DE19601649A1 - Anordnung zur Verbesserung der Wärmeableitung bei elektrischen und elektronischen Bauelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Anordnung zur Verbesserung der Wärmeableitung bei elektrischen und elektronischen Bauelementen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Einseitig mit elektrischen und elektronischen Bauelementen bestückte Lei­ terplatten, die rückseitig mit einer Isolationsschicht versehen und auf eine Kühlplatte aus Metall geklebt sind, sind in den letzten Jahren in der Automo­ bilelektronik auf breiter Basis in die Serie eingeführt worden. Oft sind derar­ tige Leiterplatten mit Bauelementen wie z. B. Leistungstransistoren bestückt, die beim Betrieb eine hohe Verlustleistung abgeben und sich dabei dem­ entsprechend erwärmen.

Nach dem Stand der Technik weist eine derartige Leiterplatte möglichst viele Durchkontaktierungen auf, um die Wärme der zu kühlenden Bauele­ mente von der Vorderseite auf ein mit der Rückseite verklebtes Kühlblech aus Aluminium ableiten zu können. Um eine gute Wärmeleitfähigkeit zu er­ zielen, muß die Isolationsschicht einerseits möglichst dünn ausgeführt sein; eine bestimmte Mindestdicke darf aber nicht unterschritten werden, um andererseits eine genügend hohe Durchschlagsfestigkeit zu garantieren.

Daraus ergibt sich der Nachteil, daß aufgrund der begrenzten Wärmeleitfä­ higkeit der Isolierschicht nur eine ungenügend hohe Ableitung der Wärme möglich ist.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung anzugeben, die eine wesentlich bessere Ableitung der Wärme ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung zur Verbesserung der Wär­ meableitung bei elektrischen und elektronischen Bauelementen angegeben, bei der eine die Bauelemente tragende Leiterplatte über eine Isolations­ schicht mit einer Metallplatte stoffschlüssig verbunden ist, wobei im Bereich wenigstens eines Bauelements in die Leiterplatte und in die Isolations­ schicht korrespondierende Öffnungen eingebracht sind und die Metallplatte Erhebungen aufweist, deren Höhe der Dicke der Leiterplatte und der Isola­ tionsschicht entspricht oder diese geringfügig übersteigt und wobei die Er­ hebungen durch die Öffnungen hindurchgeführt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß die Leiterplatte nach wie vor auf herkömmliche Art und Weise bestückt werden kann. Wegen der verbes­ serten Wärmeableitfähigkeit können durch die Verwendung wesentlich gün­ stigerer elektronischer Bauelemente, insbesondere Transistoren, die auf­ grund eines höheren Vorwärtswiderstandes eine größere Verlustleistung aufweisen und dementsprechend mehr Wärme abgeben, Materialkosten eingespart werden.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend ausführlich er­ läutert und anhand der Figuren dargestellt.

Es zeigen

Fig. 1: eine aufgeschnittene Seitenansicht einer mit einem Bauelement be­ stückten Leiterplatte und einer damit verbundenen Metallplatte mit gestanzter Erhebung und

Fig. 2: eine aufgeschnittene Seitenansicht einer mit einem Bauelement be­ stückten Leiterplatte und einer damit verbundenen Metallplatte mit aufgesetzter Erhebung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Leiterplatte 1 (einseitig, zweiseitig oder Multi­ layer), die auf ihrer Vorderseite Leitbahnen 2 trägt und mit elektrischen und elektronischen Bauelementen 3, insbesondere mit Leistungsbauelementen, bestückt ist. Auf ihrer Rückseite weist sie eine dünne Isolationsschicht 4 auf, die auch als Klebeschicht dient, um eine als Kühlblech dienende und vorteil­ haft aus Kupfer bestehende Metallplatte 5 auf die Leiterplatte 1 auflaminie­ ren zu können. Jedes Bauelement 3 weist Anschlüsse 6 und auf seiner Rück­ seite ein Lötpad 7 auf, mit dem es auf der Leiterplatte 1 aufliegt.

Um die in einem Bauelement 3 entstehende Wärme über das Lötpad 7 abzu­ leiten, weisen die Leiterplatte 1 und die Isolationsschicht 4 korrespondie­ rende Öffnungen 8 auf.

In Fig. 1 weist die Metallplatte 5 Erhebungen in Form von Prägenoppen 9 auf. Dabei ist Anordnung, Form und Durchmesser der Öffnungen 8 und der Prägenoppen 9 so aufeinander abgestimmt, daß die Prägenoppen 9 durch die Öffnungen 8 hindurchgeführt werden können. Vorzugsweise werden die Prägenoppen 9 in die Metallplatte 5 mittels eines Stanzvorgangs einge­ preßt, wodurch an der Unterseite der Metallplatte 5 Prägeeindrücke 10 ent­ stehen. Die Höhe der Prägenoppen 9 über der Oberfläche der Metallplatte 5 sollte der Dicke der Leiterplatte 1 plus der Dicke der Isolationsschicht 4 plus ggf. einem Übermaß von z. B. 0,2 mm entsprechen.

Beim Verpressen der Kombination aus Leiterplatte 1 und Kühlblech 5 unter Zuhilfenahme der Isolationsschicht 4 als Klebeschicht und Abstandsschicht werden die Prägenoppen 9 auf Maß zurückgepreßt, so daß eine gute Planari­ tät zwischen Prägenoppen 9 und Leiterplatte 1 und damit ein guter Kontakt zwischen Prägenoppen 9 und Lötpad 7 erreicht wird. Beim Heißverzinnen der Leiterplatte 1 nach dem Verpressen werden die Prägenoppen 9 mit den Lötpads 7 verlötet, so daß dadurch die Wärmeleitfähigkeit in das Kühlblech 5 noch verbessert wird. Es ist auch möglich, das Heißverzinnen der Prä­ genoppen 9 während der Leiterplattenherstellung vorzunehmen.

In Fig. 2 ist ein Noppen oder eine Warze 9 in die Öffnung 8 ein- und auf die Metallplatte 5 aufgesetzt, um für einen besseren Wärmetransport vom Löt­ pad 7 zur Metallplatte 5 zu sorgen. Weisen Lötpad 7 und Metallplatte 5 glei­ ches Potential auf, kann die Isolations- und Klebeschicht 4 zwischen Noppen 9 und Metallplatte 5 derart unterbrochen sein, daß der Noppen 9 direkt auf der Metallplatte 5 aufsitzt. Dadurch ergibt sich ein noch besserer Wärme­ transport zwischen Lötpad 7 und Metallplatte 5.

Vorzugsweise wird die Oxidschicht der Metallplatte 5 vor dem Heißverzin­ nen mittels eines Ätzprozesses entfernt. Alternativ kann auch eine bereits verzinnte Metallplatte 5 mit einer bereits verzinnten Leiterplatte 1 verpreßt werden.

Anwendbar ist die erfindungsgemäße Anordnung zur Verbesserung der Wär­ meableitung insbesondere im Bereich der Planartechnologie, bei der eine Leiterplatte ein mit ihr stoffschlüssig verbundenes Kühlblech aufweist.

Claims (6)

1. Anordnung zur Verbesserung der Wärmeableitung bei elektrischen und elektronischen Bauelementen (3), wobei eine die Bauelemente (3) tragende Leiterplatte (1) über eine Isolationsschicht (4) mit einer Metallplatte (5) stoff­ schlüssig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich wenig­ stens eines Bauelements (3) in die Leiterplatte (1) und in die Isolationsschicht (4) korrespondierende Öffnungen (8) eingebracht sind, daß die Metallplatte (5) Erhebungen (9) aufweist, deren Höhe der Dicke der Leiterplatte (1) und der Isolationsschicht (4) entspricht oder diese geringfügig übersteigt und daß die Erhebungen (9) durch die Öffnungen (8) hindurchgeführt werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolati­ onsschicht (4) auch als Klebeschicht und Abstandsschicht dient.

3. Verfahren zur Herstellung der Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Erhebungen (9) in Form von Prägenoppen mittels eines Stanzvorgangs in die Metallplatte (5) eingepreßt werden.

4. Verfahren zur Herstellung der Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Erhebungen (9) in Form von gut wärmeleitenden Warzen oder Noppen in die Öffnungen (8) eingesetzt werden.

5. Verfahren zur Herstellung der Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Erhebungen (9) während des Verpressens der Leiter­ platte (1) und der Isolationsschicht (4) mit der Metallplatte (5) auf Maß zu­ rückgepreßt werden.

6. Verfahren zur Herstellung der Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Erhebungen (9) während der Leiterplattenherstel­ lung heißverzinnt werden.