DE4326506A1

DE4326506A1 - Elektrisches Gerät, insbesondere Schalt- oder Steuergerät für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE4326506A1
Application number: DE4326506A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Ing Wiesa; Ralph Dipl Ing Schimitzek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-08-06
Filing date: 1993-08-06
Publication date: 1995-02-09
Also published as: JPH0779053A; IT1274704B; ITMI941689A1; ITMI941689A0; FR2708826A1; FR2708826B1; US5539618A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Gerät, insbesondere einem Schalt- oder Steuergerät für Kraftfahrzeuge, nach der Gattung des Hauptanspruches. Derartige elektrische Geräte sind beispiels weise aus der DE-PS 40 23 319 bekannt. Diese elektrischen Geräte beinhalten eine elektronische Schaltung, deren Grundelement eine als Leiterfolie ausgebildete Leiterplatte mit Leiterbahnen bzw. Schal tungsstrukturen ist. Mit dieser Leiterfolie sind eine Vielzahl von diskreten Bauelementen verbunden, von denen eines oder mehrere als sogenannte Leistungsbauelemente ausgebildet sind, die sich im Be trieb der Schaltung bzw. des elektrischen Gerätes erwärmen. Die Lei terfolie ist auf eine Trägerplatte aufgebracht, die einerseits die Leiterfolie mechanisch stabilisiert und andererseits zur Wärmeabfuhr der von den Leistungsbauelementen abgegebenen Wärme dient. Diese Trägerplatte ist dazu aus einem gut wärmeleitenden Material gefer tigt, zum Beispiel aus metallischen Werkstoffen wie Aluminium oder ähnlichem. Leistungsbauelemente in SMD-Bauweise (SMD=Surface-Moun ted-Device) müssen bei derartigen elektrischen Geräten auf der der Trägerplatte abgewandten Oberseite der Leiterfolie aufgebracht werden. Der Wärmetransport vom Leistungsbauelement zur wärmeleiten den Trägerplatte muß daher durch die Leiterfolie hindurch erfolgen. Dabei wirken herkömmliche Leiterfolien jedoch auf nachteilige Weise als Wärmeisolatoren, da ihre Wärmeleitfähigkeit wesentlich geringer ist als die einer (metallischen) Trägerplatte. Um die Wärmeableitung vom SMD-Leistungsbauelement zur wärmeleitenden Trägerplatte zu ver bessern, ist es auch bekannt, die Leiterfolie unterhalb des auflie genden Leistungsbauelementes mit Durchkontaktierungen zu versehen. Derartige Durchkontaktierungen bestehen in der Regel aus die Leiter folie durchdringenden Bohrungen geringen Durchmessers, die auf der Oberseite bzw. Unterseite der Leiterfolie von einer im wesentlichen kreisförmigen wärmeleitenden Beschichtung (z. B. Lötschicht) umgeben sind, wobei die Schichten auf Ober- und Unterseite miteinander wärmeleitend verbunden sind. Dabei beträgt der Bohrungsdurchmesser herkömmlicher Durchkontaktierungen zumeist weniger als 1 mm. Aufgrund der Geometrie dieser Durchkontaktierungen ergibt sich selbst bei einer Vielzahl von Durchkontaktierungen unterhalb eines einzelnen Leistungsbauelementes oftmals nur eine ungenügende Wärmeübertragung vom Leistungsbauelement zur Trägerplatte.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße elektrische Gerät, insbesondere Schalt- oder Steuergerät für Kraftfahrzeuge, mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß mit geringem fertigungstechnischem Aufwand ein wesentlich besserer Wärmetransport vom Leistungsbauelement zur wärmeleitenden Trägerplatte möglich ist. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der bestückten Leiterfolie ist ein nahezu ungehinderter Wärmetransport vom Leistungsbauelement zur Trägerplatte möglich, ohne daß eine starke Isolationswirkung durch die Leiterfolie auftritt. Insbesondere gegenüber herkömmlichen durchkontaktierten Leiterfolien ergibt sich eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit im Bereich des Leistungsbauelementes.

Die Wärmeableitung vom Leistungsbauelement zur wärmeleitenden Trägerplatte kann noch einmal wesentlich verbessert werden, wenn die Leiterfolie auf ihrer Unterseite zumindest teilweise mit einer wärmeleitenden Schicht versehen ist.

Der Wärmetransport durch die Leiterfolie kann darüberhinaus noch verbessert werden, wenn die lötfähige Randschicht auf der Oberseite der Leiterfolie mit der wärmeleitenden Schicht auf der Unterseite verbunden ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die wärmeleitende Masse in der Ausnehmung der Leiterfolie eine Lötpaste ist, wie sie beim Bestücken der Leiterfolie bzw. beim Aufbringen der SMD-Bauelemente verwendet wird.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Be schreibung und Zeichnung näher erläutert. Letztere zeigt in Fig. 1 einen Schnitt durch eine nur teilweise dargestellte bestückte Lei terfolie und in Fig. 2 eine Draufsicht auf eine unbestückte Leiter folie.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist mit 10 eine Trägerplatte aus gut wärmeleitendem Ma terial dargestellt. Diese Trägerplatte 10 kann beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff, wie zum Beispiel Aluminium bestehen. Auf die Oberseite 11 der Trägerplatte 10 ist eine isolierende Schicht 12 aufgebracht. Auf diese isolierende Schicht 12 wiederum ist eine an sich bekannte Leiterfolie 13 aufgebracht, die an ihrer Unterseite 14 mit einer wärmeleitenden Schicht 15 versehen ist. Diese wärmeleitende Schicht 15 kann beispielsweise eine dünne Kupferschicht sein. Die Oberseite 16 ist mit nicht dargestellten Leiterbahnen versehen, die einzelne Bauelemente einer elektronischen Schaltung miteinander verknüpfen. Von diesen Bauelementen ist in Fig. 1 ein Leistungsbauelement 18 in SMD-Bauweise dargestellt. Der artige Leistungsbauelemente 18 erzeugen während des Betriebes abzu leitende Wärme und bestehen aus einem Grundkörper 19 und einem löt fähigen Unterteil 20, das auch als Kühlfläche dient.

Diese SMD-Leistungsbauelemente 18 sind auf die Oberseite 16 der Leiterfolie 13 auf an sich bekannte und im nachfolgenden noch näher erläuterte Weise aufgebracht und mit den Leiterbahnen verbunden.

Die Leiterfolie 13 hat innerhalb der durch das Leistungsbauelement 18 begrenzten Fläche eine durchgehende Ausnehmung 22, deren Randab messungen jeweils kleiner als die entsprechenden Abmessungen des SMD-Leistungsbauelementes 18 sind. Diese Ausnehmung 22 ist auf der Oberseite 16 der Leiterfolie 13 von einer lötfähigen Randschicht 23 umgeben, deren Außenabmessungen in etwa denen des Unterteils 20 des SMD-Leistungsbauelementes 18 entsprechen. Das Leistungsbauelement 18 hat im hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine etwa rechteckige Grundfläche, kann jedoch auch eine anders geformte Grundfläche ha ben. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird daher durch die Randschicht 23 eine Fläche unterhalb des Leistungsbauelementes 18 begrenzt, deren Länge L und Breite B der Länge und Breite des Unterteils 20 entsprechen. Die lötfähige Randschicht 23 ist geeigneterweise eine dünne Kupferschicht wie die wärmeleitende Schicht 15 und über eine am Rand der Ausnehmung 22 anliegende kragenförmige Schicht 24 mit dieser verbunden. Die Ausnehmung 22 ist mit einer wärmeleitenden Masse 25 aufgefüllt, die geeigneterweise eine an sich bekannte Löt paste für die SMD-Bestückung ist.

Das SMD-Leistungsbauelement 18 ist mit seinem Unterteil 20 so auf die Oberseite 16 der Leiterfolie aufgesetzt, daß es die Ausnehmung 22 und die Randschicht 23 überdeckt. Die Anschlußelemente 26 (An schlußpins) liegen dabei auf lötfähigen Kontaktflächen 27 auf der Leiterfolie 16 auf, die mit den Leiterbahnen verbunden sind. Das SMD-Leistungsbauelement 18 ist durch Verlöten seines Unterteils mit der Randschicht 13 und Verlöten der Anschlußelemente 26 auf die Kontaktflächen 27 mit der Leiterfolie 13 bzw. der elektronischen Schaltung mechanisch und elektrisch leitend verbunden. Das Bestücken der Leiterfolie 13 mit den SMD-Bauelementen erfolgt auf an sich be kannte Weise durch Aufbringen einer Lötpaste auf die Oberseite 16 der Leiterfolie, so daß die zu verlötenden Abschnitte der Rand schicht 23 und der Kontaktflächen 27 bedeckt sind. Auf diese mit Lötpaste versehenen Abschnitte der Leiterfolie werden das oder die Leistungsbauelemente aufgesetzt und durch einen Lötvorgang (zum Bei spiel Reflow-Löten) mit der Leiterfolie 13 verbunden.

Die wärmeleitende Masse 25 in der Ausnehmung 22 ist geeigneterweise ebenfalls eine Lötpaste, wie sie zum Bestücken der Leiterfolie ge nutzt wird, so daß die Ausnehmung 22 beim Aufbringen dieser Lötpaste während des Bestückungsvorganges aufgefüllt werden kann. Beim Löt vorgang wird dann auch diese wärmeleitende Masse (Lötpaste) inner halb der Ausnehmung 22 aufgeschmolzen, so daß eine feste und gut wärmeleitende Verbindung zwischen dem Unterteil 20 des Leistungsbau elementes 18 und der wärmeleitenden Trägerplatte 10 entsteht.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel des SMD-Leistungsbau elementes 18 hat das Unterteil 20 eine Grundfläche von ungefähr 16 mm Länge und 12 mm Breite. Entsprechend groß sind die Außenabmessungen (L, B) der Randschicht 23. Die Breite b der umlaufenden Randschicht 23 beträgt hier etwa 2 mm, so daß die Abmessungen der Ausnehmung 22 etwa 12 mm in der Länge (L_A) und 8 mm in der Breite (B_A) betragen. Die Länge (L_A) bzw. Breite (L_B) der Ausnehmung 22 ist damit we sentlich größer als die entsprechende Erstreckung (Breite) b der Randschicht 23. Damit beträgt im hier dargestellten Ausführungsbei spiel die Fläche der mit der wärmeleitenden Masse 25 gefüllten Aus nehmung 22 50% der Gesamtfläche des Unterteils 20 und nimmt den ganzen durch die Randschicht 23 begrenzten Raum ein. Die Abmessungen des SMD-Leistungsbauelementes 18 bzw. seines Unterteils 20 und die der Randschicht 23 bzw. der Ausnehmung 22 sind hier nur exemplarisch dargestellt.

Bei der Bestückung der Leiterfolie 13 mit SMD-Leistungsbauelementen 18 ist es sinnvoll, die Außenabmessungen der Randschicht 23 an die Außenabmessungen eines jeweiligen Leistungsbauelementes anzupassen und die Breite b der Randschicht an die für eine ausreichende mechanische Befestigung erforderlichen Voraussetzungen anzunähern. Die Ausnehmung 22 bzw. die wärmeleitende Masse 25 kann damit den ge samten von der Randschicht 23 begrenzten Raum einnehmen und eine entsprechend großflächige Wärmeübertragungsfläche darstellen.

Die Ausnehmung 22 kann beim Herstellen der Leiterfolie 13 durch einen einfachen Stanzvorgang hergestellt werden.

Im Gegensatz zum hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Leiter folie 13 bzw. der Trägerplatte 10 kann auf die isolierende Schicht 12 verzichtet werden, wenn die Trägerplatte 10 aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht.

Claims

1. Elektrisches Gerät, insbesondere Schalt- oder Steuergerät für Kraftfahrzeuge, mit einer eine elektronische Schaltung tragenden Leiterfolie (13), die mit ihrer Unterseite (14) auf eine wärmelei tende Trägerplatte (10) aufgebracht ist und auf ihrer Oberseite (16) mindestens ein sich erwärmendes Leistungsbauelement (18) in SMD-Bau weise trägt, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite (16) der Leiterfolie (13) unterhalb des Leistungsbauelementes (18) eine löt fähige Randschicht (23) ausgebildet ist, deren Außenabmessungen (L, B) etwa denen des Leistungsbauelementes (18) entspricht, daß die Randschicht (23) eine durchgängige Ausnehmung (22) in der Leiter folie (13) begrenzt, deren parallel zur Oberfläche verlaufende Er streckung (B_A, L_A) größer ist als die entsprechende Erstreckung (b) der Randschicht (23) und daß die Ausnehmung (22) mit einer wärmeleitenden Masse (25) gefüllt ist.

2. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterfolie (13) auf ihrer Unterseite (14) zumindest teilweise mit einer wärmeleitenden Schicht (15) versehen ist.

3. Elektrisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitende Schicht (15) und die Randschicht (23) leitend mit einander verbunden sind.

4. Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die wärmeleitende Masse (25) eine Lötpaste ist.