KR20070121579A - 열 싱크에 열적으로 커플링된 인쇄회로기판을 구비한전자식 회로 장치 - Google Patents

열 싱크에 열적으로 커플링된 인쇄회로기판을 구비한전자식 회로 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20070121579A
KR20070121579A KR1020070061150A KR20070061150A KR20070121579A KR 20070121579 A KR20070121579 A KR 20070121579A KR 1020070061150 A KR1020070061150 A KR 1020070061150A KR 20070061150 A KR20070061150 A KR 20070061150A KR 20070121579 A KR20070121579 A KR 20070121579A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electronic circuit
printed circuit
circuit board
heat sink
plane
Prior art date
Application number
KR1020070061150A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101477578B1 (ko
Inventor
폴커 카러
베른하르트 리히팅거
요하네스 멜러
폴커 렌켄
플로리안 슈프
아르노우트 슈미트
Original Assignee
지멘스 파우데오 오토모티브 아게
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 지멘스 파우데오 오토모티브 아게 filed Critical 지멘스 파우데오 오토모티브 아게
Publication of KR20070121579A publication Critical patent/KR20070121579A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101477578B1 publication Critical patent/KR101477578B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20218—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant without phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20254—Cold plates transferring heat from heat source to coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

본 발명은 열 싱크에 열적으로 커플링된 인쇄회로기판을 구비한 전자식 회로 장치에 관한 것이다.
하나 이상의 냉각재 덕트(24)를 갖는 열 싱크(26)에 한 평면(22)에 의해 열적으로 커플링된 하나 이상의 인쇄회로기판(12)을 포함하는 전자식 회로 장치(10)의 열 발산 공동을 향상시키기 위하여, 본 발명에 따르면, 상기 냉각재 덕트(24)에 바로 인접하는 평면(22)이 제공된다.

Description

열 싱크에 열적으로 커플링된 인쇄회로기판을 구비한 전자식 회로 장치{ELECTRONIC CIRCUIT ARRANGEMENT HAVING A PRINTED CIRCUIT BOARD COUPLED THERMALLY TO A HEAT SINK}
도 1은 제1 예시적 실시예에 따른 회로 장치의 개략적인 측면도,
도 2는 제2 예시적 실시예에 따른 회로 장치의 개략적인 측면도,
도 3은 제3 예시적 실시예에 따른 회로 장치의 개략적인 측면도,
도 4는 제4 예시적 실시예에 따른 회로 장치의 개략적인 평면도,
도 5는 도 4에서 라인(Ⅴ-Ⅴ)에 따른 하위-영역의 섹션도, 및
도 6은 도 4에서 라인(Ⅵ-Ⅵ)에 따른 섹션도.
본 발명은 전자식 회로 장치에 관한 것으로, 상기 전자식 회로 장치는 하나 이상의 냉각재 덕트(coolant duck)를 갖는 열 싱크(heat sink)에 한 평면에 의해 열적으로 커플링된 회로 장치의 구성요소들의 배선(wiring)을 위한 하나 이상의 인쇄회로기판을 포함한다.
상기 회로 장치들은 특히 전력 일렉트로닉스 분야에서 많은 상이한 형태로 공지되어 있고, 전기적 또는 전자적 구성요소들이 작동하는 동안에 발생하는 열이 냉각재 덕트를 통해 흐르고 있는 냉각용 매체들(예를 들면, 냉각용 액체)에 발산될 수 있도록 하는 장점을 갖는다.
공지된 회로 장치들에서, 인쇄회로기판은 구성요소들을 갖는 한 평면(상부면)에 장착되고 반대쪽 평면(하부면)에서 납땜 페이스트(solder paste)에 의해 제1 고체 금속 열 싱크에 연결된다. 이 경우, 제1 고체 금속 열 싱크와 기판의 하부면 모두는 납땜 과정이 종래의 납땜 페이스트로 이루어질 수 있도록 하기 위해 거의 구리 합금으로 구성된다. 상기 제1 열 싱크는 후속 단계에서 열 전달 화합물 및/또는 열 전달 접착제에 의해, 냉각제가 흐를 수 있도록 하는 제2 열 싱크에 차후에 연결된다.
상기 종래 기술은 문제점들은 비교적 커다란 제조 비용과, 한편으론 인쇄회로기판으로부터 제1 열 싱크까지 그리고 다른 한편으론 제1 열 싱크로부터 제2(예를 들면, 액체-냉각된) 열 싱크까지의 다소 높은 열 전달 저항들이다.
본 발명의 목적은 도입부에 언급된 타입의 회로 장치의 열 발산 커패시터를 추가로 향상시키는 것이다.
상기 목적은 냉각재 덕트와 직접 연결되는 인쇄회로기판의 평면에서 달성된다.
상기는 유용하게도 인쇄회로기판으로부터 냉각용 매체들까지 직접적인 열 발산 경로가 이루어지도록 한다. 따라서, 실제로는, 인쇄회로기판 및/또는 구성요소 들의 특히 신속하고 효율적인 냉각이 "통합 냉각기"를 갖는 열 싱크에 의해 수행될 수 있다. 본 발명에 의해, 고장 지점, 즉 별개의 열 싱크판의 예전의 전체-표면 장착(the previously full-surface mounting)이 거의 일어나지 않는다. 본 발명의 관점에서는 "열 싱크"의 구성요소들 또는 고체구성요소들이 작동 동안에 열을 흡수하는 냉각용 매체들의 경계(delimitation)로서 주로 제공된다. 상기 구성요소들은 그 자체로 열 싱크 기능을 가질 수 있다. 그러나, 이것이 의무는 아니다.
본 발명의 다른 장점은 하기에서 "하부면"으로도 언급되는, 열 싱크에 열적으로 커플링된 평면이 최적 열 전달을 달성하기 위하여 다양한 방식으로 설계 및/또는 수정될 수 있다는 것이다. 종래 기술에 공지된 하부면의 전체-표면 납땜 연결과 대조적으로, 본 발명에 따른 구성은 하부면의 재료에 있어서 그리고 형상(shaping)에 있어서 모두 더 큰 자유를 유도한다. 정의된 열 발산 커패시터가 제공되는 경우, 본 발명은 또한 유용하게도 제조 비용과 (인쇄회로기판의 평면에 직교인) 설치 공간 모두를 감소시킨다.
회로 장치는 바람직하게도 자동차의 일렉트로닉스, 특히 예를 들면 소위 제어 유닛들(예를 들면, 엔진 제어 유닛 등)에서 요구되는 종류의 전력 일렉트로닉스 분야에서 사용된다.
냉각용 매체들은 바람직하게도 냉각용 액체이다. 자동차의 일렉트로닉스에서 사용되는 경우, 열 싱크는 예를 들어 임의의 경우에 내연엔진을 위한 냉각용 회로에 제공되는 냉각용 물을 가질 수 있다. 대안적 또는 부가적 가능성은, 이를 위해 특별히 제공되는 냉각용 매체들 회로에 대한 열 싱크의 연결이다.
인쇄회로기판 및/또는 기판의 설계를 위해, 전력 일렉트로닉스 분야에서 통상적인 기술들이 사용될 수 있다. 인쇄 전도체들(그리고 선택적으로 "판-도통(plated-through)")을 형성하기 위해 적어도 부분적으로 구성된 하나 이상의 인쇄 전도체 층들, 그리고 적어도 상호 인접한 인쇄 전도체 층들 사이의 하나 이상의 절연 층들(유전체 기판)의 라미네이트된 구조가 상당히 일반적으로 적합하다. 특히 바람직한 실시예에서, 인쇄회로기판은 세라믹 기판 재료와, 금속 재료의 하나 이상의 인쇄 전도체 층들을 갖는다. 이 경우에 특히 바람직한 설계는 소위 DCB(direct copper bonding) 기판이다. 본 발명의 관점에서 탁월하게 적합한 통상의 DCB 기판들은 고온의 융해 및 확산 과정에서(in a high-temperature melting and diffusing process) 다소 순수한 구리가 세라믹 재료에 강하게 접착 본딩되도록 하는, Ai2O3(산화알루미늄) 또는 AiN(질화알루미늄)이 대부분인 상기 세라믹 절연체를 포함한다. 상기 기판들은 유용하게도 높은 열전도성을 갖고, 적합한 두께의 구리 코팅(예를 들면, 100 내지 800㎛)이 제공되면 인쇄 전도체 층들을 통한 높은 열 커패시턴스를 또한 갖는다. 다른 유용한 결과는 예를 들면, 전력 일렉트로닉스에 유용한 실리콘 재료, 예를 들면 둘러싸지 않은 방식으로 제공되는 실리콘 칩들과 세라믹 재료의 열 팽창 계수들(the coefficients of thermal expansion) 사이의 비교적 낮은 차이이다.
본 발명에 의해 인쇄회로기판의 양쪽면 상에서의 구성요소들의 결합(fitting)이 대체로 제외되지 않을지라도, 상기 결합은 냉각재 덕트와 멀리 떨어 진 평면상에서 한 측면에 바람직하게 제공된다.
바람직한 실시예에서, 냉각재 덕트에 인접하고 있는 평면은 금속 층, 예를 들면 인쇄회로기판의 전체 표면을 덮으며 연장되는 금속 층(예를 들면, 구리층)으로 형성된다.
인쇄회로기판의 하부면 주위에서 예를 들면 폐쇄형 링 형태로 연장되는 경계 영역은 냉각용-매체들-방지 방식으로 예를 들면 접착제 또는 납땜 연결에 의해, 열 싱크 주위에서 상응하도록 링-형상화된 방식으로 연장되는 경계 영역에 연결될 수 있다. 상기 구성을 위해 예를 들면 통상적인 DCB 기판(하부면 상에 전면적인 구리 코팅을 갖춤)을 사용하는 것이 가능한데, 상기 DCB 기판은 열 싱크 주위에서 폐쇄형 링 형상으로 연장되는 평평한 연결 표면에 그 하부면의 경계 영역을 일주하는 모든 방법으로 납땜 접합된다. 냉각재 덕트를 갖는 열 싱크로의 인쇄회로기판의 하부면의 봉인 연결(sealing connection)은 대안적으로 봉인의 삽입으로 이루어질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 인쇄회로기판은 하나 이상의 인쇄 전도체 층들을 갖는 DCB 기판이고, 상기 인쇄 전도체 층들은 예를 들면 결합된 구성요소들을 갖는 상부 구리층과 냉각용 매체들에 의해 얼마간 그리고 열 싱크의 연결 표면에 의해 얼마간 통신하는 하부 구리층으로 구성된다.
본 발명의 개선예에서, 냉각재 덕트에 인접하는 인쇄회로기판의 평면은 냉각용 표면을 확장시키는 구조로 설계된다. 상기 구조는 예를 들면 이차원적으로 연장되는 방식으로 평면으로부터 멀어져 냉각재 덕트로 돌출하고 예를 들면 열-전도 시트(예를 들면, 금속 시트)로 형성될 수 있는 하나 이상의 구조적 몸체를 포함할 수 있다.
하나 이상의 위에서 언급된 구조적 몸체들에 의해, 열 전달을 위해 중요한 표면을 확장시키는 것뿐만 아니라, 구체적인 구성에 따라 논지의 인쇄회로기판을 위한 기계적 안정화 효과(mechanically stabilizing effect)를 달성하는 것도 유용하게도 가능하다. 이는, 냉각재 덕트에서 특히 임의의 흐름-변동들 및/또는 압력 변동들에 대하여 큰 실제적 중요성을 갖는다. 종래의 -그에 따라 바람직해질-, 본 발명의 내용에서 냉각용 매체들을 이용한 냉각재 덕트를 제공하기 위하여 사용되는 냉각재 펌프들(예를 들면, 기어 펌프들, 왕복 펌프들 등)은 기판이 새그(sag)되도록 하는 맥동(pulsations)을 종종 생성한다. 상기 문제점은 냉각재 덕트의 경계를 정하는 열 싱크의 내벽과 인쇄회로기판 사이의 안정화 부품들(stabilizing parts)의 적합한 장치(예를 들면, 결합 장치)에 의해 제거될 수 있다. 특히 유용한 방식으로, 위에서 언급된 구조적 몸체들 형태의 상기 안정화 부품들은 시스템의 열 발산 커패시터를 동시에 향상시킬 수 있다.
(열 발산을 향상시키기 위한 및/또는 기계적 안정화를 위한) 구조적 몸체들이 제공되는 경우, 많은 다양한 가능성들이 존재한다.
한 변형예에서, 구조적 몸체가 인쇄회로기판의 평면을 형성하는 금속 층의 휘어진 금속 부분(a bent metal portion)으로서 직접 설계된다.
다른 변형예에서, 구조적 몸체가 인쇄회로기판의 평면을 형성하는 금속 층에 고정된다(fastened).
상호 결합될 수도 있는 상기 변형예들 모두의 경우, 평면으로부터 이격된 구 조적 몸체의 부분이 냉각재 덕트의 경계를 정하는 열 싱크의 내벽에 고정된다면 기계적 안정화를 달성하는 것이 특히 유용하다.
하나 이상의 구조적 몸체들을 기판의 하부면 및/또는 열 싱크의 내벽 부분에 고정시키는 경우, 납땜 연결이 특히 적합하다. 구조적 몸체 또는 몸체들은 바람직하게도 금속 시트 또는 시트들의 형태를 갖는다. 바람직한 실시예에서, 이러한 안정화 및/또는 냉각용 금속 시트는 마찬가지로 냉각재 덕트와 인접하는 열 싱크의 반대쪽 내벽과 기판 하부면 사이에서 지그재그 방식으로 연장된다. 상기 내벽은 예를 들면 실질적으로 기판 하부면(평면)에 평행하게 연장될 수 있다.
본 발명은 예시적인 실시예들과 동반된 도면을 참조하여 하기에 더 기술된다.
도 1은 상부 구리층(14), 세라믹 재료(16) 그리고 하부 구리층(18)을 갖는 DCB 기판(12) 형태의 인쇄회로기판을 포함하는 전자식 회로 장치(10)를 나타내며, 상기 인쇄회로기판은 회로 장치의 구성요소들의 배선을 위한 것으로, 단순화를 위해 도면에서는 한 개의 구성요소만이 도시되고 20으로 지시된다.
기판(12)의 상부 구리층(14)은 그러한 것으로서 인쇄 전도체들(도시되지 않음)을 형성하도록 구성된다. 도시된 구성요소(20)는 회로 장치(10)에 의해 형성되는 전력 일렉트로닉스의 둘러싸지 않은 칩("베어 다이(bare die)")이다.
도시된 전자적 유닛은 예를 들면 차량의 엔진에 근접하여 설치되는 제어 유닛일 수 있고, 상기 설치 환경에서 상승된 주변 온도에 노출된다.
기판(12)은 균일한 두께와 직사각형 형상을 갖고, 하나 이상의 냉각용 물 덕트(24)를 포함하는 열 싱크(26)에 하부 평면(22)에 의해 열적으로 커플링되며, 상기 평면(22)은 상기 냉각용 물 덕트(24)에 바로 인접한다. 즉, 도 1에 도시된 중앙의 하부 평면(22)의 부분은 냉각용 물 덕트(24)의 하부 경계를 형성하고, 상기 냉각용 물 덕트(24)는 열 싱크의 재료(여기서는, 구리)에 의해 측면에서 그리고 아래 방향에서 경계가 정해진다.
기판(12)의 상기 직접적인 열적 연결(thermal connection) 때문에, 구성요소들로부터 냉각용 물로의 매우 신속하고 효율적인 발산이 회로 장치(10)의 작동 동안에 수행될 수 있다.
기판(12)과 열 싱크(26) 사이의 전이 영역에서 냉각용 물 덕트(24)의 봉인은 도시된 예시적 실시예에서 하부 평면(22)의 경계 영역 주위에서 모두 연장되는 납땜 연결(납땜 층(28))에 의해 이루어진다.
특히 단순한 미-도시된 실시예에서, 냉각용 물 덕트(24)의 하부 경계는 기판(12)의 하부면 상의 전면적인 구리층의 중앙 부분에 의해 형성된다. 그러나, 도시된 예시적 실시예에서, DCB 기판(12)이 제조되는 동안에 하부 평면(22)을 형성하기 위해 사용된 구리층(18)이 먼저 펀칭(punching)되고 완성된 기판(12) 상에서 평면(22)으로부터 아래로 돌출되는 다수의 구리 시트 베인들(copper sheet vanes)(30)을 생성하도록 구성된(휘어진) 수정이 수행되었다.
완성된 회로 장치상에서 상기 수정의 효과는 냉각 효과에 중대한 표면의 확장인데, 그 이유는 구리 시트 재료(30)가 양쪽 측면들 모두에서 냉각용 물과 접촉 하기 때문이다. 더욱이, 각각의 리세스된 영역(each recessed region)(32)의 냉각용 물은 유용하게도 DCB 기판(12)의 세라믹 재료(16)와 직접 접촉한다.
도시된 예시적 실시예에서, 구리 시트 베인들(30)은 "이중 우측 각도(double right angle"에서 아래 방향으로 접히거나 및/또는 휘어지고, 각각은 평행하게 연장되며 아래 방향으로 냉각재 덕트(24)의 경계를 정하는 열 싱크(26)의 내벽(36)에 고정되는 평평한 베인 부분(a flat vane portion)(34)을 갖는다. 도시된 예시적 실시예에서, 평면(22)으로부터 이격된 베인 부분들(34)의 상기 고정은 각 경우에 납땜 접속(납땜 층(38))에 의해 이루어진다. 상기 고정에 의해 달성되는 효과는 구리 시트 베인들(30)이 또한 냉각용 물 덕트(24)에서의 흐름-변동들 및/또는 압력 변동들에 대하여 기판(12) 상에서 기계적인 안정화 효과를 갖는다는 것이며, 따라서 (압력 펄스들을 갖는 단계에서 기판(12)의 새깅(sagging) 위험 없이 및/또는 봉인용 납땜 연결(28)의 과도한 부하 위험 없이) 다소 맥동하는 냉각용 물 공급에 적합한 전체 장치를 생성할 수 있다.
다른 예시적 실시예들에 대한 하기의 설명에서, 동일한 효과의 구성요소들은 동일한 참조번호들이 사용되고, 각 경우에 실시예를 구별하기 위해 소문자만이 부가된다. 설명은 실질적으로 앞서 기술된 예시적 실시예(들)와의 차이점으로 한정되고, 그렇지 않으면 앞선 예시적 실시예들의 설명에 대한 신속한 참조가 이루어진다.
도 2는 도 1을 참조하여 기술된 실시예의 수정예를 나타낸다. 도 2에 도시된 실시예에서, 구리 시트 베인들(30a)은 바로 기판(유전체)(12a)의 하부면 금속층 의 휘어진 금속 부분으로서가 아니라, DCB 기판(12a)의 제조 이후에 차후에 그 하부면에 고정된 개별적인 추가 구리 시트 베인들로서 형성된다.
도시된 예시적 실시예에서, 상기 고정은 납땜 연결(납땜 층(40a))에 의해 이루어진다. 도 2에 도시된 실시예에서도, 구리 시트 베인들(30a)은 마찬가지로 부분(34a)에 의해 열 싱크(26a)의 내벽(36a)에 연결되고, 그 결과로 향상된 냉각 효과 이외에 기판(12a)의 유용한 기계적 안정화도 달성된다.
도 3은 도 2를 참조하여 기술된 실시예의 수정예를 나타낸다. 도 3에 도시된 실시예에서, 열 싱크(26b)의 냉각용 물 덕트(24b)는 구리 시트(30b)를 포함하고, 상기 구리 시트(30b)는 단면도에서 지그재그 형상으로 휘어지고, 그 스트립-형상화된 부분들이 도시된 방식으로 열적 및 기계적으로 납땜 층들(40b)에 의해 기판(12b)의 하부 평면(22b)에 대안적으로 연결되고 납땜 층들(38b)에 의해 기판(12b)으로부터 이격된 열 싱크(26b)의 내벽(36b)에 연결된다. 이러한 구조적 몸체(30b)에 의해, 두 개의 화살표 부호들에 의해 도 3에서 지시된 바와 같이, 기판(12b)의 하부면에서 예를 들면 구불구불한 냉각재 흐름(a meandering coolant flow)이 용이하게 이루어질 수 있다.
위에서 이미 기술된 실시예들과 다른 차이점은, 기판(12b)이 측면으로 오버랩되지 않고, 봉인 방식으로 열 싱크(26b)의 측면 경계 부분들에 연결되기보다는 한편으론 열 싱크(26b)의 재료에 의해 그리고 다른 한편으론 커버(42b)의 재료(금속)에 의해 경계가 정해지는 공동(cavity) 내에서 전체적으로 배치되는 것이다. 상기 커버(42b)는 이 경우에 액체-방지 방식으로 열 싱크(26b)의 주변 모두에서 연 장되도록 미-도시된 방식으로 상기 열 싱크(26b)에 연결된다.
기판(12b)과 커버(42b) 사이의 공동은 그 자체로 공지된 방식으로 구성요소들을 위한 보호를 제공할 수 있는 겔(gel)로 채워질 수 있다. 본 발명에서는, 겔의 사용이 냉각재 덕트(24b)에서의 흐름-변동들 및/또는 압력 변동들에 대하여 기판(12b)의 기계적 안정화라는 추가적 장점을 제공한다.
도 4는 회로 장치(10c)에 대한 평면도로서, 다수의 쌓여진(stacked) 회로 장치 모듈들을 포함하는 모듈 구조가 제공된다.
도 4는 모든 쌓여진 모듈들에 공통적인 냉각용-물 공급 채널(50c), 모든 모듈들에 공통적인 냉각용-물 방출 채널(52c)의 장치를 나타낸다. 모듈들의 쌓이는 방향(stacking direction)은 도 4의 도시된 평면에 직교한다. 상기 도면은 또한 중앙 냉각용 덕트 영역(54c), 웹(web) 영역(56c), 벽 영역(58c), 및 외부 봉인 영역(60c)(주변을 둘러싸는 봉인)을 나타낸다.
도 5 및 도 6은 도 4 및 도 5의 각각에서 라인들(Ⅴ-Ⅴ, Ⅵ-Ⅵ)에 따른 섹션도로서, 단순화를 위해 두 개의 회로 장치 모듈들 전체 중에서 한 개만을 나타낸다.
위에서 이미 기술된 실시예들에서와 같이, 도 5 및 도 6은 마찬가지로 각각의 경우에 냉각용 물 덕트(24c)에서 냉각용 물과 직접 접촉되는 하부 평면(22c), 기판들(12c)을 나타낸다.
모든 모듈들에 공통인 열 싱크(26c)는 이 경우에 다수의(여기서는, 2개) 냉각용 물 덕트들(24c)을 갖고, 도 6에 명백하게 나타난 바와 같이, 모듈 구조를 갖 는다. 열 싱크(26c)의 기초(base)는 제1 금속판(62c)으로 형성되고, 중앙 영역에서 두 개의 냉각재 덕트들(24c) 중의 제1 냉각재 덕트의 경계가 정해지도록 한다. 그에 측면으로 인접하여, 벽 영역(58c)(즉, 도 4)에서, 냉각용 물 덕트(24c)를 형성하기 위한 공동과 도 6에서 하부 기판(12c)을 형성하는 제1 경계부(64c)가 위 방향으로 연장되고 있다. 상기 공동은 도 6에서 상부 회로 장치 모듈을 위한 기초판을 동시에 형성하는 제2 금속판(66c)에 의해 위 방향으로 폐쇄된다. 상부 냉각용 물 덕트(24c)와 상부 기판(12c)을 포함하는 상부 회로 장치 모듈의 공동은, 하부 모듈과 실질적으로 동일한 설계를 갖고, 위 방향으로 공동을 폐쇄하고 최종적으로 추가로 그 위에 커버(72c)가 배치되는 제3 금속판(70c)과 제2 경계부(68c)를 더 포함한다.
기판들(12c) 각각의 하부 평면들(22c) 상으로 "터보레이터 시트(turbolator sheet)"가 납땜에 의해 부착된다.
도시된 예시에서, 마찬가지로 커버(72c)를 통해 냉각용 액체가 흐른다.
기판들(12c)의 장치의 특징적 특성은, 그들이 각 경계부(64c 및/또는 68c)로부터 돌출되는 웹(74c 및/또는 76c)의 상부면에 주변 경계 영역에서 납땜에 의해 부착된 그들의 상부면(22c)에 각각 있는 것이다.
경계부들(64c, 68c)은 예를 들면 플라스틱 재료로 형성될 수 있고, 웹들이 제조되는 동안에 웹(74c, 76c)이 (예를 들면, 주입 몰딩 과정에 의해 캡슐화되는 삽입물들로서) 통합되었다.
도 4에 따른 벽 영역(58c)의 측면 외부에서, 벗어나 웹 영역들을 통해 누출 되는 어떠한 냉각용 물도 방지하기 위하여 각 봉인 장치들(78c, 80c)이 외부 봉인 영역(60c)에 제공된다.
도 6은 또한 전기적 접촉 장치들(82c)을 나타내는데, 상기 전기적 접촉 장치들(82c)은 기판들(12c)의 추가 전기적 접속을 위해, 경계 영역들과 외부 봉인 영역들을 통해 진행된다.
최종적으로, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 냉각용-물 공급 채널 및 냉각용-물 방출 채널(50c, 52c)이 도 4에 따른 외부 봉인 영역의 측면 외부에 배치되고, 상기 냉각용-물 공급 채널 및 냉각용-물 방출 채널(50c, 52c)은 각 경우에 모듈로부터 모듈로 봉인된 방식으로 연장되고 금속판들(62c, 66c, 70c)에서 측면으로 연장된 적합한 물 채널들과 통신하여 냉각용 물이 냉각용 물 덕트들(24c)에 공급되고 상기 냉각용 물 덕트들(24c)로부터 방출될 수 있도록 한다(즉, 도 5 및 도 6의 화살표들).
앞서 기술된 실시예들에 의해, 액체-냉각된 열 싱크에 대하여 전력 일렉트로닉스에서 사용되는 기판, 즉 DCB 기판의 향상된 연결이 구현된다. 본 발명의 기본 아이디어는 냉각용 매체들에 대한 하나 이상의 보드-형상화된 기판들의 직접 연결에 있으며, 직접 통합되거나 또는 추가로 결합된 냉각용 구조적 몸체들이 바람직하게도 제공되는데, 상기 구조적 몸체들은 냉각용 표면을 확장시키기 위하여 그리고 냉각용 매체의 맥동시 가능한 변형을 방지하기 위해 기판을 기계적으로 안정화하기 위하여 모두에 활용될 수 있다. 이는 본 발명의 회로 장치들이 작동하는 동안에 더 높은 열 손실들을 용이하게 방출하는 것을 가능하게 하고 또한 설치 공간의 절 약을 달성할 수 있도록 한다. 예시적 실시예들에서 언급되고 기술된 구조적 몸체들은 바람직하게도 휘어진 형태 또는 각도를 이룬 금속 시트들의 형태로 제공되고, 바람직하게는 적어도 열 싱크에 대한 열적 연결이 가능한 한 짧게 되도록 하기 위하여 최고의 열 손실을 갖는 회로 장치의 구성요소 또는 구성요소들의 부근에 배치된다.
냉각용 금속 시트들 및/또는 "터보레이터들"의 배열 및/또는 상이한 결합에 의해, 냉각용 덕트(들)에서 향상된 냉각에 기여하는 의미 있는 격한 비-층류(turbulent and non-laminar flow)가 또한 구현되는 것이 가능하다.
기판을 수용하는(accommodating) 공동이 예를 들면 기술된 커버들에 의해 폐쇄되는 실시예들에서 특히, 상기 공동이 겔로 채워지는 것은 특히 유용한데, 왜냐하면 상기 겔이 기술된 구조적 몸체들에 대안적으로 또는 부가적으로 기판의 기계적 안정화에 또한 기여할 수 있기 때문이다.
본 발명은 도입부에 언급된 타입의 회로 장치의 열 발산 커패시터를 추가로 향상시키는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 한 평면(22)에 의해 하나 이상의 냉각재 덕트(24)를 갖는 열 싱크(26)에 열적으로 커플링되는 회로 장치의 구성요소들(20)의 배선을 위한 하나 이상의 인쇄회로기판(12)을 포함하는 전자식 회로 장치로서,
    상기 평면(22)은 상기 냉각재 덕트(24)에 바로 인접하는,
    전자식 회로 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각재 덕트(24)에 인접한 상기 평면(22)은 금속 층(18), 특히 구리층에 의해 형성되는,
    전자식 회로 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판(12)은 DCB 기판인,
    전자식 회로 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각재 덕트(24)에 인접한 상기 평면(22)은 냉각용 표면을 확장시키는 구조로 설계되는,
    전자식 회로 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 구조는 이차원적으로 연장되는 방식으로 상기 평면(22)으로부터 멀어져 상기 냉각재 덕트(24)로 돌출하는 하나 이상의 구조적 몸체(30)를 포함하는,
    전자식 회로 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 구조적 몸체(30)는 열-전도성 금속 시트에 의해 형성되는,
    전자식 회로 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 구조적 몸체(30)는 상기 냉각재 덕트(24)에서 흐름-변동들 및/또는 압력 변동들에 대하여 인쇄회로기판(12) 상에서 기계적으로 안정화시키는 효과를 갖는,
    전자식 회로 장치.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조적 몸체(30)는 인쇄회로기판(12)의 평면(22)을 형성하는 금속 층(18)의 휘어진 금속 부분으로서 직접 형성되는,
    전자식 회로 장치.
  9. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조적 몸체(30)는 인쇄회로기판(12)의 평면(22)을 형성하는 금속 층(18)에 고정되는,
    전자식 회로 장치.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 평면(22)으로부터 이격된 상기 구조적 몸체(30)의 부분(34)이 상기 냉각재 덕트(24)의 경계를 정하는 상기 열 싱크(26)의 내벽(36)에 고정되는,
    전자식 회로 장치.
KR1020070061150A 2006-06-22 2007-06-21 열 싱크에 열적으로 커플링된 인쇄회로기판을 구비한전자식 회로 장치 KR101477578B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006028675.8 2006-06-22
DE102006028675A DE102006028675B4 (de) 2006-06-22 2006-06-22 Kühlanordnung für auf einer Trägerplatte angeordnete elektrische Bauelemente

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070121579A true KR20070121579A (ko) 2007-12-27
KR101477578B1 KR101477578B1 (ko) 2014-12-30

Family

ID=38721095

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070061150A KR101477578B1 (ko) 2006-06-22 2007-06-21 열 싱크에 열적으로 커플링된 인쇄회로기판을 구비한전자식 회로 장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7542291B2 (ko)
KR (1) KR101477578B1 (ko)
DE (1) DE102006028675B4 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110733361A (zh) * 2018-07-20 2020-01-31 美达***有限公司 用于车辆的电池充电器

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009130060A (ja) * 2007-11-21 2009-06-11 Toyota Industries Corp 放熱装置
JP5070014B2 (ja) * 2007-11-21 2012-11-07 株式会社豊田自動織機 放熱装置
JP5065202B2 (ja) * 2008-08-28 2012-10-31 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
DE102009010256A1 (de) * 2009-02-24 2010-08-26 Jungheinrich Aktiengesellschaft Leiterplatte mit Kühlkörper
DE102009010257A1 (de) * 2009-02-24 2010-08-26 Jungheinrich Aktiengesellschaft Leistungsteil für eine Motorsteuerung in einem Flurförderzeug
JP2012528471A (ja) * 2009-05-27 2012-11-12 キュラミーク エレクトロニクス ゲーエムベーハー 冷却される電気構成ユニット
DE102010001565A1 (de) 2010-02-04 2011-08-04 Robert Bosch GmbH, 70469 Leistungsmodul mit einer Schaltungsanordnung, elektrische/elektronische Schaltungsanordnung, Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls
DE102010010097A1 (de) * 2010-03-01 2011-09-01 Esw Gmbh Kompakter Laser-Entfernungsmesser
WO2011113867A1 (de) 2010-03-18 2011-09-22 Continental Automotive Gmbh Schaltungseinheit mit stromschiene zur strom- und wärmeübertragung sowie ein verfahren zur herstellung dieser schaltungseinheit
DE102010040582A1 (de) 2010-09-10 2012-03-15 Continental Automotive Gmbh Gehäuse für eine elektronische Schaltung mit integrierter Kühlmittelpassage und Verfahren zu dessen Herstellung
TW201228583A (en) * 2010-12-30 2012-07-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Electronic device
US8804340B2 (en) * 2011-06-08 2014-08-12 International Rectifier Corporation Power semiconductor package with double-sided cooling
DE102011089891B4 (de) * 2011-12-23 2022-08-11 Vitesco Technologies GmbH Schaltungsträger und Verfahren zur Herstellung von einem Schaltungsträger, Schaltungsanordnung mit einem Schaltungsträger
US8992324B2 (en) * 2012-07-16 2015-03-31 Wms Gaming Inc. Position sensing gesture hand attachment
JP2014060211A (ja) * 2012-09-14 2014-04-03 Omron Corp 基板構造、半導体チップの実装方法及びソリッドステートリレー
DE102014214209B4 (de) * 2014-07-22 2016-05-04 Siemens Aktiengesellschaft Kühlvorrichtung zur zielgerichteten Kühlung von elektronischen und/oder elektrischen Bauelementen, Umrichter mit einer derartigen Kühlvorrichtung sowie Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einem derartigen Umrichter
DE102014111786A1 (de) * 2014-08-19 2016-02-25 Infineon Technologies Ag Kühlplatte, Bauelement, das eine Kühlplatte umfasst, und Verfahren zum Herstellen einer Kühlplatte
EP3081683A1 (en) * 2015-04-16 2016-10-19 NV Michel van de Wiele Tufting machine
DE102016211967B3 (de) * 2016-06-30 2017-09-07 Schweizer Electronic Ag Elektronisches Bauteil und Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauteils
DE102016112427B4 (de) * 2016-07-06 2019-11-28 4Activesystems Gmbh Leistungsstarke und witterungsbeständige Plattform für ein Testsystem zum Testen von Kollisionen oder kollisionsnahen Situationen
JP6649854B2 (ja) * 2016-07-21 2020-02-19 レノボ・シンガポール・プライベート・リミテッド 電子機器
DE102016226262A1 (de) * 2016-12-28 2018-06-28 Robert Bosch Gmbh Elektronikmodul, Verfahren
JP6939596B2 (ja) * 2018-01-24 2021-09-22 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール用基板の製造方法及びセラミックス‐銅接合体
EP3843512A1 (en) * 2019-12-23 2021-06-30 Aptiv Technologies Limited Cooling system for cooling an electronic component, method for assembling a cooling system, electronic control unit and vehicle

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3913161A1 (de) 1989-04-21 1990-10-31 Schulz Harder Juergen Aus kupfer- und keramikschichten bestehendes mehrschichtiges substrat fuer leiterplatten elektrischer schaltungen
DE4010193C3 (de) * 1990-03-30 1998-03-26 Rheinmetall Ind Ag Leiterkarte für eine Leistungs-Elektronikschaltung
DE4012100A1 (de) * 1990-04-14 1991-10-17 Standard Elektrik Lorenz Ag Leiterplatte mit einer kuehlvorrichtung und verfahren zur herstellung derselben
US5455458A (en) * 1993-08-09 1995-10-03 Hughes Aircraft Company Phase change cooling of semiconductor power modules
DE19514548C1 (de) 1995-04-20 1996-10-02 Daimler Benz Ag Verfahren zur Herstellung einer Mikrokühleinrichtung
JPH09121557A (ja) * 1995-10-23 1997-05-06 Hitachi Ltd 回転機器の電子部品冷却構造及びその製作方法
US5763951A (en) * 1996-07-22 1998-06-09 Northrop Grumman Corporation Non-mechanical magnetic pump for liquid cooling
WO1998008256A1 (en) * 1996-08-20 1998-02-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Silicon nitride circuit board and semiconductor module
US5870823A (en) * 1996-11-27 1999-02-16 International Business Machines Corporation Method of forming a multilayer electronic packaging substrate with integral cooling channels
US5901037A (en) * 1997-06-18 1999-05-04 Northrop Grumman Corporation Closed loop liquid cooling for semiconductor RF amplifier modules
US6400012B1 (en) 1997-09-17 2002-06-04 Advanced Energy Voorhees, Inc. Heat sink for use in cooling an integrated circuit
JP3877098B2 (ja) * 1997-11-25 2007-02-07 株式会社デンソー 液冷回路装置
US6055154A (en) * 1998-07-17 2000-04-25 Lucent Technologies Inc. In-board chip cooling system
US6016007A (en) * 1998-10-16 2000-01-18 Northrop Grumman Corp. Power electronics cooling apparatus
DE10006215A1 (de) * 2000-02-11 2001-08-16 Abb Semiconductors Ag Baden Kühlvorrichtung für ein Hochleistungs-Halbleitermodul
US6799628B1 (en) * 2000-07-20 2004-10-05 Honeywell International Inc. Heat exchanger having silicon nitride substrate for mounting high power electronic components
DE10102621B4 (de) * 2001-01-20 2006-05-24 Conti Temic Microelectronic Gmbh Leistungsmodul
JP3946018B2 (ja) * 2001-09-18 2007-07-18 株式会社日立製作所 液冷却式回路装置
US6987670B2 (en) * 2003-05-16 2006-01-17 Ballard Power Systems Corporation Dual power module power system architecture
US6992887B2 (en) * 2003-10-15 2006-01-31 Visteon Global Technologies, Inc. Liquid cooled semiconductor device
JP4466256B2 (ja) 2004-07-29 2010-05-26 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 自動変速機用電子制御装置
US7215547B2 (en) * 2004-08-16 2007-05-08 Delphi Technologies, Inc. Integrated cooling system for electronic devices
DE102005040453A1 (de) * 2004-09-30 2006-04-06 Heidelberger Druckmaschinen Ag Kühlanordnung für Strahlungsquellen bei der Herstellung einer Druckform
JP2006108672A (ja) 2004-09-30 2006-04-20 Heidelberger Druckmas Ag 刷版の製造時の放射線源のための冷却装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110733361A (zh) * 2018-07-20 2020-01-31 美达***有限公司 用于车辆的电池充电器

Also Published As

Publication number Publication date
US20070297145A1 (en) 2007-12-27
KR101477578B1 (ko) 2014-12-30
DE102006028675A1 (de) 2007-12-27
DE102006028675B4 (de) 2008-08-21
US7542291B2 (en) 2009-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101477578B1 (ko) 열 싱크에 열적으로 커플링된 인쇄회로기판을 구비한전자식 회로 장치
EP2645839B1 (en) Liquid cooled electronics assembly suitable to use electrically conductive coolant
KR101488591B1 (ko) 반도체 유닛
EP3257076B1 (en) Electronic assembly with one or more heat sinks
US9693488B2 (en) Electronic assembly with one or more heat sinks
US10665525B2 (en) Heat transfer for power modules
US6154369A (en) Electronic assembly for removing heat from a semiconductor device
EP1843392A1 (en) Electronics assembly having heat sink substrate disposed in cooling vessel
US7834448B2 (en) Fluid cooled semiconductor power module having double-sided cooling
JP7284566B2 (ja) 半導体装置
US20070230127A1 (en) Fluid cooled electronic assembly
JP2004119667A (ja) 電力用半導体装置
JP2003116282A (ja) 水冷インバータ
CN101840914A (zh) 具有功率覆盖层的双侧冷却的功率模块
JP2002315357A (ja) インバータ装置
US20020163781A1 (en) Integrated cooling of a printed circuit board structure
JP2022000871A (ja) 電気回路基板及びパワーモジュール
JP2004128099A (ja) 水冷インバータ
US20220022328A1 (en) Electronic Component with Cooling Clearance, and Assembly Method
US20050225938A1 (en) Cold plate
TWM592106U (zh) 功率模組
JP4935783B2 (ja) 半導体装置および複合半導体装置
JP3244461U (ja) パワー半導体モジュールおよび冷却器からなる構成
US11961782B2 (en) Integration of semiconductor device assemblies with thermal dissipation mechanisms
JP2015065310A (ja) シール部材、冷却装置及び半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181213

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191212

Year of fee payment: 6