DE4122428C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betriff t eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 nach Patent 41 11 247.
Bei dieser Schaltungsanordnung ist nicht zuverlässig auszuschließen, daß die elastisch nachgiebige Drückeinrichtung bzw. deren Kissenelement aus elektrisch isolierendem, elastisch nachgiebigem Material bei höheren Anwendungs- bzw. Betriebstemperaturen seine Elastizität verliert und zu fließen beginnt, wodurch der Anpreßdruck der Drückeinrichtung gegen die Trägerplatte bzw. gegen das Kühlbauteil zumindest beeinträchtigt oder im Extremfall sogar aufgehoben wird.
Die 35 08 456 C2 offenbart einen Leistungshalbleitermodul, bestehend aus einem beidseitig metallisierten Keramiksubstrat, das auf der Oberseite mit Bauelementen bestückt und in ein Kunststoffgehäuse eingesetzt ist. Dieser Modul ist mit dem metallisierten Keramiksubstrat als Auflage zur Montage auf einer wärmeableitenden Unterlage vorgesehen. Die Dicke der Metallisierungen des Substrates ist so gewählt, daß das metallisierte Keramiksubstrat für sich genommen bei Erwärmung eine leichte, zu einer Oberseite gerichtete Verwölbung aufweist. In das Kunststoffgehäuse ist mindestens eine Justierschraube eingesetzt, die auf das Keramiksubstrat oder ein Bauelement drückt. Die Justierschraube ist so eingestellt, daß bei dem unmontierten Leistungshalbleitermodul bei Betriebstemperatur eine geringfügige Wölbung des metallisierten Keramiksubstrates nach unten vorhanden ist.
Aus der DE 29 42 401 A1 ist ein Halbleiterbauelement mit mehreren Halbleiterkörpern bekannt, die in einem einen metallenen Boden aufweisenden Gehäuse angeordnet und durch je eine mittels Schrauben im Boden verankerte blattförmige Feder mit Zuleitungen elektrisch druckkontaktiert sind und in wärmeleitendem Kontakt mit dem Boden stehen. Dort sind die beiden Enden der Federn mit einem Joch gehalten, das seinerseits über mindestens zwei Schrauben im Boden verankert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art derartig weiter zu verbessern, daß auch bei hohen Betriebstemperaturen jederzeit ein bestimmter Anpreßdruck gegen die Trägerplatte bzw. das Kühlbauteil gewährleistet bleibt.
Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Durch das mindestens eine wärme- und formstabile Brückenelement werden die aus elastischem Material bestehenden Teile des Kissenelementes, die auf die entsprechenden Elemente bzw. Teile der Schaltungsanordnung drücken, von diesen thermisch isoliert und mechanisch begrenzt, so daß sich eine beispielsweise temperaturbedingte plastische Verformung des Materials des Kissenelementes nicht in einer Verringerung des vorgegebenen Anpreßdruckes niederschlägt.
Des weiteren kann durch eine entsprechende Gestaltung des Brückenelementes, angepaßt an die Profilierung der zu drückenden Elemente und/oder Teile der Schaltungsanordnung der Anpreßdruck so auf diese Schaltungsteile geleitet werden, daß ein guter Wärmekontakt und eine gute mechanische Befestigung der Teile zur Kühlplatte gegeben ist. Ferner kann das mindestens eine Brückenelement so gestaltet sein, daß es die Schaltungsteile der Schaltungsanordnung gegenseitig justiert und fixiert. Das/jedes Brückenelement kann hierbei aus elektrisch isolierendem Material bestehen. Bestehen einzelne Brückenelemente aus elektrisch leitendem Material, dann können damit auch elektrische Verbindungen zwischen den Schaltungsteilen hergestellt werden.
Bei den Brückenelementen kann es sich um voneinander unabhängige getrennte Elemente handeln, wodurch eine ausgezeichnete Formanpassung an die Gegebenheiten der Schaltungsanordnung erzielbar ist. Als voneinander unabhängige, getrennte Elemente ausgebildete Brückenelemente bedingen jedoch einen gewissen Montageaufwand bei der Herstellung der Schaltungsanordnung, weshalb es zweckmäßig sein kann, wenn die Brückenelemente miteinander zu einer Einheit verbunden sind. Hierbei können die Brückenelemente gleichsam ein starres Gebilde darstellen oder miteinander mittels flexibler Verbindungsorgane verbunden sein, um eine gute Anpassung an die Gegebenheiten der entsprechenden Schaltungsanordnung zu gewährleisten. Demselben Zweck dient es, wenn das mindestens eine Brückenelement an seiner dem Kühlbauteil zugewandten Seite mit einer an die Profilierung der Schaltungsanordnung angepaßten Oberflächenkontur ausgebildet ist.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist in der Zeichnung teilweise aufgeschnitten gezeichnet und wird nachfolgend beschrieben.
Die Figur zeigt in einem vergrößerten Maßstab teilweise aufgeschnitten eine Schaltungsanordnung 10 mit einem Kühlbauteil 12. Das Kühlbauteil 12 ist als ebene Metallplatte ausgebildet. Selbstverständlich wäre es auch möglich, das Kühlbauteil 12 mit Kühlrippen auszubilden. Auf dem Kühlbauteil 12 ist eine Trägerplatte 14 aus elektrisch isolierendem Material angeordnet, die Kontaktflächen 16 aufweist, die auf der Oberseite der Trägerplatte 14 voneinander beabstandet vorgesehen sind. Auf der von den Kontaktflächen 16 abgewandten Unterseite ist die Trägerplatte 14 mit einer Metallschicht 18 versehen, um zwischen der Trägerplatte 14 und dem Kühlbauteil 12 eine gute Wärmeleitung zu gewährleisten. Auf der Trägerplatte 14 ist ein chipförmiges Bauelement 20 angeordnet, bei dem es sich insbesondere um ein Halbleiterbauelement handelt. Das chipförmige Bauelement 20 weist Kontakte 22 und 24 auf. Der Kontakt 24 ist mit einer zugehörigen Kontaktfläche 16 der Trägerplatte 14 kontaktiert. Die Kontakte 22 auf der Oberseite des chipförmigen Bauelementes 20 sind mittels flexibler Verbindungselemente 26 mit zugehörigen Kontaktflächen 16 der Trägerplatte 14 elektrisch leitend verbunden. Bei den flexiblen Verbindungselementen 26 handelt es sich bspw. um Bonddrähte.
Von der Trägerplatte 14 räumlich getrennt ist auf dem Kühlbauteil 12 ein Substrat 28 angeordnet, das mit Anschlüssen 30 und 32 ausgebildet ist, die voneinander mittels einer Isolierung 34 elektrisch isoliert sind. Ein starres Verbindungselement 36 dient dazu, zwischen der entsprechenden Kontaktfläche 16 auf der Trägerplatte 14 und dem zugehörigen Anschluß 32 auf den Substrat 28 eine elektrisch leitende Verbindung herzustellen. Das starre Verbindungselement 36 ist zum Beispiel als Kontaktbügel ausgebildet.
Die Schaltungsanordnung 10 weist eine Andrückvorrichtung 38 mit einem Montageelement 40 und einer Drückeinrichtung 42 auf. Das Montageelement 40 besteht bspw. aus Metall und ist als Platte ausreichender Wanddicke ausgebildet, um eine entsprechende Formstabilität zu gewährleisten. Die Drückeinrichtung 42 ist an der dem Kühlbauteil 12 zugewandten Unterseite 44 des Montageelementes 40 vorgesehen.
Das Kühlbauteil 12 und das Montageelement 40 können miteinander mechanisch verbunden sein, was durch die dünnen strichpunktierten Linien 45 angedeutet ist.
Die Drückeinrichtung 42 weist ein Kissenelement 54 aus einem elektrisch isolierenden und elastisch nachgiebigen Material auf. Damit es durch das Kissenelement 54 auch bei hohen Betriebs- bzw. Anwendungstemperaturen der Schaltungsanordnung 10 infolge Fließens des Materials des Kissenelements 54 nicht zu einer Abnahme des Anpreßdruckes der Drückeinrichtung 42 gegen die Trägerplatte 14 bzw. das Kühlbauteil 12 kommt, ist das Kissenelement 54 an bestimmten gegen das zu kühlende Bauelement 20 bzw. gegen die Trägerplatte 14 drückenden, durch Erhebungen 62 gebildeten Abschnitten von einem zugehörigen Brückenelement 74 mindestens einseitig begrenzt, das aus einem im Vergleich zum Material des Kissenelementes 54 wärme- und formstabilen Material besteht. Das/jedes Brückenelement 74 kann aus einem elektrisch isolierenden oder aus einen elektrisch leitenden Material bestehen. Besteht das entsprechende Brückenelement aus elektrisch isolierendem Material, so handelt es sich vorzugsweise um einen aushärtenden Kunststoff. Das Kissenelement 54 kann bspw. aus einem Silikongummi bestehen.
Das/jedes Brückenelement 74 ist vorzugsweise an seiner vom Montageelement 40 abgewandten Unterseite 56 in mindestens annähernder Anpassung an die Höhenprofilierung der Trägerplatte 14, des auf der Trägerplatte 14 angeordneten chipförmigen Bauelementes 20 bzw. der starren Verbindungselemente 36 zwischen der Trägerplatte 14 und dem Substrat 28 mit Ausnehmungen 58, 60 und mit Erhebungen 64 ausgebildet. Die Ausnehmungen 58 dienen zur Aufnahme und Justierung der Trägerplatte 14 und des Substrates 28 in Bezug auf das Kühlbauteil 12, während die/jede Ausnehmung 60 zur Aufnahme und Justierung eines zugehörigen starren Verbindungselementes 36 dient. Mit Hilfe der Andrückvorrichtung 38 kann also nicht nur die Trägerplatte 14 mit dem chipförmigen Bauelement 20 sowie das Substrat 28 mit den Anschlüssen 30 und 32 genau passend am Kühlbauteil 12 festgelegt werden, sondern bspw. gleichzeitig mit den starren Verbindungselementen 36 auch der entsprechende elektrisch leitende Kontakt zwischen den Kontaktflächen 16 an der Trägerplatte 14 und bspw. dem Anschluß 32 am Substrat 28 hergestellt werden.
Eine Weichvergußmasse 68 bedeckt das auf den Trägerkörper 14 vorgesehene chipförmige Bauelement 20.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung mit mindestens einer Trägerplatte (14), auf welcher mindestens ein zu kühlendes chipförmiges Bauelement (20), insbesondere Halbleiterbauelement, und Kontaktflächen (16) vorgesehen sind, wobei das/jedes Bauelement (20) mit zugehörigen Kontaktflächen (16) mittels Verbindungselementen (26) elektrisch leitend verbunden ist, mit einem Kühlbauteil (12), auf welchem die mindestens eine Trägerplatte (14) angeordnet ist, und mit einer Andrückvorrichtung (38), mit welcher die mindestens eine Trägerplatte (14) gegen das Kühlbauteil (12) gedrückt wird, wobei die Andrückvorrichtung (38) mindestens ein wärme- und formstabiles Montageelement (40) und ein Kissenelement (54) aus einem elektrisch isolierenden, elastisch nachgiebigen Material als Drückeinrichtung (42) aufweist, das auf der dem Kühlbauteil (12) zugewandten Innenseite (44) des Montageelements (40) vorgesehen ist, und das gegen das mindestens eine zu kühlende Bauelement (20) und/oder in dessen Nachbarschaft elektrisch isoliert gegen die mindestens eine Trägerplatte (14) drückt, nach Patent 41 11 247, dadurch gekennzeichnet, daß das/jedes Kissenelement (54) von mindestens einem zugehörigen Brückenelement (74) mindestens einseitig begrenzt ist, das aus wärme- und formstabilem Material besteht und mittels Erhebungen (64) auf das mindestens eine zu kühlende Bauelement (20) und/oder gegen die mindestens eine Trägerplatte (14) drückt und diese fixiert.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Brückenelement (74) gegen ein Anschlüsse (30, 32) aufweisendes Substrat (28) bzw. gegen mindestens ein das Substrat (28) mit der Trägerplatte (14) verbindendes Verbindungselement (36) drückt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das/jedes Brückenelement (74) aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der Brückenelemente (74) aus einem elektrisch leitenden Material bestehen.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenelemente (74) als voneinander unabhängige, getrennte Elemente ausgebildet sind.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenelemente (74) miteinander mittels flexibel nachgiebiger Verbindungsorgane zu einer Einheit verbunden sind.
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Brückenelemente (74) an seiner dem Kühlbauteil (12) zugewandten Unterseite (56) mit einer an die Profilierung der mindestens einen Trägerplatte (14), des mindestens einen Bauelementes (20) bzw. der Verbindungselemente (36) angepaßten Oberflächenkontur bzw. mit entsprechenden Einsenkungen (58, 60) und Erhebungen (62, 64) ausgebildet ist.
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