DE102015224961B4 - Circuit component and device for heat dissipation on a circuit component - Google Patents
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Abstract
Schaltungsbauteil (10), mit einem aus Metall, insbesondere aus Kupfer bestehenden Schaltungsträger (11), mit wenigstens einem auf dem Schaltungsträger (11) angeordneten und mit dem Schaltungsträger (11) elektrisch leitend verbundenen elektronischen Bauelement (1), mit einer den Schaltungsträger (11) und das wenigstens eine elektronische Bauelement (1) umgebenden, aus Kunststoff bestehenden Umhüllung (15), wobei eine im Bereich der Ober- und der Unterseite des Schaltungsträgers (11) auf der Umhüllung (15) angeordneten metallischen Schicht (16, 17), insbesondere aus Kupfer bestehend, wobei zumindest eine der metallischen Schichten (16, 17) mit einer Korrosionsschutzschicht (21, 22) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrosionsschutzschicht (21, 22) aus Aluminium besteht.Circuit component (10), with a circuit carrier (11) made of metal, in particular copper, with at least one electronic component (1) arranged on the circuit carrier (11) and electrically conductively connected to the circuit carrier (11), with a circuit carrier ( 11) and the plastic casing (15) surrounding at least one electronic component (1), a metallic layer (16, 17) arranged on the casing (15) in the area of the top and bottom of the circuit carrier (11). , in particular consisting of copper, at least one of the metallic layers (16, 17) being provided with a corrosion protection layer (21, 22), characterized in that the corrosion protection layer (21, 22) consists of aluminum.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Schaltungsbauteil. Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Wärmeabfuhr an einem Schaltungsbauteil.The invention relates to a circuit component. The invention further relates to a device for heat dissipation on a circuit component.
Ein Schaltungsbauteil ist aus der
Aus der WO 2015/ 041 944 A1 ist ein mehrschichtiges Verpackungssystem für eingebettete Elektronik bekannt.A multilayer packaging system for embedded electronics is known from WO 2015/041 944 A1.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schaltungsbauteil derart weiterzubilden, dass eine direkte Wirkverbindung des Schaltungsbauteils mit einem Kühlmedium ermöglicht wird, derart, dass eine auf der Kunststoffumhüllung angeordnete metallische Schicht des Schaltungsbauteils trotz des Kühlmediums nicht korrodieren kann. Dadurch soll insbesondere auch auf die Verwendung von mit dem Schaltungsbauteil verbundenen, ein zusätzliches Bauteil darstellenden Kühleinrichtungen bzw. Kühlelementen verzichtet werden können.Based on the prior art presented, the invention is based on the object of developing a circuit component in such a way that a direct operative connection of the circuit component with a cooling medium is made possible, such that a metallic layer of the circuit component arranged on the plastic casing cannot corrode despite the cooling medium. This should in particular also make it possible to dispense with the use of cooling devices or cooling elements connected to the circuit component and representing an additional component.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Schaltungsbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, das Schaltungsbauteil auf der Seite, auf der dieses unmittelbar mit einem Kühlmedium zusammenwirkt, mit korrosionshemmenden Maßnahmen zu versehen. Erfindungsgemäß sind diese korrosionshemmenden Maßnahmen in Form einer Korrosionsschutzschicht ausgebildet. Dadurch wird insbesondere beispielsweise der Einsatz von Kupfer als metallische Schicht ermöglicht, welche ihrerseits gute elektrisch leitende Eigenschaften und gute wärmeleitende Eigenschaften aufweist.This object is achieved according to the invention in a circuit component with the features of
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Schaltungsbauteils sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous developments of the circuit component according to the invention are listed in the subclaims.
Erfindungsgemäß ist die Korrosionsschutzschicht aus Aluminium ausgebildet. Eine derartige Aluminiumschicht hat den Vorteil, dass sie bei geringem Gewicht gute wärmeleitende Eigenschaften aufweist und sich herstellungstechnisch relativ einfach auf die metallische Schicht (aus Kupfer) aufbringen lässt.According to the invention, the corrosion protection layer is made of aluminum. Such an aluminum layer has the advantage that it has good heat-conducting properties while being low in weight and can be applied to the metallic layer (made of copper) relatively easily in terms of manufacturing technology.
Ein zusätzlicher Korrosionsschutz wird erzielt, wenn das Aluminium auf der der metallischen Schicht abgewandten Seite zusätzlich korrosionshemmend oberflächenbehandelt ist. Unter einer derartigen Oberflächenbehandlung wird beispielsweise, und nicht einschränkend, Eloxieren oder Nitrieren verstanden. Darüber hinaus kann eine derartige Oberflächenbehandlung zur Ausbildung einer besonders gut korrosionshemmenden Aluminiumschicht durch thermisches Spritzen, Lasernitrierung oder Kaschierung im Batchprozess erzeugt werden.Additional corrosion protection is achieved if the aluminum has an additional corrosion-inhibiting surface treatment on the side facing away from the metallic layer. Such a surface treatment is understood to mean, for example, and not as a limitation, anodizing or nitriding. In addition, such a surface treatment can be produced to form a particularly good corrosion-inhibiting aluminum layer by thermal spraying, laser nitriding or lamination in a batch process.
Um entweder über die Fläche des Bauelements eine gezielte Wärmeabfuhr zu ermöglichen oder aber die korrosionshemmenden Maßnahmen nur in den relevanten Bereichen des Schaltungsträgers bzw. der metallischen Schicht auszubilden, kann es vorgesehen sein, dass die Korrosionsschutzschicht auf der metallischen Schicht nur bereichsweise und/oder strukturiert ausgebildet ist. Im Sinne eines über die gesamte metallische Schicht gleichmäßig gut ausgebildeten Korrosionsschutzes sowie einer relativ einfachen Herstellbarkeit der korrosionshemmenden Schicht ist jedoch üblicherweise der Einsatz einer Korrosionsschutzschicht auf der metallischen Schicht vorgesehen, die vollflächig die metallische Schicht überdeckt und auch eine konstante Dicke aufweist.In order to either enable targeted heat dissipation over the surface of the component or to form the corrosion-inhibiting measures only in the relevant areas of the circuit carrier or the metallic layer, it can be provided that the corrosion protection layer on the metallic layer is only formed in certain areas and/or in a structured manner is. However, in order to ensure that corrosion protection is uniformly well developed over the entire metallic layer and that the corrosion-inhibiting layer can be produced relatively easily, the use of a corrosion protection layer on the metallic layer is usually provided, which covers the entire surface of the metallic layer and also has a constant thickness.
Die Erfindung umfasst auch eine Einrichtung zur Wärmeabfuhr an einem soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Schaltungsbauteil. Dabei ist das Schaltungsbauteil im Bereich der Korrosionsschutzschicht in unmittelbarer Wirkverbindung mit einem Kühlmedium angeordnet. Durch die Korrosionsschutzschicht wird dabei insbesondere der Vorteil erzielt, dass die Kühleinrichtung dazu ausgebildet sein kann, dass diese die Korrosionsschutzschicht mit einem flüssigen oder gasförmigen Kühlmedium unmittelbar umströmt. Es wird somit eine direkte Wirkverbindung des Kühlmediums mit dem Schaltungsbauteil erzielt, so dass zum einen die Kühleinrichtung relativ einfach ausgebildet werden kann, beispielsweise durch Verzicht auf Kühlrippen oder Kühlkanäle oder ähnliche Elemente, und dass zum anderen durch die direkte Wirkverbindung des Schaltungsbauteils mit dem Kühlmedium auch eine effektive und schnelle Kühlung des Schaltungsbauteils ermöglicht wird.The invention also includes a device for heat dissipation on a circuit component according to the invention described so far. The circuit component is arranged in the area of the corrosion protection layer in direct operative connection with a cooling medium. The corrosion protection layer achieves the particular advantage that the cooling device can be designed so that it flows directly around the corrosion protection layer with a liquid or gaseous cooling medium. A direct operative connection of the cooling medium to the circuit component is thus achieved, so that on the one hand the cooling device can be designed relatively simply, for example by dispensing with cooling fins or cooling channels or similar elements, and on the other hand through the direct operative connection of the circuit component to the cooling medium effective and rapid cooling of the circuit component is made possible.
Um das Kühlmedium an den relevanten Bereichen des Schaltungsbauteils gezielt heranführen zu können, ist es darüber hinaus in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Kühleinrichtung ein zumindest mittelbar mit dem Schaltungsbauteil verbundenes Leitelement umfasst, das das Kühlmedium unmittelbar auf den Bereich der Korrosionsschutzschicht leitet.In order to be able to bring the cooling medium specifically to the relevant areas of the circuit component, it is further provided in a further embodiment of the invention that the cooling device comprises a guide element which is at least indirectly connected to the circuit component and which directs the cooling medium directly to the area of the corrosion protection layer.
Eine soweit beschriebene Einrichtung lässt sich beispielsweise in einem getriebenahen Bereich oder aber in einem wasserführenden Bereich, beispielsweise einem Kühlerbereich eines Fahrzeugs, anordnen. Dabei kann es vorgesehen sein, dass das Kühlmedium Wasser oder Öl ist. Es kann somit das Medium als Kühlmedium verwendet, das ansonsten als Kühl- bzw. Schmiermedium im Bereich des Kühlers bzw. eines Getriebes des Kraftfahrzeuges verwendet wird. Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass kein zusätzliches bzw. anderes Kühlmedium, beispielsweise ein Kühlmedium ohne Korrosionswirkung, zur Kühlung des Schaltungsbauteils verwendet werden muss.A device described so far can be arranged, for example, in an area close to the transmission or in a water-bearing area, for example a radiator area of a vehicle. It can be provided that the cooling medium is water or oil. The medium can therefore be used as a cooling medium, which is otherwise used as a cooling or lubricating medium in the area of the radiator or a transmission of the motor vehicle. This achieves the advantage that no additional or different cooling medium, for example a cooling medium without a corrosive effect, has to be used to cool the circuit component.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawing.
Diese zeigt in:
-
1 einen vereinfachten Längsschnitt durch eine Einrichtung zur Wärmeabfuhr an einem Schaltungsbauteil, und -
2 eine Einrichtung zur Wärmeabfuhr an einem erfindungsgemäß ausgebildeten Schaltungsbauteil, ebenfalls in einem vereinfachten Längsschnitt.
-
1 a simplified longitudinal section through a device for heat dissipation on a circuit component, and -
2 a device for heat dissipation on a circuit component designed according to the invention, also in a simplified longitudinal section.
Ein Schaltungsbauteil ist als sogenannte embedded-Komponente dadurch ausgebildet, dass ein aktives oder passives elektronisches Bauelement zunächst auf einem Schaltungsträger, beispielsweise aus Kupfer bestehend, angeordnet wird. Anschließend wird der Schaltungsträger zusammen mit dem elektronischen Bauelement vollständig mit einer aus Kunststoff bestehenden Isoliermasse umhüllt. Anschließend erfolgt durch Laminieren auf dem Kunststoffmaterial das Aufbringen weiterer elektrisch leitender Schichten, insbesondere ebenfalls aus Kupfer bestehend, auf der Oberseite und/oder der Unterseite des Schaltungsträgers. Zuletzt erfolgt durch weitere Bearbeitungsschritte eine elektrische Kontaktierung des auf dem Schaltungsträger angeordneten elektronischen Bauelements, insbesondere im Bereich dessen Oberseite.A circuit component is designed as a so-called embedded component in that an active or passive electronic component is first arranged on a circuit carrier, for example made of copper. The circuit carrier, together with the electronic component, is then completely encased in an insulating material made of plastic. Additional electrically conductive layers, in particular also made of copper, are then applied to the top and/or bottom of the circuit carrier by lamination on the plastic material. Finally, further processing steps are used to make electrical contact with the electronic component arranged on the circuit carrier, in particular in the area of its top side.
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.Identical elements or elements with the same function are provided with the same reference numbers in the figures.
In der
Bei dem elektronischen Bauelement 1 kann es sich um ein aktives oder um ein passives elektronisches Bauelement 1 handeln. Darüber hinaus ist die der Aussparung 12 zugewandte Unterseite des elektronischen Bauelements 1 in an sich bekannter Art und Weise mit dem Grund der Aussparung 12 verbunden, beispielsweise durch Sintern oder Löten. Die soweit beschriebene Einheit aus Schaltungsträger 11 und elektronischem Bauelement 1 ist sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite und den Seitenflächen mit einer aus Kunststoff bestehenden Umhüllung 15 versehen. Die Umhüllung 15 bewirkt einen Schutz des elektronischen Bauelements 1 sowie des Schaltungsträgers 11 insbesondere gegen Medien. Weiterhin kann die Umhüllung 15 insbesondere im Bereich der Oberseite des Bauelements 1 Aussparungen aufweisen.The
Die Oberseite und die Unterseite der Umhüllung 15 am Schaltungsträger 11 ist mit einer weiteren elektrisch leitenden Schicht 16, 17, vorzugsweise ebenfalls aus Kupfer bestehend, versehen. Die elektrisch leitende Schicht 16, 17 wird vorzugsweise durch Laminieren auf die Oberseite und die Unterseite der Umhüllung 15 aufgebracht. Die elektrisch leitende Schicht 16 ist im Bereich der Aussparungnen der Umhüllung 15 elektrisch leitend mit dem Bauelement 1 verbunden.The top and bottom of the
Durch weitere Bearbeitungsschritte, insbesondere durch eine Strukturierung und Galvanisierung der dem elektronischen Bauelement 1 zugewandten oberen Schicht 16, erfolgt in an sich bekannter Art und Weise eine elektrische Kontaktierung des elektronischen Bauelements 1.Through further processing steps, in particular through structuring and electroplating of the
Auf der dem elektronischen Bauelement 1 abgewandten Seite des Schaltungsträgers 11 ist das Schaltungsbauteil 10 mit einer Einrichtung 100 zur Wärmeabfuhr an dem Schaltungsbauteil 10 ausgestattet. Die Einrichtung 100 umfasst beispielhaft eine Kühleinrichtung 101 in Form eines Kühlkörpers 102, der zum Beispiel Kühlrippen 103 oder Kühlkanäle 104 aufweist, wobei letztere von einem Kühlmedium, beispielsweise Kühlwasser, durchströmt sind. Die Kühleinrichtung 101 ist mit der elektrisch leitenden Schicht 17 über eine thermisch gut leitende Schicht 18 wärmeleitend verbunden.On the side of the
In der
Beispielhaft an der Unterseite des Schaltungsbauteils 10 ist ein Leitelement 105 als Bestandteil der Einrichtung 100 bzw. der Kühleinrichtung 101 zur Wärmeabfuhr des Schaltungsbauteils 10 angeordnet. Das Leitelement 105 ist beispielhaft in Form eines Rahmens ausgebildet und in direktem Anlagekontakt mit der Korrosionsschutzschicht 22 angeordnet. Sowohl die Oberseite als auch die Unterseite des Schaltungsbauteils 10 sind in unmittelbarer Wirkverbindung mit einem Kühlmedium angeordnet bzw. werden von dem Kühlmedium umströmt, was durch die Strömungspfeile 24, 25 verdeutlicht sein soll. Beispielhaft ist im Bereich des Leitelements 105 ein flüssiges Kühlmedium, wie Wasser oder (Getriebe-)Öl, vorgesehen, das durch das Leitelement 105 gezielt an der Korrosionsschutzschicht 22 geführt wird. Demgegenüber ist die Korrosionsschutzschicht 21 beispielsweise in Wirkverbindung mit Luft oder einem korrosiven, gasförmigen Medium angeordnet.For example, on the underside of the
Das soweit beschriebene Schaltungsbauteil 10 bzw. die Einrichtung 100 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.The
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Legal Events
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R016 | Response to examination communication | ||
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