Leiterplattenanordnung, Steuervorrichtung für ein Kühlerlüftermodul und Verfahren
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplattenanord¬ nung. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Steuervorrichtung für ein Kühlerlüftermodul eines Kraftfahrzeuges und ein Verfahren zur Montage eines Leistungshalbleiterbau¬ elementes auf einer Leiterplatte.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Eine Leiterplatte, die häufig auch als Platine oder PCB
(Printed Circuit Board) bezeichnet wird, ist einen Träger für elektrische und elektronische Bauteile. Sie dient der mecha¬ nischen Befestigung und elektrischen Verbindung elektrischer und elektronischer Schaltungskomponenten. Auf Leiterplatten können neben mehr oder weniger komplexen analogen und digitalen integrierten Schaltungen auch diskrete Bauelemente angeordnet sein, wie z. B. Leistungs (halbleiter) bauelemente .
Leistungshalbleiterbauelemente sind in der Leistungselektro¬ nik für das Steuern und Schalten hoher elektrischer Ströme und/oder Spannungen ausgelegt.
Eine Voraussetzung für einen zuverlässigen Betrieb dieser Leistungshalbleiterbauelemente ist die Abführung der im Be¬ trieb entstehenden Wärme. Die erzeugte thermische Energie wird meist an einen im Gehäuse des Leistungshalbleiterbauele¬ mentes vorgesehenen Kühlkörper geführt, der die Energie über die Außenseite des Gehäuses an die Umgebung abgibt. Wesent¬ lich für die Kühlung ist, dass eine thermische Kopplung die¬ ses Kühlkörpers mit der Leiterplatte oder einen auf der Lei¬ terplatte vorgesehenen Kühlkörper vorhanden ist. Wird erzeugte thermische Energie nicht effektiv abgeführt, so kann dies
auf der Leiterplatte und im Bauteil zu einem Wärmestau füh¬ ren. Als Folge können die verwendeten Leistungshalbleiterbau¬ elemente unerwünscht schnell degradieren, was zur Funktions¬ beeinträchtigung oder zum Ausfall des Leistungshalbleiterbau¬ elements führen kann.
Bei Verwendung solcher Stanzgitter als Kühlkörper zur Abführung der erzeugten thermischen Energie können Leistungshalbleiterbauelemente mit ihren Außenanschlüssen direkt auf dem Stanzgitter aufgelötet werden. Dabei übernimmt das Stanzgit¬ ter einerseits die Funktion der niederohmigen Stromleitung und andererseits die Wärmespreizung und Wärmeabfuhr zur effektiven Kühlung des Leistungshalbleiterbauelementes.
Derartige Leistungshalbleiterbauelemente verfügen häufig nur über einen einzigen Leistungs-Ausgangsanschluss, über den der Leistungsstrom zum Betreiben der Last nach außen geführt wird. Dieser Ausgangsanschluss ist elektrisch und mechanisch über eine einzige Lötverbindung mit der auf der Leiterplatte angeordneten Kontaktfläche verbunden. Nachdem diese Lötverbindung einen relativ geringen Querschnitt aufweist, wird an dieser Engstelle, bedingt durch den sich dort ergebenden Widerstand, eine relativ hohe Verlustleistung erzeugt, welche letztlich sowohl den Ausgangsanschluss als auch die Lötverbindung mehr oder weniger stark erwärmt. Je höher der von dem Leistungshalbleiterbauelement zum Schalten bzw. Betreiben der Last erzeugte Ausgangsstrom ist und/oder je geringer dieser effektive Querschnitt der Ausgangsanschlüsse ist, umso höher ist der Widerstand und die damit einhergehende verlustleis¬ tungsbedingte Erwärmung.
Aus diesem Grunde werden vor allem bei für hohe Ausgangsströ¬ me ausgelegte Leistungshalbleiterbauelementen mehrere Ausgangsanschlüsse verwendet, um damit den effektiven Quer¬ schnitt für den Ausgangsstrom zu erhöhen und damit den Aus-
gangsanschluss - bedingten Widerstand zu reduzieren. Dadurch ist die Montage auf einem Stanzgitter aber schwieriger:
Ein Aspekt bei der Montage besteht darin, die mit mehreren Ausgangsanschlüssen versehenen Leistungshalbleiterbauelemente gezielt auf den dafür zur Verfügung stehenden Kontaktanschlüssen zu platzieren. Während dies bei lediglich einem Ausgangsanschluss und einem Steueranschluss noch relativ ein¬ fach ist, gestaltet sich dies bei einer Vielzahl von Aus¬ gangs- und Steueranschlüssen zunehmend schwieriger, insbesondere, wenn die Ausgangsanschlüsse und der Steueranschluss un¬ mittelbar nebeneinander angeordnet sind und die jeweilige Kontaktfläche und der Abstand zwischen Ausgangs- und Steuer¬ anschluss relativ klein ist.
Ein weiterer Aspekt besteht darin, dass zum Kontaktieren der Mehrzahl an Ausgangsanschlüssen auch eine größere Menge an Lötmaterial auf der Kontaktfläche erforderlich ist. Dadurch besteht die zusätzliche Gefahr, dass Lötmaterial von der Kon¬ taktfläche für die Ausgangsanschlüsse auf die Kontaktfläche für den Steueranschluss übertritt, insbesondere wenn die bei¬ den Kontaktflächen sehr eng beieinander angeordnet sind.
Durch das Zusammenfließen wird ein unerwünschter Kurzschluss zwischen den Kontaktanschlüssen erzeugt, wodurch das Leistungshalbleiterbauelement funktionsunfähig werden wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfacher auf einer Leiterplatte mon¬ tierbares Leistungshalbleiterbaulement anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Leiterplattena¬ nordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch eine Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Patentan-
Spruches 14 gelöst und/oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 15 gelöst.
Demgemäß ist eine Leiterplattenanordnung vorgesehen, mit einer Leiterplatte, welche einen ersten und einen davon galva¬ nisch getrennten zweiten Lötbereich aufweist und welche ferner einen zwischen den Lötbereichen angeordneten und sich von den Lötbereichen abhebenden Trennsteg aufweist, mit einem Leistungshalbleiterbauelement, welches ein Gehäuse mit einer Ausgangsanschlussseite aufweist, aus der zumindest ein Steu- eranschluss und eine Vielzahl von Ausgangsanschlüssen herausragen, welche im Wesentlichen nebeneinander an der Ausgangsanschlussseite angeordnet sind, wobei der Steueranschluss elektrisch und mechanisch mit dem ersten Lötbereich und die Ausgangsanschlüsse elektrisch und mechanisch mit dem zweiten Lötbereich verbunden sind und der Steueranschluss von den Ausgangsanschlüssen über den abgehobenen Trennsteg getrennt ist .
Elektrisch bedeutet in diesem Zusammenhang, dass zwischen dem jeweiligen Anschluss und Lötbereich ein elektrischer Kontakt vorhanden ist. Mechanisch bedeutet in diesem Zusammenhang, dass zwischen dem jeweiligen Anschluss und Lötbereich ein Lötkontakt vorhanden ist.
Der erste Lötbereich bildet dabei einen Steueranschluss, über den Steuersignale in das Leistungshalbleiterbauelement einge¬ koppelt werden können. Der zweite Lötbereich bildet einen Ausgangsanschluss , über welchen eine mit dem Leistungshalb¬ leiterbauelement verbundene und von diesem betriebene Last, beispielsweise ein Elektromotor, ein Kühlerlüftermotor, eine Gleichrichterschaltung, Wechselrichterschaltung und dergleichen, betrieben werden.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, zwischen den für die Steueranschlüsse und Ausgangsanschlüsse der Leistungshalbleiterbauelemente vorgesehenen Löt¬ bereichen einen eigens dafür vorgesehenen Trennsteg vorzusehen. Dieser Trennsteg hebt sich von den jeweiligen Oberflächen der Lötbereiche derart ab, dass er als Fließbarriere fungiert und damit verhindert, dass das auf dem ersten bzw. zweiten Lötbereich aufgebrachte Lötmaterial in Kontakt mit dem jeweils anderen Lötbereich kommen kann. Auf diese Weise wird mittels der Trennstege ein Zusammenfließen der über die Trennstege voneinander benachbarten Lötbereiche effektiv verhindert .
Im Allgemeinen gestaltet sich das Auflöten einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Ausgangsanschlüssen auf ein und derselben Lötfläche dann besonders aufwendig, wenn diese Aus¬ gangsanschlüsse sehr eng beieinander angeordnet sind, die Lötflächen entsprechend klein ausgebildet sind und/oder der Abstand von Lötflächen sehr gering ist. Durch das Bereitstellen der Trennstege ist hier eine effektive Barriere gegeben, was insbesondere das Positionieren und Auflöten signifikant vereinfacht .
Dadurch, dass auf diese sehr einfache, jedoch nichtsdestot- rotz sehr effektive Weise ein Zusammenfließen der Lötmasse zwischen erstem und zweitem Lötbereich verhindert wird, ergibt sich auch kein dadurch bedingter Kurzschluss zwischen dem Steueranschluss und den Ausgangsanschlüssen, was unmit¬ telbar zu einem Funktionsausfall der entsprechenden Leistungshalbleiterbauelemente führen würde. Die dadurch bedingte Ausschussrate wird reduziert, wodurch auf Leiterplatten ange¬ ordnete Leistungshalbleiterbauelemente kostengünstiger herge¬ stellt werden können.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist zumindest einer der Ausgangsschlüsse verkürzt ausgebildet. Dieser Aus- gangsanschluss wird auch als Dummy-Ausgangsanschluss bezeich¬ net und ist, anders als die übrigen Ausgangsanschlüsse, so¬ wohl elektrisch als auch mechanisch von dem zweiten Lötbereich entkoppelt. Die Verkürzung des Dummy-Ausgangsanschlus- ses kann auf verschiedene Art und Weise geschehen, beispiels¬ weise bereits in der Herstellung des Leistungshalbleiterbau¬ elementes. Besonders bevorzugt ist es aber, wenn der Dummy- Ausgangsanschluss abgebrochen, abgeschnitten, abgestanzt, ab¬ getrennt, weggebogen oder dergleichen ausgebildet ist. Der Vorteil liegt hier darin, dass der Dummy-Ausgangsanschluss auch im Nachhinein, d.h. nach der Fertigung der Leistungshalbleiterbauelemente, erzeugt werden kann, sodass herkömmli¬ che Leistungshalbleiterbauelemente mit nebeneinander angeord¬ neten Ausgangsanschlüssen und Steueranschlüssen verwendbar sind und der Dummy-Ausgangsanschluss erst nachträglich durch Verkürzung umfunktioniert wird.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind der oder die Dummy-Ausgangsanschlüsse benachbart zu den Steueran¬ schlüssen angeordnet. In montiertem Zustand befindet sich der Dummy-Ausgangsanschluss im Bereich des Trennsteges. Typi¬ scherweise ist lediglich ein einziger gemeinsam genutzter Steueranschluss vorgesehen, der zudem an einer äußeren Seite der Reihe an Ausgangsanschlüssen angeordnet ist. In diesem Falle bildet der oder die Dummy-Ausgangsanschlüsse gewisser¬ maßen die Trennung zwischen Steueranschlüssen und den übrigen Ausgangsanschlüssen .
In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen der sich von einer Oberfläche der Lötbereiche abhebende Trennsteg eine solche Breite auf, die zumindest der Breite des oder der verkürzt ausgebildeten Dummy-Ausgangsanschlüsse entspricht. Auf diese Weise ist es möglich, dass in montiertem Zustand, bei denen die Steueranschlüsse und die übrigen Ausgangsanschlüsse auf den entsprechenden Lötbereichen verlötet sind, in vertikaler Richtung von den Trennstegen beabstandet sind. Der Trennsteg definiert somit einen Raum zwischen diesen Steueranschlüssen und Ausgangsanschlüssen. Typischerweise weist der Trennsteg eine Breite im Bereich von 0,1 mm bis 2 mm, vorzugsweise eine Breite entsprechend der Stanzgitterstärke, also 0,5 mm bis 1 , 0 mm .
In einer zusätzlichen oder alternativen Ausgestaltung weist der Trennsteg eine Höhe auf, die zumindest derart hoch ge¬ wählt ist, dass eine auf zumindest einem der Lotbereiche auf¬ gebrachte Lötmasse im viskosen Zustand nicht auf den jeweils anderen Lötbereich fließen kann. Die gewählte Höhe des
Trennsteges hängt insbesondere von der auf den Lötbereichen aufgebrachten Lotmenge und/oder von der im erhitzten Zustand vorhandenen Viskosität der Lötmasse ab. Vorzugsweise weist der Trennsteg eine Höhe im Bereich von 0,1 mm bis 2 mm, ins¬ besondere eine Höhe im Bereich von 0,5 mm bis 0,8 mm auf.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Leiterplatte einen über einen weiteren Trennsteg von dem ersten und zweiten Lötbereich getrennten Auflagebereich auf. Dieser Auflagebe- reich dient der Auflage des Gehäuses oder des Kühlkörpers des Leistungshalbleiterbauelementes, welches dort typischerweise auch befestigt sind. Vorzugsweise dient dieser Auflagebereich auch als weiterer Kontaktanschluss , welcher beispielsweise als Anschluss für ein Bezugspotenzial des Leistungshalblei¬ terbauelementes dient.
In einer Weiterbildung ist an einer Unterseite des Gehäuses eine großflächige Kühlschicht angeordnet, die beispielsweise als flächige, über die gesamte Unterseite sich erstreckende Schicht oder Platte ausgebildet sein kann. Diese Kühlschicht ist thermisch mit dem oder den im Gehäuse vorhandenen Bauelementen gekoppelt. Diese Kühlschicht, welche elektrisch und/oder mechanisch auf dem Auflagebereich befestigt ist, hat die Aufgabe, von den innerhalb des Gehäuses vorhandenen Bau¬ elementen im Betrieb erzeugte Wärme nach außen abzugeben. Je nach Leistungsklasse der im Gehäuse angeordneten Bauelemente, d.h. je nachdem, welcher Strom von diesen Bauelementen geschaltet wird, wird eine entsprechend hohe Leistung geschal¬ tet, wodurch eine Verlustwärme erzeugt wird. Diese Verlust¬ wärme wird von den Bauelementen über die Kühlschicht nach au¬ ßen abgeleitet, um die Funktionsweise des Leistungshalblei¬ terbauelementes sicherzustellen. Vorzugsweise ist diese Kühl¬ schicht mit einem auf der Leiterplatte aufgebrachten oder in der Leiterplatte vorhandenen Wäremeleitmaterial gekoppelt, welches die effektive Weiterleitung der Wärme ermöglicht.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die Leiterplatte ein elektrisch leitfähiges Stanzgitter auf, welches die ersten und zweiten Lötbereiche umfasst. Bei Kon- taktierung der ersten und zweiten Lötbereiche des Stanzgit¬ ters durch die entsprechenden Steueranschlüsse bzw. Ausgangs¬ anschlüsse wird damit eine niederohmige Verbindung ermög¬ licht. Wesentlich ist, dass die ersten und zweiten Lötberei¬ che des Stanzgitters voneinander elektrisch getrennt sind. Besonders bevorzugt ist es, wenn auch der Auflagebereich Be¬ standteil des Stanzgitters ist. In diesem Falle bildet das Stanzgitter gewissermaßen selbst den Kühlkörper zur Kühlung des darauf befestigten Leistungshalbleiterbauelementes. Zudem kann vorgesehen sein, dass dieser Auflagebereich einen dritten Kontaktanschluss bildet, der beispielsweise mit einem Be¬ zugspotenzial, beispielsweise der Bezugsmasse, gekoppelt ist.
Das Stanzgitter ist vorzugsweise zumindest teilweise aus hochleitfähigem Metall, welches somit eine sehr hohe thermi¬ sche Leitfähigkeit sowie eine sehr hohe elektrische Leitfä¬ higkeit aufweist.
Vorzugsweise kann die Kühlschicht neben ihrer Funktion der thermischen Wärmeableitung auch die Funktion eines elektrischen Kontaktanschlusses haben, sofern sie elektrisch leitfä¬ hig ist. Besonders bevorzugt ist es, wenn die beispielsweise an einer Unterseite des Gehäuses vorgesehene Kühlschicht den dritten Kontaktanschluss (z.B. Drain) des Leistungshalblei¬ terbauelementes, der beispielsweise mit einem Bezugspotenzial beaufschlagt ist, bildet.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung werden die
Trennstege durch Umspritzen des Stanzgitters mit einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere Kunststoff, hergestellt. Das Umspritzen des Stanzgitters erfolgt unter Verwendung eines elektrisch isolierenden, temperaturfesten Thermoplast, insbesondere PPS ( Polyethylensulfid) . Besonders bevorzugt ist es, wenn das gesamte Stanzgitter, mit Ausnahme der Lötbereiche, Auflagebereiche , entsprechenden Verbindungs¬ leitungen und dergleichen, mit Kunststoff umspritzt werden, um auf diese Weise die Leiterplatte zu erzeugen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Lötbereiche bezüglich ihrer Länge und Breite, mithin also ihrer Lötfläche, derart dimensioniert, dass der Steueranschluss mit dessen Auflageflächen auf den ersten Lötbereich und die Ausgangsanschlüsse mit dessen Auflageflächen auf den zweiten Lötbereich auflegbar und dort befestigbar sind. Die Auflageflächen bezeichnen diejenigen Bereiche der Steueranschlüsse bzw. Aus¬ gangsanschlüsse, mit welchen diese in montiertem Zustand me¬ chanisch in Kontakt mit den jeweiligen Lötbereichen kommen. Die ersten und zweiten Lötbereiche sind also bezüglich deren
Auflageflächen derart dimensioniert, dass sie zumindest grö¬ ßer sind als eine Fläche, die sich durch Projektion der Auf¬ lageflächen der Steueranschlüsse bzw. Ausgangsanschlüsse ergibt. Damit ist stets gewährleistet, dass sämtliche Steuer¬ anschlüsse bzw. Ausgangsanschlüsse zum Zwecke der Herstellung einer Lötverbindung an die für sie vorgesehenen Lötbereiche positionierbar sind.
In einer typischen Ausgestaltung ist als Gehäusetyp ein SMD- Gehäuse zur Oberflächenmontage des Leistungshalbleiterbauele¬ mentes vorgesehen. Dieses flach ausgebildete SMD-Gehäuse weist vier Außenseiten auf, von denen lediglich eine die Ausgangsanschlussseite bildet. An dieser Ausgangsanschlussseite ragen die die Steueranschlüsse und Ausgangsanschlüsse bilden¬ den Anschlussbeine zur Auflage auf die Lötbereiche heraus. Das SMD-Gehäuse kann z.B. als T0262 -Gehäuse oder 7-Pin T0263- Gehäuse ausgebildet sein. Beispielsweise ragen bei einem als 7-Pin T0263-Gehäuse ausgebildeten Leistungshalbleiterbauele¬ ment insgesamt sechs oder sieben Anschlussbeine an der Aus¬ gangsanschlussseite heraus, von denen ein Anschlussbein den Steueranschluss bildet und die übrigen Anschlussbeine die Ausgangsanschlüsse bilden. Durch Ab-brechen oder Heraustrennen einer dieser Ausgangsanschlüsse kann auf sehr einfache Weise der Dummy-Ausgangsanschluss erzeugt werden.
Ein Leistungshalbleiterbauelement weist typischerweise ein oder mehrere im Gehäuse vorgesehene Bauelemente auf. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Leistungshalblei¬ terbauelement als Leistungsschalter ausgebildet, welcher ins¬ besondere als Leistungs-MOSFET, IGBT, Thyristor, TRIAC ausgebildete Bauelemente enthält. Derartige Leistungsschalter sind zum Schalten hoher Ströme und Spannungen, mithin also zum Schalten hoher Leistungen ausgebildet. Vor allem Leistungs- MOSFET- und IGBT-Bauelemente sind aufgrund ihrer Halb-
leiterstruktur geeignet, hohe Leistungen bei hohen Taktfrequenzen zu schalten.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind in dem Gehäuse mehrere Bauelemente vorgesehen, welche steuerseitig je¬ weils über den gemeinsamen Steueranschluss gleichzeitig an¬ steuerbar sind. Diese Bauelemente, welche beispielsweise als Leistungsschalter ausgebildet sein können, weisen jeweils einen Lastausgang auf, die zur Erzeugung eines hohen Ausgangsstromes parallel zueinander geschaltet sind. Der besondere Vorteil von derartigen, bezüglich deren Ausgänge parallel zueinander angeordneten Bauelementen besteht darin, dass für eine zu schaltende Leistung mehrere vergleichsweise leis¬ tungsschwächere Leistungsschalter vorgesehen sein können, die durch Parallelschalten eine höhere Leistung schalten können. Dies ist in thermischer Hinsicht vorteilhaft, da die einzel¬ nen Leistungsschalter auf diese Weise nicht zu stark erhit¬ zen. Zudem können auf diese Weise Leistungsschalter geringerer Leistungsklasse eingesetzt werden, die typischerweise kostengünstiger sind als ein einziger oder wenige leistungsstärkere Leistungsschalter. Besonders bevorzugt ist es, wenn eine der Anzahl der Ausgangsanschlüsse entsprechende Anzahl an Leistungsschalter bzw. Bauelemente verwendet wird. In die¬ sem Falle könnte jeder Leistungsschalter bzw. jedes Bauelement mit seinem Lastausgang mit einem eigenen Ausgangsan- schluss verbunden ist. Denkbar wäre allerdings auch, wenn die Lastausgänge der verschiedenen Bauelemente bzw. Leistungs¬ schalter noch innerhalb des Gehäuses zusammengeführt werden und anschließend mit den verschiedenen Ausgangsanschlüssen gekoppelt werden. Dies hätte den Vorteil, dass im Nachhinein auf einfache Weise ein beliebiger Ausgangsanschluss herausge¬ trennt werden kann, ohne dass dadurch die Funktionsfähigkeit der verschiedenen Leistungsschalter bzw. Bauelemente beeinträchtigt wäre.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung ist ein einziger Steueranschluss vorgesehen. Dieser einzige Steueranschluss ist vorzugsweise an einer Außenseite der nebeneinander ange¬ ordneten Anschlussbeine bestehend aus Steueranschlüssen und Ausgangsanschlüssen angeordnet. Somit muss auf diese Weise lediglich minimal ein Dummy-Ausgangsanschluss bereitgestellt werden, um den Steueranschluss von den übrigen Ausgangsanschlüssen zu trennen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Anlöten des Steueranschlusses bzw. der Ausgangsanschlüsse ein entsprechendes Lötmaterial auf den ersten und zweiten Lötbereich aufgebracht. Auf diese Weise ist ein Wiederaufschmelzlöten möglich. Der Begriff Wiederaufschmelzlöten, der häufig auch als Reflow-Löten bezeichnet wird, bezeichnet ein in der Elektrotechnik gängiges
Weichlötverfahren zum Löten von SMD-Bauteilen . Dabei wird in einem ersten Schritt ein Weichlot in Form einer Lotpaste vor der Bestückung auf die Leiterplatte aufgetragen, beispiels¬ weise mittels Schablonendruck, Dispenser, durch Lotformteile oder auch galvanisch. In einem nächsten Schritt werden dann die Leistungshalbleiterbauelemente auf die Leiterplatte posi¬ tioniert. Die Verwendung der Lotpaste hat den Vorteil, dass diese gewissermaßen klebrig ist und so die Bauteile bei der Bestückung direkt an der Paste hält. Sie müssen also nicht eigens fixiert oder aufgeklebt werden. In einem dritten
Schritt erfolgt das Aufschmelzen des verbleibenden Lotes, um eine feste, Stoffschlüssige Verbindung der Bauelemente mit der Leiterplatte zu erreichen. Bei diesem Aufschmelzen zentrieren sich die bestückten Bauteile durch die Oberflächenspannung auf den Lötbereichen selbst und setzen sich ab.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierun-
gen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbe¬ sondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Ver¬ besserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
INHALTSANGABE DER ZEICHNUNG
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Leistungshalb¬ leiterbauelementes;
Fig. 2 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Leiterplatte mit ersten und zweiten Lötbereichen;
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Leiterplattenanordnung, bei der das Halbleiterbauelement aus Fig. 1 auf der Leiterplatte aus Fig. 2 montiert ist;
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungs¬ gemäßen Leiterplattenanordnung in der perspektivischen Ansicht;
Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungs¬ gemäßen Leiterplattenanordnung in einer seitlichen Querschnittsansicht.
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten
der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise ma߬ stabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - so¬ fern nichts Anderes ausführt ist -jeweils mit denselben Be¬ zugszeichen versehen.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Leistungs¬ halbleiterbauelementes. Das Leistungshalbleiterbauelement ist hier mit Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Leistungshalblei¬ terbauelement 10 weist ein Gehäuse 11 auf, welches eine Ober¬ seite 12 und eine gegenüber davon angeordnete Unterseite 13 (in Fig. 1 nicht sichtbar) aufweist. Ferner weist das Leis¬ tungshalbleiterbauelement 1 vier Außenseiten auf, von denen eine die Ausgangsanschlussseite 5 bildet. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Leistungshalbleiterbauelement 1 handelt es sich um ein SMD-Bauelement , welches ein T0263-Gehäuse mit sechs Anschlussbeinchen 15, 16 an der Ausgangsanschlusseite 14 auf¬ weist und ein Anschluss als Kühlfläche 13 ausgeführt ist. Da¬ bei bildet eines dieser Anschlussbeinchen den Steueranschluss 15 und die übrigen Anschlussbeinchen bilden die Ausgangsanschlüsse 16.
Es sei angenommen, dass im Inneren des Leistungshalbleiterbauelementes 10 ein als MOSFET ausgebildeter Leistungsschal¬ ter vorgesehen ist, der somit einen Steueranschluss (Gate) sowie zwei Ausgänge (Drain, Source) aufweist. Es sei angenom¬ men, dass der Steueranschluss 15 mit dem Gate-Anschluss des Leistungs-MOSFET 10 verbunden ist. Die Ausgangsanschlüsse 16 sind mit dem als Lastausgang fungierenden Source- oder Drain-
Anschluss des Leistungs-MOSFET verbunden. Ferner sei angenommen, dass die Unterseite des Leistungs-MOSFET 10 eine gro߬ flächige, elektrisch leitfähige Kontaktfläche bildet, die im Inneren des Gehäuses 11 mit dem Source- oder Drain-Anschluss des Leistungs-MOSFET 10 verbunden ist.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt einer Leiterplatte, die hier mit Bezugszeichen 20 bezeichnet ist.
Die in Fig. 2 dargestellte Leiterplatte 20 umfasst ein Stanz¬ gitter 21, welches teilweise mit einem Kunststoffmaterial 22 derart umspritzt ist, dass Bereiche des Stanzgitters 21 frei¬ liegen. Das verwendete Kunststoffmaterial 22 ist vorzugsweise aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material und aus einem thermisch wenig bzw. ebenfalls nicht leitfähigen Material. Das Kunststoffmaterial 22 ist beispielsweise ein Thermoplast, wie etwa PPS. Das Stanzgitter 21 ist vorzugsweise aus Kupfer, Aluminium oder aus einem herkömmlichen Blech mit thermisch und elektrisch leitfähiger Oberflächenbeschichtung .
Ein erster freiliegender Bereich des Stanzgitters 21 bildet einen ersten Lötbereich 23 und ein zweiter freiliegender Bereich des Stanzgitters 21 bildet einen zweiten Lötbereich 24. Ferner ist ein dritter Lötbereich 25 vorgesehen, der ebenfalls durch das Stanzgitter 21 gebildet wird. Die beiden Löt¬ bereiche 23, 24 sind benachbart zueinander angeordnet und über einen Trennsteg 26 voneinander getrennt. Dieser
Trennsteg 26 ist aus auf das Stanzgitter 21 aufgespritzten Kunststoff gebildet. Der Trennsteg hebt sich somit von einer durch das Stanzgitter 21 gebildeten Oberfläche 27 ab. Die beiden Lötbereiche 23, 24 sind darüber hinaus über einen wei¬ teren Trennsteg 28 von dem Auflagebereich 25 beabstandet, wo¬ bei dieser Trennsteg 28 ebenfalls von der Oberfläche 27 ab¬ hebt. Mithin sind insbesondere sämtliche Lötbereiche 23, 24 sowie der Auflagebereich 25 vollständig von dem Kunststoffma-
terial 22 umgeben, sodass die Lötbereiche 23, 24 und der dritte Lötbereich 25 wannenförmige Mulden bilden.
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Leiterplattenanordnung, die hier mit Bezugszeichen 30 bezeichnet ist.
In dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 ist das Leistungshalb¬ leiterbauelement 10 aus Fig. 1 auf der Leiterplatte 20 aus Fig. 2 befestigt und entsprechend elektrisch kontaktiert. Zu diesem Zwecke sind die Ausgangsanschlüsse 16 auf den zweiten Lötbereichen 24 positioniert und dort zum Zwecke der elektrischen Kontaktierung verlötet. Der Steueranschluss 15 ist auf den ersten Lötbereich 23 positioniert und dort zum Zwecke der elektrischen Kontaktierung dort verlötet. Im Lötbereich 25 ist die Unterseite des Gehäuses 11 des Leistungshalbleiter¬ bauelementes 10 verlötet. Nachdem die Unterseite 13 den Kühl¬ körper 32 (siehe Fig. 4B) des Leistungshalbleiterbauelementes 10 bildet, über den das Leistungshalbleiterbauelement einer¬ seits elektrisch kontaktiert werden soll und über den die im Inneren des Leistungshalbleiterbauelementes 10 erzeugte Wärme abgeführt werden soll, ist hier typischerweise eine sowohl elektrisch als auch thermisch gut leitfähige Kontaktverbindung vorgesehen, beispielsweise eine flächige Lötverbindung.
Erfindungsgemäß ist einer der Ausgangsanschlüsse 16 aus Fig. 1 verkürzt ausgebildet. Es handelt sich hier um einen her¬ kömmlichen Ausgangsanschluss 16, der herausgeschnitten, abgestanzt, abgetrennt oder auf andere Weise verkürzt wurde. Die¬ ser verkürzt ausgebildete Ausgangsanschluss bildet einen so¬ genannten Dummy-Ausgangsanschluss 17, dessen Funktion nachfolgend mit Bezug auf Fig. 3 noch erläutert wird.
Das Leistungshalbleiterbauelement 10 ist derart auf der Lei¬ terplatte positioniert, dass dabei der Dummy-Ausgangsan¬ schluss 17 im Bereich des Trennsteges 26 angeordnet ist, d.h.
unmittelbar oberhalb des Trennsteges 26 positioniert ist. Dieser Dummy-Ausgangsanschluss 17 trägt somit nicht zur
Stromleitung des Leistungshalbleiterbauelementes 10 hin zu dem zweiten Lötbereich 24 bei.
Fig. 4 und 5 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer er¬ findungsgemäßen Leiterplattenanordnung in der perspektivischen Ansicht (Fig. 4) und in einer seitlichen Querschnittsansicht (Fig. 5). Im Unterschied zu dem vorigen, an¬ hand der Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen ist in der Mitte der Ausgangsbeinchen 16, 17 zusätzlich ein weiterer Ausgangsanschluss 31 verkürzt ausgebildet. Der verkürz¬ te Ausgangsanschluss 31 kann schon beim Standart-Bauelement vorgesehen sein, da zur Stromleitung auch der Lötbereich verwendet werden kann. Demzufolge kann der verkürzte Ausgangsanschluss standardmäßig abgetrennt ausgebildet sein, jedoch mit dem Lötbereich verbunden sein.
Die Trennstege 26, 28 dienen dem Zweck, dass beispielsweise die im ersten und zweiten Lötbereich 23, 24 aufgebrachte Lötmasse bei der Montage nicht in den jeweils anderen Lötbereich 23, 24 gelangen kann. Diese Gefahr könnte insbesondere bei einem Kontaktierprozess unter Verwendung des so genannten Re- flow-Lötverfahrens entstehen, bei dem die Ausgangsanschlüsse 16 und der Steueranschluss 15 auf den Lötbereichen 23, 24 po¬ sitioniert werden und durch Erhitzen die dort aufgebrachte Lötmasse viskos wird. Ohne die entsprechenden Trennstege 26, 28 könnte das viskos gewordene Lötmaterial in die entspre¬ chend anderen Lötbereiche 23, 24 bzw. auch in den Auflagebe¬ reich 25 gelangen, was es allerdings zu vermeiden gilt. Aus diesem Grunde erheben sich die Trennstege 28, 26 von der Oberfläche 27 des Stanzgitters zumindest in einer Höhe H. Diese Höhe H ist vorzugsweise derart bemessen, dass in den Lötbereichen 23, 24 vorhandenes, durch Erhitzen viskoses Löt-
material nicht in jeweils benachbarte Lötbereiche 23,24 bzw. Auflagenbereiche 25 gelangen kann.
Der Trennsteg 26 in Fig. 3 weist eine Breite Bl auf. Die Breite eines Anschlussbeinchens 15, 16 ist mit Bezugszeichen B2 bezeichnet. Ferner bezeichnet A den Abstand zwischen dem Steueranschluss 15 und dem diesen benachbarten Ausgangsan- schluss 16. Die Breite Bl des Trennsteges 26 ist so bemessen, dass sie zumindest der Breite B2 des Dummy-Ausgangsanschlus- ses 17 und maximal dem Abstand A zwischen dem Steueranschluss 15 und dem diesem benachbarten Ausgangsanschluss 16 ent¬ spricht .
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind ledig¬ lich illustrativ zu verstehen sind, insbesondere im Hinblick auf die dort verwendeten Leiterplattentypen, Gehäusetypen, Leistungshalbleiterbauelemente, etc. Die Gehäusetypen und Leistungshalbleiterbauelemente können auch entsprechend an¬ ders ausgebildet sein, insbesondere was die Anzahl und Anord¬ nung der Ausgangsanschlüsse und Steueranschlüsse angeht. Auch die angegebenen Dimensionierungen und Zahlenangaben sind lediglich des Verständnisses halber angegeben, sollen die Erfindung allerdings nicht dahingehend einschränken. Auch die angegebenen Materialien, insbesondere was das Lötmaterial, Kunststoffmaterial und Stanzgittermaterial angeht, sind als vorteilhafte Beispiele zu verstehen. Wenngleich in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel das Leistungshalbleiterbauele¬ ment in einer bevorzugten Ausgestaltung als Leistungs-MOSFET ausgebildet ist, sei die Erfindung nicht dahingehend be-
schränkt, sondern lässt sich auch auf Leistungshalbleiterbau¬ elemente mit anderen Bauelementen erweitern.
Bezugs zeichenliste
10 Leistungshalbleiterbauelement, Leistungs-MOSFET
11 Gehäuse
12 Oberseite des Gehäuses
13 Unterseite des Gehäuses
14 Ausgangsanschlussseite
15 Steueranschluss
16 Ausgangsanschlüsse
17 Dummy-Ausgangsanschluss
20 Leiterplatte
21 Stanzgitter
22 Kunststoffmaterial
23 erster Lötbereich
24 zweiter Lötbereich
25 Auflagebereich
26 Trennsteg
27 Oberfläche des Stanzgitters bzw. der Lötbereiche
28 Trennsteg
30 Leiterplattenanordnung
31 verkürzte Ausgangsanschluss
32 Kühlschicht
A Abstand
Bl Breite des Trennsteges
B2 Breite eines Ausgangsanschlusses
H Höhe des Trennsteges