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Title:
ELECTRICAL DEVICE, METHOD FOR PRODUCING AN ELECTRICAL DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/170297
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electrical device (1), more particularly a printed circuit board, having a base plate (2) made from an aluminium material, having at least one electrically conductive conductor track (8) and having at least one dielectric element (5) which is arranged between the at least one conductor track (8) and the base plate (2). At least one conducting element (3), made from a copper material, is arranged between the base plate (2) and the dielectric element (5).

Inventors:
MEIER, Andreas (Seitenhalde 124/1, Pfullingen, 72793, DE)
HUEHNER, Stefan (Kirchentellinsfurter Str. 18, Kusterdingen, 72127, DE)
HAAS, Wolfgang (Tasmanweg 6, Stuttgart, 70439, DE)
SCHUERER, Martin (Hermann-Koehl-Str. 23, Reutlingen, 72768, DE)
Application Number:
EP2019/050064
Publication Date:
September 12, 2019
Filing Date:
January 03, 2019
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
H05K3/44; B32B15/01; B23K20/04; H05K1/02; H05K1/05; H05K3/00; H05K3/40; H05K3/46
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Claims:
Ansprüche

1. Elektrische Vorrichtung (1), insbesondere Leiterplatte, mit einer

Grundplatte (2), die aus einem Aluminium-Werkstoff gefertigt ist, mit mindestens einer elektrisch leitfähigen Leiterbahn (8), und mit mindestens einem

dielektrischen Element (5), das zwischen der mindestens einen Leiterbahn (8) und der Grundplatte (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Leitelement (3), das aus einem Kupfer-Werkstoff hergestellt ist, zwischen der Grundplatte (2) und dem dielektrischen Element (5) angeordnet ist.

2. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Leiterbahn (8) mit dem Leitelement (3) elektrisch verbunden ist.

3. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eine das dielektrische Element (5) durchdringende

Durchkontaktierung (11,12) ist.

4. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchkontaktierung (11) als elektrisch leitende Beschichtung (13) einer Seitenwand (14) einer das dielektrische Element (5) durchdringenden

Aussparung (15) des dielektrischen Elements (5) ausgebildet ist.

5. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (13) Kupfer aufweist.

6. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchkontaktierung (12) als ein das dielektrische Element (5) durchdringender Niet oder Stift (27) ausgebildet ist.

7. Elektrische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (3) durch Walzplattieren auf die Grundplatte (2) aufgebracht ist.

8. Elektrische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Leitelement (3) über eine der

Leiterbahn (8) zugewandte Oberfläche (6) der Grundplatte (2) zumindest im Wesentlichen, insbesondere vollständig, erstreckt.

9. Elektrische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (3) eine Höhe (20) aufweist, die nur geringfügig größer ist als eine für die Walzplattierung notwendige

Mindesthöhe.

10. Elektrische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Leitelement (3) mehrere dielektrische Elemente (5, 5a, 5b) angeordnet sind, wobei auf jedem dielektrischen Element (5, 5a, 5b) eine oder mehrere elektrisch leitfähige Leiterbahnen (8, 8a, 8b) angeordnet sind.

11. Elektrische Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der von der Grundplatte (2) abgewandten Seite der zumindest einen Leiterbahn (8) zumindest ein weiteres dielektrisches Element (5a, 5b) angeordnet ist, das auf der von der zumindest einen Leiterbahn (8) abgewandten Seite (16,17) zumindest eine weitere Leiterbahn (8a, 8b) trägt.

12. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Vorrichtung, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, mit folgenden Schritten:

- Bereitstellen einer Grundplatte (2) aus einem Aluminium-Werkstoff,

- Bereitstellen zumindest einer elektrisch leitfähigen Leiterbahn (8),

- Bereitstellen zumindest eines zwischen der zumindest einen Leiterbahn (8) und der Grundplatte (2) anordenbaren dielektrischen Elements (5), dadurch gekennzeichnet, dass auf der Grundplate (2) zumindest ein aus einem Kupfer-Werkstoff gefertigtes Leitelement (3) aufgebracht wird, dass auf dem Leitelement (3) das dielektrische Element (5) angeordnet und auf dem dielektrischen Element (5) die zumindest eine elektrische Leiterbahn (8) platziert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (3) auf die Grundplate (2) walzplatiert wird.

Description:
Beschreibung

Titel

Elektrische Vorrichtung, Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Vorrichtung, insbesondere eine Leiterplatte, mit einer Grundplatte, die aus einem Aluminium-Werkstoff gefertigt ist, mit mindestens einer elektrisch leitfähigen Leiterbahn, und mit mindestens einem dielektrischen Element, das zwischen der mindestens einen Leiterbahn und der Grundplatte angeordnet ist.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der oben genannten elektrischen Vorrichtung.

Stand der Technik

Eine elektrische Vorrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der Patentschrift EP 2 673 402 Bl bekannt. Die elektrische Vorrichtung weist eine Grundplatte auf, die aus einem Aluminium-Werkstoff, insbesondere im Wesentlichen aus Aluminium, insbesondere aus Aluminium, gefertigt ist.

Weiterhin weist die elektrische Vorrichtung mindestens eine elektrisch leitfähige Leiterbahn und mindestens ein dielektrisches Element auf, das zwischen der mindestens einen Leiterbahn und der Grundplatte angeordnet ist. Hierbei ist das dielektrische Element derart zwischen der Leiterbahn und der Grundplatte angeordnet, dass es die Grundplatte von der Leiterbahn elektrisch isoliert.

Problematisch ist, dass eine elektrische Kontaktierung der aus einem Aluminium- Werkstoff gefertigten Grundplatte und der Leiterbahn technisch aufwendig ist. Hierfür ist es notwendig, die Kontaktierung, beispielsweise eine eingepresste Durchkontaktierung, durch eine Lötverbindung mit der Leiterbahn elektrisch leitend zu verbinden. Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere eine Leiterplatte, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein Leitelement, das aus einem Kupfer-Werkstoff, insbesondere im Wesentlichen aus Kupfer, insbesondere aus Kupfer, hergestellt ist, zwischen der Grundplatte und dem dielektrischen Element angeordnet ist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass eine elektrische Kontaktierung zwischen der Leiterbahn und dem

Leitelement technisch einfach und kostengünstig realisierbar ist. Insbesondere ist der zumindest einen Leiterbahn wenigstens ein elektrisches Bauelement zugeordnet und elektrisch leitend mit der Leiterbahn verbunden. Die Entwärmung der zumindest einen Leiterbahn und des wenigstens einen elektrischen

Bauelements wird durch das aus einem Kupfer-Werkstoff hergestellte

Leitelement aufgrund der guten Wärmeleiteigenschaften des Kupfer-Werkstoffs zusätzlich verbessert. Insbesondere weist die Grundplatte eine Höhe von 0,5 mm bis 3,0 mm, besonders bevorzugt von 1,0 mm bis 1,5 mm, auf. Hierdurch ist eine vorteilhafte mechanische Festigkeit der elektrischen Vorrichtung gewährleistet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine Leiterbahn mit dem Leitelement elektrisch leitend verbunden. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass das Leitelement als Massefläche verwendbar ist. Vorzugsweise wird auf eine zusätzliche auf einer der Grundplatte abgewandten Seite des dielektrischen Elements angeordnete Massefläche verzichtet, wodurch die entsprechende Seite des dielektrischen Elements masseflächenfrei ausgebildet ist. Somit wird

Bestückungsfläche auf der der Grundplatte abgewandten Seite des

dielektrischen Elements eingespart.

Vorzugsweise ist die Verbindung eine das dielektrische Element durchdringende Durchkontaktierung. Die Durchkontaktierung ist eine technisch einfache und zuverlässige elektrische Kontaktierung der Leiterbahn mit dem Leitelement.

Besonders bevorzugt ist die Durchkontaktierung als elektrisch leitende

Beschichtung einer Seitenwand einer das dielektrische Element durchdringenden Aussparung des dielektrischen Elements ausgebildet. Eine derartige Ausbildung der Durchkontaktierung ist aufgrund des aus einem Kupfer-Werkstoff gefertigten Leitelements technisch einfach möglich und besonders kostengünstig realisierbar. Insbesondere ist die elektrisch leitende Beschichtung durch Galvanisieren auf die Seitenwand aufgebracht. Das Aufbringen der elektrisch leitenden Beschichtung durch Galvanisieren ist besonders ressourcensparend und gewährleistet eine gleichmäßige Schichtdicke der elektrisch leitenden Beschichtung auf der Seitenwand der Aussparung.

Vorzugweise weist die Beschichtung Kupfer auf. Hierdurch wird eine besonders vorteilhafte elektrische sowie thermische Leitfähigkeit der Durchkontaktierung gewährleistet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Durchkontaktierung als ein das dielektrische Element durchdringender Niet oder Stift ausgebildet. Auch durch einen das dielektrische Element durchdringenden Niet oder Stift ist eine zuverlässige Kontaktierung der Leiterbahn mit dem Leitelement gewährleistet.

Vorzugsweise ist das Leitelement durch Walzplattieren auf die Grundplatte aufgebracht. Hierdurch ist eine dauerhafte Verbindung der Grundplatte mit dem Leitelement vorteilhaft gewährleistet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich das Leitelement über eine der Leiterbahn zugewandte Oberfläche der Grundplatte zumindest im Wesentlichen, insbesondere vollständig, erstreckt. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass Durchkontaktierungen zwischen dem Leitelement und der Leiterbahn über die gesamte Oberfläche der Grundplatte realisierbar sind. Außerdem wird aufgrund der guten thermischen Leitfähigkeit des Kupfer- Werkstoffs eine besonders effektive Entwärmung der Leiterbahn erreicht.

Vorzugsweise weist das Leitelement eine Höhe auf, die nur geringfügig größer als eine für die Walzplattierung notwendige Mindesthöhe, insbesondere 10 pm bis 50 pm, insbesondere 20 pm bis 35 pm, besonders bevorzugt 30 pm, ist. Hierdurch ist eine besonders ressourcensparende Ausführung des Leitelements gewährleistet. Insbesondere ist die Summe der Höhe der Grundplatte und der Höhe des Leitelements geringer als 7 mm.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind auf dem Leitelement mehrere dielektrische Elemente angeordnet, wobei auf jedem dielektrischen Element eine oder mehrere elektrisch leitfähige Leiterbahnen angeordnet sind. Daraus ergibt sich ein vorteilhaft kompakter Aufbau der elektrischen Vorrichtung.

Vorzugsweise ist auf der von der Grundplatte abgewandten Seite der zumindest einen Leiterbahn zumindest ein weiteres dielektrisches Element angeordnet, das auf einer von der zumindest einen Leiterbahn abgewandten Seite zumindest eine weitere Leiterbahn trägt. Hieraus ergibt sich ein mehrlagiger Aufbau der elektrischen Vorrichtung, woraus eine vorteilhaft hohe Packungsdichte der dielektrischen Elemente und der auf den dielektrischen Elementen angeordneten Leiterbahnen resultiert. Aufgrund der guten thermischen Leitfähigkeit der Grundplatte und des Leitelements ist auch bei einem mehrlagigen Aufbau der elektrischen Vorrichtung eine effektive Entwärmung sämtlicher Leiterbahnen gewährleistet.

Insbesondere ist zumindest ein dielektrisches Element auf einer dem Leitelement abgewandten Seite der Grundplatte angeordnet. Insbesondere ist zwischen diesem dielektrischen Element und der Grundplatte ein weiteres Leitelement angeordnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Vorrichtung, insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, sieht vor, dass eine

Grundplatte aus einem Aluminium-Werkstoff, zumindest eine elektrisch leitfähige Leiterbahn, und zumindest ein zwischen der zumindest einen Leiterbahn und der Grundplatte anordenbares dielektrisches Element bereitgestellt werden. Es ist vorgesehen, dass auf der Grundplatte zumindest ein aus einem Kupferwerkstoff gefertigtes Leitelement aufgebracht wird, dass auf dem Leitelement das dielektrische Element angeordnet wird, und dass auf dem dielektrischen Element die zumindest eine elektrische Leiterbahn platziert wird. Es ergeben sich hieraus die bereits genannten Vorteile. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das Leitelement auf die Grundplatte walzplattiert wird. Hierdurch wird eine dauerhafte Verbindung des Leitelements mit der Grundplatte vorteilhaft erreicht.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen

Figur 1 eine seitliche Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer vorteilhaften elektrischen Vorrichtung, und

Figur 2 eine seitliche Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer vorteilhaften elektrischen Vorrichtung.

Figur 1 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer vorteilhaften elektrischen Vorrichtung 1, die vorliegend als einlagige Metallkern- Leiterplatte ausgebildet ist. Die elektrische Vorrichtung 1 weist eine aus einem Aluminium-Werkstoff gefertigte Grundplatte 2 auf. Auf der Grundplatte 2 ist ein aus einem Kupfer-Werkstoff gefertigtes Leitelement 3 angeordnet, das durch Walzplattieren auf die Grundplatte 2 aufgebracht ist. Das Leitelement 3 weist eine Höhe 20 auf, die nur geringfügig größer ist als eine für die

Walzplattierung notwendige Mindesthöhe. Auf der von der Grundplatte 2 abgewandten Seite 4 des Leitelements 3 ist ein dielektrisches Element 5 angeordnet. Das Leitelement 3 ist derart dimensioniert, dass es sich über eine dem Leitelement 3 zugewandte Oberfläche 6 der Grundplatte 2 im Wesentlichen erstreckt.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Leitelement 3 derart dimensioniert, dass es sich nicht im Wesentlichen über die Oberfläche 6 der Grundplatte 2 erstreckt, sodass die Grundplatte 2 bereichsweise mit dem dielektrischen Element 5 in Kontakt steht und/oder zwischen der Grundplatte 2 und dem dielektrischen Element 5 bereichsweise Hohlräume ausgebildet sind.

Gemäß dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind auf einer von der Grundplatte 2 abgewandten Seite 7 des dielektrischen Elements 5 elektrisch leitfähige Leiterbahnen 8 angeordnet. Den elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 8 sind mit den Leiterbahnen 8 elektrisch leitend verbundene elektrische

Bauelemente 9, 10 zugeordnet.

Die elektrische Vorrichtung 1 weist Durchkontaktierungen 11, 12 auf, die

Leiterbahnen 8 mit dem Leitelement 3 elektrisch verbinden. Die

Durchkontaktierung 11 ist vorliegend als elektrisch leitende Beschichtung 13 einer Seitenwand 14 einer das dielektrische Element 5 durchdringenden

Aussparung 15 des dielektrischen Elements 5 ausgebildet. Die Beschichtung 13 weist Kupfer auf, das aufgrund seiner vorteilhaften thermischen und elektrischen Leitfähigkeit für die Ausbildung einer derartigen Durchkontaktierung 11 besonders geeignet ist.

Die Durchkontaktierung 12 ist vorliegend als das dielektrische Element 5 durchdringender Stift 27 ausgebildet. Der Stift 27 durchdringt das dielektrische Element 5 und auch das Leitelement 3, sodass der Stift 27 die Leiterbahn 8 mit dem Leitelement 3 und der Grundplatte 2 elektrisch verbindet.

Figur 2 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung eines weiteren

Ausführungsbeispiels einer vorteilhaften elektrischen Vorrichtung 1, die vorliegend als mehrlagige Metallkern- Leiterplatte ausgebildet ist, wobei aus Figur 1 bereits bekannte Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Gemäß dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der elektrischen Vorrichtung 1 sind auf der von der Grundplatte 2 abgewandten Seite der Leiterbahnen 8 weitere dielektrische Elemente 5a, 5b angeordnet. Die dielektrischen Elemente 5a, 5b tragen auf von den Leiterbahnen 8 abgewandten Seiten 16, 17 weitere Leiterbahnen 8a, 8b. Vorliegend sind die elektrischen Bauelemente 9a, 10a den auf dem äußersten dielektrischen Element 5b angeordneten Leiterbahnen 8b zugeordnet und elektrisch leitend mit den Leiterbahnen 8b verbunden. Alternativ oder zusätzlich ist auch zumindest einer der Leiterbahnen 8, 8a zumindest ein elektrisches Bauelement zugeordnet und elektrisch leitend mit der entsprechenden Leiterbahn 8, 8a verbunden.

Aufgrund der mehrlagigen Ausführung der in Figur 2 dargestellten elektrischen Vorrichtung 1 ergeben sich verglichen mit dem in Figur 1 dargestellten einlagigen Ausführungsbeispiel weitere Möglichkeiten für die Ausbildung von

Durchkontaktierungen. Beispielsweise weist die in Figur 2 dargestellte elektrische Vorrichtung 1 eine Durchkontaktierung 18 auf, die das dielektrische Element 5b durchdringt und die von den dielektrischen Elementen 5a und 5b getragenen Leiterbahnen 8a und 8b elektrisch leitend verbindet. Weiterhin weist die in Figur

2 dargestellte elektrische Vorrichtung 1 eine Durchkontaktierung 19 auf, die mehrere dielektrische Elemente 5 und 5a durchdringt. Die Durchkontaktierungen 18, 19 sind als elektrisch leitende Beschichtungen 21, 22 von Seitenwänden 23, 24 von das dielektrische Element 5b beziehungsweise die dielektrischen

Elemente 5 und 5a durchdringenden Aussparungen 25, 26 des dielektrischen

Elements 5b beziehungsweise der dielektrischen Elemente 5 und 5a ausgebildet.

Die Anzahl der Durchkontaktierungen ist nicht auf die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen elektrischen Vorrichtung weisen eine andere, insbesondere größere, Anzahl an Durchkontaktierungen auf, wobei jede

Durchkontaktierung entweder als elektrisch leitfähige Beschichtung einer Seitenwand einer zumindest ein dielektrisches Element durchdringenden

Aussparung oder als Stift beziehungsweise Niet ausgebildet ist.

Gemäß einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf einer dem Leitelement 3 abgewandten Seite 28 der Grundplatte 2 zumindest ein weiteres dielektrisches Element angeordnet, das auf einer von der Grundplatte 2 abgewandten Seite zumindest eine weitere Leiterbahn trägt.