DE102013223761A1

DE102013223761A1 - Multifunctional High Current Circuit Board

Info

Publication number: DE102013223761A1
Application number: DE102013223761.8A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Lassmann; Michael Sperber
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2015-05-21

Abstract

Eine mehrfunktionale Hochstromleiterplatte (4) umfasst eine mehrere Dicklagen (13, 14, 15, 16) aufweisende Stromleitungsschicht (12) zum Leiten von elektrischem Strom, eine mindestens einen Leistungsschalter (3) zum Schalten eines Verbrauchers (1) aufweisende Schaltschicht (18), eine mindestens ein Ansteuerelement (7) aufweisende Ansteuerschicht (8) zum Ansteuern des mindestens einen Leistungsschalters (7), mindestens ein Abschirmelement (13, 16) zum Abschirmen der Stromleitungsschicht (12) gegenüber der Ansteuerschicht (8) und gegenüber der Schaltschicht (18).A multifunctional high-current printed circuit board (4) comprises a power layer (12) for conducting electric current having a plurality of thick layers (13, 14, 15, 16), a switching layer (18) having at least one power switch (3) for switching a load (1), a drive layer (8) having at least one drive element (7) for activating the at least one power switch (7), at least one shielding element (13, 16) for shielding the power line layer (12) from the drive layer (8) and from the switching layer (18) ,

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrfunktionale Hochstromleiterplatte. The invention relates to a multi-functional high-current circuit board.

Aus dem Stand der Technik sind Hochstromleiterplatten bekannt. Hohe elektrische Ströme können in der Hochstromleiterplatte durch Stromleitungsschichten zu Leistungsschaltern geleitet werden. Die die Hochstromleiterplatten durchströmenden hohen Ströme verursachen elektromagnetische und/oder thermische Felder, die jeweils von einer stromführenden Schicht ausgehen. Diese Felder beeinträchtigen benachbarte Schichten der Hochstromleiterplatte, die beispielsweise zur Realisierung von Schaltsignalen oder zur Stromverteilung vorgesehen sind. Es ist nicht oder nur begrenzt möglich, die resultierenden Felder zumindest teilweise abzuschirmen. Aus diesem Grund sind Hochstromleiterplatten, bei welchen die Funktion der Leitung hoher Ströme mit der Funktion des Ansteuerns von Schaltungen für Leistungshalbleiter, insbesondere im Bereich der Feinstleitertechnik, vereint sind, nicht bekannt. High current printed circuit boards are known from the prior art. High electrical currents can be conducted in the high current circuit board through power line layers to circuit breakers. The high currents flowing through the high-current printed circuit boards cause electromagnetic and / or thermal fields, each starting from a current-carrying layer. These fields affect adjacent layers of the high-current circuit board, which are provided for example for the realization of switching signals or for power distribution. It is not or only partially possible to shield the resulting fields at least partially. For this reason, high-current printed circuit boards, in which the function of the high-current line are combined with the function of driving circuits for power semiconductors, in particular in the field of Feinstleitertechnik, are not known.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine mehrfunktionale Hochstromleiterplatte zu schaffen, die die Funktionen der Leitung hoher Ströme und des Ansteuerns von Schaltungen für Leistungshalbleiter vereint. The object of the invention is therefore to provide a multi-functional high-current circuit board, which combines the functions of the high-current line and the driving of circuits for power semiconductors.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine mehrfunktionale Hochstromleiterplatte entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angegeben. Die Hochstromleiterplatte umfasst eine mehrere Dicklagen aufweisende Stromleitungsschicht zum Leiten von elektrischem Strom, insbesondere von Hochstrom, der insbesondere mindestens mehrere 100 A, insbesondere mindestens 500 A und insbesondere mindestens 1000 A beträgt. Weiterhin umfasst die Hochstromleiterplatte eine mindestens einen Leistungsschalter zum Schalten eines mit der Hochstromleiterplatte verbindbaren Verbrauchers aufweisende Schaltschicht sowie eine mindestens ein Ansteuerelement aufweisende Ansteuerschicht zum Ansteuern des mindestens einen Leistungsschalters. Insbesondere sind die Schaltschicht, die Stromleitungsschicht und die Ansteuerschicht übereinander angeordnet, wobei die Stromleitungsschicht zwischen der Schaltschicht und der Ansteuerschicht angeordnet ist. Weiterhin umfasst die Hochstromleiterplatte mindestens ein Abschirmelement zum Abschirmen der Stromleitungsschicht gegenüber der Schaltschicht und gegenüber der Ansteuerschicht. Dadurch ist gewährleistet, dass hoher Strom durch die Stromleitungsschicht, die mehrere Dicklagen aufweist, geleitet werden kann, wobei durch den Stromfluss verursachte elektrische, magnetische und/oder thermische Felder von der mindestens einen Abschirmschicht zuverlässig abgeschirmt werden. Die Funktion der Schaltschicht, also das Schalten eines Verbrauchers, und die Funktion der Ansteuerschicht, also das Ansteuern des mindestens einen Leistungsschalters, werden durch den Stromfluss in der Stromleitungsschicht nicht beeinträchtigt. Die vorliegende Leiterplatte ermöglicht eine gezielte Abschirmung und Entkopplung der trennbaren Einzelfunktionen, nämlich Hochstromführung, Ansteuerung, Stromverteilung und Schaltung. To solve this problem, a multi-functional high-current circuit board according to the features of claim 1 is given. The high-current printed circuit board comprises a multi-layered power line layer for conducting electrical current, in particular high current, which is in particular at least several 100 A, in particular at least 500 A and in particular at least 1000 A. Furthermore, the high-current circuit board comprises a switching layer having at least one circuit breaker for switching a load which can be connected to the high-current circuit board, and a drive layer having at least one drive element for activating the at least one circuit breaker. In particular, the switching layer, the power line layer and the drive layer are arranged one above the other, wherein the power line layer is arranged between the switching layer and the drive layer. Furthermore, the high-current circuit board comprises at least one shielding element for shielding the power line layer from the switching layer and from the drive layer. This ensures that high current can be conducted through the power line layer, which has several thick layers, whereby electrical, magnetic and / or thermal fields caused by the flow of current are reliably shielded by the at least one shielding layer. The function of the switching layer, that is, the switching of a load, and the function of the drive layer, so the driving of the at least one circuit breaker are not affected by the current flow in the power line layer. The present printed circuit board enables targeted shielding and decoupling of the separable individual functions, namely high current, drive, power distribution and circuit.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Hochstromleiterplatte ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche. Advantageous embodiments of the high-current circuit board resulting from the features of the dependent of claim 1 claims.

Günstig ist eine Ausgestaltung, bei der die Stromleitungsschicht mindestens vier Dicklagen aufweist, wobei mindestens eine Stromhinleitungs-Dicklage zum Stromhinleiten von einer mit der Hochstromleiterplatte verbindbaren Spannungsquelle, insbesondere eine Batterie, über die Hochstromleiterplatte zu einem mit der Hochstromleiterplatte verbindbaren Verbraucher, insbesondere einem Elektromotor, und mindestens eine Stromrückleitungs-Dicklage zum Stromrückleiten von dem Verbraucher über die Hochstromleiterplatte zu der Spannungsquelle vorgesehen sind. Es ist auch möglich, dass mehr als vier Dicklagen vorgesehen sind. Insbesondere beträgt die Anzahl der Dicklagen m+n+2, wobei n die Anzahl der Stromhinleitungslagen, m die Anzahl der Rückleitungslagen beschreibt. Die 2 außenliegenden Dicklagen erfüllen zusätzlich Abschirmfunktionen. Insbesondere kann m ungleich n sein. Die Dicklagen ermöglichen eine Vergrößerung des Flächenanteils in der Stromleitungsschicht. Mögliche elektrische und/oder thermische Verluste in Folge des sogenannten Skin-Effekts, wonach Strom auf eine Leiteroberfläche verdrängt wird und somit den effektiven stromtragenden Querschnitt verkleinert, sind reduziert. Selbst steilflankige und hochfrequente Schaltvorgänge in dem mindestens einen Leistungsschalter führen nicht zu einer Erhöhung des elektrischen Leitungswiderstands. Der elektrische Leitungswiderstand ist nicht erhöht. Conveniently, an embodiment in which the power line layer has at least four thick layers, wherein at least one Stromhinleitungs thick layer for Stromhinleiten of a connectable to the high-current circuit board voltage source, in particular a battery via the high-current circuit board to a connectable to the high-current circuit board consumer, in particular an electric motor, and at least one power return thick layer is provided for current return from the load via the high current circuit board to the voltage source. It is also possible that more than four thick layers are provided. In particular, the number of thick layers m + n + 2, where n is the number of Stromhinleitungslagen, m describes the number of return lines. The 2 outer thick layers additionally fulfill screening functions. In particular, m can not be equal to n. The thick layers allow an increase in the area fraction in the power line layer. Possible electrical and / or thermal losses as a result of the so-called skin effect, according to which current is displaced on a conductor surface and thus reduces the effective current-carrying cross-section, are reduced. Even steep-edged and high-frequency switching operations in the at least one power switch do not lead to an increase in the electrical line resistance. The electrical line resistance is not increased.

Besonders günstig ist eine Ausgestaltung, bei der die mindestens vier Dicklagen derart symmetrisch angeordnet sind, dass von den Dicklagen verursachte elektromagnetische Felder einander entgegengesetzt orientiert sind. Insbesondere kompensieren sich die von den Dicklagen verursachten elektromagnetischen Felder. Insbesondere kompensieren sich die elektromagnetischen Felder vollständig. Particularly favorable is an embodiment in which the at least four thick layers are arranged symmetrically such that caused by the thick layers electromagnetic fields are oriented opposite to each other. In particular, the electromagnetic fields caused by the thick layers compensate each other. In particular, the electromagnetic fields compensate completely.

Besonders günstig ist eine Anordnung der vier Dicklagen derart, dass sie spiegelsymmetrisch zu einer virtuellen Mittenlage der Hochstromleiterplatte angeordnet sind. Beispielsweise ist jeweils benachbart zu der virtuellen Mittenlage eine Stromrückleitungs-Dicklage und jeweils eine durch die Stromhinleitungs-Dicklage von der virtuellen Mittenlage getrennte Stromleitungs-Dicklage vorgesehen. Aufgrund der symmetrischen Stromleitung können auch hohe Ströme effektiv in den Dicklagen geführt werden. Beispielsweise ist eine effektive Elimination zeitlich schnell veränderlicher magnetischer Felder in Folge einer Änderung der Stromstärke in Abhängigkeit der Zeit erreichbar. Particularly favorable is an arrangement of the four thick layers such that they are arranged mirror-symmetrically to a virtual center position of the high-current circuit board. For example, in each case adjacent to the virtual center layer, a current return thick layer and in each case one by the Stromhinleitungs thick layer of the virtual center layer separate power line thick layer is provided. Due to the symmetrical power line and high currents can be effectively performed in the thick layers. For example, an effective elimination of time-varying magnetic fields as a result of a change in current as a function of time can be achieved.

Günstig ist eine Ausgestaltung, bei der die mindestens vier Dicklagen jeweils aus Kupfer bestehen und jeweils eine Schichtdicke von mindestens 105 µm, insbesondere eine Schichtdicke von mindestens 210 µm und insbesondere eine Schichtdicke von maximal 400 µm aufweisen. Durch derart ausgeführte Dicklagen kann ausreichend Strom geführt werden. A refinement is advantageous in which the at least four thick layers each consist of copper and each have a layer thickness of at least 105 μm, in particular a layer thickness of at least 210 μm and in particular a layer thickness of not more than 400 μm. By so executed thick layers sufficient power can be performed.

Günstig ist eine Ausgestaltung, wobei die mindestens zwei Stromhinleitungs-Dicklagen jeweils entlang einer leiterplatteninternen Stromleitungsrichtung eine veränderliche Dicklagen-Querschnittsfläche aufweisen. Eine leiterplatteninterne Stromhinleitungsrichtung ist insbesondere von dem mindestens einen Ansteuerelement zu dem mindestens einen Leistungsschalter gerichtet. Eine leiterplatteninterne Stromrückleitungsrichtung ist insbesondere von dem mindestens einen Leistungsschalter zu dem mindestens einen Ansteuerelement gerichtet. Entlang der leiterplatteninternen Stromhinleitungsrichtung ist die Dicklagen-Querschnittsfläche zumindest abschnittsweise abnehmend ausgeführt. Entlang der leiterplatteninternen Stromrückleitungsrichtung ist die veränderliche Dicklagen-Querschnittsfläche zunehmend ausgeführt. Insbesondere führt die leiterplatteninterne Stromrückleitungsrichtung von dem mindestens einen Leistungsschalter zu dem mindestens einen Ansteuerelement. Dadurch ist eine geometrische Stromverteilung gewährleistet. Das bedeutet, dass eine leistungsgerechte und/oder leistungserforderliche Stromhinleitung zu den jeweiligen Leistungsschaltern und Stromrückleitung von den jeweiligen Leistungsschaltern möglich ist. Die jeweilige Dicklagen-Querschnittsfläche ist dem erforderlichen, durch die Dicklage zu führenden Strom angepasst. Das bedeutet, dass je höher der zu führende Strom in der Dicklage ist, desto größer ist die Dicklagen-Querschnittsfläche. Die Stromhinleitungs-Dicklagen sind an den jeweils damit verbundenen Leistungsschalter entsprechend angepasst. Die Dicklagen-Querschnittsfläche kann also dort gezielt reduziert werden, wo keine großen Ströme auftreten. Dadurch können zu groß dimensionierte Dicklagen-Querschnittsflächen vermieden werden. Zu groß dimensionierte Dicklagen-Querschnittsflächen erfordern einen erhöhten Platzbedarf. Die erfindungsgemäße Hochstromleiterplatte kann kleinbauend, kompakt ausgeführt sein. Gleichermaßen ist vermieden, dass die Dicklagen-Querschnittsfläche zu klein ist. Eine für die Stromleitung erforderliche Dicklagen-Querschnittsfläche ist gewährleistet. Dadurch können Verlustleistung und dadurch entstehende Wärmeentwicklung vermieden werden. Erfindungsgemäß wurde also erkannt, dass eine entlang der leiterplatteninternen Stromhinleitungsrichtung und/oder der leiterplatteninternen Stromrückleitungsrichtung konstante Dicklagen-Querschnittsfläche physikalisch überflüssig und unzutreffend ist. Vorteilhafterweise ist die Dicklagen-Querschnittsfläche entlang der leiterplatteninternen Stromhinleitungsrichtung und/oder der leiterplatteninternen Stromrückleitungsrichtung den jeweiligen Erfordernissen der Stromleitung angepasst. Die erfindungsgemäße Hochstromleiterplatte kann energieschonend betrieben werden. A refinement is expedient, wherein the at least two current-conducting thick layers each have a variable thick-layer cross-sectional area along a conductor-plate-internal current-line direction. In particular, an in-circuit current-carrying direction is directed from the at least one drive element to the at least one power switch. A circuit board-internal current return direction is directed in particular from the at least one power switch to the at least one drive element. Along the printed circuit board internal Stromhinleitungsrichtung the thick-layer cross-sectional area is performed at least partially decreasing. Along the board-internal current return direction, the variable thickness cross-sectional area is increasingly carried out. In particular, the circuit board-internal current return direction leads from the at least one power switch to the at least one drive element. This ensures a geometric current distribution. This means that a power-oriented and / or power-required Stromhinleitung to the respective circuit breakers and power return from the respective circuit breakers is possible. The respective thick cross-sectional area is adapted to the required, to be guided by the thick layer current. This means that the higher the current to be conducted in the thick layer, the larger the thick cross-sectional area. The high-current thick layers are adapted accordingly to the respectively associated circuit breaker. The thick cross-sectional area can thus be reduced specifically where no large currents occur. As a result, large-sized thick cross-sectional areas can be avoided. Too large-sized thick cross-sectional areas require an increased space requirement. The high-current circuit board according to the invention can be made small-sized, compact. Likewise, it is avoided that the thick cross-sectional area is too small. A required for the power line thick cross-sectional area is guaranteed. As a result, power loss and resulting heat generation can be avoided. According to the invention, it has therefore been recognized that a thick cross-sectional area of constant thickness along the internal circuit board-internal current-carrying direction and / or the internal-circuit-direction of the board-internal circuit is physically superfluous and inappropriate. Advantageously, the thick-layer cross-sectional area along the circuit board-internal Stromhinleitungsrichtung and / or the circuit board internal power return direction is adapted to the respective requirements of the power line. The high-current circuit board according to the invention can be operated energy-saving.

Günstig ist eine Ausgestaltung mit einem ersten Abschirmelement zum Abschirmen der Stromleitungsschicht gegenüber der Schaltschicht und einem zweiten Abschirmelement zum Abschirmen der Stromleitungsschicht gegenüber der Ansteuerschicht. Dadurch ist eine zentrale Anordnung der Stromleitungsschicht zwischen der Schaltschicht und der Ansteuerschicht möglich. Eine derartige Hochstromleiterplatte ist robust ausgeführt. An embodiment is advantageous with a first shielding element for shielding the power line layer from the switching layer and a second shielding element for shielding the power line layer from the drive layer. As a result, a central arrangement of the power line layer between the switching layer and the drive layer is possible. Such a high-current circuit board is made robust.

Besonders günstig ist eine Ausgestaltung, bei der das erste Abschirmelement die der Schaltschicht benachbarte Dicklage der Stromleitungsschicht ist und/oder das zweite Abschirmelement die der Ansteuerschicht benachbarte Dicklage der Stromleitungsschicht ist. Insbesondere sind das erste Abschirmelement und das zweite Abschirmelement jeweils als Stromrückleitungs-Dicklagen ausgeführt. Die beiden in der Stromleitungsschicht außenliegenden Dicklagen dienen zur Abschirmung. Diese Dicklagen ermöglichen eine Funktionsintegration. Insbesondere ist es nicht erforderlich, separate Abschirmelemente in die Hochstromleiterplatte zu integrieren. An embodiment in which the first shielding element is the thick layer of the power line layer adjacent to the switching layer and / or the second shielding element is the thick layer of the power line layer adjacent to the control layer is particularly favorable. In particular, the first shielding element and the second shielding element are each designed as current return thick layers. The two thick layers lying in the power line layer serve as shielding. These thick layers enable functional integration. In particular, it is not necessary to integrate separate shielding elements in the high-current circuit board.

Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei der die Schaltschicht mindestens zwei Schaltschicht-Dünnlagen aufweist, wobei an einer, insbesondere außenliegenden, d. h. an einer Außenseite der Hochstromleiterplatte angeordneten, ersten Schaltschicht-Dünnlage der mindestens eine Leistungsschalter angebracht ist. Die erste Schaltschicht-Dünnlage ist mit einer, insbesondere innenliegenden, zweiten Schaltschicht-Dünnlage leitend verbunden. Insbesondere sind die erste Schaltschicht-Dünnlage und die zweite Schaltschicht-Dünnlage elektrisch und/oder thermisch leitend miteinander verbunden. An embodiment is advantageous in which the switching layer has at least two switching layer thin layers, wherein on one, in particular external, d. H. arranged on an outer side of the high-current circuit board, the first switching layer thin layer of the at least one circuit breaker is mounted. The first switching layer thin layer is conductively connected to a, in particular inner, second switching layer thin layer. In particular, the first switching layer thin layer and the second switching layer thin layer are electrically and / or thermally conductively connected to one another.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung derart, dass die mindestens zwei Schaltschicht-Dünnlagen durch mindestens eine Durchkontaktierung miteinander verbunden sind. Eine derartige Durchkontaktierung wird auch als Vertical Interconnect Access (VIA) bezeichnet. Die mindestens eine Durchkontaktierung kann als Mikro-VIA, insbesondere durch Laserbohren, hergestellt sein. Insbesondere ist die mindestens eine Durchkontaktierung mit Kupfer gefüllt. Eine derartige Durchkontaktierung wird auch als Mikro-VIA-Fill bezeichnet. Durch die Kupferfüllung ist der Kupferanteil der außenliegenden Schaltschicht-Dünnlagen erhöht. Die elektrische und thermische Verbindung zwischen den beiden Schaltschicht-Dünnlagen ist dadurch verbessert. Die in den Leistungsschaltern entstehende Wärme kann niederimpedant durch die beiden Schaltschicht-Dünnlagen geführt werden. Die entstehende Wärme kann also auf die beiden Schaltschicht-Dünnlagen aufgeteilt werden. Diese Aufteilung wird auch als Wärmespreizprinzip bezeichnet. Dadurch ist es möglich, auf konventionelle thermische Durchkontaktierungen zu verzichten oder zumindest die Anzahl von thermischen Durchkontaktierungen zu reduzieren. Die kupfergefüllten Durchkontaktierungen vergrößern eine Anbindungsfläche, über die die Hochstromleiterplatte mittels eines Wärmeleitmediums an einen Kühlkörper angebunden werden kann. Dadurch ist eine effektivere Kühlung der Hochstromleiterplatte, insbesondere der Leistungsschalter, möglich. Particularly advantageous is an embodiment such that the at least two switching layer thin layers are connected to each other by at least one via. Such a via is also referred to as Vertical Interconnect Access (VIA). The at least one via can be made as a micro-VIA, in particular by laser drilling. In particular, the at least one plated through hole is filled with copper. Such a via becomes also known as micro VIA fill. Due to the copper filling, the copper content of the external switching layer thin layers is increased. The electrical and thermal connection between the two switching layer thin layers is thereby improved. The heat generated in the circuit breakers can be conducted low impedance through the two switching layer thin layers. The resulting heat can therefore be divided between the two switching layer thin layers. This division is also called heat spreading principle. This makes it possible to dispense with conventional thermal vias or at least to reduce the number of thermal vias. The copper-filled plated-through holes enlarge a connection surface, via which the high-current circuit board can be connected to a heat sink by means of a heat-conducting medium. As a result, a more effective cooling of the high-current circuit board, in particular the circuit breaker is possible.

Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei die die Schaltschicht-Dünnlagen jeweils aus Kupfer bestehen und jeweils eine, insbesondere konstante, Schichtdicke von etwa 12 µm bis maximal 70 µm, insbesondere 12 µm, 18 µm, 35 µm oder 70 µm aufweisen. Die Dünnlagen sind unkompliziert und kostengünstig herstellbar. Die Dünnlagen sind an zu erwartende Anforderungen hinsichtlich der Stromleitung angepasst. Advantageously, an embodiment in which the switching layer thin layers each consist of copper and each have a, in particular constant, layer thickness of about 12 microns to a maximum of 70 microns, in particular 12 microns, 18 microns, 35 microns or 70 microns. The thin layers are uncomplicated and inexpensive to produce. The thin layers are adapted to expected requirements with regard to the power line.

Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei der die Ansteuerschicht mindestens zwei Ansteuerschicht-Dünnlagen aufweist, wobei an einer, insbesondere außenliegenden, d. h. an einer Außenseite der Hochstromleiterplatte angeordneten, ersten Ansteuerschicht-Dünnlage das mindestens eine Ansteuerelement angebracht ist. Die erste Ansteuerschicht-Dünnlage ist mit einer, insbesondere innenliegenden, zweiten Ansteuerschicht-Dünnlage leitend verbunden. Insbesondere sind die Ansteuerschicht-Dünnlagen elektrisch und/oder thermisch leitend miteinander verbunden. An embodiment is advantageous in which the drive layer has at least two drive layer thin layers, wherein on one, in particular external, d. H. arranged on an outer side of the high-current circuit board, the first drive-layer thin layer which is mounted at least one drive element. The first drive layer thin layer is conductively connected to a, in particular inner, second drive layer thin layer. In particular, the drive-layer thin layers are electrically and / or thermally conductively connected to one another.

Besonderes vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei der die mindestens zwei Ansteuerschicht-Dünnlagen durch mindestens eine Durchkontaktierung, insbesondere in Form eines lasergebohrten Mikro-VIA miteinander verbunden sind. Die mindestens eine Durchkontaktierung ist insbesondere hohl ausgeführt. Particularly advantageous is an embodiment in which the at least two control layer thin layers are connected to each other by at least one via, in particular in the form of a laser-drilled micro-VIA. The at least one plated-through hole is in particular made hollow.

Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hochstromleiterplatte angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf. Both the features specified in the patent claims and the features specified in the following exemplary embodiment of the high-current printed circuit board according to the invention are in each case suitable alone or in combination with each other to further develop the object according to the invention. The respective combinations of features represent no limitation with respect to the developments of the subject invention, but have essentially merely exemplary character.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen: Further features, advantages and details of the invention will become apparent from the following description of an embodiment with reference to the drawing. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Schaltung mit einer erfindungsgemäßen Hochstromleiterplatte, 1 a schematic representation of an electrical circuit with a high-current circuit board according to the invention,

2 eine schematische Seitenansicht der Hochstromleiterplatte gemäß 1, 2 a schematic side view of the high current circuit board according to 1 .

3 ein 2 entsprechender Längsschnitt durch die Hochstromleiterplatte und 3 one 2 corresponding longitudinal section through the high-current circuit board and

4 eine funktional schematisierte Darstellung der Funktionsschichten der erfindungsgemäßen mehrfunktionalen Hochstromleiterplatte. 4 a functionally schematic representation of the functional layers of the multi-functional high-current circuit board according to the invention.

Einander entsprechende Teile sind in den 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch Einzelheiten des im Folgenden näher erläuterten Ausführungsbeispiels können für sich genommen eine Erfindung darstellen oder Teil eines Erfindungsgegenstands sein. Corresponding parts are in the 1 to 4 provided with the same reference numerals. Also details of the embodiment explained in more detail below may constitute an invention per se or be part of an inventive subject matter.

1a und 1b zeigen eine schematische Anordnung einer elektrischen Schaltung, bei der ein Verbraucher 1, insbesondere ein Elektromotor, von einer Spannungsquelle 2, insbesondere einer Batterie, mit elektrischer Spannung versorgt wird. Die Stromzufuhr von der Spannungsquelle 2 zu dem Verbraucher 1 erfolgt durch einen Schaltvorgang mittels mindestens eines Leistungsschalters 3 einer Hochstromleiterplatte 4. Eine Strom-Hinleitung 5 verbindet die Spannungsquelle 2 mit der Hochstromleiterplatte 4. Eine Strom-Rückleitung 6 verbindet den Verbraucher 1 über die Hochstromleiterplatte 4 mit der Spannungsquelle 2. Durch das Schließen des mindestens einen Leistungsschalters 3 wird ein Stromfluss von der Spannungsquelle 2 über den Leistungsschalter 3 zu dem Verbraucher 1 und wieder zurück ermöglicht. Auf der Hochstromleiterplatte 4 werden Stromhin- und rückführung bis zu einer Systemgrenze, z.B. Kontakt oder Stecker (nicht dargestellt) zur Verfügung gestellt. 1a and 1b show a schematic arrangement of an electrical circuit in which a consumer 1 , in particular an electric motor, from a voltage source 2 , in particular a battery, is supplied with electrical voltage. The power supply from the voltage source 2 to the consumer 1 takes place by a switching operation by means of at least one circuit breaker 3 a high current circuit board 4 , A power outgoing line 5 connects the voltage source 2 with the high current circuit board 4 , A power return line 6 connects the consumer 1 over the high current circuit board 4 with the voltage source 2 , By closing the at least one circuit breaker 3 becomes a current flow from the voltage source 2 over the circuit breaker 3 to the consumer 1 and back again. On the high-current circuit board 4 current supply and feedback are provided up to a system limit, eg contact or plug (not shown).

1a zeigt, dass eine Strom-Hinleitung 5 die Hochstromleiterplatte 4 mit dem Verbraucher 1 verbindet. 1b zeigt, dass drei Strom-Hinleitungen 5 die Hochstromleiterplatte 4 mit dem Verbraucher 1, insbesondere einem 3-phasigen Verbraucher verbinden. 1a shows that a current-forwarding 5 the high current circuit board 4 with the consumer 1 combines. 1b shows that there are three power leads 5 the high current circuit board 4 with the consumer 1 , in particular a 3-phase consumer connect.

2 zeigt den mehrlagigen Aufbau der Hochstromleiterplatte 4. Gemäß dem schematischen Beispiel in 2 sind an der Hochstromleiterplatte 4 drei Leistungsschalter 3 vorgesehen. Die Leistungsschalter 3 sind als Leistungshalbleiter ausgeführt. Insbesondere sind die Leistungsschalter 3 als eine spezialisierte Version eines Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistors ausgeführt, der auch als Leistungs-Mosfet bekannt ist. Die Leistungsschalter 3 sind gemäß der Darstellung in 2 an einer Unterseite der Hochstromleiterplatte 4 angeordnet. 2 shows the multilayer structure of the high-current circuit board 4 , According to the schematic Example in 2 are at the high current circuit board 4 three circuit breakers 3 intended. The circuit breakers 3 are designed as power semiconductors. In particular, the circuit breakers 3 as a specialized version of a metal oxide semiconductor field effect transistor, also known as a power MOSFET. The circuit breakers 3 are as shown in 2 at a bottom of the high current circuit board 4 arranged.

Die Hochstromsleiterplatte 4 weist mehrere Schichten auf, die jeweils verschiedene Funktionen erfüllen. Eine in 4 oben dargestellte Ansteuerschicht 8 umfasst zwei Ansteuerschicht-Dünnlagen 9, 10. An einer der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite der Hochstromleiterplatte 4 sind drei Ansteuerelemente 7 vorgesehen. Die erste, an der Außenseite der Hochstromleiterplatte 4 angeordnete Ansteuerschicht-Dünnlage 9 trägt die Ansteuerelemente 7. Zwischen der ersten Ansteuerschicht-Dünnlage 9 und der zweiten Ansteuerschicht-Dünnlage 10 ist eine isolierende Kunststofflage 11 vorgesehen. Die Kunststofflage 11 dient zur Isolierung der elektrisch leitenden Lagen 9, 10. Die Kunststofflage 11 ist beispielsweise ein Kunststoffharz, insbesondere ein Epoxidharz. Die Ansteuerschicht-Dünnlagen 9, 10 bestehen beispielsweise aus Kupfer und weisen eine Schichtdicke von etwa 12µm, 18µm, 35 µm oder 70µm auf. An einer der ersten Ansteuerschicht-Dünnlage 9 abgewandten Unterseite der zweiten Ansteuerschicht-Dünnlage 10 ist eine weitere Kunststofflage 11 der Ansteuerschicht 8 vorgesehen. The high current circuit board 4 has several layers, each fulfilling different functions. An in 4 Control layer shown above 8th includes two drive-layer thin layers 9 . 10 , At a top of the high current circuit board opposite the underside 4 are three control elements 7 intended. The first, on the outside of the high-current circuit board 4 arranged control layer thin layer 9 carries the control elements 7 , Between the first driving layer thin layer 9 and the second driving layer thin film 10 is an insulating plastic layer 11 intended. The plastic layer 11 serves to insulate the electrically conductive layers 9 . 10 , The plastic layer 11 is for example a plastic resin, in particular an epoxy resin. The driving layer thin layers 9 . 10 consist for example of copper and have a layer thickness of about 12 microns, 18 microns, 35 microns or 70 microns. At one of the first drive layer thin layer 9 remote bottom of the second driving layer thin layer 10 is another plastic layer 11 the drive layer 8th intended.

An einer der Außenseite der Hochstromleiterplatte 4 gegenüberliegenden Seite der Ansteuerschicht 8 ist eine Stromleitungsschicht 12 vorgesehen. Die Stromleitungsschicht 12 umfasst vier Dicklagen 13, 14, 15 und 16, wobei jeweils zwei benachbarte Dicklagen 13 und 14, 14 und 15, 15 und 16 sowie 16 und 17 durch eine Kunststofflage 11 getrennt sind. At one of the outside of the high current circuit board 4 opposite side of the drive layer 8th is a power line layer 12 intended. The power line layer 12 includes four thick layers 13 . 14 . 15 and 16 , whereby in each case two neighboring thick layers 13 and 14 . 14 and 15 . 15 and 16 such as 16 and 17 through a plastic layer 11 are separated.

Die Dicklagen 13 bis 16 sind jeweils als Kupfer-Lagen ausgeführt und weisen eine Schichtdicke von etwa 105µm, 210 µm oder maximal 400µm auf. Die beiden innenliegenden Dicklagen 14, 15 sind als Stromhinleitungs-Dicklagen ausgeführt. Die Stromhinleitungs-Dicklagen 14, 15 sind mit den Strom-Hinleitungen 5 verbunden. Entsprechend sind die beiden außenliegenden Dicklagen 13, 16 als Stromrückleitungs-Dicklagen ausgeführt. Die Stromrückleitungs-Dicklagen 13, 16 sind mit der Strom-Rückleitung 6 verbunden. Die Stromhinleitungs-Dicklagen 14, 15 dienen zum leiterplatteninternen Stromhinleiten von den Ansteuerelementen 7 zu den Leistungsschaltern 3 und zurück. Die Stromhinleitungs-Dicklagen 14, 15 dienen zur Verbindung der Spannungsquelle 2 mit dem Verbraucher 1. Die Stromrückleitungs-Dicklagen 13, 16 dienen zum Stromrückleiten von dem Verbraucher 1 zu der Spannungsquelle 2 durch die Hochstrom-Leiterplatte 4. Die Stromleitungsschicht 12 ist achsensymmetrisch zu einer virtuellen Mittenlage 17 angeordnet. Die virtuelle Mittenlage 17 ist in 2 gestrichelt angedeutet. Die virtuelle Mittenlage 17 ist mittig in der zwischen den beiden Stromhinleitungs-Dicklagen 14, 15 angeordneten Kunststofflage 11 angeordnet. The thick layers 13 to 16 are each designed as copper layers and have a layer thickness of about 105 .mu.m, 210 .mu.m or a maximum of 400 .mu.m. The two inner thick layers 14 . 15 are designed as Stromhinleit-thick layers. The high-current thick layers 14 . 15 are with the power outlines 5 connected. Accordingly, the two outer thick layers 13 . 16 designed as current return thick layers. The current return thick layers 13 . 16 are with the power return line 6 connected. The high-current thick layers 14 . 15 serve to the circuit board internal Stromhinleiten of the control elements 7 to the circuit breakers 3 and back. The high-current thick layers 14 . 15 serve to connect the voltage source 2 with the consumer 1 , The current return thick layers 13 . 16 are used to conduct electricity back from the consumer 1 to the voltage source 2 through the high-current circuit board 4 , The power line layer 12 is axisymmetric to a virtual center position 17 arranged. The virtual center position 17 is in 2 indicated by dashed lines. The virtual center position 17 is centered in the between the two current highs 14 . 15 arranged plastic layer 11 arranged.

An die Stromleitungsschicht 12 schließt sich eine Schaltschicht 18 an. Die Schaltschicht 18 umfasst zwei Kunststofflagen 11 und zwei Schaltschicht-Dünnlagen 19, 20, wobei an der ersten, außen angeordneten Schaltschicht-Dünnlage 20 die Leistungsschalter 3 angeordnet sind. Die Schaltschicht-Dünnlagen bestehen aus Kupfer und haben eine Schichtdicke von etwa 35 µm. Zwischen den beiden Schaltschicht-Dünnlagen 19, 20 ist eine Kunststofflage 11 vorgesehen. To the power line layer 12 closes a switching layer 18 at. The switching layer 18 includes two plastic layers 11 and two switching layer thin layers 19 . 20 , wherein at the first, externally arranged switching layer thin layer 20 the circuit breaker 3 are arranged. The switching layer thin layers are made of copper and have a layer thickness of about 35 microns. Between the two switching layer thin layers 19 . 20 is a plastic layer 11 intended.

Im Folgenden wird anhand der 3 die Verbindung der Lagen 9, 10, 13 bis 16, 19 und 20 näher erläutert. Die 3 stellt einen vergrößerten Ausschnitt eines Vertikalschnitts durch die Hochstromleiterplatte 4 im Bereich der in 6 links dargestellten Leistungsschalters 3 dar. Aus 3 geht hervor, dass jeweils die Ansteuerschicht-Dünnlagen 9, 10 der Ansteuerschicht 8 und jeweils die Schaltschicht-Dünnlagen 19, 20 der Schaltschicht 18 durch eine nicht durchgängige Durchkontaktierung 28 bzw. 30 miteinander verbunden sind. Die Durchkontaktierung, die auch als VIA bezeichnet wird, ist insbesondere eine Mikro-VIA und wird insbesondere durch Laserbohren hergestellt. Die Ansteuerschicht-Dünnlagen 9, 10 verbindende Mikro-VIA 28 ist hohl ausgeführt. Weiterhin sind durchgängige Durchkontaktierungen 29 vorgesehen, die die Hochstromleiterplatte 4 durch alle Lagen hinweg durchsetzt. Die Schaltschicht-Dünnlagen 19, 20 sind durch Mikro-VIA 33 miteinander verbunden. Die Mikro-VIA 30 sind im Wesentlichen analog den Mikro-VIA 28 ausgeführt, wobei die Mikro-VIA 30 mit Kupfer gefüllt sind. Die Durchkontaktierungen 30 werden auch als Mikro-VIA-Fill bezeichnet. Die innenliegenden Stromhinleitungs-Dicklagen 14, 15 dienen zur Stromhinleitung zu dem extern angebrachten Verbraucher 1. Die Stromhinleitungs-Dicklagen 14, 15 dienen als positiv geschaltene Potenzialflächen zur Stromversorgung in der Hochstromleiterplatte 4. Die Stromrückleitungs-Dicklagen 13, 16 dienen zur Stromrückleitung. Gleichzeitig sind die Stromrückleitungs-Dicklagen 13, 16 durchgehend ausgeführt und stellen ein erstes und ein zweites Abschirmelement zum Abschirmen der Stromleitungsschicht 12 gegenüber der Ansteuerschicht 8 und gegenüber der Schaltschicht 18 dar. Die Abschirmelemente 13, 16 sind also in der Stromleitungsschicht 12 integriert ausgeführt. The following is based on the 3 the connection of the layers 9 . 10 . 13 to 16 . 19 and 20 explained in more detail. The 3 shows an enlarged section of a vertical section through the high-current circuit board 4 in the area of in 6 left illustrated circuit breaker 3 out 3 shows that in each case the control layer thin layers 9 . 10 the drive layer 8th and in each case the switching layer thin layers 19 . 20 the switching layer 18 through a non-continuous via 28 respectively. 30 connected to each other. The via, also referred to as VIA, is in particular a micro-VIA and is manufactured in particular by laser drilling. The driving layer thin layers 9 . 10 connecting micro-VIA 28 is hollow. Furthermore, there are continuous plated-through holes 29 provided the high-current circuit board 4 interspersed through all layers. The switching layer thin layers 19 . 20 are through micro-VIA 33 connected with each other. The micro-VIA 30 are essentially analogous to the micro-VIA 28 executed, with the micro-VIA 30 filled with copper. The vias 30 are also referred to as micro VIA fill. The internal current injection thick layers 14 . 15 are used to supply power to the externally mounted consumer 1 , The high-current thick layers 14 . 15 serve as positively switched potential surfaces for the power supply in the high-current circuit board 4 , The current return thick layers 13 . 16 serve for current return. At the same time are the power return thick layers 13 . 16 executed continuously and provide a first and a second shielding member for shielding the power line layer 12 opposite the drive layer 8th and to the switching layer 18 dar. The shielding 13 . 16 So are in the power line layer 12 integrated running.

Die Leistungsschalter 3 ermöglichen eine Anbindung zu einer Wärmesenke beispielsweise einen Kühlkörper über Wärmeleitpasten oder Wärmeleitpads. Die Leistungsschalter 3 sind insbesondere durch hohe Stromänderungsraten pro Zeiteinheit gekennzeichnet. Derartige Stromwechsel sind aufgrund der Abschirmung der Stromleitungsschicht 12 unproblematisch. Insbesondere ist ein Skin-Effekt aufgrund einer erhöhten Dicklagen-Querschnittsfläche ausgeschlossen. The circuit breakers 3 allow a connection to a heat sink, for example, a heat sink over thermal grease or Thermal pads. The circuit breakers 3 are characterized in particular by high current change rates per unit time. Such current changes are due to the shielding of the power line layer 12 unproblematic. In particular, a skin effect due to an increased thickness cross-sectional area is excluded.

Im Folgenden wird anhand der 4 die Stromführung innerhalb der Hochstromleiterplatte 4 näher erläutert. Der wesentliche Aufbau der Hochstromleiterplatte 4 entspricht den vorherigen Darstellungen ist insbesondere in den 2 und 3 dargestellt. An einer Oberseite der Hochstromleiterplatte 4 ist ein Ansteuerelement 7 exemplarisch vorgesehen. Es können auch weitere Ansteuerelemente 7 an der ersten Ansteuerschicht-Dünnlage 9 vorgesehen sein. The following is based on the 4 the current flow within the high-current circuit board 4 explained in more detail. The essential structure of the high-current circuit board 4 corresponds to the previous representations is in particular in the 2 and 3 shown. At a top of the high current circuit board 4 is a driving element 7 provided by way of example. There may also be other control elements 7 at the first driving layer thin layer 9 be provided.

An der Unterseite der Hochstromleiterplatte 4 sind die Leistungsschalter 3 an der ersten Schaltschicht-Dünnlage 20 angebracht. Eine Stromhinleitung von dem Ansteuerelement 7 zu den Leistungsschaltern 3 erfolgt über eine in 8 links an der ersten Ansteuerschicht-Dünnlage 9 angeordneten Stromhinleitung 31. Die Stromhinleitung 31 führt durch die Ansteuerschicht 8 mit den Ansteuerschicht-Dünnlagen 9, 10 und das erste Abschirmelement in Form der Stromrückleitungs-Dicklage 13 zu der Stromhinleitungs-Dicklage 15. Die Stromhinleitungs-Dicklage 15 gibt eine leiterplatteninterne Stromhinleitungsrichtung 32 vor. An einem links dargestellten Ende weist die Stromhinleitungs-Dicklage 15 eine maximale Dicklagenquerschnittsfläche auf. In diesem Bereich ist die Stromhinleitungs-Dicklage 15 geeignet, um maximalen Strom zu leiten. Ein zum Schalten des in 4 links dargestellten Leistungsschalters 3 erforderlicher Stromanteil wird über die Stromhinleitung durch die Stromrückleitungs-Dicklage 16 hindurch zu den Leistungsschaltern 3 geführt. Dieser abgezweigte Stromanteil muss im weiteren Verlauf entlang der Stromhinleitungsrichtung 32 nicht durch die Stromhinleitungs-Dicklage 15 geleitet werden. Entsprechend weist die Stromhinleitungs-Dicklage 15 nach der Abzweigung der Stromhinleitung 31 zu dem ersten Leistungsschalter 3 eine reduzierte Dicklagen-Querschnittsfläche auf. Insbesondere ist die Dicklagen-Querschnittsfläche der Stromhinleitungs-Dicklage 15 nach der Abzweigung der Stromhinleitung 31 um genau den Querschnittsanteil reduziert, der zum Leiten eines Stromanteils, der zur Versorgung des ersten Leistungsschalters 3 erforderlich ist, benötigt wird. Entlang der Stromhinleitungsrichtung 32 nimmt die Dicklagen-Querschnittsfläche der Stromhinleitungs-Dicklage 15 schrittweise ab. Wie in 4 dargestellt, weist die Stromhinleitungs-Dicklage eine treppenförmige Struktur entlang der Stromhinleitungsrichtung 32 auf. Es ist auch möglich, dass die Dicklagen-Querschnittsfläche entlang der Stromhinleitungs-Dicklage 15 kontinuierlich abnimmt, also rampenförmig ausgeführt ist. At the bottom of the high current circuit board 4 are the circuit breakers 3 at the first switching layer thin layer 20 appropriate. A current instruction from the drive element 7 to the circuit breakers 3 takes place via an in 8th on the left at the first driving layer thin layer 9 arranged Stromhinleitung 31 , The current instruction 31 leads through the driving layer 8th with the driving layer thin layers 9 . 10 and the first shield member in the form of the current return thick layer 13 to the current injection thickness 15 , The current increase thick layer 15 There is an in-circuit power-on direction 32 in front. At an end shown on the left has the Stromhinleitungs thick layer 15 a maximum thickness cross-sectional area. In this area is the current injection thick layer 15 suitable to conduct maximum current. One for switching the in 4 left illustrated circuit breaker 3 Required proportion of current is on the Stromhinleitung by the current return thick layer 16 through to the circuit breakers 3 guided. This branched-off current component must continue along the current direction 32 not by the current injection thick layer 15 be directed. Accordingly, the Stromhinleitungs thick layer 15 after the branch of the Stromhinleitung 31 to the first circuit breaker 3 a reduced thickness cross-sectional area on. In particular, the thick-layer cross-sectional area of the current-conduction thick layer 15 after the branch of the Stromhinleitung 31 reduced by exactly the cross-sectional proportion, which is used to conduct a current share, which is used to power the first circuit breaker 3 is required is needed. Along the Stromhinleitungsrichtung 32 takes the thick cross-sectional area of the current-conduction thick layer 15 gradually. As in 4 As shown, the current injection thick layer has a staircase-shaped structure along the Stromhinleitungsrichtung 32 on. It is also possible that the thick cross-sectional area along the Stromhinleitungs thick layer 15 decreases continuously, so it is ramped.

Entsprechend nimmt die Dicklagen-Querschnittsfläche entlang einer leiterplatteninternen Stromrückleitungsrichtung 34 der Stromhinleitungs-Dicklage 14 zu. Die Stromhinleitungs-Dicklage 14 ist über eine Stromrückleitung 33 mit den Ansteuerschicht-Dünnlagen 9, 10 der Ansteuerschicht 8 verbunden. Accordingly, the thick-film cross-sectional area increases along a circuit board-internal current return direction 34 the current increase thick layer 14 to. The current increase thick layer 14 is via a power return line 33 with the driving layer thin layers 9 . 10 the drive layer 8th connected.

Gemäß 4 sind sowohl die Stromhinleitungs-Dicklage 15 entlang der leiterplatteninternen Stromhinleitungsrichtung 20 und die Stromhinleitungs-Dicklage 15 entlang der leiterplatteninternen Stromrückleitungsrichtung 34 jeweils treppenförmig, also stufenweise veränderlich bezüglich der Dicklagen-Querschnittsfläche ausgeführt. Insbesondere sind die Stromhinleitungs-Dicklagen 14, 15 derart ausgeführt und in der Hochstromleiterplatte 4, insbesondere in der Stromleitungsschicht 12 angeordnet, dass eine Gesamt-Dicklagen-Querschnittsfläche, die der Summe der Dicklagen-Querschnittsflächen der Stromhinleitungs-Dicklagen 14, 15 entspricht, entlang der Stromleitungsrichtungen 32, 34 im Wesentlichen konstant ist. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass in dem Maße, in dem die Dicklagen-Querschnittsfläche der Stromhinleitungs-Dicklage 15 schrittweise abnimmt, die Dicklagen-Querschnittsfläche der Stromhinleitungs-Dicklage 14 schrittweise zunimmt. Dadurch ist es möglich, die beiden Stromhinleitungs-Dicklagen 14, 15 besonders platzsparend und kompakt in der Hochstromleiterplatte 4 anzuordnen. According to 4 are both the Stromhinleitungs thick layer 15 along the circuit board-internal Stromhinleitungsrichtung 20 and the current injection thickness 15 along the circuit board internal power return direction 34 each step-shaped, that is executed gradually variable with respect to the thick-layer cross-sectional area. In particular, the high-current thick layers 14 . 15 so executed and in the high-current circuit board 4 , especially in the power line layer 12 arranged that a total thickness cross-sectional area, the sum of the thick cross-sectional areas of Stromhinleitungs thick layers 14 . 15 corresponds along the power line directions 32 . 34 is essentially constant. This is made possible, in particular, to the extent that the thick cross-sectional area of the current-conducting thick layer 15 gradually decreases, the thick cross-sectional area of Stromhinleitungs- thick layer 14 gradually increases. This makes it possible, the two Stromhinleitungs thick layers 14 . 15 particularly space-saving and compact in the high-current circuit board 4 to arrange.

Unter der Voraussetzung, dass der Strombedarf für die einzelnen Leistungsschalter 3 jeweils identisch ist, beträgt die maximale Dicklagen-Querschnittsfläche die Summe der einzelnen Querschnittsflächen, die für die Leitung des Einzelstroms erforderlich sind. Provided that the power requirement for each circuit breaker 3 is identical, the maximum thick cross-sectional area is the sum of the individual cross-sectional areas, which are required for the conduction of the single stream.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Verbraucher consumer
2 2: Spannungsquelle voltage source
3 3: Leistungsschalter breakers
4 4: Hochstromleiterplatte High-current PCB
5 5: Strom-Hinleitung Current forward line
6 6: Strom-Rückleitung Current return line
7 7: Ansteuerelement driving element
8 8th: Ansteuerschicht Ansteuerschicht
9 9: erste Ansteuerschicht-Dünnlage first drive layer thin layer
10 10: zweite Ansteuerschicht-Dünnlage second drive layer thin layer
11 11: Kunststofflage Plastic sheet
12 12: Stromleitungsschicht Power Line layer
13 13: Stromrückleitungs-Dicklage Current return line thickness layer
14 14: Stromhinleitungs-Dicklage Stromhinleitungs-thickness layer
15 15: Stromhinleitungs-Dicklage Stromhinleitungs-thickness layer
16 16: Stromrückleitungs-Dicklage Current return line thickness layer
17 17: virtuelle Mittenlage virtual center position
18 18: Schaltschicht switching layer
19 19: zweite Schaltschicht-Dünnlage second switching layer thin layer
20 20: erste Schaltschicht-Dünnlage first switching layer thin layer
21 21: Kupfer-Unterlage Copper pad
22 22: erste Durchkontaktierung first via
23 23: zweite Durchkontaktierung second via
24 24: Zwischenkreis-Kondensator Link capacitor
25 25: Zufluss-Element Influx element
26 26: Abfluss-Element Drain element
27 27: Steuerelektrode control electrode
28 28: Mikro-VIA zwischen Ansteuerschicht-Dünnlagen 9, 10 Micro-VIA between drive-layer thin layers 9 . 10
29 29: Durchkontaktierung via
30 30: Mikro-VIA-Fill zwischen Schaltschicht-Dünnlagen 20, 19 Micro VIA fill between switching layer thin layers 20 . 19
31 31: Stromhinleitung Stromhinleitung
32 32: Leiterplatteninterne Stromhinleitungsrichtung PCB internal current direction
33 33: Stromrückleitung Power return
34 34: Leiterplatteninterne Stromrückleitungsrichtung PCB internal current return direction

Claims

Mehrfunktionale Hochstromleiterplatte (4) umfassend a. eine mehrere Dicklagen (13, 14, 15, 16) aufweisende Stromleitungsschicht (12) zum Leiten von elektrischem Strom, b. eine mindestens einen Leistungsschalter (3) zum Schalten eines Verbrauchers (1) aufweisende Schaltschicht (18), c. eine mindestens ein Ansteuerelement (7) aufweisende Ansteuerschicht (8) zum Ansteuern des mindestens einen Leistungsschalters (7), d. mindestens ein Abschirmelement (13, 16) zum Abschirmen der Stromleitungsschicht (12) gegenüber der Ansteuerschicht (8) und gegenüber der Schaltschicht (18). Multifunction high-current circuit board ( 4 ) comprising a. a several thick layers ( 13 . 14 . 15 . 16 ) having power line layer ( 12 ) for conducting electrical power, b. one at least one circuit breaker ( 3 ) for switching a consumer ( 1 ) having switching layer ( 18 c. one at least one drive element ( 7 ) driving layer ( 8th ) for driving the at least one circuit breaker ( 7 ), d. at least one shielding element ( 13 . 16 ) for shielding the power line layer ( 12 ) with respect to the driving layer ( 8th ) and against the switching layer ( 18 ).

Hochstromleiterplatte (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromleitungsschicht (12) mindestens vier Dicklagen (13, 14, 15, 16) aufweist, wobei mindestens eine Stromhinleitungs-Dicklage (14, 15) zum Stromhinleiten von einer mit der Hochstromleiterplatte (4) verbindbaren Spannungsquelle (2) über die Hochstromleiterplatte (4) zu einem mit der Hochstromleiterplatte (4) verbindbaren Verbraucher (1) und mindestens eine Stromrückleitungs-Dicklage (13, 16) zum Stromrückleiten von dem Verbraucher (1) über die Hochstromleiterplatte (4) zu der Spannungsquelle (2) vorgesehen sind. High current circuit board ( 4 ) according to claim 1, characterized in that the power line layer ( 12 ) at least four thick layers ( 13 . 14 . 15 . 16 ), wherein at least one Stromhinleitungs-thick layer ( 14 . 15 ) for supplying current from one to the high-current circuit board ( 4 ) connectable voltage source ( 2 ) over the high current circuit board ( 4 ) to one with the high current circuit board ( 4 ) connectable consumers ( 1 ) and at least one current return thick layer ( 13 . 16 ) for the power return from the consumer ( 1 ) over the high current circuit board ( 4 ) to the voltage source ( 2 ) are provided.

Hochstromleiterplatte (4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens vier Dicklagen (13, 14, 15, 16) derart symmetrisch angeordnet sind, dass von den Dicklagen (13, 14, 15, 16) verursachte elektromagnetische Felder einander entgegengesetzt gerichtet sind und sich insbesondere kompensieren. High current circuit board ( 4 ) according to claim 2, characterized in that the at least four thick layers ( 13 . 14 . 15 . 16 ) are arranged symmetrically such that of the thick layers ( 13 . 14 . 15 . 16 ) caused electromagnetic fields are oppositely directed and compensate each other in particular.

Hochstromleiterplatte (4) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromleitungsschicht (12) alternierend aus Stromhinleitungs-Dicklagen (14, 15) und Stromrückleitungs-Dicklagen (13, 16) aufgebaut sind. High current circuit board ( 4 ) according to claim 2 or 3, characterized in that the power line layer ( 12 ) alternately from current injection thick layers ( 14 . 15 ) and current return thick layers ( 13 . 16 ) are constructed.

Hochstromleiterplatte (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens vier Dicklagen (13, 14, 15, 16) jeweils aus Kupfer bestehen und jeweils eine Schichtdicke von mindestens 150 µm und maximal 400µm, insbesondere eine Schichtdicke von etwa 210 µm aufweisen. High current circuit board ( 4 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least four thick layers ( 13 . 14 . 15 . 16 ) each consist of copper and each have a layer thickness of at least 150 .mu.m and a maximum of 400 .mu.m, in particular a layer thickness of about 210 microns.

Hochstromleiterplatte (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Stromhinleitungs-Dicklage (14, 15) und Stromrückleitungs-Dicklage (13, 16) jeweils entlang einer leiterplatteninternen Stromleitungsrichtung (32, 34) eine zumindest abschnittsweise veränderliche Dicklagen-Querschnittsfläche aufweisen. High current circuit board ( 4 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one current injection thick layer ( 14 . 15 ) and current return thick layer ( 13 . 16 ) each along a printed circuit board internal power line direction ( 32 . 34 ) have an at least partially variable thickness cross-sectional area.

Hochstromleiterplatte (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekenn- zeichnet durch ein erstes Abschirmelement (16) zum Abschirmen der Stromleitungsschicht (12) gegenüber der Schaltschicht (18) und ein zweites Abschirmelement (13) zum Abschirmen der Stromleitungsschicht (12) gegenüber der Ansteuerschicht (8). High current circuit board ( 4 ) according to one of the preceding claims, characterized by a first shielding element ( 16 ) for shielding the power line layer ( 12 ) opposite the switching layer ( 18 ) and a second shielding element ( 13 ) for shielding the power line layer ( 12 ) with respect to the driving layer ( 8th ).

Hochstromleiterplatte (4) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Abschirmelement die der Schaltschicht (18) benachbarte Dicklage (16) der Stromleitungsschicht (12) und das zweite Abschirmelement die der Ansteuerschicht (8) benachbarte Dicklage (13) der Stromleitungsschicht (12) ist. High current circuit board ( 4 ) according to claim 7, characterized in that the first shielding element of the switching layer ( 18 ) adjacent thick layer ( 16 ) of the power line layer ( 12 ) and the second shielding element of the Ansteuerschicht ( 8th ) adjacent thick layer ( 13 ) of the power line layer ( 12 ).

Hochstromleiterplatte (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltschicht (18) mindestens zwei Schaltschicht-Dünnlagen (19, 20) aufweist, wobei an einer ersten Schaltschicht-Dünnlage (20) der mindestens eine Leistungsschalter (3) angebracht ist und wobei die erste Schaltschicht-Dünnlage (20) mit einer zweiten Schaltschicht-Dünnlage (19) leitend verbunden ist. High current circuit board ( 4 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the switching layer ( 18 ) at least two switching layer thin layers ( 19 . 20 ), wherein at a first switching layer thin layer ( 20 ) the at least one circuit breaker ( 3 ) and wherein the first switching layer thin layer ( 20 ) with a second switching layer thin layer ( 19 ) is conductively connected.

Hochstromleiterplatte (4) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Schaltschicht-Dünnlagen (19, 20) durch mindestens eine Durchkontaktierung (23, 29, 30) verbunden sind, wobei die mindestens eine Durchkontaktierung (30) insbesondere mit Kupfer gefüllt ist. High current circuit board ( 4 ) according to claim 9, characterized in that the at least two switching layer thin layers ( 19 . 20 ) by at least one via ( 23 . 29 . 30 ), wherein the at least one via ( 30 ) is filled in particular with copper.

Hochstromleiterplatte (4) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltschicht-Dünnlagen (19, 20) jeweils aus Kupfer bestehen und jeweils eine, insbesondere konstante, Schichtdicke von etwa 12 µm bis maximal 70 µm, insbesondere 12 µm, 18 µm, 35 µm oder 70 µm aufweisen. High current circuit board ( 4 ) according to one of claims 9 or 10, characterized in that the switching layer thin layers ( 19 . 20 ) each consist of copper and each have a, in particular constant, layer thickness of about 12 microns to a maximum of 70 microns, in particular 12 microns, 18 microns, 35 microns or 70 microns.

Hochstromleiterplatte (4) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschicht (8) mindestens zwei Ansteuerschicht-Dünnlagen (9, 10) aufweist, wobei an einer ersten Ansteuerschicht-Dünnlage (9) das mindestens eine Ansteuerelement (7) angebracht ist und wobei die erste Ansteuerschicht-Dünnlage (9) mit einer zweiten Ansteuerschicht-Dünnlage (10) leitend verbunden ist. High current circuit board ( 4 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the driving layer ( 8th ) at least two control layer thin layers ( 9 . 10 ), wherein at a first drive-layer thin layer ( 9 ) the at least one drive element ( 7 ) and wherein the first control layer thin layer ( 9 ) with a second control layer thin layer ( 10 ) is conductively connected.

Hochstromleiterplatte (4) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Ansteuerschicht-Dünnlagen (9, 10) durch mindestens eine Durchkontaktierung (22, 28, 29) verbunden sind, wobei die mindestens eine Durchkontaktierung (28) insbesondere hohl ausgeführt ist. High current circuit board ( 4 ) according to claim 12, characterized in that the at least two control layer thin layers ( 9 . 10 ) by at least one via ( 22 . 28 . 29 ), wherein the at least one via ( 28 ) is executed in particular hollow.

Hochstromleiterplatte (4) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerschicht-Dünnlagen (9, 10) jeweils aus Kupfer bestehen und jeweils eine, insbesondere konstante, Schichtdicke von etwa 12 µm bis maximal 70 µm, insbesondere 12 µm, 18 µm, 35 µm oder 70 µm aufweisen. High current circuit board ( 4 ) according to one of claims 12 or 13, characterized in that the driving layer thin layers ( 9 . 10 ) each consist of copper and each have a, in particular constant, layer thickness of about 12 microns to a maximum of 70 microns, in particular 12 microns, 18 microns, 35 microns or 70 microns.