專利名稱：包括有功率元件的基板和冷卻體的裝置及其制造方法
技術水平本發(fā)明涉及到具有權利要求1前序部分特征的、帶有功率元件基板和冷卻體的裝置以及其制造方法。
從DE 19528632A1已公知這種裝置。在這個文件中示出了一個印刷電路板作為基板，印刷電路板在其上面裝有電子電路，至少包括了產生損耗熱的功率元件。在功率元件的下面，印刷電路板配有貫通接觸件，這些接觸件可以把由功率元件產生的熱量排導到印刷電路板下表面。在印刷電路板下表面和用做冷卻體的控制器殼體之間配置有導熱的填充劑。在工作中，由功率元件產生的熱量通過貫通接觸件排導到印刷電路板的下表面，從那里通過導熱填充劑排到用做冷卻體的殼體上。對此的缺點是，位于印刷電路板下表面上的導電條形導體在控制器里安裝印刷電路板時會同冷卻體接觸。通過此引起的短路可以損傷或者損壞印刷電路板上的敏感電子元件。
此外，在德國權利申請DE 19723409中示出了一種具有基板和冷卻體的裝置。在印刷電路板的上表面，一個功率元件裝到大面積條形導體上，該條形導體通過貫通接觸件與印刷電路板背面的大面積條形導體相連接。在印刷電路板的下表面上，在那里配置的大面積條形導體下面，在絕緣層上涂覆了一層金屬層，它又通過一個阻焊帽安放到預定作為冷卻體的控制器殼體部分上。在這種裝置中，雖然通過絕緣層防止了在條形導體和冷卻體之間電接觸，但不得不看到的缺點是，絕緣層和另外的金屬層使向冷卻體的直接導熱變得困難，增加了裝置的占用面積，另外提高了制造成本。
本發(fā)明的優(yōu)點按照本發(fā)明的、具有權利要求1特征的裝置避免了在技術水平中出現的缺點。通過在基板的與功率元件相反一面上涂置的間隔元件和位于基板和冷卻體之間的導熱填充劑，一方面有利地達到了基板與冷卻體的良好熱耦合，另一方面可靠地避免了在位于基板這一側上的導電條形導體和冷卻體之間所不希望的電接觸。此外，采用所建議的解決方案可以獲得特別節(jié)省占地的裝置。另外不需要使制造費用增加的層，例如象附加的絕緣層或者涂在絕緣層上面的金屬層，這樣就能夠節(jié)省用于此的費用。
另外，如果間隔元件由涂有一定量焊劑的基板下表面上的導體面塊組成，是特別有利的，因為對于兩面裝件的基板不需要額外的制造步驟。導體面塊可以同預定裝在下表面上的電子元件的連接面一起制作并且涂上焊劑。
涂在基板的與功率元件相反的一面上的阻焊漆防止了在涂置焊劑時使焊劑無意地到達不應涂焊劑的部位。
如果功率元件和冷卻體處于相同的電位，有利的是導體面塊直接在第二個大面積的條形導體里一體化制作，因為通過此改善了導熱。
如果位于基板和冷卻體之間的導熱填充劑是導熱粘接劑或者導熱的粘貼薄膜，通過此也可以把基板機械式固定到冷卻體上，這是有利的。
位于冷卻體上的間隔元件可以有利地作為基板到冷卻體的接地連接并且被用來改善電磁兼容性(EMV)特性。
此外，本發(fā)明涉及到制造由基板和冷卻體組成的裝置的方法。特別是對兩面裝件元件的基板，為了實施這種方法不需要附加的制造步驟。導體面塊可以同預定裝在第二面上的條形導體一起制作。對于制作間隔元件所必要的焊劑沉積可以在導體面塊上面同焊接元件連接面一起進行，通過此使這種方法特別經濟，因為制造間隔元件幾乎不會造成附加費用。
有利的是，焊劑在焊劑印涂工位被印到導體面塊上，因為這種技術特別適用于沉積一定量焊劑并且是很好控制的。在緊接著的軟熔釬焊步驟中焊劑被熔化，在這里形成了具有通過涂置一定量焊劑所定義的高度的間隔元件。有利的是，軟熔釬焊步驟可以同裝在基板上的SMD一元件的軟熔釬焊一起進行。
特別容易的是，把導熱的粘接劑或者導熱的粘貼薄膜首先覆置到冷卻體上面，并且緊接著這樣把基板安放到涂覆有粘接劑或者粘貼薄膜的冷卻體上，使間隔元件壓入粘接劑里，在這里間隔元件可以以其焊層與冷卻體接觸。
附圖在附圖中示出了本發(fā)明的一個實施例，并且在下面的說明中進行了詳細介紹。其中，

圖1簡化示出了從技術水平中公知的、具有絕緣層和附加銅板裝置的橫截面，圖2簡化示出了按照本發(fā)明裝置的橫截面，圖3示出了按照本發(fā)明的第二個實施例裝置的橫截面。
實施例說明圖1示出了一個由現有技術公知的、用于排導在控制器中由功率元件產生的損耗熱的裝置。一個印刷電路板2在朝向上面的第一面8上裝有第一個大面積條形導體10，在朝向下面的第二面9上裝有第二個大面積條形導體11。第一個大面積條形導體10和第二個大面積條形導體11通過許多穿過印刷電路板伸展的貫通接觸件4良好導熱地相互連接。在第一個大面積條形導體10上安裝了一個功率元件3，比如說一個SMD-元件，該元件通過接頭14同位于印刷電路板2的上面8上的另外的、與大面積條形導體10絕緣的條形導體12導電連接。為了簡便起見，只示出了一個條形導體12。在下表面9上還有另外的導電條形導體13，該條形導體與第二個大面積條形導體11絕緣配置。此外，在下表面9上還設置有其他沒有示出的SMD元件，這些元件在背面同沒有示出的連接面焊接在一起。另外，一個用做散熱片的銅板6通過電絕緣的、導熱的絕緣層5敷到第二個大面積條形導體11和條形導體13上。阻焊漆15又涂到銅板6上，這種漆在釬焊SMD-元件連接表面時可防止銅上面焊劑沉積。在阻焊漆15的下面有導熱粘接劑7，導熱粘接劑涂到控制器殼體的被預定用做冷卻體的底板部分1上。也公知的是，借助于可旋擰的固定件直接將銅板壓緊到冷卻體上。在任何情況下，由功率元件3產生的熱量通過貫通接觸件傳導到大面積條形導體11上，并且通過絕緣層5排到銅板6上。熱量從那里然后通過阻焊漆15或是直接或是通過導熱粘接劑7排到冷卻體1上。假如印刷電路板2沒有絕緣層5和銅散熱器6就安裝到冷卻體上，在導電條形導體13之間的短路就可能會導致元件損傷。但是，圖1示出的裝置的缺點是，為了安置絕緣層5和附加的銅板6需要另外有兩個單獨的制造步驟。
圖2示出了按照本發(fā)明的、用于排導功率元件損耗熱的裝置，該裝置最好是被使用到車輛電子控制器里。至少一個功率元件、例如一個大功率半導體被安置在基板2的上面8的大面積條形導體10上，該基板可以是一個印刷電路板、一個復合板或者一個另外的配有電路的基板。在這里示出的實施例中，基板2是一個雙面安裝元件的印刷電路板，如從圖2中所看到的那樣，功率元件3的接頭14同印刷電路板2的上面8上的連接條形導體12電連接，條形導體12與條形導體10絕緣。在印刷電路板2的下表面9上配置了第二個大面積的條形導體11，該條形導體通過貫通接觸件4同上面8上的第一個條形導體10導熱連接。此外，在下表面9上還設置了其他的、屬于電路的、沒有示出的條形導體以及SMD元件的一些連接面。如圖2所示出的，在印刷電路板2的下表面9上另外還設置了導體面塊17，它可同其他的條形導體和連接面一起并且可由相同材料制造在印刷電路板的下表面上。這可以采用通常所熟悉的技術進行。在圖2示出的實施例中，從功率元件3通過貫通接觸件4將電壓傳遞到第二個大面積條形導體11上。所以，導體面塊17與條形導體11絕緣地安置在基板上面。另外，阻焊漆9以所熟悉的方式涂置到下表面9上，在這里，在導體面塊17和沒有示出的SMD-元件連接面的部位在阻焊漆中設置有槽。在制造圖2示出的裝置時，印刷電路板2的下表面9朝上，在焊劑印涂工位中印上焊劑。在這里，焊劑被涂覆到導體面塊17和SMD-元件的連接面上。阻焊漆15防止焊劑到達其他的電路部分上。在印上焊劑之后，印刷電路板2輸送到裝配機處，裝配機在印刷電路板朝上的下表面9上把SMD-元件壓入在連接面上涂覆的焊劑里。緊接著印刷電路板穿過軟熔釬焊工位，焊劑在軟熔釬焊工位熔化。在這里有利的是，SMD-元件同連接面焊接在一起，并且同時構成了間隔元件17、18。它是這樣獲得的，即印到導體面塊17上的焊劑18在軟熔爐中液化，通過焊劑的表面應力在表面段17上形成了一定尺寸的焊峰或者焊帽，其形狀只取決于導體面塊17的大小和印上的焊劑量。特別是采用所說明的方法可以使形成的所有間隔元件具有精確規(guī)定的統(tǒng)一高度。在這里特別有利的是，反正在印刷電路板兩面裝配元件時必須進行焊劑壓入步驟和軟熔釬焊步驟，因此，制造間隔元件不需要另外的制造步驟。代替上述說明的制造方法，也可以將導體面塊例如放在波浪焊池里用液化的焊劑沾濕。制造具有一定高度的間隔元件是十分重要的。在制造間隔元件17、18之后，用配料裝置把導熱的粘接劑7涂覆到冷卻體1上。在另一個實施例預定，可以采用雙面粘貼的導熱薄膜代替粘接劑。控制器的殼體部分用做冷卻體，比如說殼底。現在印刷電路板2以朝向冷卻體1的下表面9安放到粘接劑上，這樣向冷卻體方向壓緊，使間隔元件17,18擠入粘接劑里。在此，它們可以與冷卻體1接觸，并且因此確保了最小間距。位于控制器殼底里的、在圖2中沒有示出的盆形凹槽容納安裝在印刷電路板下表面上的元件。通過間隔元件17、18在印刷電路板下表面和冷卻體之間構成了一定的間隙，如圖2所示，該間隙被粘接劑7完全填滿。由于可以制造具有一定的小高度的間隔元件，所以可以選擇很小的間隙，而且不使冷卻體與印刷電路板的下表面接觸，從而改善了把熱量排到冷卻體上的導熱性。
與這里所說明的不一樣的是，圖2示出的裝置也可以這樣制造，例如印刷電路板2首先以間隔元件17、18安放到冷卻體上，緊接著才把可毛細流動的粘接劑放入印刷電路板下表面和冷卻體之間的間隙里。
間隔元件17、18也可以有利地用來保護裝置的電磁兼容性(EMV)。因為間隔元件由導電的材料組成，所以通過間隔元件可以與冷卻體產生電接觸，也就是說，間隔元件和冷卻體處于相同電位。如果至少一些導體面塊17同屬于電路的條形導體相連接，可以通過間隔元件實現較短的、從而幾乎無反射的接地。
在圖3中示出了另一個實施例。相同的數字表明了相同的零件。在圖3中示出的裝置與圖2中示出的裝置的區(qū)別是，功率元件3和冷卻體位于相同的電位。所以，在圖3示出的示例中，導體面塊17可以有利地直接集成裝在基板2的第二個大面積條形導體11里。涂置到基板2第二個面9上的阻焊屏蔽15具有確定導體面塊17的開口。如上面所述，在這些導體面塊上形成了焊帽18。緊接著把基板安放到冷卻體1上的粘接劑7上。因為功率元件3、條形導體11和冷卻體1處于相同的電位，所以不會由間隔元件18引起短路。同圖2相比，可以通過在第二個大面積條形導體11上配置焊帽18改善導熱。
權利要求
1．特別是應用在電子控制器中的裝置，包括有一個基板(2)和一個冷卻體(1)，在這里，基板(2)在第一面(8)上裝有至少一個配置在第一個大面積條形導體(10)上的功率元件(3)和在與功率元件(3)相反的第二面(9)上裝有一個第二個大面積條形導體(11)，其中，第一個大面積條形導體(10)和第二個大面積條形導體(11)通過至少一個貫通接觸件(4)相互導熱連接，在這里，基板(1)的第二個面(9)導熱地安裝在冷卻體(1)上，其特征是，基板(2)通過在其第二面(9)上配置的間隔元件(17、18)安放到冷卻體(1)上，并且與冷卻體(1)保持一定的間距，在這里，在基板(2)和冷卻體(1)之間由該間距形成的間隙被填滿了導熱填充材料(7)。
2．按照權利要求1所述的裝置，其特征是，設置了導體面塊(17)作為間隔元件，這些間隔元件安置在基板(2)的第二面(9)上，并且涂置有一定量的焊劑(18)。
3．按照權利要求2所述的裝置，其特征是，基板(2)的第二面(9)涂覆了至少可以留出導體面塊(17)位置的阻焊漆(15)。
4．按照權利要求3所述的裝置，其特征是，功率元件(3)和冷卻體(1)處于相同電位，導體面塊(17)集成安置在第二個大面積的條形導體(11)上。
5．按照權利要求1所述的裝置，其特征是，導熱的填充材料(7)是可時效硬化的導熱粘接劑或者是雙面粘貼導熱薄膜。
6．按照權利要求2所述的裝置，其特征是，在涂置有焊劑(18)的導體面塊(17)和冷卻體(1)之間的觸點閉合同時用做基板(2)在冷卻體上的接地。
7．由基板(2)和冷卻體(1)組成的裝置的制造方法，其中，基板(2)在第一面(8)上裝有至少一個在第一個大面積條形導體(10)上配置的功率元件(3)，在與功率元件(3)相對的第二面(9)上裝有第二個大面積條形導體(11)，在這里，第一個大面積條形導體和第二個大面積條形導體通過至少一個貫通接觸件(4)導熱地相互連接，基板(2)的第二面(9)同冷卻體(1)導熱連接，其特征是下列方法步驟-在基板第二面(9)上制備導體面塊(17)，-在基板(2)第二面(9)上涂置至少留出導體面塊(17)位置的阻焊漆(15)，-在導體面塊(17)上涂置一定量的焊劑(18)和制造具有通過涂置的焊劑量定義高度的間隔元件(17,18)，-具有間隔元件(17、18)的基板(2)安放在冷卻體(1)上，在這里，在基板(2)的第二面和冷卻體(1)之間裝有導熱填充材料(7)。
8．按照權利要求7所述的方法，其特征是，焊劑(18)在焊劑印涂壓工位中被印到導體面塊(17)上，通過緊接著在軟熔釬焊工位中軟熔釬焊基板(2)來制造間隔元件(17、18)。
9．按照權利要求7所述的方法，其特征是，首先在冷卻體(1)上涂置作為導熱填充劑(7)的導熱的、可時效硬化的粘接劑或者雙面粘貼的導熱薄膜，緊接著這樣把基板(2)安放到涂覆有粘接劑(7)的冷卻體上，使間隔元件(17、18)壓入粘接劑(7)里，在這里，間隔元件的焊劑層(18)可以同冷卻體(1)接觸。
全文摘要
包括有一個基板和一個冷卻體的裝置,在這里,基板在第一面上裝有至少一個配置在第一個大面積條形導體上的功率元件和在與功率元件相對的第二面上裝有第二個大面積條形導體,該第二個條形導體通過貫通接觸件與第一個條形導體導熱連接,在這里,基板的第二面導熱地安裝在冷卻體上,為了在該裝置中實現基板與冷卻體有良好的熱耦合并且同時避免導電的條形導體和冷卻體之間出現所不希望的電接觸,建議,使基板以其在第二面上安置的間隔元件安放到冷卻體上,而且與冷卻體保持一定的距離,在這里,在基板和冷卻體之間由間距形成的間隙填滿了導熱填充劑。
文檔編號H05K7/20GK1237325SQ98801233
公開日1999年12月1日 申請日期1998年6月12日 優(yōu)先權日1997年8月25日
發(fā)明者貝恩德·韋伯, 迪特馬爾·赫夫斯埃斯, 維爾納·布奇考, 托馬斯·迪特里希, 彼得·席費爾 申請人:羅伯特·博施有限公司