DE102006009812B4

DE102006009812B4 - Mounting arrangement for several power semiconductors and circuit with such a mounting arrangement

Info

Publication number: DE102006009812B4
Application number: DE200610009812
Authority: DE
Inventors: Ralph Appl; Alexander Dipl.-Ing. Dauth; Hans-Peter Dipl.-Ing. Etzkorn; Rüdiger Dipl.-Ing. Hanf; Bernhard Jonitz; Klaus Dipl.-Ing. Lehmann; Michael Luppold; Peter Dipl.-Ing. Müller
Original assignee: Beru AG
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2006-03-01
Filing date: 2006-03-01
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2026-03-02
Also published as: DE102006009812A1

Abstract

Beschrieben wird eine elektrische Schaltung, welche einen oder mehrere Leistungshalbleiter (4) aufweist, die eine Wärme abgebende Kontaktfläche haben, mit welcher sie in SMT-Technik auf einer Schaltungsträgerplatte (1) montiert sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Leistungshalbleiter (4) in SMT-Technik auf einem metallischen Zwischenträger (5) montiert ist, welcher von der Schaltungsträgerplatte (1) ist.Disclosed is an electrical circuit having one or more power semiconductors (4) having a heat-emitting contact surface, with which they are mounted in SMT technology on a circuit board (1). According to the invention, it is provided that the at least one power semiconductor (4) is mounted in SMT technology on a metallic intermediate carrier (5) which is of the circuit carrier plate (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Montageanordnung für mehrere Leistungshalbleiter, die eine Wärme abgebende Kontaktfläche aufweisen, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Eine derartige Montageanordnung ist aus der US 6,320,748 B1 bekannt.The invention relates to a mounting arrangement for a plurality of power semiconductors, which have a heat-releasing contact surface, with the features specified in the preamble of claim 1. Such a mounting arrangement is from the US 6,320,748 B1 known.

Aus der DE 101 02 671 C2 ist eine Schaltung bekannt, die der Steuerung einer elektrischen Heizung für Kraftfahrzeuge dient. Sie hat einen oder mehrere Leistungshalbleiter, bei denen es sich insbesondere um MoSFETs handelt. Die Leistungshalbleiter sind in SMT-Technik (Surface Mounting Technic) auf einer Schaltungsträgerplatte montiert. Dabei ist eine der Schaltungsträgerplatte zugewandte Kontaktfläche, welche bei einem MoSFET regelmäßig auf Plus-Potential liegt, mit der Schaltungsträgerplatte verlötet. Es ist allerdings nicht zwingend, dass die Kontaktfläche auf Plus-Potential liegt. Diese Kontaktfläche ist zugleich diejenige Oberfläche des Leistungshalbleiters, über welche der weit überwiegende Teil der im Leistungshalbleiter erzeugten Verlustwärme abgegeben wird. Um die Verlustwärme abführen zu können, schlägt die DE 101 02 671 C2 vor, auf der den Leistungshalbleitern abgewandten Seite der Schaltungsträgerplatte eine auf Massepotential liegende Metallplatte vor zusehen, welche durch eine die Wärme durchlassende, aber elektrisch isolierende Zwischenschicht, insbesondere eine dünne Klebstoffschicht, mit der Schaltungsträgerplatte verbunden ist. Die Verlustwärme des Leistungshalbleiters wird über mehrere metallische Pfade, welche von der Lotschicht zwischen dem Leistungshalbleiter und der Schaltungsträgerplatte ausgehen und die Schaltungsträgerplatte durchqueren, und über die elektrisch isolierender Zwischenschicht in die an der Rückseite der Schaltungsträgerplatte angeordnete Metallplatte abgeleitet. Von der Metallplatte kann die Verlustwärme in an sich bekannter Weise durch Kühlkörper abgeführt werden. Die Strompfade, welche die Schaltungsträgerplatte durchqueren, werden dadurch hergestellt werden, dass die Schaltungsträgerplatte in den Bereichen, in denen später die Leistungshalbleiter aufgelötet werden, mehrfach durchbohrt wird, die Bohrungen metallisiert und anschließend mit Metall gefüllt werden, z. B. durch Verzinnen von zuvor galvanisch metallisierten Bohrungen.From the DE 101 02 671 C2 a circuit is known which serves to control an electric heater for motor vehicles. It has one or more power semiconductors, which are in particular MoSFETs. The power semiconductors are mounted in SMT technology (Surface Mounting Technic) on a circuit board. In this case, one of the circuit board facing the contact surface, which is regularly at a MoSFET positive potential, soldered to the circuit board. However, it is not mandatory that the contact surface is at plus potential. This contact surface is at the same time that surface of the power semiconductor, via which the vast majority of the heat loss generated in the power semiconductor is emitted. To dissipate the heat loss, beats the DE 101 02 671 C2 before, on the side facing away from the power semiconductors of the circuit board a metal plate at ground potential before watch, which is connected by a heat-transmitting, but electrically insulating intermediate layer, in particular a thin adhesive layer with the circuit board. The dissipated heat of the power semiconductor is dissipated via a plurality of metallic paths, which emanate from the solder layer between the power semiconductor and the circuit board and traverse the circuit board, and via the electrically insulating intermediate layer in the arranged on the back of the circuit board metal plate. From the metal plate, the heat loss can be dissipated in a conventional manner by heat sink. The current paths traversing the circuit board will be made by repeatedly piercing the board in the areas where the power semiconductors are later soldered, metallizing the holes and then filling them with metal, e.g. B. by tinning previously galvanically metallized holes.

Im Normalfall funktioniert die Wärmeabfuhr bei der bekannten elektrischen Steuerschaltung gut. Bei einer schadhaften Leistungsendstufe der Steuerschaltung kann die Verlustleistung des Leistungshalbleiters jedoch ein Vielfaches der im Normalbetrieb des Leistungshalbleiters auftretenden Verlustleistung betragen. Bei einer schadhaften Leistungsendstufe kann es deshalb vorkommen, dass die Verlustwärme nicht schnell genug abgeführt wird, so dass es zu einem Wärmestau und damit zu einer Überhitzung der Schaltungsträgerplatte kommt. Deren Folge kann eine Geruchbelästigung durch Ausgasen sein. Auf der Schaltungsträgerplatte montierte elektrische Bauelemente können Schaden nehmen. Im schlimmsten Falle kann es zu einem Brand kommen, weil das ausgasende Gasgemisch brennbare Bestandteile enthalten kann. Ein Brand wäre in einem Fahrzeug besonders unangenehm.in the Normally, the heat dissipation works at the well-known electrical control circuit well. At a faulty Power output stage of the control circuit can reduce the power loss of Power semiconductor, however, a multiple of that in normal operation the power semiconductor occurring power loss amount. In the case of a defective power output stage, it can therefore happen that the heat loss not dissipated fast enough will, causing it to accumulate heat and thus overheating the circuit board comes. Their consequence may be an odor nuisance due to outgassing. On the circuit board mounted electrical components can be damaged. In the worst Trap may cause a fire because the outgassing gas mixture may contain flammable components. A fire would be in one Vehicle particularly uncomfortable.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer gattungsgemäßen Schaltung die Wärmeabfuhr, insbesondere im Schadensfall zu verbessern, ohne auf die Vorteile der SMT-Technologie bei der Herstellung der Schaltung verzichten zu müssen.Of the present invention is based on the object in a generic circuit the heat dissipation, especially in case of damage, without looking at the benefits dispense with the SMT technology in the production of the circuit to have to.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Montageanordnung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.These Task is solved by a mounting arrangement with the features specified in claim 1. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Montageanordnung hat einen oder mehrere Leistungshalbleiter, die mit ihrer Wärme abgebenden Oberfläche, welche zugleich eine Kontaktfläche ist, in SMT-Technik auf einem metallischen Zwischenträger montiert sind, welcher von dem Schaltungsträger gehalten ist.The inventive mounting arrangement has one or more power semiconductors that emit with their heat Surface, which at the same time a contact surface is mounted on a metal intermediate carrier in SMT technology which is held by the circuit carrier.

Das hat wesentliche Vorteile:
Die Leistungshalbleiter werden nach wie vor in SMT-Bestücktechnik und Löttechnik verarbeitet, so dass nach wie vor eine kostengünstige Montage der elektrischen Schaltung möglich ist.This has significant advantages:
The power semiconductors are still processed in SMT assembly technology and soldering, so that still a cost-effective installation of the electrical circuit is possible.

Die Verlustwärme wird vom Leistungshalbleiter direkt in den metallischen Zwischenträger eingeleitet, ohne die Schaltungsträgerplatte durchqueren zu müssen.The heat loss is initiated by the power semiconductor directly into the metallic intermediate carrier, without the circuit board to have to cross.

Die Wärmebelastung der Schaltungsträgerplatte wird verringert und ein Wärmestau vermieden.The heat stress the circuit board is reduced and a heat accumulation avoided.

Durch das Vermeiden eines Wärmestaus an der Schaltungsträgerplatte wird eine Brandgefahr vermieden.By avoiding heat build-up on the circuit board a fire hazard is avoided.

In der Schaltungsträgerplatte müssen keine besonderen Wärme leitende Pfade vorgesehen werden, die die Schaltungsträgerplatte durchqueren.In the circuit board have to no special heat conductive paths are provided, which is the circuit board traverse.

Der Zwischenträger kann durch SMT- oder THT-Reflow-Löten mit der Schaltungsträgerplatte verbunden werden, so dass das Verlöten des metallischen Zwischenträgers mit der Schaltungsträgerplatte und das Verlöten der Leistungshalbleiter mit dem Zwischenträger durch SMT-Reflow-Löten rationell in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen können. Für das bevorzugte THT-Reflow-Löten werden Bohrungen in der Schaltungsträgerplatte vorgesehen, in welchen der Zwischenträger vorzugsweise mit Beinchen gehalten ist. Die Bohrungen sind für den Zweck des THT-Reflow-Lötens vorzugsweise durchkontaktiert und mit Lötpaste gefüllt.The subcarrier can be connected to the circuit board by SMT or THT reflow soldering so that soldering of the metal subcarrier to the circuit board and soldering of the power semiconductors to the subcarrier can be done efficiently by SMT reflow soldering in a single operation. For the preferred THT reflow soldering holes are provided in the circuit board, in which the intermediate carrier preferably with leg is held. The holes are preferably plated through for the purpose of THT reflow soldering and filled with solder paste.

Alternativ kann der Zwischenträger mit der Schaltungsträgerplatte verbunden werden, indem die Beinchen der Zwischenträgerplatte in durchkontaktierte Bohrungen der Schaltungsträgerplatte gepresst werden.alternative can the subcarrier with the circuit board be connected by the legs of the subcarrier plate be pressed into plated through holes of the circuit board.

Der metallische Zwischenträger kann unmittelbar als Stromschiene verwendet werden, um die Leistungshalbleiter mit dem erforderlichen hohen elektrischen Strom zu versorgen. Die Schaltungsträgerplatte wird dadurch entlastet. An dem metallischen Zwischenträger ist zu diesem Zweck vorzugsweise ein elektrischer Anschlußpol für den elektrischen Anschluß der Wärme abgebenden Kontaktfläche des wenigstens einen Leistungshalbleiters vorgesehen. Vorzugsweise ist der Anschlußpol auf einem Abschnitt des Zwischenträgers vorgesehen, welcher in einem Ausschnitt der Schaltungsträgerplatte liegt oder in einem Abstand von der Schaltungsträgerplatte angeordnet ist.Of the metallic intermediate carrier can be used directly as a bus bar to power semiconductors to supply with the required high electric current. The Circuit board is relieved thereby. At the metallic intermediate carrier is For this purpose, preferably an electrical terminal pole for the electrical Connection of the Give off heat contact area the at least one power semiconductor is provided. Preferably is the terminal pole provided on a portion of the subcarrier, which in a cutout of the circuit board is located or in a Distance from the circuit board is arranged.

Der metallische Zwischenträger ist vorzugsweise nur über Beinchen mit der Schaltungsträgerplatte verbunden. Er kann die Verlustwärme direkt oder indirekt über mit ihm verbundene Kühlkörper an die Umgebungsluft abgeben.Of the metallic intermediate carrier is preferably only about Leg with the circuit board connected. He can do the heat loss directly or indirectly via associated with him heat sink to the Deliver ambient air.

Der metallische Zwischenträger hat eine Basis und wenigstens eine Wand, vorzugsweise wenigstens zwei mit der Basis einen Winkel einschließende Wände, wobei der wenigstens eine Leistungshalbleiter auf der Basis montiert ist und die Beinchen, mit denen der Zwischenträger auf der Schaltungsträgerplatte montiert wird, an den Wänden vorgesehen sind. Das ermöglicht nicht nur eine Trennung der die Wärme aufnehmenden Basis von der Schaltungsträgerplatte, sondern auch eine Wärmeabfuhr über die Wände, welche mit der Basis Verbindung haben, aber von dieser abgewinkelt sind und sich dadurch von dieser und ebenso von der Schaltungsträgerplatte weg in den Luftraum erstrecken. Vorzugsweise schließen die Wände mit der Basis einen rechten Winkel ein, verlaufen parallel zueinander und sind mit einander gegenüberliegenden Rändern der Basis verbunden. Auf diese Weise können sie nach Bedarf am einfachsten mit einem zusätzlichen Kühlkörper verbunden werden.Of the metallic intermediate carrier has a base and at least one wall, preferably at least two walls enclosing an angle with the base, the at least one Power semiconductor is mounted on the base and the legs, with those of the subcarriers on the circuit board is mounted on the walls are provided. This allows not just a separation of the heat absorbing base of the circuit board, but also a heat dissipation over the walls, which are connected to the base but are angled away from it and thereby from this and also from the circuit board extend away into the airspace. Preferably close the Walls with the base a right angle, parallel to each other and are opposite each other edges connected to the base. In this way, they can be easiest as needed with an additional Heat sink connected become.

Es ist aber auch durchaus möglich, nur auf einer Seite der Basis eine Wand vorzusehen, so dass sich für den Zwischenträger ein L-Profil ergibt, oder Wände teilweise an der einen und teilweise an der anderen Seite der Basis vorzusehen, z. B. in Anpassung an die Platzverhältnisse des jeweiligen Anwendungsfalls. Die Basis des Zwischenträgers kann geradlinig oder winkelig verlaufen.It but it is also possible only on one side of the base to provide a wall, so that for the subcarrier an L-profile results, or walls partly on one side and partly on the other side of the base to provide, for. B. in adaptation to the space of each application. The base of the subcarrier can be straight or angular.

Die Halbleiter sind auf der Basis in einem Abstand voneinander angeordnet und die Basis des Zwischenträgers ist zwischen den Leistungshalbleitern durch wenigstens eine Lücke unterbrochen. Besonders bevorzugt ist es, wenn zwischen je zwei Leistungshalbleitern jeweils genau eine Lücke in der Basis vorgesehen ist, die Lücken sich jeweils von einem Leistungshalbleiter bis zum benachbarten Leistungshalbleiter erstrecken und auf diese Weise die Basis des Zwischenträgers zwischen je zwei Leistungshalbleitern vollständig oder nahezu vollständig entfernt ist, so dass die Verlustwärme gezwungen ist, von der Schaltungsträgerplatte weg in die von der Basis abgewinkelten Wände zu fließen.The Semiconductors are arranged on the base at a distance from each other and the base of the subcarrier is interrupted between the power semiconductors by at least one gap. It is particularly preferable if between every two power semiconductors exactly one gap each is provided in the base, the gaps each of one Power semiconductors extend to the adjacent power semiconductor and in this way the base of the intermediate carrier between each two power semiconductors Completely or almost completely removed is, so the heat loss is forced to move away from the circuit board in the base angled walls to flow.

In Anpassung an die Platzverhältnisse im konkreten Anwendungsfall können die Lücken in der Basis des Zwischenträgers auch entfallen und die Leistungshalbleiter bei passender Orientierung ihrer Anschlüsse in dichter Folge angeordnet werden.In Adaptation to the space available in a concrete case of application the gaps in the base of the subcarrier also omitted and the power semiconductors with appropriate orientation their connections be arranged in close succession.

Die Lücken in der Basis eignen sich gut dafür, jeweils einen Abschnitt der Schaltungsträgerplatte aufzunehmen, welcher einen vom benachbarten Leistungshalbleiter gespeisten Steckverbinder oder eine Anschlußklemme für den elektrischen Anschluß eines Verbrauchers trägt, z. B. für den Anschluß einer Heizeinrichtung, insbesondere einer PTC-Heizeinrichtung für Kraftfahrzeuge.The Gaps in the base are good for each to receive a portion of the circuit board, which a powered by the adjacent power semiconductor connector or a terminal for the electrical connection of one Consumer, z. For example the connection of a heating device, in particular a PTC heater for motor vehicles.

Der Teil des Zwischenträgers, auf welchen ein Leistungshalbleiter mit seiner Wärme abgebenden Kontaktfläche gelötet ist, berührt die Schaltungsträgerplatte vorzugsweise höchstens stellenweise, am besten überhaupt nicht. Das ist mit Hilfe der Beinchen des Zwischenträgers möglich. Der Vorteil liegt darin, dass der Teil des Zwischenträgers, auf welchem ein Leistungshalbleiter montiert ist, gegenüber der Schaltungsträgerplatte wärmeisoliert, aber gleichwohl parallel zu dieser angeordnet werden kann, sogar in der Flucht der Schaltungsträgerplatte liegen kann, wenn man, was bevorzugt ist, in dieser einen Ausschnitt für den einen Leistungshalbleiter tragenden Teil des Zwischenträgers vorsieht. So gelangt man zu einem kompakten Aufbau der elektrischen Schaltung, welcher die Wärmebelastung der Schaltungsträgerplatte niedrig halt und zugleich eine rationelle Herstellung in SMT-Technik mit Reflow-Löten ermöglicht.Of the Part of the subcarrier, on which a power semiconductor is soldered with its heat-emitting contact surface, touched the circuit board preferably at most in places, preferably at all Not. This is possible with the help of the legs of the subcarrier. Of the Advantage is that the part of the subcarrier, on in which a power semiconductor is mounted, opposite to Circuit board thermally insulated, but nevertheless can be arranged parallel to this, even lie in the alignment of the circuit board if you can, what is preferred, in this one section for the one Power semiconductor portion of the subcarrier provides. This leads to a compact construction of the electrical circuit, which the heat load the circuit board Low and at the same time a rational production in SMT technology with reflow soldering allows.

Der Zwischenträger ist vorzugsweise mit einer Lötstoppmaske versehen, welche als Lack z. B. mit einem Tampondruckverfahren auf den Zwischenträger gedruckt oder als Folie auf den Zwischenträger geklebt werden kann. Dadurch wird es ermöglicht, anstelle einer vollflächigen Verlötung nur eine partielle, insbesondere strukturierte oder segmentierte Verlötung der Leistungshalbleiter mit dem metallischen Zwischen träger vorzunehmen, wodurch in der Lötzone mechanische Spannungen aufgrund von Temperaturänderungen minimiert werden können. Die für das Verlöten erforderliche Lotmenge kann als Lofformteil vorgefertigt werden, mit welchem die Lötstoppmaske bestückt wird. Die mechanischen Spannungen aufgrund von Temperaturänderungen werden in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weiter minimiert, in welcher die Werkstoffe für den Zwischenträger und für den Sockel der Leistungshalbleiter so gewählt werden, dass ihre Wärmeausdehnungskoeffizienten übereinstimmen oder nahe beieinander liegen, z. B. Kupfer mit 2 Gew.-% Eisen und weniger weniger als 1 Gew.-% Phosphor (CuFe2P).The intermediate carrier is preferably provided with a Lötstoppmaske which z. B. can be printed on the intermediate carrier with a pad printing process or glued as a film on the intermediate carrier. This makes it possible to carry out only a partial, in particular structured or segmented soldering of the power semiconductor with the metallic intermediate carrier instead of a full-surface soldering, whereby in the soldering zone mechanical stresses due to Tempe temperature changes can be minimized. The amount of solder required for soldering can be prefabricated as Lofformteil with which the solder mask is populated. The mechanical stresses due to temperature changes are further minimized in a preferred embodiment of the invention, in which the materials for the subcarrier and for the base of the power semiconductors are chosen so that their coefficients of thermal expansion match or are close to each other, z. B. copper with 2 wt .-% iron and less than 1 wt .-% phosphorus (CuFe2P).

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.One embodiment the invention is in the attached Drawings shown.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Montageanordnung mit einer Schaltung in einer Schrägansicht, 1 shows a mounting arrangement according to the invention with a circuit in an oblique view,

2 zeigt einen Längsschnitt einen bestückten Zwischenträger der Schaltung, und 2 shows a longitudinal section of a populated subcarrier of the circuit, and

3 zeigt eine Schrägansicht des noch nicht bestückten Zwischenträgers. 3 shows an oblique view of the not yet equipped intermediate carrier.

Die in 1 dargestellte Schaltung ist auf einer Schaltungsträgerplatte 1 aufgebaut, welche auf Kunstharzbasis hergestellt ist. Die Schaltungsträgerplatte 1 trägt elektrische und elektronische Bauelemente, von welchen ein integrierter Schaltkreis 2, mehrere Steckverbinder 3 und ein Leistungshalbleiter 4, insbesondere ein MoSFET, beispielhaft dargestellt sind. Leiterbahnen, welche die elektrischen und elektronischen Bauelemente miteinander verbinden, sind nicht dargestellt. Die Bauelemente sind in SMT-Technik montiert, d. h., sie sind nicht mit Anschlussdrähten in Bohrungen der Schaltungsträgerplatte 1 gesteckt und mit der Rückseite der Schaltungsträgerplatte verlötet, sondern sind mittels löffähiger Anschlüsse bzw. Anschlussflächen direkt auf die Oberfläche ihres Trägers gelötet. Während der integrierte Schaltkreis 2 direkt auf die Oberfläche der Schaltungsträgerplatte 1 gelötet ist, sind die Steckverbinder 3 und der Leistungshalbleiter 4 auf einen metallischen Zwischenträger 5 gelötet. Der Zwischenträger 5 ist eine im Querschnitt U-förmige Schiene mit einer Basis 6 und zwei zueinander parallelen Wänden 7 und 8, welche in einem rechten Winkel zur Basis 6 in der Längsrichtung des Zwischenträgers 5 verlaufen.In the 1 shown circuit is on a circuit board 1 built, which is made of synthetic resin. The circuit board 1 carries electrical and electronic components, of which an integrated circuit 2 , several connectors 3 and a power semiconductor 4 , in particular a MoSFET, are shown by way of example. Printed conductors, which interconnect the electrical and electronic components, are not shown. The components are mounted in SMT technology, ie, they are not with connection wires in holes in the circuit board 1 plugged and soldered to the back of the circuit board, but are soldered by means of löffähiger connections or pads directly to the surface of their wearer. During the integrated circuit 2 directly on the surface of the circuit board 1 is soldered, are the connectors 3 and the power semiconductor 4 on a metallic intermediate carrier 5 soldered. The intermediate carrier 5 is a cross-sectionally U-shaped rail with a base 6 and two parallel walls 7 and 8th which is at a right angle to the base 6 in the longitudinal direction of the intermediate carrier 5 run.

Wie 3 zeigt, hat die Basis 6 drei sich über die gesamte Breite der Basis 6 erstreckende Lücken 9, welche vier Abschnitte 10, 11, 12 und 13 bei der Basis 6 voneinander trennt, welche die beiden Wände 7 und 8 miteinander verbinden. Im Bereich einer jeden Lücke 9 haben beide Wände 7 und 8 jeweils ein Beinchen 14, welches sich senkrecht zur Basis 6 bis unter eine Ebene erstreckt, in welcher die Unterseite der Abschnitte 10 bis 13 der Basis 6 liegt. Der Zwischenträger 5 kann preiswert durch Stanzen und Biegen aus einem Blech hergestellt sein.As 3 shows, has the base 6 three over the entire width of the base 6 extending gaps 9 which four sections 10 . 11 . 12 and 13 at the base 6 separates each other, showing the two walls 7 and 8th connect with each other. In the area of every gap 9 Both have walls 7 and 8th one leg each 14 , which is perpendicular to the base 6 extends below a plane in which the underside of the sections 10 to 13 the base 6 lies. The intermediate carrier 5 can be inexpensively made by punching and bending from a sheet metal.

Auf den Abschnitten 10, 11 und 12 der Basis 6 ist jeweils eine Lötstoppmaske 15 vorgesehen, welche mit einem nicht dargestellten Lotformteil bestückt ist. Die Lötstoppmaske 15 besteht vorzugsweise aus einem Lack, der unter Anwendung eines Druckverfahrens, insbesondere eines Tampondruckverfahrens, auf die Basis 6 des Zwischenträgers 5 gedruckt ist.On the sections 10 . 11 and 12 the base 6 is each a solder mask 15 provided, which is equipped with a solder preform, not shown. The solder mask 15 preferably consists of a lacquer based on the application of a printing process, in particular a pad printing process 6 of the subcarrier 5 is printed.

In den Abschnitt 13 der Basis 6 ist ein Loch 17 gestanzt, in welches ein elektrischer Anschlußpol 18 eingesetzt und fixiert ist, z. B. durch Einpressen in das vorzugsweise kreisrunde Loch 17. Der Anschlußpol 18 kann z. B. ein Steckkontakt oder ein Schraubkontakt sein.In the section 13 the base 6 is a hole 17 punched, in which an electrical terminal pole 18 used and fixed, z. B. by pressing into the preferably circular hole 17 , The connection pole 18 can z. B. be a plug contact or a screw.

Die Schaltungsträgerplatte 1 hat Löcher, nämlich Bohrungen 19 zum Aufnehmen der Beinchen 14 des Zwischenträgers 5. Zum Zusammenbauen der Schaltung wird die Schaltungsträgerplatte 1 an den Stellen, welche mit elektrischen oder elektronischen Bauelementen bestückt werden sollen, oberflächlich z. B. mit einer Lotpaste bedruckt. Im Bereich der Bohrungen 19 wird die Schaltungsträgerplatte 1 mit einer Lotpaste bedruckt, welche in die Bohrungen 19 eindringt. Der Zwischenträger 5 wird auf der Schaltungsträgerplatte 1 positioniert, indem er mit seinen Beinchen 14 bis zum Anschlag 16 in die Bohrungen 19 gesteckt wird. Die Abschnitte 10, 11 und 12 der Basis 6 auf der Lötstoppmaske 15 werden jeweils mit einem Lotformteil bestückt. Anschließend werden die mit Lot versehenen Kontaktflächen auf der Schaltungsträgerplatte 1 und auf der Basis 6 des Zwischenträgers 5 mit den dafür vorgesehenen elektrischen und elektronischen Bauteilen bestückt, vorzugsweise mittels eines Be stückungsautomaten. Die auf der Lötstoppmaske 15 vorgesehenen Lotformteile werden mit jeweils einem Leistungshalbleiter 4 bestückt, von denen nur einer dargestellt ist. Beim anschließenden Aufschmelzen des Lotes (Reflow-Löten) zentrieren sich die bestückten Bauteile durch die Oberflächenspannung des Lotes auf den für sie jeweils vorgesehenen Plätzen, setzen sich ab und werden fixiert, sobald das Lot erstarrt.The circuit board 1 has holes, namely holes 19 for picking up the legs 14 of the subcarrier 5 , To assemble the circuit, the circuit board becomes 1 at the sites which are to be populated with electrical or electronic components, superficially z. B. printed with a solder paste. In the field of drilling 19 becomes the circuit board 1 printed with a solder paste, which into the holes 19 penetrates. The intermediate carrier 5 will be on the circuit board 1 positioned by his legs 14 until the stop 16 into the holes 19 is plugged. The sections 10 . 11 and 12 the base 6 on the solder mask 15 are each equipped with a solder preform. Subsequently, the soldered contact surfaces on the circuit board 1 and on the base 6 of the subcarrier 5 equipped with the appropriate electrical and electronic components, preferably by means of a loading tee machines. The on the solder mask 15 provided solder preforms are each with a power semiconductor 4 equipped, of which only one is shown. During the subsequent reflowing of the solder (reflow soldering), the assembled components are centered by the surface tension of the solder in the places intended for them, settle and are fixed as soon as the solder solidifies.

Anhand der 2 erkennt man, dass die Abschnitte 10, 11, 12 und 13 der Basis 6 in Ausschnitten der Schaltungsträgerplatte 1 liegen, wohingegen in die Lücken 9 der Basis 6 des Zwischenträgers 5 Abschnitte 20, 21 und 22 der Schaltungsträgerplatte 1 hineinragen. Auf diesen Abschnitten 20, 21 und 22 befindet sich jeweils ein Steckverbinder 3, in welchen durch ein Loch 24 in der Schaltungsträgerplatte 1 ein nicht dargestellter Kontaktstift gesteckt werden kann, mit welchem ein elektrischer Verbraucher, z. B. ein elektrischer Heizwiderstand, an den Leistungshalbleiter 4 angeschlossen werden kann. Zu diesem Zweck ist ein Anschlussbein 25 des Leistungshalbleiters 4 in SMT-Technik mit dem betroffenen Abschnitt 20 der Schaltungsträgerplatte 1 verlötet.Based on 2 you realize that the sections 10 . 11 . 12 and 13 the base 6 in sections of the circuit board 1 lie, whereas in the gaps 9 the base 6 of the subcarrier 5 sections 20 . 21 and 22 the circuit board 1 protrude. On these sections 20 . 21 and 22 there is one connector each 3 in which through a hole 24 in the circuit board 1 a non-illustrated contact pin can be inserted, with which an electrical consumer, for. B. a electrical heating resistor to the power semiconductor 4 can be connected. For this purpose is a connecting leg 25 of the power semiconductor 4 in SMT technique with the affected section 20 the circuit board 1 soldered.

Durch den geschilderten Aufbau ist der Leistungshalbleiter 4 von der Schaltungsträgerplatte 1 thermisch weitgehend entkoppelt. Dadurch wird bei schadhafter Leistungsendstufe der Wärmeeintrag in die Schaltungsträgerplatte 1 und die damit verbundene Ausgasung des Kunststoffes der Schaltungsträgerplatte, meistens ein Epoxydharz, erheblich vermindert. Damit ist ein Brandrisiko durch Entzündung brennbarer Bestandteile des aus der Schaltungsträgerplatte 1 freigesetzten Gasgemisches vermieden.Due to the described structure of the power semiconductor 4 from the circuit board 1 thermally largely decoupled. As a result, in the case of a defective power output stage, the heat input into the circuit carrier plate 1 and the associated outgassing of the plastic of the circuit board, usually an epoxy resin, significantly reduced. This is a fire risk due to ignition of combustible components of the circuit board 1 avoided gas mixture avoided.

Die hohen Ströme, die von den Leistungshalbleitern 4 zu schalten sind, werden über den Anschlußpol 18 unmittelbar in den metallischen Zwischenträger 5 eingeleitet, verzweigen sich auf die verschiedenen Leistungshalbleiter 4 und gelangen erst nach der Verzweigung auf die Abschnitte 20, 21 und 22 der Schaltungsträgerplatte 1, welche dadurch entlastet wird, weil die höchsten Ströme direkt nur im Zwischenträger 5 fließen, welcher dadurch zugleich die Funktion einer Stromschiene hat.The high currents generated by the power semiconductors 4 are to be switched over the terminal pole 18 directly into the metallic intermediate carrier 5 initiated branch on the different power semiconductors 4 and arrive at the sections after the junction 20 . 21 and 22 the circuit board 1 , which is relieved thereby, because the highest currents directly only in the intermediate carrier 5 flow, which thereby at the same time has the function of a busbar.

Die Schaltungsträgerplatte durchquerende Hochstrompfade wie im Stand der Technik werden erfindungsgemäß nicht benötigt. Dadurch ergibt sich für den Endnutzer der Schaltung eine höhere Sicherheit.The Circuit board passing through high current paths as in the prior art are not according to the invention needed. This results in for the end user of the circuit a higher security.

11: SchaltungsträgerplatteCircuit board
22: Integrierter Schaltkreisintegrated circuit
33: SteckverbinderConnectors
44: Leistungshalbleiter (MoSFET)Power semiconductor (MOSFET)
55: Zwischenträgersubcarrier
66: BasisBase
77: Wandwall
88th: Wandwall
99: Lückegap
1010: Abschnitt von 6 Section of 6
1111: Abschnitt von 6 Section of 6
1212: Abschnitt von 6 Section of 6
1313: Abschnitt von 6 Section of 6
1414: Beinchenleg
1515: Lötstoppmaskesolder mask
1616: Anschlagattack
1717: Lochhole
1818: AnschlußpolA terminal
1919: Löcher, BohrungenHoles, holes
2020: Abschnitt von 1 Section of 1
2121: Abschnitt von 1 Section of 1
2222: Abschnitt von 1 Section of 1
2323
2424: Lochhole
2525: Anschlußbeinconnecting leg

Claims

Mounting arrangement for several power semiconductors ( 4 ), which have a heat-releasing contact surface which flat with a metallic intermediate carrier ( 5 ), the subcarrier ( 5 ) Leg ( 14 ), with which he in holes ( 19 ) of a circuit carrier ( 1 ), wherein at the intermediate carrier ( 5 ) an electrical connection pole ( 18 ) arranged as an electrical connection for the power semiconductors ( 4 ), and wherein the subcarrier ( 5 ) a base on which the power semiconductors ( 4 ) and at least one with the base ( 6 ) an angle enclosing wall ( 8th . 9 ), characterized in that a plurality of power semiconductors ( 4 ) spaced apart on the base ( 6 ) and that the base ( 6 ) between the power semiconductors ( 4 ) at least one gap ( 9 ) Has.

Circuit according to Claim 1, characterized in that the holes ( 19 ), in which the intermediate carrier ( 5 ), are plated through.

Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate carrier ( 5 ) with the circuit carrier ( 1 ) is soldered.

Circuit according to Claim 2, characterized in that the legs ( 14 ) in the holes ( 19 ) are pressed.

Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the legs ( 14 ) on the at least one wall ( 8th . 9 ) are provided.

Circuit according to claim 4 or 5, characterized in that two or more than two walls ( 8th . 9 ) are provided, which at opposite edges of the base ( 6 ) are arranged.

Circuit according to claim 5 or 6, characterized in that the walls ( 8th . 9 ) with the base ( 6 ) enclose a right angle.

Circuit according to one of claims 5 to 7, characterized in that two mutually parallel walls ( 8th . 9 ) are provided, which with opposite edges of the base ( 6 ) are connected.

Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that in the gaps ( 9 ) the base ( 6 ) a section ( 10 . 11 . 12 and 13 ) of the circuit carrier ( 1 ) lies.

Circuit according to claim 9, characterized in that in a gap ( 9 ) the base ( 6 ) section ( 10 . 11 . 12 and 13 ) of the circuit carrier ( 1 ) one of an adjacent power semiconductor ( 4 ) fed terminal device, in particular a connector ( 3 ) carries for the electrical connection of an electrical consumer.

Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the terminal pole ( 18 ) on a section of the base ( 6 ) of the intermediate carrier ( 5 ) is provided, which in a section of the circuit board ( 1 ) lies.

Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the part of the intermediate carrier ( 5 ) on which a power semiconductor ( 4 ) is soldered with its heat-emitting contact surface, the circuit carrier ( 1 ) at most in places, preferably not touched at all.

Circuit according to Claim 12, characterized in that the part of the intermediate carrier ( 5 ) on which a power semiconductor ( 4 ) is soldered with its heat-emitting contact surface, in a section of the circuit substrate ( 1 ) is arranged.

Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate carrier ( 5 ) with a solder mask ( 15 ) is provided.

Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the legs ( 14 ) by THT reflow soldering to the circuit carrier ( 1 ) are soldered.

Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit carrier ( 1 ) consists mainly of a synthetic resin.

Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the materials for the intermediate carrier ( 5 ) and for the metallic base of the power semiconductor ( 4 ) are chosen so that they coincide in the thermal expansion coefficient or are close to each other.

Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that on the legs ( 14 ) whose insertion depth limit stops ( 16 ) are formed.

Electrical circuit with a mounting arrangement according to one of the claims 1 to 18.