025256907 A1 WO2025256907 A1 WO 2025256907A1 EP 2025064601 W EP2025064601 W EP 2025064601W WO 2025256907 A1 WO2025256907 A1 WO 2025256907A1
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WO
WIPO (PCT)
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stiffening plate
hole
outer edges
electronic
free zone
Prior art date
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PCT/EP2025/064601
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English (en)
French (fr)
Inventor
Patrick Gaiser
Daniel Michael STEHLIK
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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    • H10W40/226—Arrangements for cooling characterised by their shape, e.g. having conical or cylindrical projections characterised by projecting parts, e.g. fins to increase surface area
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    • H10W40/258—Metallic materials

Definitions

  • the present invention relates to an electronics arrangement, in particular power electronics of an inverter, with improved stiffening for a longer service life.
  • Electronic assemblies are used, for example, as power semiconductors for inverters for vehicles, especially electric vehicles. Particularly during the manufacturing process, thermal stresses during the connection of different components can lead to warping and stresses of components, which negatively affect the service life of the electronic assembly.
  • the electronic arrangement according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that significantly fewer stresses and distortions are introduced into the components of the electronic arrangement during its manufacture. This extends the service life of the electronic arrangement.
  • the measure according to the invention does not lead to an increase in the manufacturing costs of the electronic arrangement, but can be integrated into the existing manufacturing process free of charge.
  • the electronics arrangement comprising an electronics module and a cooler, wherein the electronics module is arranged on a first flat side of the cooler.
  • the electronics arrangement comprises Furthermore, a mold element, in particular made of plastic, which has a main body that encloses the electronic module.
  • the electronic assembly also includes a stiffening plate, which is arranged on the second flat side opposite the first flat side of the cooler.
  • the stiffening plate alone already provides significant stiffening of the electronic assembly.
  • the stiffening plate also has at least one through-opening and material areas for stiffening. The through-opening is formed in a Z-direction, which is preferably perpendicular to the first and second flat sides of the cooler.
  • the electronic assembly further includes a layer-like connecting element, which is configured to bond the cooler to the electronic module.
  • the connecting element is preferably a soldered or sintered copper layer or a bonding substrate.
  • the connecting element has first outer edges, which in particular define an overall length L1 and an overall width B1 of the connecting element.
  • the outer edges preferably form a quadrilateral, in particular a rectangle.
  • the stiffening plate features a first hole-free zone without a through-hole below the first outer edges in the Z-direction and/or a second hole-free zone without a through-hole below the second outer edges, where the second outer edges are the outer edges of the main body of the mold element (length L2, width B2). This ensures that material areas of the stiffening plate are present in the region of the outer edges of the fastener and/or in the region of the outer edges of the main body of the mold element, significantly contributing to the stiffening of the electronic assembly.
  • the layer-like bonding agent is a substrate or a copper layer.
  • the first and/or second hole-free zone is arranged symmetrically around the first and/or second outer edges. This means that the width of the first and/or second hole-free zones on both sides of the first and/or second outer edges is the same.
  • the first and/or second hole-free zones in the stiffening plate are designed such that, starting from the outer edge inwards, the area of the hole-free zone is always larger than the area starting from the outer edge outwards, in each case in the plane of the stiffening plate. This ensures that areas of the electronics arrangement located further inwards, which lie within the first and/or second outer edges, can be better stiffened.
  • the connector has inner edges that lie within the first outer edges. This is the case, for example, when the connector provides several planar, electrically isolated connection areas.
  • the stiffening plate has third hole-free zones without a through-opening in the Z-direction, also in the area of the inner edges of the connector.
  • the first outer edges of the connecting element and the second outer edges of the main body overlap at least partially in the Z-direction.
  • the first and second outer edges overlap in a longitudinal direction of the electronics assembly.
  • the mold element comprises webs extending outwards from the main body of the mold element. These webs preferably extend in a straight line outwards. Electrical contact areas of the electronics assembly are arranged adjacent to the webs in a top view, enabling electrical contact with the electronic module. In the Z-direction, a fourth, hole-free zone without a through-hole is formed in the stiffening plate below the webs. This protects the electrical contact areas, which are preferably planar contact areas, from warping.
  • the mold element has an edge which extends, in particular, over a cooling edge of the cooler. In the Z-direction, a fifth, hole-free zone without a through-opening is formed in the stiffening plate below the edge.
  • the webs connect the main body of the mold element to the edge.
  • the dimensions of the hole-free zones of the electronic arrangement are in a range of 0.75 mm to 7.5 mm, particularly 3 mm to 4 mm, and more particularly 3.5 mm. This refers to the total width of the hole-free zones along the edges along which the hole-free zones are provided in the stiffening plate.
  • the through-holes in the stiffening plate are designed to collect any bonding agent that may liquefy during the manufacturing process of the electronic assembly. This prevents the bonding agent from flowing to external areas of the electronic assembly, allowing some of the bonding agent to collect in the through-holes of the stiffening plate during the manufacturing process.
  • the through-holes are elongated.
  • Figure 1 is a schematic, perspective view of a
  • Figure 2 is a schematic sectional view of the electronics arrangement of
  • Figure 3 is a schematic top view of a connecting element of the
  • Figure 4 shows a schematic top view of a stiffening plate of the
  • Figure 5 shows a schematic top view of the stiffening plate
  • Figure 6 shows a schematic top view of the electronics arrangement with schematically drawn hole-free zones.
  • the electronic arrangement 1 comprises several electronic modules 2, which are shown schematically in Figure 2.
  • the electronics arrangement 1 further comprises a cooler 3, which is configured to dissipate heat that may be generated during operation of the electronics arrangement, particularly at the electronic modules 2.
  • the cooler is preferably made of aluminum or another similar material and comprises a plate-shaped cover 33 and a base body 34.
  • the base body 34 is a deep-drawn component and is configured to receive a turbulator 35.
  • the cooler 3 has a first flat side 31 and a second flat side 32.
  • the first flat surface 31 faces towards the electronic modules 2, and the second flat surface 32 faces away from the first flat surface 31.
  • the first flat surface 31 is preferably parallel to the second flat surface 32.
  • the electronics assembly 1 further comprises a mold element 4.
  • the mold element 4 is preferably made of a plastic material and surrounds the electronic modules 2 (see Figure 2).
  • the mold element 4 comprises a main body 40, which completely encloses the electronic modules 2.
  • the mold element 4 further comprises webs 42, which extend outwards from the main body 40, and a circumferential rim 41.
  • the webs 42 connect the main body 40 to the rim 41 (see Figure 1).
  • the electronics assembly 1 further comprises a stiffening plate 5.
  • the stiffening plate 5 is arranged on the second flat side 32 of the cooler 3.
  • the stiffening plate 5 can be connected to the cooler 3, for example, by means of a solder.
  • the stiffening plate 5 stiffens the entire electronics assembly 1. Detailed top views of the stiffening plate 5 can be seen in Figures 4 and 5. The fixing of the stiffening plate 5 to the cooler 3 is shown in Figure 2.
  • the stiffening plate 5 has several through-holes 50, which, as shown in Figures 4 and 5, can be elongated holes or, alternatively, cylindrical holes.
  • the through-holes 50 extend in the Z-direction, as indicated by the arrow Z in Figure 2.
  • the through-holes 50 thus extend perpendicular to the stiffening plate 5, or perpendicular to the flat sides of the cooler 3.
  • the stiffening plate 5 also has material areas 56.
  • the stiffening plate 5 can be made of aluminum or another metal material.
  • the electronics assembly 1 includes a connecting element 6, which in this embodiment consists of thin copper surfaces.
  • the connecting element 6 is shown in detail in Figure 3. A total of five rectangular copper surfaces are provided, which together form the connecting element 6.
  • the connecting element 6 is designed to connect the cooler 3 to the electronic modules 2 at the first flat side 31.
  • the fastener 6 has first outer edges 101. These first outer edges 101 have a first length L1 and a first width B1 and, in the present embodiment, define a substantially rectangular fastener. Linear areas without copper are provided to subdivide the individual copper surfaces. The copper surfaces form inner edges 103, which are schematically labeled in Figure 3.
  • Figure 4 schematically depicts three electronic modules and the first outer edges 101 of three connecting elements.
  • the stiffening plate 5 in the Z-direction has first hole-free zones 51 without a through-opening below the first outer edges 101.
  • the first hole-free zone 51 is provided symmetrically to both sides of the first outer edges 101, each with a width a.
  • the first hole-free zone 51 thus forms a rectangular frame around two through-openings 50.
  • Figure 4 shows three first hole-free zones 51 for three adjacent electronic modules 2.
  • Figure 5 which is also a top view of the stiffening plate 5, schematically depicts the second outer edges 102 of the main body 40 of the mold element 4. These second outer edges 102 also essentially form a rectangle.
  • the main body 40 covers all three existing electronic modules 2, which are not shown in Figure 5.
  • a second hole-free zone 52 without through-holes is provided around the projected second outer edge 102 of the main body 40.
  • the width of this second hole-free zone 52 is the same both outwards and inwards from the second outer edges 102 of the mold element 4 and is, like the connecting element 6, a width a.
  • first outer edges 101 and the second outer edges 102 overlap at least partially.
  • Third hole-free zones 53 are provided in the Z-direction in the stiffening plate below the inner edges 103 of the connecting element 6.
  • the connecting plate 5 forms a kind of grid with material areas 56 that are free of through-holes or the like.
  • the second outer edges 102 of the main body 40 of the mold element 4 have a second length L2 and a second width B2. This results in the second hole-free zone 52 around the second outer edges 102 of the main body 40.
  • a fifth hole-free zone 55 without a through-opening is also formed in partial areas of the edge 41, which in particular runs over a cooler edge of the cooler, in the Z direction.
  • the hole-free zones 51, 52, 53, 54, 55 preferably lie in a range of 0.75 mm to 7.5 mm. That is, the widths to the left and right around the respective edges of the main body 40 or the connecting element 6 and the webs 42 and the rim 41, which are only schematically designated by 'a' in the drawings, lie in the aforementioned range, and 'a' is in particular 3.5 mm.
  • a stiffening plate 5 can be provided which has specifically designated perforation-free zones to contribute to the stiffening of the electronic assembly 1.
  • the through-holes 50 provided in the stiffening plate 5 are designed to collect fasteners, in particular solder or the like, during a joining process. This prevents the solder from flowing to the outside of the stiffening plate 5, so that, for example, an adhesive bonding process can be carried out without problems in a subsequent step. Therefore, by cleverly designing the stiffening plate 5 with the prohibition of through-holes in the area of the edges, especially of the fastener 6 and the main body 40, a significant improvement in the stiffening of the electronic assembly 1 can be achieved. The service life of the electronic assembly 1 can thus be considerably extended.

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektronikanordnung, umfassend ein Elektronikmodul (2), einen Kühler (3), wobei das Elektronikmodul (2) an einer ersten Flachseite (31) des Kühlers angeordnet ist, ein Moldelement (4), welches einen Hauptkörper (40) aufweist, der das Elektronikmodul (2) umschließt, eine Versteifungsplatte (5), welche an einer der ersten Flachseite (31) gegenüberliegenden zweiten Flachseite (32) des Kühlers (3) fixiert ist, wobei die Versteifungsplatte (5) wenigstens eine Durchgangsöffnung (50) in einer Z-Richtung aufweist, welche senkrecht zur zweiten Flachseite (32) ist und Materialbereiche (56) aufweist, und ein schichtartiges Verbindungsmittel (6), welches den Kühler (3) mit dem Elektronikmodul (2) an der ersten Flachseite (31) stoffschlüssig verbindet, wobei das Verbindungsmittel (6) erste Außenkanten (101) aufweist, welche insbesondere eine erste Länge (L1) und eine erste Breite (B1) des Verbindungsmittels (6) definieren, und wobei in der Versteifungsplatte (5) in Z-Richtung eine erste lochfreie Zone (51) ohne Durchgangsöffnung unterhalb der ersten Außenkanten (101) ausgebildet ist und/oder wobei der Hauptkörper (40) des Moldelements (4) zweite Außenkanten (102) aufweist, welche eine zweite Länge (L2) und eine zweite Breite (B2) des Hauptkörpers (40) definieren, wobei in der Versteifungsplatte (5) in Z-Richtung eine zweite lochfreie Zone (52) ohne Durchgangsöffnung unterhalb der zweiten Außenkanten (102) ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Titel
Elektronikanordnung
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektronikanordnung, insbesondere Leistungselektroniken eines Inverters, mit einer verbesserten Versteifung für eine längere Lebensdauer.
Elektronikanordnungen werden beispielsweise als Leistungshalbleiter für Inverter für Fahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge, verwendet Insbesondere während des Herstellungsprozesses kann es aufgrund thermischer Belastungen bei der Verbindung verschiedener Bauteile zu Verkrümmungen und Verspannungen von Bauteilen kommen, welche sich negativ auf die Lebensdauer der Elektronikanordnung auswirken.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Elektronikanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass signifikant weniger Spannungen und Verkrümmungen in Bauteilen der Elektronikanordnung während der Herstellung der Elektronikanordnung eingebracht werden. Dadurch kann eine Lebensdauer der Elektronikanordnung verlängert werden. Die erfindungsgemäße Maßnahme führt dabei nicht zu einer Kostenerhöhung bei der Herstellung der Elektronikanordnung, sondern kann in den bestehenden Herstellungsprozess kostenfrei integriert werden.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Elektronikanordnung ein Elektronikmodul und einen Kühler umfasst, wobei das Elektronikmodul an einer ersten Flachseite des Kühlers angeordnet ist. Die Elektronikanordnung umfasst ferner ein Moldelement, insbesondere aus Kunststoff, welches einen Hauptkörper aufweist, welcher das Elektronikmodul umschließt. Ferner umfasst die Elektronikanordnung eine Versteifungsplatte, welche an einer der ersten Flachseite des Kühlers gegenüberliegenden zweiten Flachseite angeordnet ist Die Versteifungsplatte allein bringt schon eine deutliche Versteifung der Elektronikanordnung. Die Versteifungsplatte weist ferner wenigstens eine Durchgangsöffnung und Materialbereiche zur Versteifung auf. Die Durchgangsöffnung ist in einer Z-Richtung ausgebildet, die vorzugsweise senkrecht zur ersten und zweiten Flachseite des Kühlers ausgebildet ist. Die Elektronikanordnung umfasst ferner ein schichtartiges Verbindungsmittel, welches eingerichtet ist, den Kühler mit dem Elektronikmodul stoffschlüssig zu verbinden. Das Verbindungsmittel ist vorzugsweise eine gelötete oder gesinterte Kupferschicht oder ein Verbindungssubstrat. Das Verbindungsmittel weist erste Außenkanten auf, welche insbesondere eine gesamte Länge L1 und eine gesamte Breite B1 des Verbindungsmittels definieren. Die Außenkanten bilden vorzugsweise ein Viereck, insbesondere ein Rechteck. In der Versteifungsplatte ist in Z-Richtung eine erste lochfreie Zone ohne Durchgangsöffnung unterhalb der ersten Außenkanten und/oder eine zweite lochfreie Zone ohne Durchgangsöffnung in Z-Richtung unterhalb von zweiten Außenkanten ausgebildet, wobei die zweiten Außenkanten die Außenkanten des Hauptkörpers des Moldelements sind (Länge L2, Breite B2). Somit ist sichergestellt, dass Materialbereiche der Versteifungsplatte im Bereich der Außenkanten des Verbindungsmittels und/oder im Bereich der Außenkanten des Hauptkörpers des Moldelements vorhanden ist und zur Versteifung der Elektronikanordnung signifikant beitragen.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise ist das schichtartige Verbindungsmittel ein Substrat oder eine Kupferschicht.
Weiter bevorzugt ist die erste und/oder zweite lochfreie Zone um die ersten und/oder zweiten Außenkanten symmetrisch vorgesehen. D.h. eine Breite der ersten und/oder zweiten lochfreien Zonen zu beiden Seiten der ersten und/oder zweiten Außenkanten ist gleich breit. Weiter bevorzugt sind die ersten und/oder zweiten lochfreien Zonen in der Versteifungsplatte derart vorgesehen, dass ausgehend von der Außenkante nach innen ein Bereich der lochfreien Zone immer größer ist als ausgehend von der Außenkante nach außen, jeweils in der Ebene der Versteifungsplatte. Hierdurch wird sichergestellt, dass tendenziell weiter innen liegende Bereiche der Elektronikanordnung, welche innerhalb der ersten und/oder zweiten Außenkanten liegen, besser versteift werden können.
Weiter bevorzugt weist das Verbindungsmittel Innenkanten auf, die innerhalb der ersten Außenkanten liegen. Dies ist beispielsweise dann gegeben, wenn das Verbindungsmittel mehrere flächige, elektrisch voneinander getrennte Verbindungsbereiche, bereitstellt. Dabei sind in der Versteifungsplatte in Z- Richtung dritte lochfreie Zonen ohne Durchgangsöffnung auch im Bereich der Innenkanten des Verbindungsmittels ausgebildet.
Vorzugsweise liegen die ersten Außenkanten des Verbindungsmittels und die zweiten Außenkanten des Hauptkörpers in Z-Richtung zumindest teilweise übereinander. Besonders bevorzugt liegen die ersten und zweiten Außenkanten dabei in einer Längsrichtung der Elektronikanordnung übereinander.
Weiter bevorzugt umfasst das Moldelement Stege, welche vom Hauptkörper des Moldelements nach außen verlaufen. Die Stege verlaufen vorzugsweise geradlinig nach außen. In Draufsicht benachbart zu den Stegen sind elektrische Kontaktbereiche der Elektronikanordnung angeordnet, welche eine elektrische Kontaktierung des Elektronikmoduls ermöglichen. In Z-Richtung ist dabei eine vierte lochfreie Zone ohne Durchgangsöffnung unterhalb der Stege in der Versteifungsplatte ausgebildet. Somit können auch die elektrischen Kontaktbereiche, welche vorzugsweise flächige Kontaktbereiche sind, vor Verkrümmungen geschützt werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Moldelement einen Rand auf, welcher insbesondere über einem Kühlerrand des Kühlers verläuft. In Z-Richtung ist in der Versteifungsplatte eine fünfte lochfreie Zone ohne Durchgangsöffnung unterhalb des Randes ausgebildet. Vorzugsweise verbinden die Stege den Hauptkörper des Moldelements mit dem Rand. Weiter bevorzugt liegen die Abmessungen der lochfreien Zonen der Elektronikanordnung in einem Bereich von 0,75 mm bis 7,5 mm, insbesondere 3 mm bis 4 mm, weiter insbesondere 3,5 mm. Dies betrifft die Gesamtbreite der lochfreien Zonen entlang der Kanten, entlang derer die lochfreien Zonen in der Versteifungsplatte vorgesehen sind.
Weiter bevorzugt sind die Durchgangsöffnungen in der Versteifungsplatte eingerichtet, um Verbindungsmittel, welches während des Herstellungsvorgangs der Elektronikanordnung flüssig werden kann, zu sammeln. Dadurch wird verhindert, dass Verbindungsmittel zu Außenbereichen der Elektronikanordnung fließen kann, so dass sich Verbindungsmittel während des Herstellungsvorgangs teilweise in den Durchgangsöffnungen der Versteifungsplatte sammeln kann.
Vorzugsweise sind die Durchgangsöffnungen Langlöcher.
Zeichnungen
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer
Elektronikanordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht der Elektronikanordnung von
Figur 1 ,
Figur 3 eine schematische Draufsicht auf ein Verbindungsmittel der
Elektronikanordnung von Figur 1 ,
Figur 4 eine schematische Draufsicht auf eine Versteifungsplatte der
Elektronikanordnung von Figur 1 mit Darstellung von lochfreien Zonen basierend auf dem Verbindungsmittel, Figur 5 eine schematische Draufsicht auf die Versteifungsplatte mit
Darstellung von lochfreien Bereichen basierend auf einem Moldelement der Elektronikanordnung und
Figur 6 eine schematische Draufsicht der Elektronikanordnung mit schematisch eingezeichneten lochfreien Zonen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 eine Elektronikanordnung 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Die Elektronikanordnung 1 umfasst mehrere Elektronikmodule 2, welche schematisch in Figur 2 dargestellt sind.
Die Elektronikanordnung 1 umfasst ferner einen Kühler 3, welcher eingerichtet ist, Wärme, die im Betrieb der Elektronikanordnung insbesondere an den Elektronikmodulen 2 entstehen kann, abzuführen. Der Kühler ist vorzugsweise aus Aluminium oder einem anderen ähnlichen Material hergestellt und umfasst einen plattenförmigen Deckel 33 und einen Basiskörper 34. Der Basiskörper 34 ist ein tiefgezogenes Bauteil und eingerichtet zur Aufnahme eines Turbulators 35.
Der Kühler 3 weist eine erste Flachseite 31 und eine zweite Flachseite 32 auf.
Die erste Flachseite 31 ist in Richtung zu den Elektronikmodulen 2 gerichtet und die zweite Flachseite 32 ist von der ersten Flachseite 31 abgewandt ausgerichtet. Die erste Flachseite 31 ist vorzugsweise parallel zur zweiten Flachseite 32.
Die Elektronikanordnung 1 umfasst ferner ein Moldelement 4. Das Moldelement 4 ist vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial und umgibt die Elektronikmodule 2 (vergleiche Figur 2). Das Moldelement 4 umfasst dabei einen Hauptkörper 40, welcher die Elektronikmodule 2 vollständig einschließt. Das Moldelement 4 umfasst ferner Stege 42, welche ausgehend vom Hauptkörper 40 nach außen verlaufen, sowie einen umlaufenden Rand 41 . Die Stege 42 verbinden den Hauptkörper 40 mit dem Rand 41 (vergleiche Figur 1). Die Elektronikanordnung 1 umfasst ferner eine Versteifungsplatte 5. Die Versteifungsplatte 5 ist an der zweiten Flachseite 32 des Kühlers 3 angeordnet. Die Versteifungsplatte 5 kann beispielsweise mittels eines Lotes mit dem Kühler 3 verbunden werden.
Die Versteifungsplatte 5 versteift die gesamte Elektronikanordnung 1. Im Detail sind Draufsichten der Versteifungsplatte 5 aus den Figuren 4 und 5 ersichtlich. Die Fixierung der Versteifungsplatte 5 am Kühler 3 ist aus Figur 2 ersichtlich.
Die Versteifungsplatte 5 weist mehrere Durchgangsöffnungen 50 auf, welche wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt, Langlöcher sein können oder alternativ auch zylindrische Löcher. Die Durchgangsöffnungen 50 verlaufen in Z-Richtung, was in Figur 2 durch den Pfeil Z angedeutet ist. Die Durchgangsöffnungen 50 verlaufen somit senkrecht zur Versteifungsplatte 5 bzw. senkrecht zu den Flachseiten des Kühlers 3.
Neben den Durchgangsöffnungen 50 weist die Versteifungsplatte 5 auch noch Materialbereiche 56 auf. Die Versteifungsplatte 5 kann aus Aluminium oder einem anderen Metallmaterial hergestellt sein.
Ferner umfasst die Elektronikanordnung 1 ein Verbindungsmittel 6, welches in diesem Ausführungsbeispiel dünne Kupferflächen sind. Das Verbindungsmittel 6 ist im Detail aus Figur 3 ersichtlich. Hierbei sind insgesamt fünf rechteckige Kupferflächen vorgesehen, welche zusammen das Verbindungsmittel 6 bilden. Das Verbindungsmittel 6 ist eingerichtet, den Kühler 3 an der ersten Flachseite 31 mit den Elektronikmodulen 2 zu verbinden.
Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, weist das Verbindungsmittel 6 erste Außenkanten 101 auf. Die ersten Außenkanten 101 weisen eine erste Länge L1 und eine erste Breite B1 auf und definieren im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein im Wesentlichen rechteckiges Verbindungsmittel. Hierbei sind zur Unterteilung der einzelnen Kupferflächen linear verlaufende Bereiche ohne Kupfer vorgesehen. Hierbei bilden die Kupferflächen Innenkanten 103, welche schematisch in Figur 3 bezeichnet sind.
In Figur 4 sind schematisch drei Elektronikmodule dargestellt, und die ersten Außenkanten 101 von drei Verbindungsmitteln dargestellt. Hierbei sind in der Versteifungsplatte 5 in Z-Richtung erste lochfreie Zonen 51 ohne Durchgangsöffnung unterhalb der ersten Außenkanten 101 ausgebildet Ausgehend von der in Figur 4 in gestrichelter Weise eingezeichneten ersten Außenkante 101 eines Verbindungsmittels 6, ist die erste lochfreie Zone 51 symmetrisch zu beiden Seiten der ersten Außenkanten 101 mit jeweils einer Breite a vorgesehen.
Die erste lochfreie Zone 51 bildet somit einen rechteckigen Rahmen um zwei Durchgangsöffnungen 50. In Figur 4 sind dabei drei erste lochfreie Zonen 51 für drei nebeneinander angeordnete Elektronikmodule 2 dargestellt.
In Figur 5, welche ebenfalls eine Draufsicht auf die Versteifungsplatte 5 ist, sind schematisch zweite Außenkanten 102 des Hauptkörpers 40 des Moldelements 4 dargestellt. Die zweiten Außenkanten 102 bilden ebenfalls im Wesentlichen ein Rechteck. Wie aus Figur 5 ersichtlich ist, überdeckt der Hauptkörper 40 alle drei vorhandenen Elektronikmodule 2, die in Figur 5 nicht gezeigt sind. Um die projizierte zweite Außenkante 102 des Hauptkörpers 40 ist eine zweite lochfreie Zone 52 ohne Durchgangsöffnungen vorgesehen. Eine Breite der zweiten lochfreien Zone 52 ist ausgehend von den zweiten Außenkanten 102 des Moldelements 4 nach außen und nach innen gleich und beträgt wie bei dem Verbindungsmittel 6 eine Breite a.
Wie ein Vergleich zwischen den Figuren 4 und 5 ergibt, überdecken sich somit die ersten Außenkanten 101 und die zweiten Außenkanten 102 zumindest teilweise.
Dritte lochfreie Zonen 53 sind in Z-Richtung in der Versteifungsplatte unterhalb der Innenkanten 103 des Verbindungsmittels 6 vorgesehen.
Somit ergibt sich in der Verbindungsplatte 5 eine Art Gitter mit Materialbereichen 56, welche frei von Durchgangsöffnungen oder dergleichen sind. Die zweiten Außenkanten 102 des Hauptkörpers 40 des Moldelements 4 weisen eine zweite Länge L2 und eine zweite Breite B2 auf. Somit ergibt sich die zweite lochfreie Zone 52 um die zweiten Außenkanten 102 des Hauptkörpers 40.
Wie weiter aus Figur 6 ersichtlich ist, sind im Bereich der Stege 42 in Z-Richtung vierte lochfreie Zonen 54 ohne Durchgangsöffnung unterhalb der Stege 42 ausgebildet. Wie aus Figur 6 ersichtlich ist, trennen die Stege 42 die elektrischen Kontaktbereiche 7 voneinander.
Wie weiter aus Figur 6 ersichtlich ist, ist auch in Teilbereichen des Randes 41 , der insbesondere über einem Kühlerrand des Kühlers verläuft, in Z-Richtung eine fünfte lochfreie Zone 55 ohne Durchgangsöffnung ausgebildet.
Hinsichtlich der Abmessungen, insbesondere der Breite der lochfreien Zonen, sei angemerkt, dass die lochfreien Zonen 51 , 52, 53, 54, 55 vorzugsweise in einem Bereich von 0,75 mm bis 7,5 mm liegen. D.h. die in den Zeichnungen jeweils nur schematisch mit a bezeichnete Breite links und rechts um die jeweiligen Kanten des Hauptkörpers 40 bzw. des Verbindungsmittels 6 und der Stege 42 und des Randes 41 liegen im vorstehend genannten Bereich und a ist insbesondere 3,5 mm.
Somit kann eine Versteifungsplatte 5 bereitgestellt werden, welche gezielt lochfreie Zonen aufweist, um zur Versteifung der Elektronikanordnung 1 beizutragen. Die in der Versteifungsplatte 5 vorgesehenen Durchgangsöffnungen 50 sind dabei eingerichtet, bei einem Verbindungsvorgang Verbindungsmittel, insbesondere Lotmaterial oder dergleichen, zu sammeln. Dadurch kann verhindert werden, dass insbesondere das Lotmaterial zur Außenseite der Versteifungsplatte 5 fließen kann, so dass, in einem nachfolgenden Arbeitsgang z. B, ein Klebeprozess problemlos durchgeführt werden kann. Somit kann durch die geschickte Ausbildung der Versteifungsplatte 5 mit einem Verbot von Durchgangsöffnungen im Bereich von Kantenbereichen, insbesondere des Verbindungsmittels 6 und des Hauptkörpers 40, eine signifikante Verbesserung einer Versteifung der Elektronikanordnung 1 erreicht werden. Die Lebensdauer der Elektronikanordnung 1 kann somit deutlich verlängert werden.

Claims

Ansprüche
1 . Elektronikanordnung, umfassend:
- ein Elektronikmodul (2),
- einen Kühler (3), wobei das Elektronikmodul (2) an einer ersten Flachseite (31) des Kühlers angeordnet ist,
- ein Moldelement (4), welches einen Hauptkörper (40) aufweist, der das Elektronikmodul (2) umschließt,
- eine Versteifungsplatte (5), welche an einer der ersten Flachseite (31) gegenüberliegenden zweiten Flachseite (32) des Kühlers (3) fixiert ist,
- wobei die Versteifungsplatte (5) wenigstens eine Durchgangsöffnung (50) in einer Z-Richtung aufweist, welche senkrecht zur zweiten Flachseite (32) ist und Materialbereiche (56) aufweist, und
- ein schichtartiges Verbindungsmittel (6), welches den Kühler (3) mit dem Elektronikmodul (2) an der ersten Flachseite (31) stoffschlüssig verbindet,
- wobei das Verbindungsmittel (6) erste Außenkanten (101) aufweist, welche insbesondere eine erste Länge (L1) und eine erste Breite (B1) des Verbindungsmittels (6) definieren, und
- wobei in der Versteifungsplatte (5) in Z-Richtung eine erste lochfreie Zone (51) ohne Durchgangsöffnung unterhalb der ersten Außenkanten (101) ausgebildet ist und/oder wobei der Hauptkörper (40) des Moldelements (4) zweite Außenkanten (102) aufweist, welche insbesondere eine zweite Länge (L2) und eine zweite Breite (B2) des Hauptkörpers (40) definieren, wobei in der Versteifungsplatte (5) in Z- Richtung eine zweite lochfreie Zone (52) ohne Durchgangsöffnung unterhalb der zweiten Außenkanten (102) ausgebildet ist
2. Elektronikanordnung nach Anspruch 1 , wobei das Verbindungsmittel (6) ein Substrat ist, oder wobei das Verbindungsmittel (6) eine Kupferschicht ist
3. Elektronikanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Breite (a) der ersten lochfreien Zone (51) und/oder der zweiten lochfreien Zone (52) in der Versteifungsplatte (5) zu beiden Seiten der ersten Außenkanten (101) und/oder der zweiten Außenkanten (102) gleich breit ist
4. Elektronikanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste lochfreie Zone (51) und/oder die zweite lochfreie Zone (52) in der Versteifungsplatte (5) ausgehend von den ersten Außenkanten (101) und/oder den zweiten Außenkanten (102) nach innen immer größer ist als von der ersten Außenkante (101) und/oder der zweiten Außenkante (102) nach außen.
5. Elektronikanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungsmittel (6) unterteilt ist und Innenkanten (103) aufweist, die innerhalb der ersten Außenkannten (101) liegen, und das Verbindungsmittel (6) in Bereiche unterteilen, wobei in der Versteifungsplatte (5) in Z-Richtung eine dritte lochfreie Zone ohne Durchgangsöffnung unterhalb der Innenkanten (103) ausgebildet ist.
6. Elektronikanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Außenkanten (101) und die zweiten Außenkanten (102) in Z- Richtung teilweise übereinanderliegen.
7. Elektronikanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Moldelement (4) Stege (42) aufweist, welche vom Hauptkörper (40) nach außen verlaufen, wobei in Draufsicht benachbart zu den Stegen (42) elektrische Kontaktbereiche (7) für das Elektronikmodul (2) angeordnet sind, wobei in Z- Richtung eine vierte lochfreie Zone ohne Durchgangsöffnung in der Versteifungsplatte (5) unterhalb der Stege (42) ausgebildet ist.
8. Elektronikanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Moldelement (4) einen Rand (41) aufweist, welcher insbesondere über einem Kühlerrand des Kühlers (3) verläuft, wobei in Z-Richtung eine fünfte lochfreie Zone (55) ohne Durchgangsöffnung in der Versteifungsplatte (5) unterhalb des Randes (41) ausgebildet ist.
9. Elektronikanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Breite der lochfreien Zonen (51 , 52, 53, 54, 55) in der Versteifungsplatte (5) in einem Bereich von 0,75 mm bis 7,5 mm, insbesondere 3 mm bis 4 mm, weiter insbesondere 3,5 mm, liegen.
10. Elektronikanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Durchgangsöffnung (50) in der Versteifungsplatte (5) zur Sammlung von Lot eingerichtet ist, welches zur Fixierung der Versteifungsplatte (5) am Kühler (3) verwendet wird.
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JP2019186237A (ja) * 2018-04-02 2019-10-24 富士電機株式会社 冷却装置、半導体モジュールおよび車両
US20220173013A1 (en) * 2020-12-01 2022-06-02 Fuji Electric Co., Ltd. Cooler and semiconductor apparatus

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