DE4131200A1 - Schaltungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der DE 35 08 456 bekannt. Dort ist die Trägerplatte, auf welcher mindestens ein zu kühlendes chipförmiges Bauelement vorgesehen ist, in ein Gehäuse eingeklebt und die Andrückvorrichtung mittels Justierschrauben und Zwischenstücken gebildet. Die Justier­ schrauben sind durch Verstrebungen des Gehäuses durchge­ schraubt. Bei einer solchen Ausbildung der Schaltungsanord­ nung kann insbesondere bei einer langzeitig gegebenen Wärme­ belastung der Schaltungsanordnung nicht zuverlässig sicher­ gestellt werden, daß der Anpreßdruck der Andrückvorrichtung konstant aufrechterhalten wird, weil es zu einem Nachgeben, z. B. Fließen, des Kunststoffmaterials des Gehäuses kommen kann. Desgleichen kann es infolge mechanischer Toleranzen der nicht nachgiebigen Zwischenstücke der Andrückvorrichtung zu einem Kontakt-Druckverlust kommen.

Die DE 36 28 556 beschreibt eine Schaltungsanordnung, bei welcher mindestens ein zu kühlendes chipförmiges Bauelement auf einer Trägerplatte angeordnet und in eine Isolierstoff­ masse eingekapselt ist. Stromleiterteile des zu kühlenden chipförmigen Bauelementes sind wenigstens stellenweise als Kontaktstücke zur Druckkontaktierung ausgebildet. Die Strom­ leiterteile ragen auf der von der Trägerplatte abgewandten Seite des Bauelementes aus der Isolierstoffkapselung heraus. Diese Schaltungsanordnung ist mit einem Kühlbauteil und mit einer Kontaktplatte ausgebildet. Die Kontaktstücke sind vom Bauelement getrennt auf der Trägerplatte angeordnet. Die Druckkontaktierung der Kontaktstücke ist außerhalb der Isolier­ stoffkapselung vorgesehen und die Kontaktplatte ist allen Kontaktstücken gemeinsam.

Ein Leistungshalbleitermodul, bestehend aus einer beidseitig metallisierten Trägerplatte, die auf der Oberseite mit Bau­ elementen bestückt, in ein Kunststoffgehäuse eingesetzt und mit Vergußmasse abgedeckt ist, ist aus der DE 35 21 572 bekannt. Dort wird vorgeschlagen, daß im Modul mindestens eine Stütze auf dem Trägerkörper oder einem Bauelement angeordnet ist, als ein erster Weichverguß eine elastomere Masse vorge­ sehen ist, aus dem ein oberer Teil der Stütze/Stützen heraus­ ragt, und als ein zweiter Verguß ein duroplastischer Kunst­ stoff vorgesehen ist, der den oberen Teil der mindestens einen Stütze überdeckt und mit dem Gehäuse verbindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsan­ ordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch bei zeitlich wechselnder mechanischer und thermischer Belastung einen konstanten Anpreßdruck gewährleistet, und die ein ein­ faches mechanisches Zusammenbauen der Schaltungsanordnung erlaubt und die einfach herstellbar ist, dabei soll die Mög­ lichkeit des zerstörungsfreien Auswechselns einzelner Schal­ tungselemente möglich sein.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltung der eingangs genannten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspru­ ches 1. gelöst. Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schal­ tungsanordnung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch das wärme- und formstabile und in sich elastische Brückenelement ergibt sich der Vorteil, daß auch bei langzei­ tig einwirkenden und/oder wechselnden mechanischen und/oder thermischen Belastungen ein Nachgeben oder Fließen des Mate­ riales ausgeschlossen ist, so daß der Preßdruck der Andrück­ vorrichtung auf das mindestens eine zu kühlende Bauelement und/oder auf die mindestens eine Trägerplatte jederzeit zuver­ lässig aufrechterhalten und konstant bleibt. Das Brückenele­ ment besteht vorzugsweise aus formstabilem Kunststoff. Das Kühlbauteil kann einfach ebenflächig plattenförmig ausgebildet sein, es ist jedoch auch möglich, Kühlrippen vorzusehen. Insgesamt ist erfindungsgemäß eine Schaltungsanordnung mit relativ kleinem Volumen und großer Leistungsdichte realisier­ bar.

Eine bevorzugte Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungs­ anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Drückeinrich­ tung aus einem elektrisch isolierenden formstabilen und in sich elastischem Material besteht, das direkt die zu drücken­ den Schaltungsinnenaufbauten und auch die Schaltungsaußenauf­ bauten miteinander funktionsgerecht und funktionssicher ver­ bindet. Das als Andrückvorrichtung dienende Brückenelement hat auf der dem Kühlbauteil zugewandten Seite in mindestens annähernder Anpassung an die Profilierung der mindestens einen Trägerplatte Ausnehmungen und Erhebungen ausgebildet. Bei einer Schaltungsanordnung der zuletzt genannten Art kann eine Ausnehmung oder können Ausnehmungen zur Fixierung und Justierung einer Trägerplatte oder von Trägerplatten relativ zueinander oder zum Kühlkörper vorgesehen werden. Desgleichen können bei einer solchen Schaltungsanordnung Ausnehmungen zur Fixierung und Justage von starren loslösbaren Verbindungsele­ menten relativ zu der mindestens einen Trägerplatte vorgesehen sein. Erhebungen können bei einer derartigen Schaltungsanord­ nung unmittelbar gegen die mindestens eine Trägerplatte oder gegen das mindestens eine an der entsprechenden Trägerplatte angeordnete Bauelement drücken.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist außerdem die besonderen Vorteile auf, daß sie sehr montage- und reparatur­ freundlich ist, weil es problemlos möglich ist, eine schadhafte Trägerplatte durch eine ungebrauchte neue oder andere funk­ tionssichere Trägerplatte zu ersetzen. Zu diesem Zweck ist es lediglich erforderlich, die Andrückvorrichtung vom Kühlbauteil zu entfernen und die schadhafte Trägerplatte durch eine andere entsprechende Trägerplatte zu ersetzen, wonach die Andrück­ vorrichtung wiederum am Kühlbauteil befestigt werden kann. Das erfolgt beispielhaft durch Schraub- und/oder Klemmver­ bindungen. Vorteilhaft kann es sein, das Brückenelement mit dem Kühlbauteil mittels federnder Verbindungselemente zu verbinden, wodurch jegliches Nachgeben zwischen diesen Teilen ausgeglichen werden kann.

Eine gegen Einflüsse von außen zuverlässig schützende Schal­ tungsanordnung ergibt sich, wenn wenigstens eine Erhebung als in sich geschlossener Dichtungswulst ausgebildet ist. Damit können einzelne Bauelemente oder einzelne Trägerplatten oder die gesamte Schaltungsanordnung abgedichtet und geschützt werden.

Um eine zuverlässige Anpreßkraft zu gewährleisten, mit welcher die mindestens eine Trägerplatte gegen das Kühlbauteil gedrückt wird, um einen guten, großflächigen Wärmekontakt von der Trä­ gerplatte zum Kühlbauteil zu erhalten und zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn das Brückenelement in seinen für die Ver­ bindung mit der Kühlplatte vorgesehenen Bezirken kompakt aus­ geführt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann das mindes­ tens eine, auf der Trägerplatte angeordnete, zu kühlende Bau­ element vollständig mit einer Vergußmasse bedeckt sein, wie es in Form des Weichvergusses mittels Silikongummimasse üblich ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung, die in einem vergrößerten Maßstab einen Schnitt durch eine erste Ausführungs­ form der Schaltungsanordnung darstellt.

Fig. 1 zeigt in einer Schnittdarstellung eine Schaltungsan­ ordnung mit einem Kühlbauteil 12. Das Kühlbauteil 12 ist bei dem in dieser Figur gezeichneten Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung als einfache Platte dargestellt. Auf dem Kühlbauteil 12 ist eine Trägerplatte 14 angeordnet, die mit Kontaktflächen 16 und auf der von den Kontaktflächen 16 abge­ wandten Seite mit einer Metallschicht 18 versehen ist, um zwischen Trägerplatte 14 und dem Kühlbauteil 12 eine gute Wärmeleitung zu gewährleisten.

Auf der Trägerplatte 14 ist ein chipförmiges Bauelement 20 angeordnet, das Kontakte 22 und 24 aufweist. Der Kontakt 24 ist mit einer zugehörigen Kontaktfläche 16 der Trägerplatte 14 verbunden. Die Kontakte 22 des chipförmigen Bauelementes 20 sind mittels flexibler Verbindungselemente 26, z. B. mittels Bonddrähten, mit zugehörigen Kontaktflächen 16 der Trägerplatte 14 elektrisch verbunden.

Von der Trägerplatte 14 getrennt ist auf dem Kühlbauteil 12 ein Substrat 28 mit Anschüssen 30, die voneinander mittels einer Isolierung 34 galvanisch voneinander getrennt sind, ge­ zeichnet. Dieses, auch in Form einer durchkontaktierten Leiterplatte mit metallisierten Durchbohrungen 32 ausgebildete Verbindungselement 40 kann über ein starres Verbindungselement 36 mit den entsprechenden Kontaktflächen 16 der Trägerplatte 14 elektrisch leitend verbunden werden.

Die Schaltungsanordnung weist eine Andrückvorrichtung 38, die aus einer Drückeinrichtung 42 besteht, auf. Die Drückeinrich­ tung 42 ist an der dem Kühlbauteil 12 zugewandten Seite pro­ filiert. Das Kühlbauteil und die Drückeinrichtung können lös­ bar mechanisch miteinander verbunden werden, was durch die dünnen strichpunktierten Linien 44 zwischen den axial fluch­ tenden Durchgangslöchern 46, 48 angedeutet ist. Diese mechani­ sche Verbindung kann durch Federelemente (nicht gezeichnet) erfolgen, durch welche ein bestimmter Anpreßdruck aufrecht­ erhalten wird. Bei diesen Federelementen handelt es sich z. B. um an sich bekannte Federscheiben.

In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung im nicht zusammenge­ bauten Zustand angedeutet, bei welcher die Drückeinrichtung 42 aus einem elektrisch isolierenden, wärme- und formstabilem und in sich elastischem Material besteht. Als solches Material eignet sich z. B. die an sich bekannte Formmasse aus ungesät­ tigtem Polyester und/oder aus Polyester-Melamin. Das als Drückeinrichtung dienende Brückenelement 42 ist auf seiner dem Kühlbauteil zugewandten Seite 56 in mindestens annähernder An­ passung an die Höhenprofilierung der Trägerplatte 14, des auf der Trägerplatte angeordneten chipförmigen Bauelementes 20, der Verbindungselemente 36 zwischen Trägerplatte 14 und der durchkon­ taktierter Leiterplatte 40 mit Ausnehmungen 58, 60 und mit Erhebungen 62 und 64 ausgebildet.

Die Ausnehmungen 58 , d. h. die in sich zusammenhängende Aus­ nehmung 58 dient insbesondere der Justierung der Trägerplatte 14 in bezug auf das Kühlbauteil 12 während die/jede Ausnehmung 60 zur Justierung eines zugehörigen starren Verbindungselemen­ tes 36 dient. Mit Hilfe der Andrückvorrichtung 38 wird also nicht nur die Trägerplatte 14 mit dem chipförmigen Bauelement 20 sowie die Leiterplatte 40 genau passend zum Kühlbauteil 12 festgelegt, sondern gleichzeitig mit den starren Verbindungs­ elementen 36 der entsprechende galvanische Kontakt zwischen Kontaktflächen 16 an der Trägerplatte 14 und bspw. dem Anschluß 30 hergestellt.

Die Erhebungen 62 dienen zum Andrücken der Trägerplatte 14 entweder unmittelbar oder über das chipförmige Bauelement 20 an das Kühlbauteil 12. Eine in sich geschlossene umlaufende Erhebung 66 ist als Dichtungswulst ausgebildet, ebenso wie ein äußerer umlaufender Dichtungswulst 64. Eine Weichvergußmasse 68 bedeckt das auf dem Trägerkörper 14 befestigte chipförmige Bauelement 20.

Claims (12)

1. Schaltungsanordnung mit wenigstens einer Trägerplatte (14), auf der mindestens ein zu kühlendes chipförmiges Bauelement (20), insbesondere Halbleiterbauelement, und Kontaktflächen (22) vorgesehen sind, wobei das/jedes Bauelement (20) mit dazugehörenden Kontaktflächen mittels Verbindungselementen (26) elektrisch leitend verbunden ist, mit einem Kühlbauteil (12), auf dem die mindestens eine Trägerplatte (14) angeordnet ist, und mit einer die mindestens eine Trägerplatte gegen das Kühlbau­ teil (12) drückenden Andrückvorrichtung (38), die zumin­ dest gegen das eine zu kühlende Bauelement (20) und/oder in dessen Nachbarschaft gegen die mindestens eine Träger­ platte (14) drückt, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückvorrichtung aus mindestens einem Brückenelement (42) aus wärme- und formstabilem in sich elastischem Material besteht und mittels Erhebungen (62) auf das mindestens eine zu kühlende Bauelement (20) und/oder gegen die mindestens eine Trägerplatte (14) und/oder gegen das Substrat (28) mit Anschlüssen (36) drückt und/ oder fixiert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß jedes Brückenelement (42) aus einem Kunststoff als elektrisch isolierendem Material besteht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß jedes Brückenelement aus Kunststoffzubereitungen der Familie ungesättigter Polyester- und/oder Polyester- Melamin- Formmassen besteht.

4. Schaltungsanordnung nach Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Brückenelemente (42) an seiner dem Kühlbauteil zugewandten Seite mit einer an die Profilierung der mindestens einen Träger­ platte (14) und/oder der Verbindungselemente (26) und/ oder des Substrates (28) mit Anschlüssen (36) angepaßten Oberflächenkontur mit entsprechenden Einsenkungen (58) und Erhebungen (62) ausgebildet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Brückenelemente (42) als voneinander unabhängige, getrennte Elemente ausgebildet sind.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest einige der Brückenelemente aus elektrisch leitendem Material bestehen.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere Brückenelemente (42) miteinander flexibel zu einer Einheit verbunden sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das/die Verbindungselemente (26, 36) als Federkörper ausgebildet sind.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens eine Erhebung (64, 66) als in sich geschlossener Dichtungswulst ausgebildet ist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das mindestens eine Brückenelement (42) mit dem Kühlbauteil (12) mechanisch verbunden ist, wobei die Verbindung (46, 48, 50, 52) mindestens ein Federelement aufweist.

11. Schaltungsanordnung nach Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine, auf der Träger­ platte angeordnete, zu kühlende Bauelement (20) voll­ ständig mit einer Weichvergußmasse (68) bedeckt ist.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Verbindungselement (40) als durch­ kontaktierte Leiterplatte ausgebildet ist, bei der auf einer Isolierstoffplatte (34) metallisierte Bohrungen (32) vorgesehen sind, die metallische Leiterbahnen (30) beid­ seits der Isolierplatte schaltungsgerecht elektrisch untereinander verbinden.