DE3305167A1 - Electrical circuit arrangement having a printed-circuit board - Google Patents

Electrical circuit arrangement having a printed-circuit board

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Abstract

An electrical circuit arrangement having a printed-circuit board is proposed, in which relatively large, copper-clad regions (12, 22) are used as cooling surfaces for heat dissipation on semiconductor components (13). For this purpose, the semiconductor component (13) to be cooled is arranged on a clad region (12) of the printed-circuit board (10), and a further clad region (22) on the opposite side of the printed-circuit board (10) is connected as a cooling surface via a plurality of through-plated holes (23) to the above-mentioned clad region (12). In this way, a relatively large amount of heat can be dissipated from the semiconductor components (13), with small printed-circuit board dimensions (Figure 1). <IMAGE>

Description

Elektrische Schaltungsanordnung mit einerElectrical circuit arrangement with a

Leiterplstte Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Schaltungsanordnung mit einer Leiterplatte nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten elektrischen Schaltungsanordnung dieser Art ist ein Halbleiter-Bauelement auf der einen Seite der Leiterplatte auf einen größeren kupferkaschierten Bereich aufgebracht und von dort über sogenannte Bonddrähte mit verschiedenen Leiterbahnen kontaktiert (DE-OS 22 26 395).Prior art printed circuit boards The invention is based on an electrical one Circuit arrangement with a printed circuit board according to the preamble of the main claim. In a known electrical circuit arrangement of this type, there is a semiconductor component on one side of the circuit board on a larger copper-clad area applied and from there via so-called bond wires with various conductor tracks contacted (DE-OS 22 26 395).

Der großflächige kaschierte Bereich der Leiterplatte dient dem Halbleiter-Bauelement als Kühlfläche, über welche die im Halbleiter erzeugte Wärme abgeführt wird. Bei dieser Lösung ist es ferner bekannt, die beidseitig auf der Leiterplatte angeordneten Leiterbahnen soweit erforderlich über Löcher in der Leiterplatte miteinander zu verbinden, indem die Leiterbahnen im Bereich dieser Löcher durchkontaktiert werden. Für elektrische Bauelemente, welche Ströme in der Größenordnung von einem oder mehreren Ampere schalten müssen, wird bei dieser Lösung jedoch eine relativ große Kühlfläche benötigt, um die erzeugte Wärme abzuführen. Die #eiterplatte muß daher für solche Fälle relativ groß dimensioniert sein, was platz- und kostenaufwendig ist. Werden solche Schaltungsanordnungen auch noch in einem Gehäuse angeordnet, so muß dafür gesorgt werden, daß die Wärme auf möglichst kurzem Wege zur Gehäusewand abgeführt wird. Da jedoch bei der bekannten Lösung die Kühlfläche auf der Seite der Leiterplatte liegt, auf der auch die Halbleiter-Bauelemente angeordnet sind, läßt sich die Kühlfläche nicht in unmittelbarer Nähe einer Gehäusewand anordnen.The large, laminated area of the circuit board is used for the semiconductor component as a cooling surface through which the heat generated in the semiconductor is dissipated. at this solution, it is also known that arranged on both sides of the circuit board Conductor paths to one another via holes in the circuit board as necessary connect by contacting through the conductor tracks in the area of these holes. For electrical components, which currents in the order of magnitude have to switch from one or more amps, with this solution, however, a relatively large cooling surface is required to dissipate the generated heat. The #circuit board must therefore be dimensioned relatively large for such cases, which is space-consuming and costly is. If such circuit arrangements are also arranged in a housing, so it must be ensured that the heat is as short as possible to the housing wall is discharged. Since, however, in the known solution, the cooling surface on the side the circuit board on which the semiconductor components are arranged, the cooling surface cannot be arranged in the immediate vicinity of a housing wall.

Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, auf einer Leiterplatte Kühlflächen durch kupferkaschierte Bereiche so anzubringen, daß über sie eine möglichst große Wärmemenge von einer möglichst kleinen Leiterplatte abgeführt werden kann.The present solution seeks to be on a printed circuit board To attach cooling surfaces through copper-clad areas so that as much as possible over them large amount of heat can be dissipated from a circuit board that is as small as possible.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat daher den Vorteil, daß die in den Halbleter-Bauelementen erzeugte te Wärme über die Durchkontaktierungen auf die Rückseite der Leiterplatte gelangen kann und dort über den weiteren, als zusätzliche Kühlfläche dienenden kaschierten Bereich der Leiterplatte abgeführt wird. Dadurch ist es möglich, gegenüber der bekannten Lösung bei gleicher Leiterplattengraße eine erheblich bessere Abführung der Wärme zu bekommen bzw. die gleiche Wärme menge über eine Leiterplatte mit erheblich kleineren Abmessungen abführen zu können. Durch eine möglichst große Zahl von Durchkontaktierungen läßt sich bei dieser Lösung die Abführung bzw. die gleichmäßige Verteilung der im Halbleiter-Element erzeugten Wärme noch weiter verbessern. Da die Bauelemente zweckmäßigerweise nur auf einer Seite der Leiterplatte angeordnet werden, befinden sich an der Rückseite der Leiterplatte lediglich Lötstützpunkte, die ebenfalls über eine Durch kontaktierung mit Leiterbahnen auf der Oberseite der Leiterplatte verbunden sind. Mit Ausnahme der Lötstützpunkte kann in diesem Fall die gesamte Rückseite der Leiterplatte als Kühlfläche verwendet werden.Advantages of the Invention The circuit arrangement according to the invention with the characterizing features of the main claim therefore has the advantage that the te heat generated in the half-meter components via the vias the back of the circuit board can get and there over the other, as an additional Cooling surface serving laminated area of the circuit board is removed. Through this it is possible, compared to the known solution, with the same PCB size To get significantly better heat dissipation or the same amount of heat a circuit board with considerably smaller ones Dimensions dissipate to can. With the largest possible number of plated-through holes Solution the removal or the even distribution of the in the semiconductor element the generated heat even further. As the components expediently only on one side of the circuit board are on the rear the circuit board only has solder terminals, which also have a through contact are connected to conductor tracks on the top of the circuit board. With the exception In this case, the solder terminals can be used as the entire rear side of the circuit board Cooling surface can be used.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Me-rkmale möglich.The measures listed in the subclaims are advantageous Further training and improvements to the features specified in the main claim are possible.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die als Kühlflächen dienenden kupferkaschierten Bereiche der Leiterplatte zugleich einen Anschluß für das Halbleiter-Bauelement bilden. Bei der Verwendung von handelsüblichen IC-Bausteinen als Halbleiter-Bauelemente ist es zweckmäßig, wenn die Kühlplatte eines solchen gekapselten Halbleiter-Bauelementes auf den oberen kaschierten Bereich der Leiterplatte aufliegt und mit einem Niet an einer durchkontaktierten Öffnung in den kaschierten Bereichen auf der Leiterplatte befestigt ist. Eine günstige Wärmeabführung wird dadurch erzielt, daß die in einem Gehäuse angeordnete Leiterplatte mit ihrer dem HalbleiterBauelement abgewandten Seite mit geringem Abstand von höchsten 5 mm einer metallischen Gehäusewand gegenüberliegt.It is advantageous if the copper-clad surfaces used as cooling surfaces Areas of the circuit board at the same time a connection for the semiconductor component form. When using commercially available IC components as semiconductor components it is useful if the cooling plate of such an encapsulated semiconductor component rests on the upper laminated area of the circuit board and with a rivet at a plated-through opening in the laminated areas on the circuit board is attached. A favorable heat dissipation is achieved in that the in one Housing arranged circuit board with its facing away from the semiconductor component Side is opposite a metallic housing wall with a small distance of at most 5 mm.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine beidseitig kaschierte Leiterplatte mit einem Halbleiter-Bauelement im Bereich zweier durchkontaktierter Kühlflächen der Leiterplatte und Figur 2 zeigt die Anordnung der Leiterplatte aus Figur 1 in einem Gehäuse.Drawing An embodiment of the invention is shown in the drawing shown and explained in more detail in the following description. It show figure 1 a printed circuit board laminated on both sides with a semiconductor component in the area two through-contacted cooling surfaces of the circuit board and FIG. 2 shows the arrangement the circuit board of Figure 1 in a housing.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels In Figur 1 wird die im Querschnitt und beidseitig abgebrochen dargestellte Leiterplatte einer elektrischen Schaltungsanordnung mit 10 bezeichnet. Die Leiterplatte 10 besteht aus einem Isolierstoff, der auf beiden Seiten kupferkaschiert ist. Auf der oberen Seite der Leiterplatte 10 befinden sich kupferkaschierte Leiterbahnen 11 für den Anschluß der elektrischen Bauelemente. Außerdem hat die Leiterplatte 10 auf ihrer Oberseite einen als Kühlfläche dienenden kaschierten Bereich 12, der von den Leiterbahnen 11 elektrisch isoliert ist. Auf dem kaschierten Bereich 12 der Leiterplatte 10 ist ein handelsübliches Halbleiter-Bauelement 13 angeordnet, das im Beispielsfall ein Darlington-Schalttransistor 14 in IC-Ausführung enthält, der auf einer Kühlplatte 15 sitzt und von einem Kunststoffgehäuse 16 gekapselt ist. Ein Anschluß 17 des Halbleiter-Bauelementes 13 ist in einem Loch 18 der Leiterplatte 10 aufgenommen und auf der Rückseite der Leiterplatte 10 ist im Bereich des Loches 18 eine kupferkaschierte Leiterbahninsel 19, die über eine Durchkontaktierung 20 mit der Leiterbahn 11 auf der Oberseite der Leiterplatte TO elektrisch verbunden ist. Die Insel 19 wird mit dem Anschluß 17 in bekannter Weise durch eine Tauchlötung verbunden und der Anschluß 17 wird über den so gebildeten Lötstützpunkt 21 an. die Leiterbahn 11 angeschlossen.DESCRIPTION OF THE EXEMPLARY EMBODIMENT In FIG. 1, the in cross section and printed circuit board of an electrical circuit arrangement, shown broken off on both sides denoted by 10. The circuit board 10 consists of an insulating material, which is on both Sides is copper-clad. On the upper side of the circuit board 10 are Copper-clad conductor tracks 11 for connecting the electrical components. In addition, the circuit board 10 has a serving as a cooling surface on its upper side laminated area 12, which is electrically isolated from the conductor tracks 11. on the laminated area 12 of the circuit board 10 is a commercially available semiconductor component 13 arranged, which in the example is a Darlington switching transistor 14 in IC design which sits on a cooling plate 15 and is encapsulated by a plastic housing 16 is. A terminal 17 of the semiconductor component 13 is in a hole 18 of the circuit board 10 added and on the back of the circuit board 10 is in the area of the hole 18 a copper-clad conductor track island 19, which is connected via a through-hole contact 20 electrically connected to the conductor track 11 on the top of the circuit board TO is. The island 19 is connected to the terminal 17 in a known manner by dip soldering connected and the connection 17 is connected to the soldering post 21 formed in this way. the Conductor 11 connected.

Die gesamte, dem Halbleiter-Bauelement 13 abgewandte Rückseite der Leiterplatte 10 ist mit Ausnahme mehrerer solcher für Lötstützpunkte verwendeter Inseln 19 mit einem durchgehenden kaschierten Bereich 22 als zusätzliche Kühlfläche versehen. Die im Darlington-Schalttransistor 14 erzeugte Wärme wird dabei zunächst an die Kühlplatte 15 abgegeben und sie gelangt von dort auf den kaschierten Bereich 12 an der Oberseite der Leiterplatte. Über eine Vielzahl durchkontaktierter Löcher 23 der Leiterplatte ist der untere kaschierte Bereich 22 mit dem oberen kaschierten Bereich 12 verbunden, so daß die Wärme über diese durchkontaktierten Löcher 23 auf die Rückseite der Leiterplatte gelangen kann. Der Bereich 12 auf der Oberseite der Leiterplatte 10 oder der Bereich 22 auf der Unterseite bildet zugleich einen Masseanschluß für das Halbleiter-Bauelement 13. Der Masseanschluß erfolgt dabei über die Kühlplatte 15, die mit einem Niet 24 an einer durchkontaktierten Bohrung 25 in den kaschierten Bereichen 12 und 22 der Leiterplatte 10 elektrisch leitend befestigt ist.The entire rear side facing away from the semiconductor component 13 With the exception of several such, circuit board 10 is used for solder terminals Islands 19 with a continuous laminated area 22 as an additional cooling surface Mistake. The heat generated in the Darlington switching transistor 14 is initially delivered to the cooling plate 15 and from there it reaches the laminated area 12 at the top of the circuit board. Via a large number of plated through holes 23 of the circuit board is the lower laminated area 22 with the upper laminated area Area 12 connected so that the heat through these plated through holes 23 on the back of the circuit board. The area 12 on top of the Circuit board 10 or the area 22 on the underside also forms a ground connection for the semiconductor component 13. The ground connection is made via the cooling plate 15, which are laminated with a rivet 24 on a plated-through hole 25 in the Areas 12 and 22 of the circuit board 10 is attached in an electrically conductive manner.

Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bei einem Schaltgerät 30 für Zündanlagen von Brennkraftmaschinen. Dort ist die Leiterplatte 10 aus Figur 1 in einem Metallgehäuse 31 angeordnet. Neben anderen Schaltungselementen des Schaltgerätes 30 ist hier das Halbleiter-Bauelement 13 auf der Oberseite der Leiterplatte 10 befestigt und mit Leiterbahnen 11 kontaktiert.Figure 2 shows the circuit arrangement according to the invention in a switching device 30 for ignition systems of internal combustion engines. There is the circuit board 10 from FIG 1 arranged in a metal housing 31. In addition to other circuit elements of the switching device 30, the semiconductor component 13 is attached to the top of the circuit board 10 here and contacted with conductor tracks 11.

Um die in den Bauelementen erzeugte Wärme auf möglichst kurzem Wege an das -Metallgehäuse 31 abzuleiten, wird die Leiterplatte 10 so angeordnet, daß ihre den Bauelementen abgewandte Seite mit einem geringen Abstand a von etwa 3 mm der unteren Gehäusewand 31a gegenüberliegt.In order to keep the heat generated in the components as short as possible Derive to the metal housing 31, the circuit board 10 is arranged so that their side facing away from the components with a small distance a of about 3 mm the lower housing wall 31a is opposite.

Claims (4)

Ansprüche Elektrische Schaltungsanordnung mit einer Leiterplatte, die beidseitig mit kaschierten Leiterbahnen versehen ist, welche zum Teil über Durchkontaktierungen miteinander verbunden sind, mit einem Halbleiter-Bauelement auf mindestens einer Seite der Leiterplatte, und mit einem als Kühlfläche dienenden, kaschierten Bereich der Leiterplatte, auf dem das Halbleiter-Bauelement angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Halbleiter-Bauelement (13) abgewandten unteren Seite der Leiterplatte (10) ein weiterer kaschierter Bereich (22) als zusätzliche Kühlfläche dient, die über mehrere durchkontaktierte Löcher (23) mit dem oberen kaschierten Bereich (12) verbunden ist.Claims Electrical circuit arrangement with a printed circuit board, which is provided on both sides with laminated conductor tracks, some of which have vias are interconnected, with a semiconductor component on at least one Side of the circuit board, and with a laminated area serving as a cooling surface the circuit board on which the semiconductor component is arranged, characterized in that, that on the semiconductor component (13) facing away from the lower side of the circuit board (10) another laminated area (22) serves as an additional cooling surface, which via several plated-through holes (23) with the upper laminated area (12) connected is. 2. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Kühlflächen dienenden kupferkaschierten Bereiche (12, 22) der Leiterplatte (10) einen Anschluß für das Halbleiter-Bauelement (13) bilden.2. Electrical circuit arrangement according to claim 1, characterized in that that serving as cooling surfaces copper-clad areas (12, 22) of the circuit board (10) form a connection for the semiconductor component (13). 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter-Bauelement (13) mit einer Kühlplatte (15) versehen ist, die auf dem oberen kaschierten Bereich (12) der Leiterplatte (10) aufliegt und mit einem Niet (24) an einem durchkontaktierten Loch (25) innerhalb des kaschierten Bereiches (12) auf der Leiterplatte (10) befestigt ist.3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the semiconductor component (13) is provided with a cooling plate (15) which is on the upper laminated area (12) of the circuit board (10) rests and with a rivet (24) on a plated through hole (25) within the laminated Area (12) is attached to the circuit board (10). 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Gehäuse (31) angeordnete Leiterplatte (10) mit ihrer dem Halbleiter-Bauelement (13) abgewandten unteren Seite mit einem geringen Abstand (a) von höchstens 5 mm einer metallischen Gehäusewand (31a) gegenüberliegt.4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the printed circuit board (10) arranged in a housing (31) with its semiconductor component (13) facing away from the lower side with a small distance (a) of at most 5 mm a metallic housing wall (31a) is opposite.
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