DE3305167C2

DE3305167C2 - Elektrische Schaltungsanordnung mit einer Leiterplatte

Info

Publication number: DE3305167C2
Application number: DE3305167A
Authority: DE
Inventors: Georg Haubner; Karl Wutz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-02-15
Filing date: 1983-02-15
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2003-02-16
Also published as: IT8419603A0; IT1174485B; DE3305167A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Schal tungsanordnung mit einer Leiterplatte nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten elektrischen Schaltungsanordnung dieser Art ist ein Halbleiter- Bauelement auf der einen Seite der Leiterplatte auf einen größeren kupferkaschierten Bereich aufgebracht und von dort über sogenannte Bonddrähte mit verschie denen Leiterbahnen kontaktiert (DE-OS 22 26 395).

Der großflächige kaschierte Bereich der Leiterplatte dient dem Halbleiter-Bauelement als Kühlfläche, über welche die im Halbleiter erzeugte Wärme abgeführt wird. Bei dieser Lösung ist es ferner bekannt, die beidseitig auf der Leiterplatte angeordneten Leiter bahnen soweit erforderlich über Löcher in der Ieiter platte miteinander zu verbinden, indem die Leiter bahnen im Bereich dieser Löcher durchkontaktiert wer den. Für elektrische Bauelemente, welche Ströme in der Größenordnung von einem oder mehreren Ampere schalten müssen, wird bei dieser Lösung jedoch eine relativ große Kühlfläche benötigt, um die erzeugte Wärme abzuführen. Die Leiterplatte muß daher für sol che Fälle relativ groß dimensioniert sein, was platz- und kostenaufwendig ist. Werden solche Schal tungsanordnungen auch noch in einem Gehäuse angeordnet, so muß dafür gesorgt werden, daß die Wärme auf möglichst kurzem Wege zur Gehäusewand abgeführt wird. Da jedoch bei der bekannten Lösung die Kühlfläche auf der Seite der Leiterplatte liegt, auf der auch die Halbleiter- Bauelemente angeordnet sind, läßt sich die Kühlfläche nicht in unmittelbarer Nähe einer Gehäusewand anord nen.

Aus der DE-A-31 15 017 ist ein elektronisches Bauelement bekannt, bei dem dessen Wärme über eine metallisierte Auflagefläche auf einem Träger und wärmeleitende, metallisierte Löcher in dem Träger zu einer Kühlfläche auf der Rückseite des Trägers abgeleitet wird.

Aus der DE 81 14 325 U1 ist eine Wärmeableitungsvorrichtung für ein gehäuselos auf Mehrlagenleiterplatten montiertes elektronisches Bauteil mit hoher Verlustleistung bekannt. Bei dieser Vorrichtung sind die elektronischen Bauteile über eine gut wärmeleitende Schicht auf der Mehrlagen-Leiterplatte montiert. Unterhalb dieser Schicht sind Wärmeleitbohrungen vorgesehen, die mit gut wärmeleitendem Material gefüllt sind. Auf der vom Bauteil abgewandten Seite der Leiterplatte sind die Wärmeleitbohrungen mit einer Wärmeleitfläche verbunden. Die Wärmeleitfläche kann zusätzlich durch Umströmung mit einem Kühlmedium gekühlt werden.

Aus der DE-AS 11 04 576 ist eine gedruckte Schaltung bekannt, bei der ein stark wärmeerzeugendes Bauelement auf einer Metallschicht, von einer Fläche, die mindestens das Doppelte der Oberfläche des wärmeerzeugenden Bauelementes beträgt, angebracht ist. Die metallisierte Fläche dient zur Wärmeableitung.

Aus der DE-A-25 30 157 ist es bekannt, ein sich relativ stark erwärmendes, elektronisches Bauelement auf einer Lagerplatte anzuschrauben, die ihrerseits an ein Kühlrippen aufweisendes Gehäuseteil aus wärmeabführendem Werkstoff befestigt ist.

Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, in elektronischen Geräten eine gute Wärmeabfuhr von stark wärmeerzeugenden Bauelementen nach außen zu ermöglichen. Dabei soll kein größerer Raumbedarf durch die Mittel zur Wärmeabfuhr entstehen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß die in den Halbleiter-Bauelementen erzeugte Wärme über die auf der Rückseite der Leiterplatte angebrachte Kühlfläche, sowie durch die Anordnung der Leiterplatte mit geringem Abstand zur Gehäusewandung einfach und platzsparend nach außen geleitet wird. Weiterhin vorteilhaft ist, daß die als Kühlflächen dienenden, kupferkaschierten Bereiche der Leiterplatte zugleich einen elektrischen Anschluß für das Halbleiterbauelement bilden.

Durch die in dem Unteranspruch aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich. So ist für eine effektive Wärmeabfuhr vorteilhaft, wenn die Kühlplatte eines handelsüblichen, gekapselten Halbleiter-Bauelementes auf den oberen kaschierten Bereich der Leiterplatte aufliegt und mit einem Niet an einer durchkontaktierten Öffnung in den kaschierten Bereichen auf der Leiterplatte befestigt ist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine beidseitig kaschierte Leiterplatte mit einem Halbleiter-Bauelement im Bereich zweier durchkontaktierter Kühlflächen der Leiterplatte und Fig. 2 zeigt die Anordnung der Lei terplatte aus Fig. 1 in einem Gehäuse.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 wird die im Querschnitt und beidseitig abge brochen dargestellte Leiterplatte einer elektrischen Schaltungsanordnung mit 10 bezeichnet. Die Leiterplatte 10 besteht aus einem Isolierstoff, der auf beiden Seiten kupferkaschiert ist. Auf der oberen Seite der Leiter platte 10 befinden sich kupferkaschierte Leiterbahnen 11 für den Anschluß der elektrischen Bauelemente. Außer dem hat die Leiterplatte 10 auf ihrer Oberseite einen als Kühlfläche dienenden kaschierten Bereich 12, der von den Leiterbahnen 11 elektrisch isoliert ist. Auf dem kaschierten Bereich 12 der Leiterplatte 10 ist ein handelsübliches Halbleiter-Bauelement 13 angeordnet, das im Beispielsfall ein Darlington-Schalttransistor 14 in IC-Ausführung enthält, der auf einer Kühlplatte 15 sitzt und von einem Kunststoffgehäuse 16 gekapselt ist. Ein Anschluß 17 des Halbleiter-Bauelementes 13 ist in einem Loch 18 der Leiterplatte 10 aufgenommen und auf der Rückseite der Leiterplatte 10 ist im Bereich des Loches 18 eine kupferkaschierte Leiterbahninsel 19, die über eine Durchkontaktierung 20 mit der Leiterbahn 11 auf der Oberseite der Leiterplatte 10 elektrisch ver bunden ist. Die Insel 19 wird mit dem Anschluß 17 in bekannter Weise durch eine Tauchlötung verbunden und der Anschluß 17 wird über den so gebildeten Lötstützpunkt 21 an die Leiterbahn 11 angeschlossen.

Die gesamte, dem Halbleiter-Bauelement 13 abgewandte Rückseite der Leiterplatte 10 ist mit Ausnahme mehrerer solcher für Lötstützpunkte verwendeter Inseln 19 mit einem durchgehenden kaschierten Bereich 22 als zusätz liche Kühlfläche versehen. Die im Darlington-Schalttran sistor 14 erzeugte Wärme wird dabei zunächst an die Kühlplatte 15 abgegeben und sie gelangt von dort auf den kaschierten Bereich 12 an der Oberseite der Leiter platte. Über eine Vielzahl durchkontaktierter Löcher 23 der Leiterplatte ist der untere kaschierte Bereich 22 mit dem oberen kaschierten Bereich 12 verbunden, so daß die Wärme über diese durchkontaktierten Löcher 23 auf die Rückseite der Leiterplatte gelangen kann. Der Bereich 12 auf der Oberseite der Leiterplatte 10 oder der Bereich 22 auf der Unterseite bildet zugleich einen Masseanschluß für das Halbleiter-Bauelement 13. Der Masseanschluß erfolgt dabei über die Kühlplatte 15, die mit einem Niet 24 an einer durchkontaktierten Bohrung 25 in den kaschierten Bereichen 12 und 22 der Leiter platte 10 elektrisch leitend befestigt ist.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bei einem Schaltgerät 30 für Zündanlagen von Brennkraft maschinen. Dort ist die Leiterplatte 10 aus Fig. 1 in einem Metallgehäuse 31 angeordnet. Neben anderen Schaltungselementen des Schaltgerätes 30 ist hier das Halbleiter-Bauelement 13 auf der Oberseite der Leiter platte 10 befestigt und mit Leiterbahnen 11 kontaktiert.

Um die in den Bauelementen erzeugte Wärme auf möglichst kurzem Wege an das Metallgehäuse 31 abzuleiten, wird die Leiterplatte 10 so angeordnet, daß ihre den Bauelementen ab gewandte Seite mit einem geringen Abstand a von etwa 3 mm der unteren Gehäusewand 31a gegenüberliegt.

Claims

1. Elektrische Schaltungsanordnung in elektrischen Geräten mit einer Leiterplatte, die beidseitig mit kaschierten Leiterbahnen versehen ist, welche zum Teil über Durchkontaktierungen miteinander verbunden sind, mit einem Halbleiter-Bauelement auf mindestens einer Seite der Leiterplatte, und mit einem als Kühlfläche dienenden, kaschierten Bereich der Leiterplatte, auf dem das Halbleiter-Bauelement angeordnet ist, wobei auf der dem Halbleiter-Bauelement abgewandten unteren Seite der Leiterplatte ein weiterer kaschierter Bereich als zusätzliche Kühlfläche dient, die über mehrere durchkontaktierte Löcher mit dem oberen kaschierten Bereich verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die als Kühlfläche dienenden kupferkaschierten Bereiche (12, 22) der Leiterplatte (10) einen Anschluß für das Halbleiter-Bauelement (13) bilden und daß die in einem Gehäuse (31) angeordnete Leiterplatte (10) zur Wärmeabführung nach außen mit ihrer am Halbleiter-Bauelement (13) abgewandten unteren Seite mit einem Abstand (a) von höchstens 5 mm einer metallischen Gehäusewand (31a) gegenüberliegt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter-Bauelement (13) mit einer Kühlplatte (15) versehen ist, die auf dem oberen kaschierten Bereich (12) der Leiterplatte (10) aufliegt und mit einem Niet (24) an einem durchkontaktierten Loch (25) innerhalb des kaschierten Bereiches (12) auf der Leiterplatte (10) befestigt ist.