DE102024203718A1

DE102024203718A1 - Optimized electronic multi-component assembly

Info

Publication number: DE102024203718A1
Application number: DE102024203718.4A
Authority: DE
Inventors: Peter Bertha; Philipp Schmidt; Eszter Toth-Szeles
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2024-04-22
Filing date: 2024-04-22
Publication date: 2025-10-23
Also published as: CN120835505A

Abstract

Elektronische Mehrkomponentenbaugruppe (10), insbesondere zum Einsatz in einem elektronischen Steuergerät, bevorzugt zum Einsatz in einem elektronischen Steuergerät zum Betrieb eines elektrischen Kompressors, wenigstes umfassend eine Leiterplatte (11), einen metallischen Kühlkörper (6, 15, 16) und ein Elektronikmodul (3), insbesondere ein Elektronikmodul welches im Betrieb Abwärme erzeugt und gekühlt werden muss. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das Elektronikmodul (3) direkt auf dem Kühlkörper (6, 15, 16) in einer Montageebene angeordnet ist, wobei die Leiterplatte (11) in der gleichen Montageebene angeordnet ist, wobei die Leiterplatte einen Ausschnitt (12) aufweist und so angeordnet ist, dass der Ausschnitt (12) das Elektronikmodul (3) umgibt. Electronic multi-component assembly (10), in particular for use in an electronic control unit, preferably for use in an electronic control unit for operating an electric compressor, comprising at least a printed circuit board (11), a metallic heat sink (6, 15, 16), and an electronic module (3), in particular an electronic module which generates waste heat during operation and must be cooled. According to the invention, the electronic module (3) is arranged directly on the heat sink (6, 15, 16) in a mounting plane, the printed circuit board (11) being arranged in the same mounting plane, the printed circuit board having a cutout (12) and being arranged such that the cutout (12) surrounds the electronic module (3).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine elektronische Mehrkomponentenbaugruppe, insbesondere zum Einsatz in einem elektronischen Steuergerät, bevorzugt zum Einsatz in einem elektronischen Steuergerät zum Betrieb eines Kompressors, wobei im Betrieb gezielt Abwärme von elektrischen Bauelementen und/oder von Elektronikmodulen, die ein elektrisches Bauelement umfassen, abgeleitet werden muss.The invention relates to an electronic multi-component assembly, in particular for use in an electronic control unit, preferably for use in an electronic control unit for operating a compressor, wherein during operation waste heat from electrical components and/or from electronic modules comprising an electrical component must be specifically dissipated.

Stand der TechnikState of the art

In elektronischen Mehrkomponentenbaugruppen werden elektrische Leiter mit einer geringen Strombelastung regelmäßig als Leiterbahnen in Leiterplatten ausgeführt. Für elektrisch leitende Verbindungen mit hoher Strombelastung, beispielsweise von Anschlussterminals zu leistungselektronischen Bauelementen werden Stanzgitter verwendet. Diese Bauteile sind oft aus Kupferlegierungen ausgeführt und können in andere Bauteile eingeformt, beispielsweise umspritzt sein. Fertigungsbedingt sind diese Stanzgitter oftmals deutlich überdimensioniert im Hinblick auf die Strombelastung, ihr Leiterquerschnitt ist also deutlich größer als es elektrotechnisch notwendig wäre. Daher sind sie schwerer und teurer, als es notwendig ist. Weiterhin sind Stanzgitter unflexibel, was ihre Formgebung und die Anordnung in der elektronischen Mehrkomponentenbaugruppe angeht, so dass auch die Gestaltung und Ausführung der elektronischen Mehrkomponentenbaugruppe unflexibel ist und mehr Bauraum einnimmt.In electronic multi-component assemblies, electrical conductors with a low current load are regularly implemented as conductor tracks in printed circuit boards. For electrically conductive connections with a high current load, for example from connection terminals to power electronic components, lead frames are used. These components are often made of copper alloys and can be molded into other components, for example, overmolded. Due to manufacturing reasons, these lead frames are often significantly oversized with regard to the current load; their conductor cross-section is therefore significantly larger than electrically necessary. As a result, they are heavier and more expensive than necessary. Furthermore, lead frames are inflexible in terms of their shape and arrangement within the electronic multi-component assembly, meaning the design and implementation of the electronic multi-component assembly is also inflexible and takes up more installation space.

Elektrische Bauelemente erzeugen im Betrieb oft Abwärme, insbesondere leistungselektronische Bauelemente erzeugen so viel Abwärme, dass sie gezielt gekühlt werden müssen.Electrical components often generate waste heat during operation; power electronic components in particular generate so much waste heat that they require targeted cooling.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher eine im Hinblick auf die elektrotechnischen, thermischen und geometrischen Anforderungen optimierte Gestaltung einer elektronischen Mehrkomponentenbaugruppe zu schaffen.The object of the invention is therefore to create a design of an electronic multi-component assembly that is optimized with regard to the electrical, thermal and geometric requirements.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung löst diese Aufgabe im Hinblick auf eine elektronische Mehrkomponentenbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit Bezug zu einem elektronischen Steuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 10.The invention solves this problem with regard to an electronic multi-component assembly having the features of claim 1 and with reference to an electronic control unit having the features of claim 10.

Die elektronische Mehrkomponentenbaugruppe, insbesondere zum Einsatz in einem elektronischen Steuergerät, bevorzugt zum Einsatz in einem elektronischen Steuergerät zum Betrieb eines elektrischen Kompressors umfasst wenigstens eine Leiterplatte, einen metallischen Kühlkörper und ein Elektronikmodul, insbesondere ein Elektronikmodul welches im Betrieb Abwärme erzeugt und gekühlt werden muss, wobei damit eine gezielte und bevorzugt aktive Kühlung zu verstehen ist, die über die Kühlleistung der Umgebung des Elektronikmoduls hinausgeht. Unter einem Elektronikmodul kann in diesem Zusammenhang insbesondere ein Aufbau aus einem elektrischen Bauelement und einem Trägersubstrat verstanden werden, bevorzugt kann es sich bei dem Trägersubstrat um ein kupferbeschichtetes Keramiksubstrat handeln. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das Elektronikmodul direkt auf dem Kühlkörper in einer Montageebene angeordnet ist, wobei die Leiterplatte in der gleichen Montageebene angeordnet ist. Die Leiterplatte weist einen Ausschnitt auf und ist so angeordnet, dass der Ausschnitt das Elektronikmodul umgibt.The electronic multi-component assembly, in particular for use in an electronic control unit, preferably for use in an electronic control unit for operating an electric compressor, comprises at least one printed circuit board, a metallic heat sink, and an electronic module, in particular an electronic module which generates waste heat during operation and must be cooled, whereby this is to be understood as targeted and preferably active cooling that goes beyond the cooling capacity of the environment of the electronic module. In this context, an electronic module can be understood as a structure comprising an electrical component and a carrier substrate; the carrier substrate can preferably be a copper-coated ceramic substrate. According to the invention, the electronic module is arranged directly on the heat sink in a mounting plane, with the printed circuit board being arranged in the same mounting plane. The printed circuit board has a cutout and is arranged such that the cutout surrounds the electronic module.

Die erfindungsgemäße elektronische Mehrkomponentenbaugruppe hat die Vorteile, dass das Elektronikmodul direkt auf einem Kühlkörper angeordnet ist, so dass die im Betrieb entstehende Abwärme optimal abgeleitet werden kann. Dabei ist das Elektronikmodul in einer gemeinsamen Ebene mit der Leiterplatte angeordnet, was Vorteile im Hinblick auf die Bauraumausnutzung bietet.The electronic multi-component assembly according to the invention has the advantage that the electronic module is mounted directly on a heat sink, allowing for optimal dissipation of waste heat generated during operation. The electronic module is arranged in a common plane with the circuit board, which offers advantages in terms of space utilization.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen elektronischen Mehrkomponentenbaugruppe sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous further developments of the electronic multi-component assembly according to the invention are listed in the subclaims.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der elektronischen Mehrkomponentenbaugruppe können auf der Leiterplatte den Ausschnitt umgebend Anschlusspads angeordnet sein, wobei elektrisch leitende Verbindungen von den Anschlusspads der Leiterplatte zu dem im Ausschnitt angeordneten Elektronikmodul mittels Drahtbonden und/oder Bandbonden ausgebildet sein können. Der durchschnittliche Fachmann kennt diese Verbindungstechnologien im weitgehend englischsprachigen Fachvokabular auch als wire-bonding bzw. ribbon-bonding. Mittels dieser Verbindungstechnologien können in vorteilhafter Weise sehr präzise elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Anschlusspads der Leiterplatte und dem Elektronikmodul ausgebildet sein. Dabei kann für elektrische leitende Verbindungen mit hoher Strombelastung bevorzugt Bandbonden genutzt werden, weil der Leiterquerschnitt der dabei verwendeten Bänder größer ist als bei den Drähten des Drahtbonden. Für elektrisch leitende Verbindungen mit niedriger Strombelastung, beispielsweise Verbindungen zur Signalübertragung kann bevorzugt Drahtbonden eingesetzt werden, weil die Leiter hier vorteilhaft wenig Bauraum einnehmen.In a first preferred embodiment of the electronic multi-component assembly, connection pads can be arranged on the circuit board surrounding the cutout, wherein electrically conductive connections from the connection pads of the circuit board to the electronics module arranged in the cutout can be formed by means of wire bonding and/or ribbon bonding. The average person skilled in the art is familiar with these connection technologies in largely English-language technical vocabulary as wire bonding or ribbon bonding. Using these connection technologies, very precise electrically conductive connections can advantageously be formed between the connection pads of the circuit board and the electronics module. For electrically conductive connections with high current loads, ribbon bonding is preferably used because the conductor cross-section of the ribbons used in this way is larger than that of the wires in wire bonding. For electrically conductive connections with low current loads, for example connections for signal transmission, wire bonding is preferably used because the conductors advantageously take up little installation space.

In einer nächsten bevorzugten Ausführungsform der elektronischen Mehrkomponentenbaugruppe kann die Leiterplatte zum Betrieb des Elektronikmoduls Leiterbahnen zur elektrischen Signalübertragung und zur elektrischen Leistungsübertragung aufweisen. Besonders bevorzugt können alle elektrischen Leiter zur elektrischen Signalübertragung und zur elektrischen Leistungsübertragung zu/von dem Elektronikmodul als Leiterbahnen der Leiterplatte ausgeführt sein. Durch die Ausführung der elektrischen Leiter als Leiterbahnen kann im Vergleich zur Verwendung der herkömmlichen Stanzgitter in vorteilhafterweise mehr Flexibilität in der Gestaltung der elektrischen Leiter erreicht werden, sowohl im Hinblick auf die Gestaltung einer Ausführungsform, als auch im Hinblick auf spätere Änderungen im Lauf der Serienproduktion. Das ist möglich, weil Leiterbahnen einfacher zu gestalten sind als Stanzgitter und weil Änderungen von Leiterbahnen einer Leiterplatte weniger oder sogar keine Anpassungen der Werkzeuge, mit denen die elektronische Mehrkomponentenbaugruppe montiert wird, erfordern. Dabei kann auch die elektrotechnische Entflechtung von elektrischen Leitern, die Signale übertragen und von elektrischen Leitern, die elektrische Leistung übertragen, vorteilhaft leichter erreicht werden. Die Verwendung von Leiterbahnen anstelle von Stanzgittern erlaubt insgesamt eine vorteilhaft vereinfachte Montage der elektronischen Mehrkomponentenbaugruppe. Weiterhin können die Leiterbahnen im Hinblick auf elektrotechnischen Anforderungen optimiert ausgeführt werden, insbesondere können sie in ihrem Leiterquerschnitt minimiert werden.In a next preferred embodiment of the electronic multi-component construction In order to operate the electronic module, the printed circuit board can have conductor tracks for electrical signal transmission and electrical power transmission. Particularly preferably, all electrical conductors for electrical signal transmission and electrical power transmission to/from the electronic module can be embodied as conductor tracks of the printed circuit board. By embodying the electrical conductors as conductor tracks, greater flexibility in the design of the electrical conductors can be achieved compared to the use of conventional lead frames, both with regard to the design of an embodiment and with regard to later changes during series production. This is possible because conductor tracks are easier to design than lead frames and because changes to conductor tracks on a printed circuit board require fewer or even no adjustments to the tools used to assemble the electronic multi-component assembly. The electrical unbundling of electrical conductors that transmit signals and electrical conductors that transmit electrical power can also be achieved more easily. The use of conductor tracks instead of lead frames allows for an advantageously simplified assembly of the electronic multi-component assembly. Furthermore, the conductor tracks can be designed in an optimized manner with regard to electrical engineering requirements, in particular their conductor cross-section can be minimized.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der elektronischen Mehrkomponentenbaugruppe kann das Elektronikmodul mittels einer wärmeleitenden Verbindung wärmeleitend mit dem Kühlkörper verbunden sein, bevorzugt mittels einer wärmeleitenden Klebeverbindung oder mittels einer wärmeleitenden Lötverbindung. Eine wärmeleitende Verbindung des Elektronikmoduls mit dem Kühlkörper ermöglicht in vorteilhafter Weise eine besonders gute Ableitung von Abwärme aus dem Elektronikmodul in den Kühlkörper. Dabei ist eine wärmeleitende Verklebung in vorteilhaft einfacher Weise herzustellen, während die alternative und ebenfalls vorteilhafte wärmeleitende Lötverbindung eine optimale Wärmeleitung bietet. Sowohl das Herstellen einer wärmeleitenden Klebeverbindung als auch einer wärmeleitenden Lötverbindung sind leicht automatisierbar, was in vorteilhafter Weise Herstellkosten gering hält und eine gleichbleibend gute Qualität der Verbindung garantiert.In a further preferred embodiment of the electronic multi-component assembly, the electronic module can be thermally connected to the heat sink by means of a thermally conductive connection, preferably by means of a thermally conductive adhesive connection or by means of a thermally conductive solder connection. A thermally conductive connection between the electronic module and the heat sink advantageously enables particularly good dissipation of waste heat from the electronic module into the heat sink. A thermally conductive adhesive connection can be produced in an advantageously simple manner, while the alternative and equally advantageous thermally conductive solder connection offers optimal heat conduction. Both the production of a thermally conductive adhesive connection and a thermally conductive solder connection are easily automated, which advantageously keeps manufacturing costs low and guarantees consistently high connection quality.

In einer nächsten bevorzugten Ausführungsform der elektronischen Mehrkomponentenbaugruppe kann das Elektronikmodul ein leistungselektronisches Bauelement, insbesondere einen Leistungstransistor, bevorzugt einen Leistungs-MOSFET umfassen. Diese Ausführungsform wirkt besonders vorteilhaft mit der optimierten Kühlleistung durch die Anordnung auf dem Kühlkörper zusammen, weil leistungselektronische Bauelemente, insbesondere Leistungstransistoren, im Betrieb viel Abwärme erzeugen und daher besonders gut gekühlt werden müssen. Besonders bevorzugt kann das Elektronikmodul einen Leistungs-MOSFET umfassen. Diese Bauelemente sind besonders gut zum Schalten von höheren Spannungen geeignet und weisen eine große Strombelastbarkeit auf, so dass Leistungs-MOSFETs daraus resultierend das Schalten großer elektrischer Leistungen erlauben.In a next preferred embodiment of the electronic multi-component assembly, the electronic module can comprise a power electronic component, in particular a power transistor, preferably a power MOSFET. This embodiment interacts particularly advantageously with the optimized cooling performance provided by the arrangement on the heat sink, because power electronic components, in particular power transistors, generate a lot of waste heat during operation and therefore require particularly good cooling. Particularly preferably, the electronic module can comprise a power MOSFET. These components are particularly well suited for switching higher voltages and have a high current carrying capacity, so that power MOSFETs consequently allow the switching of high electrical power levels.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der elektronischen Mehrkomponentenbaugruppe kann ein Rahmen auf der Leiterplatte angeordnet sein, wobei der Rahmen den Ausschnitt in der Leiterplatte umgeben kann und wobei der Rahmen mittels einer fluiddichten Verklebung oder mittels einer im Rahmen eingeformten Dichtlippe eine fluiddichte Verbindung mit der Leiterplatte ausbilden kann. Dabei kann ein einseitig offener Innenraum, welcher von der Leiterplatte und dem Rahmen gebildet werden, in welchem der Ausschnitt in der Leiterplatte angeordnet sein kann. Dieser kann mit einem elektrisch isolierenden Gel, bevorzugt einem elektrisch isolierenden Gel zur Erfüllung von Regeln und/oder Vorgaben zur Verhinderung von elektrischen Fehlfunktionen und Unfällen, ausgefüllt sein. In vorteilhaft einfacher Weise kann so erreicht werden, dass der Bereich um das Elektronikmodul herum mit einem elektrisch isolierenden Gel ausgegossen werden kann, was in vielen Fällen regulatorisch vorgeschrieben ist. Aufgrund dieser Vorschriften ist die Verwendung eines Gels mit entsprechender technischer Eignung und mit einer Zulassung für den gewünschten Anwendungsfall der elektronischen Mehrkomponentenbaugruppe daher besonders vorteilhaft. Mittels des Rahmens wird sichergestellt, dass das elektrisch isolierende Gel in dem definierten und von dem Rahmen begrenzten Bereich verbleibt. So kann verhindert werden, dass die Gelabdeckung in dem Bereich zu gering ausfällt, weil verhindert werden kann, dass sich Gelvolumen auf eine größere Fläche verteilt.In a further preferred embodiment of the electronic multi-component assembly, a frame can be arranged on the circuit board, wherein the frame can surround the cutout in the circuit board and wherein the frame can form a fluid-tight connection with the circuit board by means of a fluid-tight bond or by means of a sealing lip molded into the frame. In this case, an interior space open on one side, formed by the circuit board and the frame, in which the cutout in the circuit board can be arranged, can be filled with an electrically insulating gel, preferably an electrically insulating gel to comply with rules and/or specifications for preventing electrical malfunctions and accidents. In an advantageously simple manner, this allows the area around the electronic module to be filled with an electrically insulating gel, which is often required by regulations. Due to these regulations, the use of a gel with appropriate technical suitability and approval for the desired application of the electronic multi-component assembly is therefore particularly advantageous. The frame ensures that the electrically insulating gel remains in the defined area delimited by the frame. This can prevent the gel coverage in that area from being too low because it can prevent the gel volume from spreading over a larger area.

In einer nächsten bevorzugten Ausführungsform der elektronischen Mehrkomponentenbaugruppe kann die Leiterplatte den Ausschnitt umgebend fluiddicht mit dem Kühlkörper verbunden sein, so dass das elektrisch isolierende Gel nicht durch den Ausschnitt aus dem Innenraum oberhalb des Ausschnitts entweichen kann und wodurch die Leiterplatte relativ zu dem Kühlkörper fixiert sein kann. Diese Verbindung kann insbesondere als fluiddichte Klebeverbindung ausgeführt sein. Andere fluiddichte Verbindungsvarianten sind ebenfalls möglich, beispielsweise kann die Leiterplatte mit dem Kühlkörper verschraubt sein und eine Dichtlippe als Teil der Leiterplatte kann fluiddicht an dem Kühlkörper anliegen, insbesondere an diesen angepresst werden. In vorteilhafter Weise kann so sichergestellt werden, dass das elektrisch isolierende Gel in dem definierten und von dem Rahmen begrenzten Bereich verbleibt, wodurch eine ausreichende Schichtdicke des elektrisch isolierenden Gels in dem Bereich sichergestellt sein kann. Weiterhin kann durch die Verbindung die Relativposition der Leiterplatte zu dem Kühlkörper festgelegt werden und damit auch die Relativposition der Leiterplatte zu dem auf dem Kühlkörper angeordneten Elektronikmodul. Diese Festlegung der Relativposition kann in vorteilhafter Weise die elektrisch leitende Verbindung des Elektronikmoduls mit der Leiterplatte vereinfachen oder ermöglichen. Insbesondere für ein automatisiertes elektrisch leitendes Verbinden des Elektronikmoduls mit der Leiterplatte mittels Drahtbonden und/oder Bandbonden ist es besonders vorteilhaft, wenn die Bauteile in der immer gleichen Position zueinander bereitgestellt werden.In a next preferred embodiment of the electronic multi-component assembly, the circuit board can be connected to the heat sink in a fluid-tight manner surrounding the cutout, so that the electrically insulating gel cannot escape through the cutout from the interior space above the cutout, and thus the circuit board can be fixed relative to the heat sink. This connection can be designed, in particular, as a fluid-tight adhesive connection. Other fluid-tight connection variants are also possible; for example, the circuit board can be screwed to the heat sink and a sealing lip can be included as part of the connection. The circuit board can rest fluid-tight against the heat sink, in particular can be pressed against it. This advantageously ensures that the electrically insulating gel remains in the defined area delimited by the frame, whereby a sufficient layer thickness of the electrically insulating gel can be ensured in this area. Furthermore, the connection can determine the relative position of the circuit board to the heat sink and thus also the relative position of the circuit board to the electronics module arranged on the heat sink. This determination of the relative position can advantageously simplify or enable the electrically conductive connection of the electronics module to the circuit board. In particular for an automated electrically conductive connection of the electronics module to the circuit board by means of wire bonding and/or tape bonding, it is particularly advantageous if the components are always provided in the same position relative to one another.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der elektronischen Mehrkomponentenbaugruppe kann die Leiterplatte drei nebeneinander angeordnete Ausschnitte aufweisen. Dabei kann in jedem Ausschnitt ein Elektronikmodul, bevorzugt mehrere Elektronikmodule, angeordnet sein und wärmeleitend mit dem Kühlkörper verbunden sein. So kann in vorteilhafter Weise für mehrere Elektronikmodule eine besonders gute Kühlleistung mittels der Anordnung auf dem Kühlkörper erreicht werden.In a further preferred embodiment of the electronic multi-component assembly, the circuit board can have three adjacent cutouts. An electronic module, preferably several electronic modules, can be arranged in each cutout and connected to the heat sink in a thermally conductive manner. This advantageously allows particularly good cooling performance for several electronic modules to be achieved by arranging them on the heat sink.

In einer nächsten bevorzugten Ausführungsform der elektronischen Mehrkomponentenbaugruppe, die besonders vorteilhaft mit der voranstehend beschriebenen Ausführungsform zusammenwirkt, können die drei Elektronikmodule, so ausgeführt sein, dass sie eine dreiphasige Spannung zum Betrieb eines Elektromotors erzeugen können. Diese Ausführungsform wirkt besonders vorteilhaft in einem Steuergerät zum Betrieb eines elektrischen Kompressors, weil eine hierfür bevorzugt eingesetzte elektrische Maschine zum Betrieb eine dreiphasige Spannung benötigt, welche mittels der drei Elektronikmodule erzeugt wird.In a next preferred embodiment of the electronic multi-component assembly, which interacts particularly advantageously with the embodiment described above, the three electronic modules can be designed such that they can generate a three-phase voltage for operating an electric motor. This embodiment is particularly advantageous in a control unit for operating an electric compressor, because an electrical machine preferably used for this purpose requires a three-phase voltage for operation, which is generated by the three electronic modules.

Weiterhin umfasst die Erfindung auch ein elektronisches Steuergerät, insbesondere ein elektronisches Steuergerät zum Betrieb eines Kompressors, wenigstens umfassend ein Gehäuse und eine erfindungsgemäße elektronische Mehrkomponentenbaugruppe. Die Verwendung der erfindungsgemäßen elektronischen Mehrkomponentenbaugruppe ermöglicht bei der Verwendung in einem elektronischen Steuergerät in vorteilhafter Weise eine kompaktere, leichtere Bauform, wobei die Kühlung der Elektronikmodule optimiert ist. Weiterhin ermöglicht die Verwendung der erfindungsgemäßen elektronischen Mehrkomponentenbaugruppe eine besonders günstige Herstellung. Die kompaktere, leichtere Bauform bringt Vorteile im Hinblick auf den notwendigen Bauraum für das Steuergerät und im Hinblick auf das Einpassen des Steuergeräts in einen vorgegebenen Bauraum, das sogenannte Packaging, mit sich, was von zentraler Bedeutung für das Erhalten eines Auftrags ist. Günstigere Herstellkosten können in vorteilhafter Weise den Ertrag des Verkaufs des elektronischen Steuergeräts steigern und/oder es ermöglichen ein günstigeres Angebot abzugeben, was ein weiterer entscheidender Vorteil ist, um das elektronische Steuergerät erfolgreich zu vermarkten.Furthermore, the invention also encompasses an electronic control unit, in particular an electronic control unit for operating a compressor, comprising at least a housing and an electronic multi-component assembly according to the invention. The use of the electronic multi-component assembly according to the invention advantageously enables a more compact, lightweight design when used in an electronic control unit, with the cooling of the electronic modules being optimized. Furthermore, the use of the electronic multi-component assembly according to the invention enables particularly cost-effective production. The more compact, lightweight design offers advantages with regard to the required installation space for the control unit and with regard to fitting the control unit into a predetermined installation space, known as packaging, which is of central importance for securing an order. Lower manufacturing costs can advantageously increase the profit from the sale of the electronic control unit and/or make it possible to submit a more favorable offer, which is another decisive advantage for successfully marketing the electronic control unit.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention and from the drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

1 : shows a prior art electronic multi-component assembly in a perspective view,
2 : shows a section of an electronic multi-component assembly according to the invention in a perspective view,
3 : shows a section of an electronic multi-component assembly according to the invention in a schematic sectional view.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.Identical elements or elements with the same function are provided with the same reference numbers in the figures.

In der 1 ist eine elektronische Mehrkomponentenbaugruppe nach dem Stand der Technik 1 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Die Mehrkomponentenbaugruppe umfasst drei Elektronikmodule 3, einen Begrenzungsrahmen 4, drei Stanzgitter 2 und einen Kühlkörper 6. Der Begrenzungsrahmen 4 umgibt die drei Elektronikmodule 3, so dass ein nach oben offener Innenraum ausgebildet ist, der mit einem nicht dargestellten elektrisch isolierenden Gel ausgefüllt ist. Die drei Stanzgitter 2 stellen die elektrisch leitende Verbindung von den drei Elektronikmodulen 3 zu drei Anschlussterminals 21 her. Die Stanzgitter 2 sind aus einer kupferbasierten Legierung hergestellt und sind in den Begrenzungsrahmen 4 eingeformt. Die elektrisch leitende Verbindung von den drei Elektronikmodulen 3 zu den drei Stanzgittern 2 ist mittels mehrerer Bandbondverbindungen 5 hergestellt.In the 1 1 shows a perspective view of an electronic multi-component assembly according to the prior art. The multi-component assembly comprises three electronic modules 3, a boundary frame 4, three lead frames 2, and a heat sink 6. The boundary frame 4 surrounds the three electronic modules 3, forming an upwardly open interior space filled with an electrically insulating gel (not shown). The three lead frames 2 establish the electrically conductive connection from the three electronic modules 3 to three connection terminals 21. The lead frames 2 are made of a copper-based alloy and are molded into the boundary frame 4. The electrically conductive connection from the three electronic modules 3 to the three lead frames 2 is established by means of several ribbon bonds 5.

Die 2 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen elektronischen Mehrkomponentenbaugruppe 10 in einer perspektivischen Ansicht. Sie umfasst eine Leiterplatte 11 mit drei Ausschnitten 12, einen Begrenzungsrahmen 4, drei Elektronikmodule 3 und einen Kühlkörper 6. Die Elektronikmodule 3 sind direkt auf dem Kühlkörper 6 angeordnet. In derselben Montageebene ist die Leiterplatte 11 angeordnet, dabei ist die Leiterplatte 11 so positioniert, dass die drei Ausschnitte der Leiterplatte 12 die drei Elektronikmodule 3 umranden. Am Rand der drei Ausschnitte 12 sind Anschlusspads 13 angeordnet. Die Anschlusspads 13 sind mittels Drahtbondverbindungen 14 oder Bandbondverbindungen 5 mit den Elektronikmodulen 3 elektrisch leitend verbunden. In der Leiterplatte 11 verlaufen nicht dargestellte Leiterbahnen, mittels welcher die Elektronikmodule 3 mit Spannung versorgt werden, Signale erhalten und mittels welcher die von den Elektronikmodulen 3 bereitgestellte elektrische Leistung hin zu einem Verbraucher geführt wird. Es werden keine Stanzgitter verwendet. Der Begrenzungsrahmen 4 ist fluiddicht auf der Leiterplatte 11 befestigt und umgibt die drei Ausschnitte in der Leiterplatte 12 mit den drei Elektronikmodule 3 und die Anschlusspads 13, so dass ein nach oben offener Innenraum ausgebildet ist, der mit einem nicht dargestellten elektrisch isolierenden Gel ausgefüllt ist.The 2 shows a section of an electronic multi-component assembly 10 according to the invention in a perspective view. comprises a printed circuit board 11 with three cutouts 12, a boundary frame 4, three electronic modules 3 and a heat sink 6. The electronic modules 3 are arranged directly on the heat sink 6. The printed circuit board 11 is arranged in the same mounting plane, and the printed circuit board 11 is positioned such that the three cutouts of the printed circuit board 12 surround the three electronic modules 3. Connection pads 13 are arranged at the edge of the three cutouts 12. The connection pads 13 are electrically connected to the electronic modules 3 by means of wire bonds 14 or ribbon bonds 5. Conductor tracks (not shown) run in the printed circuit board 11, by means of which the electronic modules 3 are supplied with voltage, receive signals and by means of which the electrical power provided by the electronic modules 3 is fed to a consumer. No lead frames are used. The boundary frame 4 is attached to the circuit board 11 in a fluid-tight manner and surrounds the three cutouts in the circuit board 12 with the three electronic modules 3 and the connection pads 13, so that an upwardly open interior space is formed which is filled with an electrically insulating gel (not shown).

Die 3 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen elektronischen Mehrkomponentenbaugruppe 10 in einer schematischen Schnittdarstellung. Der Schnitt verläuft dabei durch einen Ausschnitt 12 der Leiterplatte 11, die Schnittebene verläuft senkrecht zur Montageebene und damit auch zur Leiterplattenebene. Der Kühlkörper 6 umfasst ein erstes Kühlerteil 15 und ein zweites Kühlerteil 16, wobei das erste Kühlerteil 15 aus Aluminium, bevorzugt aus hochgradig reinem Aluminium, gefertigt ist und als Einsatz in dem zweiten Kühlerteil 16, welches aus einer Aluminiumdruckgusslegierung gefertigt ist, angeordnet ist. Die Leiterplatte 11 ist mittels einer fluiddichten Verklebung 18 mit dem Kühlkörper 6 fest verbunden. Die Verklebung verläuft dabei hauptsächlich zwischen dem zweiten Kühlerteil 16 und der Leiterplatte 11, wobei durch die Zusammenschau mit der 2 klar wird, dass die Leiterplatte im Bereich der Stege zwischen den Ausschnitten 12 auch mit dem ersten Kühlerteil 15 fluiddicht verklebt ist. Der Begrenzungsrahmen 4 ist mit einer fluiddichten Verklebung 19 fest mit der Leiterplatte verbunden.The 3 shows a section of an electronic multi-component assembly 10 according to the invention in a schematic sectional view. The section runs through a section 12 of the printed circuit board 11, the sectional plane runs perpendicular to the mounting plane and thus also to the printed circuit board plane. The heat sink 6 comprises a first cooler part 15 and a second cooler part 16, wherein the first cooler part 15 is made of aluminum, preferably of high-purity aluminum, and is arranged as an insert in the second cooler part 16, which is made of an aluminum die-cast alloy. The printed circuit board 11 is firmly connected to the heat sink 6 by means of a fluid-tight adhesive bond 18. The adhesive bond runs mainly between the second cooler part 16 and the printed circuit board 11, wherein the 2 It becomes clear that the circuit board is also fluid-tightly bonded to the first cooler part 15 in the area of the webs between the cutouts 12. The boundary frame 4 is firmly connected to the circuit board with a fluid-tight bond 19.

Im Ausschnitt 12 der Leiterplatte ist ein Elektronikmodul 3 angeordnet und mittels einer wärmeleitenden Verklebung 17 direkt auf dem ersten Kühlerteil 15 angeordnet und mit diesem wärmeleitend verbunden. Bandbondverbindungen 5 und Drahtbondverbindungen 14 verbinden das Elektronikmodul 3 mit Anschlusspads 13 der Leiterplatte 11. Mittels des Begrenzungsrahmens 4 und der fluiddichten Verklebungen 18, 19 ist ein Innenraum ausgebildet, der mit einem isolierenden Gel 20 ausgefüllt ist.An electronics module 3 is arranged in the cutout 12 of the circuit board and is arranged directly on the first cooler part 15 by means of a thermally conductive adhesive 17, and is thermally connected to it. Tape bonds 5 and wire bonds 14 connect the electronics module 3 to connection pads 13 of the circuit board 11. An interior space filled with an insulating gel 20 is formed by the boundary frame 4 and the fluid-tight adhesives 18, 19.

Die Leiterbahnen der Leiterplatte 11, welche anstelle von Stanzgittern verwendet werden, sind nicht dargestellt.The conductor tracks of the circuit board 11, which are used instead of lead frames, are not shown.

Claims

Electronic multi-component assembly (10), in particular for use in an electronic control unit, preferably for use in an electronic control unit for operating an electric compressor, at least comprising a printed circuit board (11), a metallic heat sink (6, 15, 16) and an electronic module (3), in particular an electronic module which generates waste heat during operation and has to be cooled, characterized in that the electronic module (3) is arranged directly on the heat sink (6, 15, 16) in a mounting plane, wherein the printed circuit board (11) is arranged in the same mounting plane, wherein the printed circuit board has a cutout (12) and is arranged such that the cutout (12) surrounds the electronic module (3).

Electronic multi-component assembly according to Claim 1 , characterized in that connection pads (13) are arranged on the printed circuit board (11) surrounding the cutout (12), wherein electrically conductive connections from the connection pads of the printed circuit board (11) to the electronic module (3) arranged in the cutout are formed by means of wire bonding (14) and/or ribbon bonding (5).

Electronic multi-component assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the printed circuit board (11) for operating the electronic module (3) has conductor tracks for electrical signal transmission and for electrical power transmission, wherein preferably all electrical conductors for electrical signal transmission and for electrical power transmission to/from the electronic module are designed as conductor tracks of the printed circuit board (11).

Electronic multi-component assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic module (3) is thermally connected to the heat sink (6) by means of a thermally conductive connection, preferably by means of a thermally conductive adhesive connection (17) or by means of a thermally conductive solder connection.

Electronic multi-component assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic module (3) comprises a power electronic component, in particular a power transistor, preferably a power MOSFET.

Electronic multi-component assembly according to one of the preceding claims, characterized in that a frame (4) is arranged on the printed circuit board (11), wherein the frame surrounds the cutout (12) in the printed circuit board and wherein the frame forms a fluid-tight connection with the printed circuit board (11) by means of a fluid-tight adhesive bond (18) or by means of a sealing lip formed in the frame, wherein an interior space which is open on one side and is formed by the printed circuit board (11) and the frame (4) and in which the cutout (12) in the printed circuit board is arranged is filled with an electrically insulating gel (20), preferably an electrically insulating gel for fulfilling rules and/or specifications for preventing electrical malfunctions and accidents.

Electronic multi-component assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit board (11) is connected to the heat sink (6) in a fluid-tight manner surrounding the cutout, so that the electrically insulating gel cannot escape through the cutout (12) from the interior space above the cutout and whereby the circuit board (11) is fixed relative to the heat sink (6).

Electronic multi-component assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the printed circuit board (11) has three cutouts (12) arranged next to one another and in each cutout an electronic module (3), preferably a plurality of electronic modules (3), is/are arranged and connected to the heat sink (6) in a heat-conducting manner.

Electronic multi-component assembly according to Claim 8 , characterized in that the three electronic modules (3) are designed so that they can generate a three-phase voltage for operating an electric motor.

Electronic control device, in particular an electronic control device for operating a compressor, comprising at least a housing and an electronic multi-component assembly (10) according to one of the Claims 1 until 9 .