DE102011113929B4

DE102011113929B4 - Electromechanical circuit construction

Info

Publication number: DE102011113929B4
Application number: DE102011113929.3A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Heinz
Original assignee: Oechsler AG
Current assignee: Oechsler AG
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: DE102011113929A1

Abstract

Elektromechanischer Schaltungsaufbau (11) mit Einrichtung zum Ableiten der Verlustwärme wenigstens eines elektrischen Bauelementes (12), indem das wärmeleitend mit einem wenigstens zweischalig aufeinandergespritzten Kunststoffspritzguss-Gehäuse (13) aus elektrisch isolierendem Innengehäuse (13.1) und wärmeleitendem Außengehäuse (13.2) kontaktiert ist.Electromechanical circuit structure (11) with means for deriving the heat loss of at least one electrical component (12) by the thermally conductive with a at least two shell sprayed plastic injection molded housing (13) of electrically insulating inner casing (13.1) and heat-conducting outer casing (13.2) is contacted.

Description

Seit Jahrzehnten gehen die Entwicklungstrends zu feineren Leiterbahnenstrukturen mit engerer Bestückung auf bedruckten oder kaschierten und geätzten Leiterplatten, gegebenenfalls unter Einsatz von elektronischen Halbleiter-Bauelementen höherer Leistung. Letztere bedingen, die mit der höheren Verlustleistung anwachsende Wärmeentwicklung abführen zu müssen, um einen Leistungs- oder gar Funktionsverlust infolge Parameteränderungen aufgrund überhitzter Sperrschichttemperaturen möglichst zu vermeiden. Das ist besonders kritisch etwa bei Sensorschaltungen für die Fahrzeugtechnik, bei denen die Bauelemente in gegen Umgebungseinflüsse hermetisch abgeschlossenen, kleinvolumigen Kunststoffgehäusen, zumal oft unter erhöhten Umgebungstemperaturen, betrieben werden. Zumindest muss dann zusätzlicher Raum für eine Montage von kritisch wärmeentwickelnden Bauelementen auf großvolumigen Kühlkörpern bereitgestellt werden, deren Wirkung aber gerade in geschlossenen Kunststoffgehäusen mangels Konvektion doch nur beschränkt ist; und zusätzliches Einbauvolumen wird für die mechanische Sicherung der Kühlkörpermassen gegen die Auswirkung mechanischer Betriebsbeanspruchungen erforderlich, um einen Schaltungsausfall infolge schwingungsbedingten Kontakt- und Leitungsbruches oder gar eines Abreißens der Kühlkörperhalterung zuverlässig ausschließen zu können. Neben diesem betriebstechnischen ist auch ein fertigungstechnischer Gesichtspunkt von praktischer Bedeutung: Für eine zuverlässige Lötverbindung sollten die miteinander zu verlötenden Teile vorübergehend gleiche Temperatur aufweisen. Die Löttemperatur ist aber kritisch hoch für viele elektronische Halbleiter-Bauelemente, zumal bei einer modernen SMD-Bestückung; und bei großvolumigen Bauelemententrägern wie Stanzgittern ist aufgrund der Wärmeableitung die erforderliche Dauer des Wärmeeintrags bis zum Erreichen der Löttemperatur an der Bestückungsstelle zusätzlich kritisch. So kommt es, dass manches Bauelement thermisch vorbelastet in den rauen Betrieb geht, wodurch die Funktionszuverlässigkeit der Schaltung schon a priori verringert ist.For decades, development trends have been towards finer circuit patterns with tighter placement on printed or laminated and etched circuit boards, optionally with the use of higher power electronic semiconductor devices. The latter necessitate dissipating the heat generation which increases with the higher power loss, in order to avoid as far as possible a loss of performance or even loss of function as a result of parameter changes due to overheated junction temperatures. This is particularly critical, for example, in sensor circuits for vehicle technology, in which the components are operated in hermetically sealed, small-volume plastic housings, especially under elevated ambient temperatures. At least then additional space must be provided for a mounting of critical heat-generating components on large-volume heat sinks, but whose effect is limited but only in closed plastic housings for lack of convection; and additional installation volume is required for the mechanical protection of the heatsink masses against the effects of mechanical operating stresses to reliably exclude a circuit failure due to vibration induced contact and line breakage or even a tearing off of the heatsink holder. In addition to this operational technical and manufacturing aspect is of practical importance: For a reliable solder joint, the parts to be soldered should have temporarily the same temperature. However, the soldering temperature is critically high for many electronic semiconductor devices, especially with modern SMD equipment; and in large-volume component carriers such as lead frames is due to the heat dissipation, the required duration of the heat input until reaching the soldering temperature at the assembly point additionally critical. So it happens that some component thermally biased goes into the rough operation, whereby the functional reliability of the circuit is already reduced a priori.

In der DE 1 00 65 857 A1 ist es hinsichtlich der Betriebserwärmung als gleichermaßen nützlich beschrieben, ein Bauelement mit hoher Verlustleistung einzugießen, oder im Zweikomponentenspritzguss thermische Leitstrukturen zur Wärmespreizung längs einer Gehäusewandung zu erstellen, oder aber das Bauelement auf einen massiven Kühlkörper zu montieren, der in eine Gehäusewandung – diese durchragend – eingespritzt wird.In the DE 1 00 65 857 A1 it is equally useful in terms of operating heating to pour in a high power dissipation device or in thermal two-component injection thermal conduction structures along a housing wall, or to mount the device on a solid heat sink injected into, and protruding into, a housing wall becomes.

Das US-Patent 6,180,045 B1 zeigt eine höhenprofilierte Metallplatte, auf deren Pfosten – rückwärtig mittels einer Platine verschaltete – Bauelemente montiert sind; mit abschließendem Verguss des Montageraumes beiderseits der Platine. Aus der DE 1 96 01 649 A1 ist ebenfalls eine einteilig mit ausgeprägten Pfosten höhenprofilierte Metallplatte bekannt, die aber nun auch mehrteilig mit aufgesetzten Pfosten ausgelegt sein kann. Die Pfosten durchragen eine Platine und enden wieder jener gegenüber unter den auf der Platine verschalteten Bauelementen.The U.S. Patent 6,180,045 B1 shows a height profiled metal plate on the post - backward interconnected by means of a board - components are mounted; with final encapsulation of the mounting space on both sides of the board. From the DE 1 96 01 649 A1 is also a one piece with pronounced posts height profiled metal plate known, but which can now be designed in several parts with attached posts. The posts protrude through a board and terminate again opposite those under the interconnected on the board components.

Gemäß DE 10 2004 042 488 A1 wird eine Wärmesenke durch vergrößerte Flächen beiderseits des Montagebereiches eines Leiterbahnen-Stanzgitters geschaffen, auf welchen die spezifisch wärmeableitende Kontaktfläche eines Bauelementes montiert ist.According to DE 10 2004 042 488 A1 a heat sink is provided by enlarged surfaces on both sides of the mounting region of a printed circuit board punched grid, on which the specific heat-dissipating contact surface of a component is mounted.

Die EP 0 650 315 A2 zeigt eine bestückte Platine, die von drei Schichten gleichen Kunststoffes unterschiedlicher Härte umgossen ist: von einer dünnen Isolierschicht, einer festeren großvolumigen Füllschicht und einer stabilen, wiederum dünnen äußeren Gehäuseschicht. Gemäß DE 1 97 07 757 A1 wird die bestückte Platine in ein vorgefertigtes Kunststoffgehäuse aus hartem thermoplastischem Material eingesetzt, das daraufhin mit eingespritztem thermoplastischem Material aufgefüllt wird. Eine zur Motorsteuerung bestückte Platine nach US 2006/0012034 A1 wird unter Freisparen eines Kühlfluidkanales umgossen. Die ebenfalls zur Motorsteuerung ausgelegte Platine nach DE 10 2006 018 457 A1 wird in einer Spritzgussform unter Ausformen von Kühlrippen eingegossen. Auch aus der US 2004/0022031 A1 ist es als solches vorbekannt, bei einer in Kunststoff eingebetteten Schaltung die Oberfläche durch Einbringen von Kerben zu vergrößern, um Wärmeabstrahlung zu fördern.The EP 0 650 315 A2 shows a populated board, which is encapsulated by three layers of the same plastic of different hardness: a thin insulating layer, a firmer large-volume filling layer and a stable, again thin outer housing layer. According to DE 1 97 07 757 A1 The assembled board is inserted into a prefabricated plastic housing made of hard thermoplastic material, which is then filled with injected thermoplastic material. A board equipped with motor control US 2006/0012034 A1 is encapsulated under freeing a cooling fluid channel. The also designed for engine control board after DE 10 2006 018 457 A1 is poured in an injection mold under molding of cooling fins. Also from the US 2004/0022031 A1 As such, it is previously known to increase the surface area of a plastic embedded circuit by introducing notches to promote heat radiation.

In Erkenntnis der eingangs erörterten Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, einen elektromechanischen Schaltungsaufbau anzugeben, der sich bei kostengünstigen Bestückungsgegebenheiten durch verbessertes Wärmemanagement auszeichnet und dadurch insbesondere zu Betrieb in mechanisch hoch beanspruchbaren, hermetisch geschlossenen kleinvolumigen Kunststoffgehäusen eignet.In recognition of the circumstances discussed above, the present invention is based on the technical problem of specifying an electromechanical circuit structure which is distinguished by improved thermal management in the case of cost-effective equipment conditions and is therefore suitable in particular for operation in hermetically sealed, small-volume plastic housings which are mechanically highly stressable.

Die Aufgabe ist durch die Kombination der im Hauptanspruch angegebenen wesentlichen Merkmale gelöst. Danach führt es zu einem besonders großflächigen und entsprechend wirksamen Auffächern und Ableiten der von einem Bauelement ausgehenden Verlustwärme, wenn der Wärmefluss über das Gehäuse gespreizt wird, indem das kritische Bauelement wärmeleitend mit dem aus elektrisch isolierendem aber möglichst gut wärmeleitendem Material spritzgegossenen Gehäuse kontaktiert ist. Das Spritzgussgehäuse ist wenigstens zweischalig ausgebildet, mit in ein vorgeformtes Außengehäuse eingespritztem Innengehäuse oder mit einem vom Außengehäuse umspritzten, vorgeformten Innengehäuse. Dabei ist das Innengehäuse mit möglichst dünner Wandstärke ausgelegt, um bei vor allem elektrisch isolierendem Spritzgussmaterial die mittels der Leiterstruktur längs der Gehäuseinnenwandfläche großflächig aufgefächerte Verlustwärme möglichst gut an die Wärmesenke in Form des großflächig anliegenden Außengehäuses zu übertragen. Das besteht aus gut wärmeleitendem Spritzgussmaterial bei vorzugsweise gegenüber dem Innengehäuse wesentlich größerer Wandstärke, also größerem Wandungs-Volumen. Eine Wellen, Rippen- oder Pfeilergeometrie auf der Außenmantelfläche des Innengehäuses und komplementär auf der Innenmantelfläche des Außengehäuses fördert infolge Kontaktflächenvergrößerung den Wärmeübergang von der Leiterstruktur über das Innengehäuse zur Wärmesenke in Form des Außengehäuses. Eine vergleichbar strukturierte Geometrie dessen Außenmantelfläche fördert die konvektive Wärmeweitergabe an das umgebende Fluid. Wenn das Material des Außengehäuses elektrisch leitend ist, wie im Falle eines auf PA basierenden Spritzgussmaterials, geht mit der Funktion als Wärmesenke auch eine wünschenswerte elektromagnetische Abschirmwirkung für die elektrische Schaltung im Gehäuseinneren einher.The problem is solved by the combination of the essential features specified in the main claim. Thereafter, it leads to a particularly large-scale and correspondingly effective fanning and dissipating the loss of heat emanating from a component when the heat flow is spread over the housing by the critical component is thermally conductive contacted with the injection-molded from electrically insulating but as good as possible heat conducting material housing. The injection-molded housing is designed to be at least double-shelled, with an inner housing injected into a preformed outer housing or with a preformed housing encapsulated by the outer housing Inner housing. In this case, the inner housing is designed with the thinnest possible wall thickness in order to transfer as much as possible to the heat sink in the form of the large-area outer casing, especially in the case of electrically insulating injection molding material, the heat dissipated over a large area by means of the conductor structure along the inside wall of the housing. This consists of good heat-conducting injection molding material with a wall thickness which is substantially greater than that of the inner housing, ie a larger wall volume. A wave, rib or pillar geometry on the outer circumferential surface of the inner housing and complementary on the inner circumferential surface of the outer housing promotes contact surface enlargement, the heat transfer from the conductor structure via the inner housing to the heat sink in the form of the outer housing. A comparably structured geometry whose outer circumferential surface promotes the convective heat transfer to the surrounding fluid. When the material of the outer case is electrically conductive, as in the case of a PA-based injection molding material, the function as a heat sink is also accompanied by a desirable electromagnetic shielding effect for the electric circuit inside the case.

Wenn einzelne Profile wie etwa Pfeiler auf der Innenmantelfläche des Außengehäuses die Wandung des Innengehäuses örtlich ganz durchdringen, dann können deren Stirnenden zu wärmeleitender aber erforderlichenfalls elektrisch isolierender Aufnahme von Bauelementen ausgelegt sein, um deren Verlustwärme unter Umgehen des schlechter wärmeleitenden inneren Gehäuses unmittelbar in das Außengehäuse abzuführen. Diese Aufnahme kann je nach der Art des Bauelementes etwa materialschlüssig mittels Klebers und kraftschlüssig mittels Schrauben oder Klemmhilfen wie Biegefedern erfolgen. Letztere können an solche Profile angespritzt sein. Auf einem Stanzgitter lässt sich ein Bauelement mittels abgebogener Blechstreifen befestigen.If individual profiles such as pillars on the inner circumferential surface of the outer housing locally penetrate the wall of the inner housing, then the front ends can be designed for heat-conducting but, if necessary, electrically insulating recording of components to dissipate their heat loss, bypassing the poorer heat-conducting inner housing directly into the outer housing , This recording can be done depending on the nature of the component as material fit by means of adhesive and non-positively by means of screws or clamping aids such as bending springs. The latter can be molded onto such profiles. On a punched grid, a component can be fastened by means of bent metal strips.

Das mit den Bauelementen bestückte Innengehäuse kann abschließend mit Isolierlack oder mit Thermo- oder Duroplast ausgespritzt oder ganz vergossen werden, um bei dadurch noch erhöhter mechanischer Stabilität einen zusätzlichen Schutz gegen Umwelteinflüsse wie insbesondere Feuchtigkeit zu erzielen.The equipped with the components inner housing can finally be sprayed with insulating varnish or with thermosetting or thermosetting plastic or completely shed to achieve an additional protection against environmental influences such as moisture in particular thereby increased mechanical stability.

Unter einem Spritzgussgehäuse ist in vorliegendem Zusammenhang auch ein z. B. topfförmiges Gehäuseteil zu verstehen, das durch ein anderes Gehäuseteil oder schlicht durch einen Deckel zum Gehäuse vervollständigt beziehungsweise geschlossen wird. Das elektrisch isolierende aber wärmeleitende und mechanisch widerstandsfähige Gehäuse-Spritzgussmaterial, etwa PBT oder dergleichen gut spritzgussformbares Polyester, beziehungsweise ein Polymer wie PA, kann durch Additive eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit unter Beibehalten seiner elektrischen Isolationseigenschaften erfahren. Eine unebene und dadurch vergrößerte Außenmantelfläche des Gehäuses fördert die Wärmeabgabe an das umgebende Medium, etwa an Luft oder an einen Kühlfluidkreislauf.Under an injection molded housing in the present context, a z. B. cup-shaped housing part to understand that is completed or closed by another housing part or simply by a cover to the housing. The electrically insulating but thermally conductive and mechanically resistant housing injection molding material, such as PBT or the like good injection moldable polyester, or a polymer such as PA, can be improved by additives to experience thermal conductivity while maintaining its electrical insulation properties. An uneven and thus enlarged outer surface of the housing promotes the heat transfer to the surrounding medium, such as air or a cooling fluid circuit.

Damit der Wärmeübergang vom Bauelement auf das wärmeableitende Gehäuse möglichst großflächig erfolgt, ist es zweckmäßig, längs der Gehäuseinnenmantelfläche oder in der Gehäusewandung verlaufend – bezüglich der für die elektrischer Funktionalität erforderlichen Stromdichte – elektrisch überdimensionierte, also im Querschnitt vergleichsweise sehr großvolumige Leiterstrukturen bereitzustellen, zu denen das Bauelement wärmeleitend kontaktiert ist; wobei dieser Vergleich voluminöser Leiterstrukturen sich auf die oben erörterten feinen Leiterbahnen der gängigen Schaltungsplatinen bezieht. Diese Lösung stellt somit eine radikale Abkehr vom Technologietrend immer feinerer Leiterbahnenstrukturen mit Aufnahme von Leistungshalbleitern auf voluminösen Kühlkörpern dar. Entsprechend vereinfacht, verkleinert und verbilligt sich durch Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung der elektromechanische Schaltungsaufbau, und die Funktionstüchtigkeit beziehungsweise -dauer der Halbleiter-Bauelemente wird sogar signifikant verbessert.So that the heat transfer from the component to the heat-dissipating housing takes place over a large area, it is expedient, along the Gehäuseinnenmantelfläche or in the housing running - with respect to the current density required for the electrical functionality - electrically oversized, so in cross section comparatively very large volume conductor structures provide, to which Component is contacted thermally conductive; this comparison of bulky conductor structures relates to the fine circuit traces of common circuit boards discussed above. This solution thus represents a radical departure from the trend in technology of ever finer interconnect structures with the inclusion of power semiconductors on voluminous heat sinks. Accordingly, by using the solution according to the invention, the electromechanical circuit structure is simplified, reduced and rendered more functional and the functionality or duration of the semiconductor components even becomes significant improved.

Als die im Querschnitt großvolumigen Leiterstrukturen können im Mehrkomponentenspritzguss in das Gehäuse eingeformte elektrisch leitende Kunststoffbahnen eingesetzt werden, wie sie in unserem Patent DE 1 00 48 680 für einen anderen Anwendungsfall näher beschrieben sind.As the cross-sectional large-volume conductor structures can be used in multi-component injection molded into the housing electrically conductive plastic sheets, as described in our patent DE 1 00 48 680 are described in more detail for another application.

Technologisch weniger anspruchsvoll und hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit vorteilhafter ist es, wenigstens ein, die Leiterstruktur wiedergebendes, vergleichsweise dickes Stanzgitter im Zuge der Spritzgussausformung des Gehäuses einzufassen oder einzugießen; mit, in als solcher Weise bekannten, am Stanzgitter ausgebildeten Schneidklemmen oder Löchern zur Montage von bedrahteten Bauelementen und mit in Steckerkörben endenden Stiften. Für Hochstromanschlüsse sind zusätzliche Schraubverbindungen zweckmäßig.Technologically less demanding and in terms of thermal conductivity it is more advantageous to enclose or pour in at least one relatively thick stamped grid reflecting the conductor pattern in the course of the injection molding of the housing; with, in such known manner, formed on the lead frame cutting clamps or holes for mounting of wired components and ending in plug baskets pins. For high current connections additional screw connections are appropriate.

Im Interesse einer flexiblen Schaltungsauslegung sind wenigstens zwei im Wesentlichen in zueinander parallelen Ebenen in die Gehäuse-Innenwand eingefasste solche Stanzgitter vorgesehen. Von denen ist das eine, vorteilhaft wiederum zweiteilig, aus kostengünstigen Kupferlegierungen wie CuSn2 oder CuZn37 geformt, geometrisch ausgelegt zum Anschluss etwa eines SMD-Transistors; und wenigstens ein weiteres Gitter, bestehend vorzugsweise aus relaxionsoptimiertem CuNiSi, weist Öffnungen zum Einpressen von gesondert erstellten und bestückten kleinen Schaltungsplatinen auf.In the interest of a flexible circuit design, at least two punched grids bordered in substantially parallel planes in the housing inner wall are provided. Of these, one is, in turn advantageously in two parts, formed from cost-effective copper alloys such as CuSn 2 or CuZn 37, geometrically designed to connect, for example, an SMD transistor; and at least one further grating, preferably consisting of relaxation-optimized CuNiSi, has openings for pressing in separately prepared and populated small circuit boards.

Zum Vermeiden von Löttemperaturbeanspruchungen werden unbedrahtete Bauelemente zweckmäßigerweise mit Leitklebern an vom Einguss freigesparte Bereiche der Stanzgitter elektrisch und mechanisch angeschlossen. Das erleichtert auch die Handhabung beim Bestücken der Schaltung direkt in das Gehäuse hinein. In order to avoid soldering temperature stresses, non-wired components are expediently electrically and mechanically connected with conductive adhesives to areas of the stamped grid that are left free from the sprue. This also facilitates handling when loading the circuit directly into the housing.

Verfahrenstechnisch noch zweckmäßiger ist es, beim Spritzguss des Gehäuses, entsprechend der Leiterstruktur der Schaltung verlaufend, in die Gehäusewandung eingesenkte Nuten freizusparen oder darauf Kanäle erhaben einzudeichen, in die dann relativ dicke Stränge von Leitlack oder dergleichen Leitpaste als elektrischer und wärmetechnischer Leiter eingespritzt oder sonstwie eingebracht werden können. Das führt bei denkbar geringen Fertigungskosten zu geometrisch exakt gegeneinander abgegrenzten, also zuverlässig isolierten Leitungsverläufen und ist schaltungstechnisch insbesondere dort unkritisch, wo es auf hohe Genauigkeit und Konstanz des Leitungswiderstandes nicht ankommt. Dabei brauchen nur diejenigen von standardmäßig komplexeren Verläufen der Nuten beziehungsweise Kanäle gefüllt zu werden, die für eine aktuelle von mehreren so vorbereiteten Schaltungsvarianten benötigt werden. Wo diese Verläufe nicht bis zu ihrem oberen Rand mit Leitmaterial gefüllt sind, eröffnen sich problemlos isolierte Kreuzungsverläufe durch Aufbringen einfacher Draht- oder Stanzgitter-Stücke. Die können etwa eine Unterbrechung in einem derartigen Verlauf oder die Distanz zwischen einander benachbarten Verläufen überbrücken, indem sie dazu einfach mit ihren beiderseits abgewinkelt verlaufenden Enden in die Leitpaste, zumal in mit Leitpaste gefüllte Sacklöcher, eingedrückt werden.From a procedural point of view it is still more expedient to free the grooves embedded in the housing wall during injection molding of the housing, or to project channels elevated thereon, into which relatively thick strands of conductive ink or the like conductive paste are injected or otherwise introduced as electrical and thermal conductors can be. This leads to extremely low production costs to geometrically exactly against each other delimited, so reliable insulated cable runs and circuit technology is especially critical where it does not depend on high accuracy and consistency of line resistance. In this case, only those of standard more complex gradients of the grooves or channels need to be filled, which are needed for a current of several prepared circuit variants. Where these courses are not filled with conductive material up to their upper edge, isolated crossing profiles open up easily by applying simple wire or punched grid pieces. For example, they can bridge an interruption in such a course or the distance between adjacent courses by simply being pressed into the conducting paste with their ends running at an angle on both sides, especially in blind holes filled with conductive paste.

Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, Leitpasten mit Klebereigenschaften, also elektrische Leitkleber, etwa auf der Basis von kupfer- oder silberhaltigem Epoxyd oder Polyamid, einzusetzen. Die haften besonders zuverlässig im Nut- oder Kanalgrund; und Bauelemente, die mit ihren Anschlüssen vor dem Aushärten des Leitklebers in diesen eingedrückt werden, sind dadurch ohne besonderen Aufwand gleich mechanisch und elektrisch zuverlässig an die wärmespreizende Leiterstruktur längs der Innenmantelfläche des Gehäuses angeschlossen. Zum Anschluss bedrahteter Bauelemente sind mit Leitkleber gefüllte Sacklöcher zweckmäßig. Insbesondere für die Montage kleiner Bauteile ist andererseits ein dünnflüssiger Leitkleber zu bevorzugen, oder sogar Leitlack oder -tinte mit Additiven auf Basis von Edelmetall, Metall oder Kohlenstoff (vorzugsweise in Nanotechnologie) zum Verbessern der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit dieses dann nur dünn aufgetragenen Leitermaterials.It is particularly advantageous in this context, conductive pastes with adhesive properties, so electrical conductive adhesive, such as based on copper or silver-containing epoxy or polyamide, use. The adhere particularly reliable in the groove or channel bottom; and components that are pressed with their connections before curing of the conductive adhesive in this, are connected without any effort equal mechanically and electrically reliable to the heat-spreading conductor structure along the inner circumferential surface of the housing. To connect wired components are filled with conductive adhesive blind holes appropriate. On the other hand, especially for the assembly of small components, a low-viscosity conductive adhesive is preferred, or even conductive ink or ink with additives based on precious metal, metal or carbon (preferably in nanotechnology) to improve the electrical and thermal conductivity of this then only thinly applied conductor material.

Anwendung findet ein solcher Schaltungsaufbau jedenfalls im Automotive-Umfeld, etwa als Baugruppenträger für Scheinwerfer und andere Leuchten (zumal jeweils mit LED-Bestückung), Wechselrichter und Verstärker, aber auch für Schalt- und dergleichen Module wie Umkehrbrücken, insbesondere für Module in Ausstattung mit IGBT-, Transistor-, Dioden- oder Hallsensor-Bauelementen.In any case, such a circuit design is used in the automotive environment, for example as a subrack for headlights and other lights (especially each with LED equipment), inverters and amplifiers, but also for switching and the like modules such as reversing bridges, especially for modules equipped with IGBT , Transistor, diode or Hall sensor devices.

Weitere Abwandlungen und zusätzliche Alternativen zur erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch hinsichtlich deren Vorteilen, aus aus nachstehender Beschreibung eines in der einzigen Figur der Zeichnung in abgebrochener Darstellung unmaßstäblich vergrößert auf das Funktionswesentliche abstrahiert skizzierten, schematischen Realisierungsbeispiel es zum Ausführen der Erfindung.Further modifications and additional alternatives to the inventive solution will become apparent from the other claims and, with regard to their advantages, from the following description of an enlarged scale in the single FIGURE of the drawing in aborted representation on the functional essentials outlined sketched, schematic implementation example for carrying out the invention ,

Der skizzierte Längsschnitt durch einen elektromechanischen Schaltungsaufbau 11 zeigt ein elektrisches Bauelement 12, das in ein elektrisch isolierendes Spritzguss-Gehäuse 13 hinein auf Leiterstrukturen 14 montiert ist. Das Gehäuse 13 besteht aus einem Innengehäuse 13.1 und einem Außengehäuse 13.2, die direkt aufeinandergespritzt sind und sich deshalb großflächig berühren. Zur Vergrößerung der gegenseitigen, wärmeüberleitenden Berührungsfläche weisen diese wechselweise ineinandergreifende, beispielsweise rippenartige beziehungsweise kanalartige, zueinander komplementäre Profilierungen 15.1, 15.2 auf. Durch vergleichbare Profilierungen 15 ist auch die wärmeabgebende Außenmantelfläche 16 des Außengehäuses 13.2 vergrößert.The sketched longitudinal section through an electromechanical circuit structure 11 shows an electrical component 12 placed in an electrically insulating injection-molded housing 13 into on ladder structures 14 is mounted. The housing 13 consists of an inner housing 13.1 and an outer casing 13.2 , which are sprayed directly onto each other and therefore contact each other over a large area. To increase the mutual, heat-transferring contact surface, these have mutually intermeshing, for example rib-like or channel-like, mutually complementary profilings 15.1 . 15.2 on. By comparable profiles 15 is also the heat-emitting outer surface 16 of the outer casing 13.2 increased.

Die Stärke der Wandung 17.1 des Innengehäuses 13.1 ist im Wesentlichen nur auf ausreichende elektrische Isolation ausgelegt und deshalb sehr viel geringer, als die als Wärmesenke dienende Wandung 17.2 des Außengehäuses 13.2. Von dessen Innenmantelfläche 18 aus durchragt beim skizzierten Realisierungsbeispiel ein Pfeiler 19 die Innengehäuse-Wandung 17.1. Auf dessen Stirn 20 ist das Bauelement 12 wärmeleitend montiert.The strength of the wall 17.1 of the inner casing 13.1 is essentially designed only for sufficient electrical insulation and therefore much less than the wall serving as a heat sink 17.2 of the outer casing 13.2 , From its inner surface 18 protrudes from the sketched implementation example a pillar 19 the inner casing wall 17.1 , On his forehead 20 is the component 12 thermally conductive mounted.

Die Ableitung der Verlustwärme aus dem Bauelement 12 erfolgt für vorliegende Erfindungserläuterung exemplarisch über dessen vergleichsweise massiven Elektroden 21. Eine seiner Elektroden 21.3 liege an der Unterseite des Bauelementes 12; sie ist mittels Leitklebers 22 elektrisch- und wärmeleitend auf einen Zweig eines ersten Stanzgitters 23.3 der Leiterstruktur 14 geklebt, der hier seinerseits wärmeleitend auf die Pfeiler-Stirn 20 geklebt sei. Eine zweite Elektrode 21.4 des Bauelementes 12 ist anderweitig mittels Leitklebers 22 elektrisch- und wärmeleitend an die Leiterstruktur 14 angeschlossen, nämlich in diesem Beispielsfalle auf einen Zweig eines zweiten Stanzgitters 23.4 geklebt.The derivation of the heat loss from the device 12 takes place for present invention explanation by way of example on the comparatively massive electrodes 21 , One of his electrodes 21.3 lie on the underside of the component 12 ; It is by means of conductive adhesive 22 electrically and thermally conductive on a branch of a first stamped grid 23.3 the ladder structure 14 glued, which here on its part thermally conductive on the pillar-forehead 20 glued. A second electrode 21.4 of the component 12 is otherwise using conductive adhesive 22 electrically and thermally conductive to the conductor structure 14 connected, namely in this example to a branch of a second punched grid 23.4 glued.

Über die vergleichsweise massiven Stanzgitter 23 erfolgt eine weit verzweigte Auffächerung der Wärmeableitung aus dem Bauelement 12 in die Innengehäuse-Wandung 17.1, zu großflächiger Übergabe von dort an die Wärmesenke in Form des Außengehäuses 13.2.About the comparatively massive stamped grid 23 There is a widespread fanning of the heat dissipation from the device 12 in the inner casing wall 17.1 , to large transfer from there to the heat sink in the form of the outer housing 13.2 ,

Auch eine dritte Elektrode 21.5 des Bauelementes 12 ist elektrisch- und wärmeleitend an die Leiterstruktur 14 angeschlossen, nämlich in diesem Beispielsfalle unmittelbar in eine aus einem dicken Strang von Leitkleber 22 gebildete Leiterbahn der Leiterstruktur 14 im Innern des Innengehäuses 13.1 eingetaucht. Der Strang verläuft in diesem Beispielsfalle am Grunde einer in die Innenwandfläche 24 des Innengehäuses 13.1 eingeformten Nut 25, die vorzugsweise (wie oben erläutert) nicht in voller Höhe mit Leitkleber 22 gefüllt ist. Auch über diese Leitkleber-Leiterbahn 14 erfolgt wieder eine Spreizung der Wärmeableitung aus dem Bauelement 12 in die dünne Innengehäuse-Wandung 17.1 hinein, zu großflächiger Übergabe von dort an die Wärmesenke in Form des dagegen wesentlich massiveren Außengehäuses 13.2.Also a third electrode 21.5 of the component 12 is electrically and thermally conductive to the conductor structure 14 connected, namely in this example, immediately in one of a thick strand of conductive adhesive 22 formed trace of the ladder structure 14 inside the inner housing 13.1 immersed. The strand runs in this example trap at the bottom of a in the inner wall surface 24 of the inner casing 13.1 molded groove 25 preferably not (as explained above) in full height with conductive adhesive 22 is filled. Also on this conductive adhesive trace 14 again a spread of heat dissipation from the device 12 into the thin inner casing wall 17.1 into, to large-scale transfer from there to the heat sink in the form of contrast, the much more massive outer casing 13.2 ,

Für ein großflächiges Aufspreizen der von einem elektrischen Bauelement 12 abzuführenden Verlustwärme wird dieses somit erfindungsgemäß in wärmeleitenden Kontakt vorzugsweise zunächst zu einer wärmeleitenden, im Querschnitt elektrisch überdimensionierten Leiterstruktur 14 in Form eines insbesondere bereichsweise umspritzten Stanzgitters 23 und/oder eines in einer Nut 25 oder in einem Kanal verlaufenden, relativ dicken Stranges aus vorzugsweise klebender Leitpaste, also Leitkleber 22 gebracht. Derart aufgefächert erfolgt eine großflächige Übergabe in das als Wärmesenke dienende Gehäuse 13.For a large spreading of an electrical component 12 dissipated heat loss this is thus according to the invention in heat-conducting contact preferably initially to a heat-conducting, in cross-section electrically oversized conductor structure 14 in the form of a stamped grid, in particular partially encapsulated 23 and / or one in a groove 25 or running in a channel, relatively thick strand of preferably adhesive conductive paste, so conductive adhesive 22 brought. Thus fanned out, a large-scale transfer takes place in serving as a heat sink housing 13 ,

Solch ein die elektrische Leiterstruktur 14 ergebende Verlauf des Leitmaterials, also des Leitklebers 22 oder auch von dagegen dünnflüssigerem Leitlack, kann in problemlos verfügbarer Technologie nadeldosiert, jetdosiert oder gedruckt (dann insbesondere im Tampon- oder im Siebdruck) auf die Gehäuseinnenwandung 17.1 aufgebracht werden. In das noch nicht end-ausgehärtete Material werden die dadurch elektrisch und mechanisch sowie thermisch angeschlossenen Bauelemente 12 mit ihren Elektroden 21 und die abgekanteten Enden von Leiterbrücken eingedrückt.Such a the electrical conductor structure 14 resulting course of the conductive material, so the conductive adhesive 22 or else by contrast, thinner-viscosity conductive ink can be needle-metered, jet-metered or printed (in particular in tampon or screen printing) onto the inner wall of the housing in readily available technology 17.1 be applied. In the not yet final-hardened material are thereby electrically and mechanically and thermally connected components 12 with their electrodes 21 and pressed the bent ends of conductor bridges.

Das Leitmaterial ist vorzugsweise für thermisches Aushärten unter Konvektion bei Raumtemperatur ausgelegt, eventuell gefördert durch ultraviolette oder infrarote Bestrahlung beziehungsweise durch Thermosintern. Zu bevorzugen ist ein Aushärte- beziehungsweise Trocknungsprozess bei Temperaturen unterhalb 250°C, insbesondere zwischen Raumtemperatur und 180°C. Dazu lässt sich das so genannte Niedertemperatur-Sintern einsetzen, aber auch eine chemische beziehungsweise physikalische Oxydations- oder Trocknungs-Reaktion.The conductive material is preferably designed for thermal curing under convection at room temperature, possibly promoted by ultraviolet or infrared radiation or by thermal sintering. A curing or drying process at temperatures below 250 ° C., in particular between room temperature and 180 ° C., is to be preferred. For this purpose, the so-called low-temperature sintering can be used, but also a chemical or physical oxidation or drying reaction.

Stattdessen oder zusätzlich zu derartigen Leitmaterialien können auch Stanzgitter 23 auf die Innenwandfläche 24 des Gehäuses 13 eingespritzt oder nachträglich montiert werden.Instead or in addition to such conductive materials can also stamped grid 23 on the inner wall surface 24 of the housing 13 be injected or retrofitted.

Die Leiterstruktur 14 verläuft jedenfalls an oder in der Wandung 17 des als Wärmesenke dienenden Spritzguss-Umgehäuses 13. Das ist vorzugsweise wenigstens zweischalig gespritzt, mit einem dünnwandigen Innengehäuse 13.1 für vor allem elektrische Isolierfunktion und einem dagegen dickerwandigen Außengehäuse 13.2 aus jedenfalls gut wärmeleitendem Material als der eigentlichen Wärmesenke. Die kann lokal das Innengehäuse 13.1 durchdringen, um das Bauelement 12 dort auch gleich wärmeleitend auf das Außengehäuse 13.2 zu montieren. Zugleich erbringt das Außengehäuse 13.2 eine wünschenswerte elektromagnetische Abschirmung und dadurch eine Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit des eingehäusten Schaltungsaufbaues 11, wenn sein Spritzgussmaterial nicht nur gut wärmeleitende Eigenschaften aufweist, sondern auch wenigstens geringfügig elektrisch leitend ist.The ladder structure 14 at least runs on or in the wall 17 of the heat sink serving as an injection-molded Umgehäuses 13 , This is preferably sprayed with at least two shells, with a thin-walled inner housing 13.1 especially for electrical insulation function and a thicker-walled outer housing 13.2 in any case good heat-conducting material than the actual heat sink. The locally can the inner housing 13.1 penetrate to the device 12 there also heat-conducting on the outer housing 13.2 to assemble. At the same time, the outer housing provides 13.2 a desirable electromagnetic shield and thereby an improvement in the electromagnetic compatibility of the housed circuit structure 11 if its injection molding material not only has good heat-conducting properties, but also at least slightly electrically conductive.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1111: Schaltungsaufbaucircuit design
1212: Bauelement (auf 14)Component (on 14 )
1313: Gehäusecasing
1414: Leiterstrukturen (aus 22, 23)Ladder structures (out 22 . 23 )
1515: Profilierungen (auf 13)Profiles (on 13 )
1616: Außenmantelfläche (von 13)Outer jacket surface (from 13 )
1717: Wandung (von 13)Wall (from 13 )
1818: Innenmantelfläche (von 17.2)Inner circumferential surface (from 17.2 )
1919: Pfeiler (auf 18, durch 13.1)Pillar (up 18 , by 13.1 )
2020: Stirn (von 19, innerhalb 13.1)Forehead (from 19 , within 13.1 )
2121: Elektroden (21.3–21.5 von 12, auf 14)Electrodes ( 21.3 - 21.5 from 12 , on 14 )
2222: Leitkleber (auch Leitlack oder -tinte)Conductive adhesive (also conductive ink or ink)
2323: Stanzgitter (23.3, 23.4)Punching grid ( 23.3 . 23.4 )
2424: Innenwandfläche (von 13)Inner wall surface (from 13 )
2525: Nut (in 24, mit 22)Groove (in 24 , With 22 )
x.1x.1: Innen-...Inside-...
x.2x.2: Außen-...Outside-...

Claims

Elektromechanischer Schaltungsaufbau (11) mit Einrichtung zum Ableiten der Verlustwärme wenigstens eines elektrischen Bauelementes (12), indem das wärmeleitend mit einem wenigstens zweischalig aufeinandergespritzten Kunststoffspritzguss-Gehäuse (13) aus elektrisch isolierendem Innengehäuse (13.1) und wärmeleitendem Außengehäuse (13.2) kontaktiert ist.Electromechanical circuit construction ( 11 ) with means for deriving the heat loss of at least one electrical component ( 12 ) by the heat-conducting with a plastic molded at least two-shell injection-molded plastic housing ( 13 ) made of electrically insulating inner housing ( 13.1 ) and heat-conducting outer housing ( 13.2 ) is contacted.

Schaltungsaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgussmaterial des mit großvolumigen Leiterstrukturen (14) ausgestatteten Innengehäuses (13.1) Additive zu verbesserter Wärmeleitfähigkeit unter Beibehalten seiner elektrischen Isolationseigenschaften und das gut wärmeleitende Material des Außengehäuses (13.2), mit gegenüber derjenigen des Innengehäuses (13.1) wesentlich größerer Wandstärke, auch elektrisch leitend ist.Circuit structure according to claim 1, characterized in that the injection molding material of with large-volume conductor structures ( 14 ) equipped inner housing ( 13.1 ) Additives to improved thermal conductivity while maintaining its electrical insulation properties and the good heat-conducting material of the outer housing ( 13.2 ), with respect to that of the inner housing ( 13.1 ) substantially larger wall thickness, is also electrically conductive.

Schaltungsaufbau nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (13.2) mit Oberflächen-Profilierungen (15) in das Innengehäuse (13.1) eingreift.Circuit structure according to one of the preceding claims, characterized in that the outer housing ( 13.2 ) with surface profiles ( 15 ) in the inner housing ( 13.1 ) intervenes.

Schaltungsaufbau nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bauelemente (12) mittels Leitklebers (22), Leitlackes oder Leittinte an nadeldosierte, jetdosierte oder gedruckte Leiterstrukturen (14) mechanisch befestigt und/oder elektrisch angeschlossen sind.Circuit structure according to one of the preceding claims, characterized in that components ( 12 ) by means of conductive adhesive ( 22 ), Conductive ink or lead ink to needle-dosed, jet-dosed or printed conductor structures ( 14 ) are mechanically fastened and / or electrically connected.

Schaltungsaufbau nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Leiterstrukturen (14) an einer Gehäuse-Innenwandfläche (24) bereichsweise umspritzte Stanzgitter (23) und/oder, etwa längs Nuten (25) beziehungsweise Kanälen verlaufende, Stränge von Leitpasten, Bahnen von Leitlack beziehungsweise -tinte und/oder in Mehrkomponentenspritzguss aus elektrisch leitendem Material gespritzte Kunststoffbahnen vorgesehen sind.Circuit structure according to one of the preceding claims, characterized in that as conductor structures ( 14 ) on a housing inner wall surface ( 24 ) In some areas molded punched grid ( 23 ) and / or, approximately along grooves ( 25 ) or channels extending strands of conductive pastes, webs of conductive ink or ink and / or in multi-component injection molding of electrically conductive material molded plastic sheets are provided.

Schaltungsaufbau nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Stanzgitter (23) in im Wesentlichen zueinander parallelen Ebenen vorgesehen sind, auf denen an von Einguss freigesparten Bereichen unbedrahtete Bauelemente (12) insbesondere mittels Leitklebern elektrisch und mechanisch angeschlossen sind.Circuit structure according to the preceding claim, characterized in that at least two punched grids ( 23 ) are provided in planes substantially parallel to each other on which non-wired components ( 12 ) are electrically and mechanically connected in particular by means of conductive adhesives.

Schaltungsaufbau nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Brücken oder bedrahtete Bauelemente (12) mit ihren abgewinkelt verlaufenden Enden in mit, zunächst noch nicht end-ausgehärtetem, Leitmaterial gefüllte Löcher, Kanäle oder Nuten (25) eingedrückt sind.Circuit structure according to one of Claims 4 to 6, characterized in that bridges or wired components ( 12 ) with their angled ends in holes, channels or grooves filled (initially not yet fully cured) with conductive material ( 25 ) are pressed.

Schaltungsaufbau nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Leitmaterial in Form von etwa Leitlack oder Leitkleber (22) für thermisches Aushärten unter Konvektion bis hinab zu Raumtemperatur ausgelegt ist, förderbar durch Thermosintern oder Ultraviolett- beziehungsweise Infrarot-Bestrahlung.Circuit structure according to one of Claims 4 to 7, characterized in that the conductive material in the form of, for example, conductive ink or conductive adhesive ( 22 ) is designed for thermal curing under convection down to room temperature, can be conveyed by thermal or ultraviolet or infrared irradiation.

Schaltungsaufbau nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Bauelementen (12) bestückte Innengehäuse (13.1) ausgespritzt oder vergossen ist.Circuit structure according to one of the preceding claims, characterized in that the component ( 12 ) equipped inner housing ( 13.1 ) is sprayed or shed.

Schaltungsaufbau nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein verzweigtes Auffächern von Wärmeableitung aus einem Bauelement (12) über ein Stanzgitter (23) und eine Innengehäuse-Wandung (17.1) an das Außengehäuse (13.2).Circuit structure according to one of the preceding claims, characterized by a branched fanning out of heat dissipation from a component ( 12 ) via a punched grid ( 23 ) and an inner housing wall ( 17.1 ) to the outer housing ( 13.2 ).