DE19926756B4 - Elektronische Schaltkreisvorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben - Google Patents

Elektronische Schaltkreisvorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben Download PDF

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Abstract

Elektronische Schaltkreisvorrichtung mit folgenden Merkmalen:
ein Metallsubstrat (31) mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche;
elektronische Teile (36, 40), die nur auf der ersten Oberfläche des Metallsubstrats angebracht sind;
ein Gehäuse (32), das mit einer Strahlungsrippe (39) einstückig vereinigt ist, in welchem das Metallsubstrat (31) untergebracht ist, so dass das Metallsubstrat als eine Kappe des Gehäuses dient, und die erste Oberfläche des Metallsubstrats nach dem Gehäuseinnern gerichtet ist; und
ein Harz (33), das in einem Raum zwischen dem Metallsubstrat und dem Gehäuse angeordnet ist, wodurch die von den elektronischen Teilen erzeugte Wärme sowohl von der Strahlungsrippe als auch von der zweiten Oberfläche des Metallsubstrats nach Außen dissipiert wird;
wobei das Gehäuse (32) einen ersten flachen Bereich, der die elektronischen Teile enthält, in dem das Gehäuse mit der Strahlungsrippe (39) von dem Metallsubstrat (31) mit einem ersten Intervall beabstandet ist, und einen zweiten tiefen Bereich,...

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Schaltkreisvorrichtung, für die eine hohe wärmeabstrahlende oder wärmedissipierende Fähigkeit erforderlich ist, und auf ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen elektronischen Schaltkreisvorrichtung, und insbesondere auf die Struktur eines Gehäuses einer elektronischen Schaltkreisvorrichtung und auf ein Verfahren zum Herstellen derselben.
  • Der Stand der Technik wird mit Verweis auf 4 und 5 beschrieben.
  • 4 zeigt eine herkömmliche Einbau-Struktur eines Gleichrichters für Fahrzeuge. Ein Rahmenelement 16 und ein Substrat 12 werden durch Schrauben 20 auf einer Oberfläche z. B. eines Sockels (nicht dargestellt), auf dem der Gleichrichter eingebaut werden soll, befestigt. Dadurch wird eine Struktur mit einer ausgezeichneten Produktivität und einem zufriedenstellenden wärmedissipierenden Wirkungsgrad geschaffen. Bei dieser Struktur wird keine Strahlungsrippe verwendet. Anstelle dessen erfolgt die Wärmedissipation hauptsächlich von einer Oberfläche z. B. des auf dem Sockel zu installierenden Gleichrichters (oder von einer Oberfläche des Substrats 12, die keine darauf angebrachten Teile aufweist).
  • Andererseits wird die herkömmliche elektronische Schaltkreisvorrichtung, die eine Strahlungsrippe verwendet, in 5 gezeigt. In der Figur bezeichnet eine Bezugsziffer 21 ein Metallsubstrat, Ziffer 22 ein Gehäuse, Ziffer 23 ein Gussharz, Ziffer 24 einen Teil des Gehäuses 22, der an dem Substrat 21 anliegt, Ziffer 5 einen Verbinder, Ziffer 27 eine Einbauoberfläche der elektronischen Schaltkreisvorrichtung, Ziffer 28 eine Seitenfläche des Gehäuses 22, und Ziffer 29 eine Strahlungsrippe. In derartigen herkömmlichen elektronischen Schaltkreisvorrichtungen mit Strahlungsrippe wird eine Oberfläche des Metallsubstrats, die keine Teile darauf angebracht hat, in Kontakt mit dem Boden des Gehäuses gebracht, wodurch die Wärmedissipation von der Strahlungsrippe verbessert wird. Solch eine Anordnung ist noch aus der JP 02281797 A bekannt.
  • Bei der in 4 gezeigten Einbau-Struktur des Gleichrichters führ Fahrzeuge erfolgt jedoch die Wärmedissipation hauptsächlich von der Oberfläche des Substrats 12, die keine Teile darauf angebracht hat, d. h. die Wärmedissipation von einer Oberfläche des Substrats, die teile darauf angebracht hat, wird nicht berücksichtigt.
  • Bei der in 5 gezeigten elektronischen Schaltkreisvorrichtung ist die Dissipation von Wärme, die thermisch von der Oberfläche des Metallsubstrats 21 abgeleitet wird, die keine Teile darauf angebracht hat, und die von der Strahlungsrippe 29 abgestrahlt wird, zufriedenstellend, wobei jedoch die Wärmedissipation von der Einbauoberfläche der elektronischen Schaltkreisvorrichtung (oder von einer Oberfläche des Metallsubstrats 21, die Teile darauf angebracht hat) nicht besonders berücksichtigt wird.
  • Eine Vorrichtung für Leistungshalbleiter, die eine gute Wärmeableitung bewerkstelligt sowohl an ihrer Gehäuseunterseite als auch an ihrer Gehäuseoberseite, ist aus der US 5297001 bekannt. Jedoch weist das bekannte Gehäuse eine Bauhöhen auf, die eine gute Wärmeableitung begrenzt.
  • In Anbetracht der oben erwähnten Probleme besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine elektronische Schaltkreisvorrichtung, die eine wärmedissipierende Fähigkeit aufweist, die der einer herkömmlich Vorrichtung überlegen ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schaltkreisvorrichtung zu schaffen.
  • Erfindungsgemäß wird die obige Aufgabe durch eine elektronische Schaltkreisvorrichtung nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schalkreisvorrichtung nach Anspruch 7 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung.
  • Mit dem Aufbau der Erfindung, bei dem das Metallsubstrat in dem Gehäuse derart eingebaut ist, dass das Metallsubstrat als eine Kappe des Gehäuses dient, und die Oberfläche des Metallsubstrats, worauf die Teile angebracht sind, nach dem Gehäuse innern gerichtet ist, oder eine Oberfläche des Metallsubstrats, die keine Teile aufweist, nach außen gerichtet ist und der Raum zwischen dem Metallsubstrat und dem Gehäuse minimiert und mit Harz gefüllt ist, kann eine große Wärmemenge sowohl von der Strahlungsrippe des Gehäuses als auch von einer Oberfläche der elektronischen Schaltkreisvorrichtung dissipiert werden, die z. B. auf einem Sockel einzubauen ist, d. h. von einer Oberfläche des Substrats, die keine Teile aufweist, wodurch die Wärmedissipation des Metallsubstrats verbessert wird.
  • In der Zeichnung zeigen:
  • 1 einen Querschnitt einer elektronischen Schaltkreisvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 eine Ansicht von unten auf jeweils ein Gehäuse und ein Metallsubstrat, die in der elektronischen Schaltkreisvorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung verwendet werden;
  • 3 eine Ansicht von unten und eine Seitenansicht der elektronischen Schaltkreisvorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
  • 4 ein Montagediagramm einer herkömmlichen elektronischen Schaltkreisvorrichtung; und
  • 5 einen Querschnitt einer weiteren herkömmlichen elektronischen Schaltkreisvorrichtung.
  • 1 ist ein Querschnitt einer elektronischen Schaltkreisvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Genauer gesagt wird die gezeigte elektronischen Schaltkreisvorrichtung auf einen Gleichrichterschaltkreis angewendet, der in einem Motorfahrzeug oder einem Motorrad bzw. Moped (auto-bicycle) verwendet wird. Der Gleichrichterschaltkreis empfängt eine Wechselstromspannung von einem Generator und liefert einen Gleichstrom an eine Batterie über eine Brücke, die aus gleichrichtenden Dioden gebildet ist. Die von dem Gleichrichterschaltkreis erzeugte Wärmemenge ist sehr groß. Daher ist eine Wärmedissipation mit einem hohen Wirkungsgrad erforderlich.
  • In 1 bezeichnet eine Bezugsziffer 31 ein Metallsubstrat, Ziffer 32 ein Gehäuse, Ziffer 33 ein Gussharz, Ziffer 34 einen Teil des Gehäuses 32, der an dem Substrat 31 anliegt, Ziffer 35 einen Verbinder, Ziffer 36 Teile, die auf einer Oberfläche des Substrats 31 angebracht sind, Ziffer 37 eine Oberfläche der elektronischen Schaltkreisvorrichtung, die z. B. auf einem Sockel einzubauen ist, Ziffer 38 eine Seitenfläche des Gehäuses 32, Ziffer 39 eine Strahlungsrippe, die mit dem Gehäuse 32 in einem Körper vereinigt ist, und Ziffer 40 Elektroden.
  • Das Metallsubstrat 31 weist eine Basis auf, die ein Metallmaterial, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium, und ein Verdrahtungsmuster z. B. aus Kupfer umfasst, das auf einer über der Basis ausgebildeten isolierenden Schicht z. B. eine Epoxidharzes gebildet ist. Die oberflächenmontierten Teile 36 umfassen elektronische Teile, wie beispielsweise gleichrichtende Dioden oder Thyristoren, die eine große Wärmemenge erzeugen, Chip-Teile wie Transistoren, Widerstände oder Kondensatoren, die z. B. einen Steuerschaltkreis oder Brücken bzw. Jumper bilden.
  • Die Elektroden 40 werden verwendet, um die elektronische Schaltkreisvorrichtung mit einem externen Schaltkreis elektrisch zu verbinden. Die Elektrode weist eine Höhe auf, die mindestens doppelt so hoch wie die oberflächenmontierten Teile 36 ist. Der Verbinder 35 schützt die Elektroden 40 und dient ferner als eine Führung zum Verbinden der Elektroden 40 mit dem externen Schaltkreis.
  • Der Boden des Gehäuses 32 weist einen flachen Abschnitt auf (einen ersten Bereich), in dem die niedrigen oberflächenmontierten Teile 36 enthalten sind, und einen tiefen Abschnitt (einen zweiten Bereich), in dem die hohen Elektroden 40 enthalten sind. Der flache Abschnitt des Gehäuses 32. ist in der Nähe des Metallsubstrats 31 ausgebildet, wobei ein erstes Intervall dazwischen beibehalten wird, so dass eine zufriedenstellende Wärmeleitung erreicht wird. Der tiefe Abschnitt des Gehäuses 32 ist von dem Metallsubstrat 31 beabstandet ausgebildet, wobei ein zweites Intervall dazwischen eingehalten wird. Das Tiefenverhältnis des tiefen Abschnittes zu dem flachen Abschnitt (d. h. das Verhältnis von dem zweiten Intervall zu dem ersten Intervall) beträgt mindestens 2. Ein Raum zwischen dem Metallsubstrat 31 und dem Gehäuse 32 wird mit dem Gussharz 33 zum Verbessern der Wärmeleitfähigkeit gefüllt.
  • Ein peripherer Abschnitt des Gehäuses 32 (ausgenommen ein Abschnitt, an dem der Verbinder 35 befestigt ist) ist mit einer Führung zum positionellen Befestigen des Metallsubstrats 31 versehen, wodurch die positionelle Abweichung des Metallsubstrats 31 verhindert, und eine zufriedenstellende Wärmeleitung zwischen dem Metallsubstrat 31 und dem Gehäuse 32 gewährleistet wird. Ferner ist das Metallsubstrat 31 an dem Substrat-anliegenden Abschnitt 34 des Gehäuses 34 befestigt, so dass ein Teil des Metallsubstrats 31 über dem Gehäuse 32 vorsteht, wodurch eine zufriedenstellende Wärmeleitung zwischen dem Metallsubstrat 31 und einer Oberfläche, auf der die elektronische Schaltkreisvorrichtung zu installieren ist, gewährleistet wird.
  • 2 zeigt eine Ansicht von unten sowohl des Gehäuses 32 als auch des Metallsubstrats 31, die in der elektronischen Schaltkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden. Der Boden 42 des Gehäuses 32 ist in einen flachen Bereich (den ersten Bereich) und einen tiefen Bereich (den zweiten Bereich) aufgeteilt, die zueinander einen Raumhöhenunterschied aufweisen. Wie es oben erwähnt wurde, ist ein peripherer Abschnitt (ein dritter Bereich) des Gehäuses 32 (ausgenommen ein Abschnitt, an dem der Verbinder 35 befestigt ist) mit einer Führung 41 zum Befestigen des Metallsubstrats 31 versehen. Sowohl das Gehäuse 32 als auch das Metallsubstrat 31 sind mit zwei Anbringungslöchern 43 und 44 oder 45 und 46 zum Befestigen des Gehäuses 32 oder des Metallsubstrats 31 versehen, und das Gehäuse 32 und das Metallsubstrat 31 werden in engen Kontakt miteinander an einem Abschnitt des Gehäusebodens 42 gebracht, der das Loch (oder einen dritten Bereich) umgibt. Mit dieser Struktur wird nicht nur die Wärmeleitung, sondern auch die mechanische Festigkeit verbessert.
  • 3 zeigt eine Ansicht von unten und eine Seitenansicht der elektronischen Schaltkreisvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform nach deren Fertigstellung. Wie es oben erwähnt wurde, steht ein Teil des Metallsubstrats 31 über dem Gehäuse 32 hervor, wodurch eine zufriedenstellende Wärmeleitung zwischen dem Metallsubstrat 31 und einer Oberfläche, an der die elektronische Schaltkreisvorrichtung zu befestigen ist, gewährleistet wird.
  • Ein Herstellungsprozess für die elektronische Schaltkreisvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nun beschrieben. Zuerst werden elektronische Teile, wie beispielsweise Teile 36 oder Elektroden 40, mit einem Verdrahtungsmuster eines Metallsubstrats 31 mittels Lötmittel verbunden. Als nächstes wird das Metallsubstrat 31 an einem Substrat-anliegenden Abschnitt 34 eines Gehäuses 32 befestigt, so dass eine Oberfläche des Metallsubstrats 31, die die elektronischen Teile darauf angebracht hat, dem Gehäuse 32 gegenüberliegt. Danach wird ein Gussharz 33 in einem Raum zwischen dem Metallsubstrat 31 und dem Gehäuse 32 von einer Öffnung zum Befestigen eines Verbinders 35 her injiziert. Der Verbinder 35 wird befestigt, bevor das Gussharz 33 ausgehärtet ist. Da die Fixierung des Verbinders 35 mittels des Gussharzes 33 bewirkt wird, ist die Vorrichtung fertiggestellt, wenn das Aushärten des Gussharzes beendet ist.
  • Da die Wärmedissipation erfindungsgemäß sowohl von der Strahlungsrippe des Gehäuses als auch von der Oberfläche des Metallsubstrats, das keine Teile aufweist, bei reduzierter Gehäusehöhe erfolgt, ist es möglich, eine elektronische Schaltkreisvorrichtung zu schaffen, die einen verbesserten wärmedissipierenden Wirkungsgrad verglichen mit derjenigen einer herkömmlichen elektronischen Schaltkreisvorrichtung aufweist. Es ist ferner möglich, das Substrat zufriedenstellend zu befestigen bzw. zu fixieren. Als ein Ergebnis kann die Wärmeleitung zwischen dem Substrat und dem Gehäuse verbessert werden. Die Erfindung ist besonders wirksam, wenn sie auf eine elektronische Schaltkreisvorrichtung, wie beispielsweise eine Gleichrichterschaltkreisvorrichtung für ein Motorfahrzeug oder Motorrad, angewendet wird, d. h. im Fall, wo eine Oberfläche, auf der die elektronische Schaltkreisvorrichtung eingebaut werden soll, aus einem Metall besteht, so dass Wärmedissipation von der Oberfläche erwartet werden kann. Dadurch ist es möglich, eine elektronische Schaltkreisvorrichtung mit geringer Größe und hoher Zuverlässigkeit vorzusehen.

Claims (7)

  1. Elektronische Schaltkreisvorrichtung mit folgenden Merkmalen: ein Metallsubstrat (31) mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche; elektronische Teile (36, 40), die nur auf der ersten Oberfläche des Metallsubstrats angebracht sind; ein Gehäuse (32), das mit einer Strahlungsrippe (39) einstückig vereinigt ist, in welchem das Metallsubstrat (31) untergebracht ist, so dass das Metallsubstrat als eine Kappe des Gehäuses dient, und die erste Oberfläche des Metallsubstrats nach dem Gehäuseinnern gerichtet ist; und ein Harz (33), das in einem Raum zwischen dem Metallsubstrat und dem Gehäuse angeordnet ist, wodurch die von den elektronischen Teilen erzeugte Wärme sowohl von der Strahlungsrippe als auch von der zweiten Oberfläche des Metallsubstrats nach Außen dissipiert wird; wobei das Gehäuse (32) einen ersten flachen Bereich, der die elektronischen Teile enthält, in dem das Gehäuse mit der Strahlungsrippe (39) von dem Metallsubstrat (31) mit einem ersten Intervall beabstandet ist, und einen zweiten tiefen Bereich, der eine Mehrzahl von außen führenden Elektroden (40) enthält, in dem das Gehäuse mit der Strahlungsrippe von dem Metallsubstrat mit einem zweiten Intervall beabstandet ist, wobei das erste Intervall nicht größer als eine Hälfte des zweiten Intervalls ist, definiert.
  2. Elektronische Schaltkreisvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein dritter Bereich, in dem das Gehäuse in engen Kontakt mit dem Metallsubstrat gebracht ist, ausgebildet ist.
  3. Elektronische Schaltkreisvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das Metallsubstrat (31) ein Verdrahtungsmuster aufweist, das auf einer über einer Metallplatte gebildeten isolierenden Schicht gebildet ist, und die elektronischen Teile Flachgehäuseteile (36) sind, die auf dem Verdrahtungsmuster des ersten Bereichs im Gehäuse angebracht sind, und eine Mehrzahl von Elektroden (40), die auf dem Verdrahtungsmuster des zweiten Bereichs im Gehäuse angebracht sind, und die elektronische Schaltkreisvorrichtung mit einem externen Schaltkreis, verbindet.
  4. Elektronische Schaltkreisvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das Gehäuse (32) und das Metallsubstrat (31) Befestigungslöcher (43–46) zum Befestigen des Gehäuses und des Metallsubstrats aneinander aufweist, wobei die Löcher in dem dritten Bereich des Gehäuses vorgesehen sind.
  5. Elektronische Schaltkreisvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Oberfläche des Metallsubstrats (31) über das Gehäuse (32) vorsteht.
  6. Elektronische Schaltkreisvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Gehäuse (32) eine Führung (41) zum positionellen Befestigen des Metallsubstrats (31) aufweist, um eine positionelle Abweichung des Metallsubstrats zu verhindern, wobei die Führung das Gehäuse entlang eines äußeren Umfangs des Metallsubstrats in engen Kontakt mit dem Metallsubstrat bringt.
  7. Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Schaltkreisvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Anbringen von elektronischen Teilen (36) auf einem Metallsubstrat (31), das eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweist, wobei die elektronischen Teile nur auf der ersten Oberfläche des Metallsubstrats angebracht werden, und die elektronischen Teile eine Mehrzahl von Elektroden (40) zum Verbinden der elektronischen Schaltkreisvorrichtung mit einem externen Schaltkreis aufweist; Einbauen des Metallsubstrats in ein Gehäuse (32), das einstückig mit einer Strahlungsrippe (39) vereinigt ist, so dass das Metallsubstrat als eine Kappe des Gehäuses dient, und die erste Oberfläche des Metallsubstrats nach dem Gehäuseinnern gerichtet ist, wobei das Gehäuse mit einer Öffnung zum Herausziehen der Mehrzahl von Elektroden nach Außen versehen ist; Injizieren eines Harzes (33) in einen Raum zwischen dem Metallsubstrat und dem Gehäuse mit der Strahlungsrippe von der Öffnung des Gehäuses; und Einführen eines Elements (35) in die Öffnung des Gehäuses, das die Mehrzahl der Elektroden schützt.
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