DE19625756A1 - Module for an electrical device - Google Patents

Abstract

The invention relates to a module for an electrical device having electronic components which are arranged on a base carrier (2) and can be bonded via strip conductors (3) to a printed circuit board. To achieve a high level of heat resistance using conventional manufacturing processes, the base carrier (2) has a three-dimensional structure consisting of a high-temperature-resistant thermosetting plastic. The electrical bondings (7) between a hybrid (6) with the components and the strip conductor structure (3) can be produced by a connection process at relatively high temperatures, in particular, by bonding.

Description

Translated fromGerman

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Modul für ein elektrisches Ge­rät, insbesondere ein elektronisches Steuer- oder Regelge­rät, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a module for an electrical Geadvises, especially an electronic control or regulating unitadvises, according to the preamble of the main claim.

Es sind bereits Module für elektrische Geräte bekannt, ins­besondere für mikroelektronische Geräte, bei denen einzelne Bauelemente bereits vor dem Einbau in ein elektrisches Ge­rät zusammengeschaltet und quasi verpackt werden. Bei die­ser bekannten Verpackungstechnik stellt die Verbindungs­technik insbesondere für die elektrische Kontaktierung so­wohl der Bauelemente als auch des Moduls nach außen ein Problem dar. Besonders bei der Verwendung von Verlustwärme erzeugenden Bauelementen im Modul muß diese Verbindungs­technik hohen Anforderungen genügen.Modules for electrical devices are already known, insespecially for microelectronic devices where singleComponents even before installation in an electrical Geadvises to be interconnected and quasi packaged. At theThe well-known packaging technology provides the connectiontechnology especially for electrical contactingprobably the components as well as the module to the outsideProblem. Especially when using waste heatgenerating components in the module must have this connectiontechnology meet high demands. 

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Modul für ein elektrisches Gerät der eingangs angegebenen Art ist mit den kennzeichnenden Merk­malen des Anspruchs 1 insbesondere dadurch vorteilhaft, daß zunächst ein Hybrid als Block mit elektronischen Bauelemen­ten mit den üblichen Fertigungsmethoden hergestellt werden kann. Dieser Block wird dann mit einer anspruchsvollen Ver­bindungstechnik auf einem hochtemperaturfesten dreidimen­sionalen Grundträger, beispielsweise aus Duroplast, elek­trisch und mechanisch kontaktiert. Insgesamt wird dadurch eine dreidimensionale Leiterbahnanordnung geschaffen, die auch ein Gehäuseteil darstellt.The module according to the invention for an electrical deviceThe type specified at the beginning is marked with the characterizing markpaint claim 1 particularly advantageous in thatinitially a hybrid as a block with electronic componentsten with the usual manufacturing methodscan. This block is then with a demanding verbinding technology on a high-temperature resistant three-dimensionalsional basic carrier, for example made of duroplastic, electrically and mechanically contacted. Overall, this willcreated a three-dimensional interconnect arrangement thatalso represents a housing part.

Besonders vorteilhaft ist die Kontaktierung dieses Hybrides mit dem Grundträger, wenn für das Hybrid eine Keramikver­bindung, ein sogenanntes LTCC-Substrat verwendet wird (LTCC = Low temperatur cofired ceramic). Diese Keramikverbindung ist aus mehreren Lagen zusammengesetzt und anschließend bei einer Temperatur von ca. 800°C gebrannt. In vorteilhafter Weise sind die Oberflächen des Grundträgers und der Leiter­bahnen dabei so behandelt, daß für die gesamte Verbindungs­technik sowohl Bondprozesse als auch ein Flußlötverfahren anwendbar ist.Contacting this hybrid is particularly advantageouswith the basic carrier if a ceramic verbond, a so-called LTCC substrate is used (LTCC= Low temperature cofired ceramic). This ceramic connectionis composed of several layers and then atfired at a temperature of approx. 800 ° C. In advantageousWays are the surfaces of the base support and the ladderlanes treated so that for the entire connectiontechnology both bond processes and a flux soldering processis applicable.

Auf einfache Weise kann in dem Grundträger aus Duroplast auch ein Wärmesenke, beispielsweise in Form eines spritz­technisch eingebrachten Wärmeableitblocks aus Kupfer, rea­lisiert werden.In a simple manner in the base support made of thermosetalso a heat sink, for example in the form of a spraytechnically introduced heat dissipation blocks made of copper, reabe lized.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteran­sprüchen angegeben.Further advantageous embodiments are in the Unteransayings. 

Zeichnungdrawing

Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Mo­duls werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:Preferred embodiments of the Mo according to the inventionduls are explained using the drawing. It shows:

Fig. 1 eine Draufsicht und eine Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel eines Moduls;Figure 1 is a plan view and a sectional view through an embodiment of a module.

Fig. 2 eine detaillierte Schnittdarstellung von Kon­taktierungen im Randbereich des Moduls;Figure 2 is a detailed sectional view of con tactations in the edge area of the module.

Fig. 3 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel ei­nes Moduls mit einem Wärmeableitblock;3shows a section through an embodiment of ei nes module with a heatextractor.

Fig. 4 einen Schnitt durch ein Modul nachFig. 3 ohne Wärmeableitblock;Fig. 4 is a section through a module according toFigure 3 without the heatextractor.

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit Durchkon­taktierungen zur Wärmeableitung und einer Wärmesenke undFig. 5 shows another embodiment with through contacts for heat dissipation and a heat sink and

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel nachFig. 5 mit wei­teren Durchkontaktierungen zur Wärmeableitung ohne Wär­mesenke.Fig. 6 shows an embodiment ofFIG. 5 with white direct vias for heat dissipation without heat sink.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

InFig. 1 ist eine Ansicht auf ein Modul1 gezeigt, das einen hochtemperaturfesten Grundträger2 aus Duroplast und eine Leiterbahnstruktur3 zur äußeren Kontaktierung des Mo­duls auf eine hier nicht dargestellte Leiterplatte auf­weist. Aus dem unten in derFig. 1 dargestellten Schnitt durch das Modul1 ist darüber hinaus noch eine Abdeckung4 bzw. ein Berührungsschutz für die hier nicht ersichtlichen elektronischen Bauelemente erkennbar. Weiterhin weist das Modul1 gemäß dieses Ausführungsbeispiels einen spritztech­nisch eingefügten Wärmeableitblock5 auf.InFig. 1 is a view of a module1 is shown, which has a high-temperature-resistant base support2 made of thermosetting plastic and a conductor structure3 for external contacting the module on a circuit board, not shown here. Still a cover4 and a contact protection for the not visible here electronic components it is also apparent from the one shown below inFIG. 1, section through the module1. Furthermore, the module1 according to this exemplary embodiment has a heat-dissipation block5 which is injection-molded.

Zur Verdeutlichung dieser Einzelteile des Moduls1 zeigtFig. 2 den Randbereich des Moduls1 im Detail, wobei er­kennbar ist, daß das Modul1 über die nach unten gezogenen Leiterbahnen3 auf die hier nicht dargestellte Leiterplatte aufgebracht und kontaktiert werden kann.To illustrate these individual parts of the module1 ,FIG. 2 shows the edge region of the module1 in detail, it being recognizable that the module1 can be applied and contacted via the downwardly drawn conductor tracks3 on the circuit board (not shown here).

Aus der Darstellung nachFig. 3 ist ein Hybrid6 mit elek­tronischen Bauelementen erkennbar. Dieses Hybrid6 mit den Bauelementen des Ausführungsbeispiels werden durch Bonden bei ca. 100 bis 150°C oder durch Verlöten mit der Leiter­bahnstruktur3 des Grundträgers2 elektrisch und mechanisch verbunden.From the illustration according toFIG. 3, a hybrid6 with elec tronic components is recognizable. This hybrid6 with the components of the embodiment are electrically and mechanically connected by bonding at about 100 to 150 ° C or by soldering to the conductor track structure3 of the base support2 .

Das Keramiksubstrat des Hybrids6 ist ein sog. LTCC-Substrat (LTCC = Low temperature cofired ceramic), das ein hybrides, aus mehreren Lagen zusammengesetztes Material darstellt, welches bei ca. 800°C gebrannt und damit verfe­stigt wird. Die Verlustleistung des Hybrids6 kann dabei entweder über die Leiterbahnstruktur3 direkt auf die Lei­terplatte oder über den Wärmeableitblock5 abgeführt wer­den. Der Grundträger2 ist hier mit einem Deckel10 ver­klebt.The ceramic substrate of the hybrid6 is a so-called. LTCC substrate (LTCC = Low temperature cofired ceramic), which is a hybrid material composed of several layers, which is fired at approx. 800 ° C and thus strengthened. The power loss of the hybrid6 can be dissipated either via the conductor track structure3 directly to the circuit board or via the heat dissipation block5 . The basic carrier2 is glued to a cover10 here.

Alternativ zu der Darstellung nachFig. 3 ist inFig. 4 ein Modul1 gezeigt, das keinen Wärmeableitblock oder eine Wärmeableitschicht aufweist. Die sonstigen Bauteile und die Funktionen entsprechen dem Ausführungsbeispiel nachFig. 3. Die Kontaktierung kann auch durch eine Verlötung wäh­rend einer Flußverlötung des Moduls1 auf der Leiterplatte ersetzt werden.As an alternative to the illustration according toFIG. 3, a module1 is shown inFIG. 4 which does not have a heat dissipation block or a heat dissipation layer. The other components and the functions correspond to the exemplary embodiment according toFIG. 3. The contacting can also be replaced by soldering during flow soldering of the module1 on the printed circuit board.

Beim Ausführungsbeispiel nachFig. 5 ist das Hybrid6 über Durchkontaktierungen11 mit der unteren Leiterbahnstruktur3 verbunden. Hierdurch kann somit eine gute Wärmeableitung von dem Hybrid6 direkt auf die Unterseite des Moduls1 er­folgen. Der Deckel10 wird hier haubenförmig auf den Grundträger2 aufgeklebt.In the exemplary embodiment according toFIG. 5, the hybrid6 is connected to the lower conductor track structure3 via plated-through holes11 . This allows good heat dissipation from the hybrid6 directly to the underside of the module1 to follow it. The cover10 is glued to the base support2 in the form of a hood.

Eine herstellungstechnisch sehr kostengünstige Lösung ist inFig. 6 gezeigt; hier sind weitere Durchkontaktierungen12 vorhanden, die direkt von den Bauelementen des Hybrides6 auf die Unterseite des Moduls1 gezogen sind. Es kann so­mit sowohl eine elektrische Kontaktierung als auch eine Wärmeableitung durchgeführt werden, die eine zusätzliche Abringung eines Wärmeableitblocks überflüssig macht.A very economical solution interms of production technology is shown inFIG. 6; there are further plated-through holes12 here, which are drawn directly from the components of the hybrid6 onto the underside of the module1 . It can thus be carried out with both electrical contacting and heat dissipation, which makes additional wrinkling of a heat dissipation block unnecessary.

Claims (9)

Translated fromGerman

1. Modul für ein elektrisches Gerät, mit einem Grundträger (2), auf dem elektronische Bauelemente (6) angeordnet sind und der auf einer Leiterplatte kontaktierbar ist,dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Grundträger (2) ein dreidimensionaler Körper aus einem hochtemperaturfesten Duroplast ist und auf seiner Oberfläche Leiterbahnstrukturen (3) aufweist, über die eine elektrische Verbindung zwischen einem die elektronischen Bauelementen tragendem Hybrid (6) und der Leiterplatte herstellbar ist und daß
• - elektrische Kontaktierungen zwischen dem Hybrid (6) und der Leiterbahnstruktur (3) mit einem Verbindungsverfahren bei relativ hohen Temperaturen herstellbar sind.

1. Module for an electrical device, with a base support (2 ) on which electronic components (6 ) are arranged and which can be contacted on a printed circuit board,characterized in that

• - The base support (2 ) is a three-dimensional body made of a high-temperature-resistant thermoset and has on its surface conductor track structures (3 ) via which an electrical connection between a hybrid carrying the electronic components (6 ) and the printed circuit board can be established, and in that
• - Electrical contacts between the hybrid (6 ) and the conductor track structure (3 ) can be produced with a connection method at relatively high temperatures.

2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Hybrid (6) eine Keramikverbindung ist, die aus mehreren Lagen zusammengesetzt ist und unter Hitzeeinwirkung bei ca. 800°C verfestigbar ist.

2. Module according to claim 1, characterized in that

• - The hybrid (6 ) is a ceramic compound which is composed of several layers and can be solidified under the action of heat at approx. 800 ° C.

3. Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die elektrischen Kontaktierungen (7) zwischen dem Hybrid (6) und der Leiterbahnstruktur (3) auf dem Grundträger (2) durch Bonden bei ca. 100 bis 150°C herstellbar sind.

3. Module according to claim 1 or 2, characterized in that

• - The electrical contacts (7 ) between the hybrid (6 ) and the conductor structure (3 ) on the base support (2 ) can be produced by bonding at about 100 to 150 ° C.

4. Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die elektrischen Kontaktierungen zwischen den Bauelementen (6) und der Leiterbahnstruktur (3) auf dem Grundträger (2) durch Verlöten herstellbar sind.

4. Module according to claim 1 or 2, characterized in that

• - The electrical contacts between the components (6 ) and the conductor track structure (3 ) on the base support (2 ) can be produced by soldering.

5. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­kennzeichnet, daß

• - in den Grundträger (2) eine wärmeableitende Schicht oder ein wärmeableitender Block (5) integriert ist.

5. Module according to one of the preceding claims, characterized in that

• - A heat-dissipating layer or a heat-dissipating block (5 ) is integrated in the base support (2 ).

6. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­kennzeichnet, daß

• - die wärmeableitende Schicht oder der wärmeableitende Block (5) aus einer spritztechnisch eingebrachten Kupferlegierung bestehen.

6. Module according to one of the preceding claims, characterized in that

• - The heat-dissipating layer or the heat-dissipating block (5 ) consist of an injection-molded copper alloy.

7. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­kennzeichnet, daß

• - die Leiterbahnen (3) des Grundträgers (2) durch eine Fluß­lötung mit der Leiterplatte verbindbar sind.

7. Module according to any one of the preceding claims, characterized in that

• - The conductor tracks (3 ) of the base support (2 ) can be connected to the circuit board by a flux soldering.

8. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­kennzeichnet, daß

• - der Grundträger (2) Bestandteil eines Gehäuses für das Hy­brid (6) ist.

8. Module according to one of the preceding claims, characterized in that

• - The basic carrier (2 ) is part of a housing for the hy brid (6 ).

9. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­kennzeichnet, daß

• - von der Kontaktierung (7) und/oder von den Bauelementen des Hybrides (6) Durchkontaktierungen (11,12) auf die Leiterbah­nen (3) der Unterseite des Moduls (1) geführt sind.

9. Module according to any one of the preceding claims, characterized in that

• - From the contact (7 ) and / or from the components of the hybrid (6 ) plated-through holes (11 ,12 ) on the conductor tracks (3 ) of the underside of the module (1 ) are guided.