专利名称：电子电路装置和制造电子电路装置的方法
电子电路装置和制造电子电路装置的方法
技术领域：
本发明涉及尤其是用在机动车电子领域中的电子电路装置以及用 于制造电子电路装置的方法.
公知的是，在设计包括配备有至少一个电子元件的电路栽体(例 如印制电路板，陶瓷，柔性膜等等)的电子单元时，设置尽可能良好 的导热，其中热量在电子元件运行中不可避免地作为热损耗功率而产 生。导热延长了元件的寿命，并因此提高了为此所形成的电子设备的 可靠性.
用于改善导热的迄今的解决方案首先在于，例如通过提供在电路 栽体内具有高导热能力的导热路径(例如"水平热量扩散")和/或通
过安放与元件良好热接触的特意为此所设置的冷却体，来改善电子元 件与其环境的热连接.
用于改善导热的公知措施常常巨大的耗费相联系，尤其是当有关 的电路装置产生特别高的损耗功率和/或要在具有较高环境温度的环境 中运行时，正像例如这在汽车技术领域中在控制电子单元中所发生的 那样.在那里在诸如发动机、传动装置或制动器的具有提高的温度的 车辆组件区域中越来越多地布置这种单元.此外，专门的导热措施常 常妨碍所采用的电路栽体的印制导线的节省空间的布局.
已知电路装置的另一缺点是，在涉及电子元件的配备和/或在这些 元件之间的布线的甚至较小的变化方面，常常缺乏灵活性.对此一个
实例如果针对未来系列的发动机控制设备应被配备现代的微控制器 芯片，则针对机动车中的发动机控制设备所开发的和此外配备微控制 器芯片的电路栽体大多在很大程度上必须被重新构造或新开发.以往 的开发耗费于是大部分变成无价值的，因为以前的电路栽体不能被继 续继续用于新的系列.
本发明的任务是消除上面所提及的缺点，并且尤其是说明一种电 子电路装置以及一种用于制造这种电路装置的方法，其中，可以将良 好的导热能力与在实践中所出现的电路技术变化方面的高度灵活性相 組合。
通过按照权利要求1所述的电子电路装置和按照权利要求15所述
的用于制造电子电路装置的方法来解决该任务.从属权利要求涉及本 发明的有利改进方案.
在本发明中，只要将电路栽体(以下称为"第一电路栽体")与 散热片的上侧面以平面平放的方式热耦合，则首先采取本身已知的成 本低廉的并在导热方面非常有利的方案.
但是根据本发明，对于电路装置的至少一个电子元件设置特别的 集成或布置，所述集成或布置随着针对有关元件的大大提高的导热能 力而出现并且此外意外地还提供与在实践中可能出现的配备和/或布线 的改变有关的其它优点.对此重要的是，设置以下也称为"第二电路 栽体"的至少一个其它电路栽体，借助该其它电路栽体实现一个或多 个有关元件的在实践中可很简单匹配的配备或可匹配的电接触.此外， 第二电路栽体在从一个或多个有关元件向散热片的最佳导热方面有意 义.下面还将详细阐述这些优点.
例如也可以形成有关电子单元的外壳的一部分的散热片，优选地 由具有高导热能力的材料(例如金属板)构成.
如果散热片具有平的上側面，则对于电路装置的简单构造和尤其 是对于在笫一电路栽体和散热片之间要简单和有效实现的热辆合是有 利的。尤其是当也利用平的下側面板状地构造第一电路栽体时，則可 以以简单的方式例如通过导热膜或导热粘合剂的中间接合来实现热耦 合.
可以以本身公知的方式在第一电路栽体的背离散热片的側上设置 用电路装置的电子元件的配备，其中所述电子元件根据电气布局通过 在电路栽体上和/或中的印制导线互相连接.
鉴于在本发明范围内电路装置在机动车电子领域中的特别感兴趣 的应用和与此相联系的对尽可能多个元件的有效导热的提高了的要
求，在一种实施形式中规定，将第一电路栽体构造为陶瓷或构造为常
规的PCB (="印制电路板(printed circuit board)").
在一种实施形式中规定，第二电路栽体是板状的，例如被构造为 基本矩形的板.
在一种优选的实施形式中，第二电路栽体被构造为所谓的LTCC 衬底(LTCC= "1氐温共烧陶资(low temperature cofired ceramic)"). 对于在第一电路栽体和第二电路栽体之间的简单电连接，为此所
设置的装置例如可以包括结合线装置和/或(例如粘合的)印制导线膜. 如果笫一电路栽体的和笫二电路栽体的要互相电连接的或互相连接的
上侧接触位置("焊盘(pad)")大约处于相同的高度，則在此方面 也是有利的.如果不仅第一电路栽体而且笫二电路栽体分別被构造为 平的板，这则意味着，笫二电路栽体的厚度大约对应于笫一电路栽体 的减小了相应元件厚度的板厚.但是原则上可能的是，第二电路栽体 更厚或更薄，并因此向上伸出凹口 (Aussparung)(仅部分地接纳在 凹口中)或沉入凹口中.可以以简单的方式例如通过结合线来跨接当 时产生的高度差.
用于接纳第二电路栽体所设罝的凹口，原则上也可以设置在第一 电路栽体的边缘，这在某些情况下可能是有利的.但是鉴于第二电路
栽体的尽可能稳定的布置，如果将凹口设置在笫一电路栽体的中间区 域中，则完全通常是优选的.在此情况下，常常已经可以通过环绕的 和/或覆盖第二电路栽体的电连接装置确保或进一步改善笫二电路栽体 的机械稳定的安置.
在一种优选的实施形式中，布置在笫二电路栽体和散热片之间的 电子元件是无壳芯片(微电子元件，尤其是集成电路装置).因此产 生一定的空间节约，并除此之外还产生有关导热的另一优点，其中热 量在此情况下可以直接(不经由外壳)被引向散热片.
例如如果元件的下側面与散热片的上側面以平面平放的方式热耦 合，则产生在元件和散热片之间特别良好的热耦合.在此应该可能的 是，例如中间接合薄的导热粘附层.
在一种实施形式中规定，布置在第二电路栽体和散热片之间的电 子元件在其下側面处被磨削.尤其是当元件的下側面与散热片的上側 面接触时，这种磨削可以提供一系列优点.因此可以以此首先缩短从 元件的电活性区域向散热片(或中间层)的导热路径和/或减小在元件 和散热片的上側面之间的传热阻(Warmeiibergangswiderstand ) 因 此还可以使元件的高度达到所希望的尺度，用于确保由笫二电路栽体 和元件所组成的复合体(Verbund)的预定高度或用于使元件厚度与布 置在同一笫二电路栽体和散热片之间的一个或多个其它元件的厚度相 匹配，
在一种实施形式中规定，布置在第二电路栽体和散热片之间的电
子元件通过导热的填充材料、例如导热的粘剂层与散热片的上側面相 耦合.也可以使用同一填充材料或其它填充材料，用于例如为了提高 导热能力而填满在第二电路栽体和散热片之间的中间空间的否则用空 气填充的区域.在有些应用情况下，例如也可能具有弹性特性的这种 填充材料也可以改善耐振性.
本发明电路装置的制造可以例如包括以下步骤
-提供笫一复合体，该第一复合体由用于传导热量的散热片和以平 面平放的方式与散热片的上側面热辆合的用于对电路装置的电子元件 布线的笫一电路栽体组成，其中，第一电路栽体具有朝向散热片的上 側面贯通的凹口 (第一电路栽体可以在其与散热片相连接之前、期间 或之后被配备元件.此外，第一电路栽体可以配备有多个这种凹口 ).
-提供由第二电路栽体和电子元件所组成的笫二复合体，其中从所 述电子元件，元件端子与第二电路栽体的下側接触位置电连接(在此 情况下，也可以将多个元件以这种方式连接在笫二电路栽体上和/或也 可以提供多个这种第二复合体)，
-将第二复合体(或多个笫二复合体)如此插入笫一复合体的(多 个)凹口中，使得电子元件的下側面例如通过平面放置或者直接或者 间接地经由导热中间层与散热片的上側面热接触(在插入第二复合体 之前，也可以至少部分地用良好导热的料、例如可硬化的浇注料来充 满凹口 )，和
-笫一电路栽体的上側接触位置与一个或多个第二电路栽体的上 侧接触位置电连接.
本发明电路装置确保，从一个或多个与笫二电路栽体接触的元件 向散热片的良好的、或多或少直接的导热.利用第二电路栽体可以有 利地实现元件端子的所谓分开，所迷元件端子与笫二电路栽体的下側 接触位置直接电接触，并穿过第二电路栽体引向上側接触位置.根据 为笫二电路栽体所选择的技术(例如LTCC)，还可以在该电路栽体 上或中集成其它电子元件或电子功能性，譬如用于与由笫一电路栽体 连同其配备件所形成的"外围电子装置"相匹配.尤其是对于这种匹 配也可以规定，第二电路栽体也在其背离散热片的側上被配备至少一 个元件.例如可以与上面提及的第二复合体的制造同时或也稍后地实 现这种配备.但是在此情况下要注意，在笫二电路栽体上对于这种附
加元件的导热能力较差，使得该配备地点尤其适合于以下元件，即所 述元件比布置在第二电路栽体下的一个或多个元件产生少得多的热损 耗功率.
根据本发明，因为(在与第二电路栽体的复合体中) 一个或多个 电子元件模块式地包含在电路装置中，所以有利地得出整个构造的一 定的模块化.对于有关的电路组件，这看来在电路装置的可修理性方 面(通过更换模块)以及在电路装置在实际中可能出现的稍后的改变 方面(配备变型方案)具有优点，在后者的情况下，模块式构造可能 能够实现外围电子装置(第一电路栽体连同配备件)结合一个或多个 改变了的模块(笫二电路栽体连同配备件)的继续使用.
以下根据实施例参照附困来详细阐述本发明.
图l示出了电路装置的示意性俯视图，和
图2示出了在困1中沿线II-II的剖视困，
图1展示了在机动车传动装置控制设备中所包含的电路装置10， 所述电路装置10包括散热片12(其在这里所示出的实施例中构成控制 设备外壳的一部分)、以平面平放的方式与散热片的上側面14热耦合 的第一电路栽体16以及笫二电路栽体18-1、 18-2、 18-3和18-4.
由统一厚度的平的铝压铸板以简单和有效的方式形成散热片12， 该铝压铸板构成接纳电路装置的(未示出的)外壳的底部.散热片12 的厚度显著大于电路栽体16的厚度.
第一电路栽体16被构造为厚层陶瓷.用于形成陶瓷栽体板的常用 材料例如是AL203.这种厚层陶瓷对于高温电子领域的技术人员是熟 知的，并因此不需要详细阐述.
电路装置10还包括多个电子元件，所述电子元件部分地以本身公 知的方式布置在笫一电路栽体16的上側面上并借助该第一电路栽体16 布线.在该闺中，在元件的该部分中，仅仅示范性地绘出了以所谓的 倒装片(Flip-Chip )技术所安放的无壳集成电路20和有壳集成电路22.
完全一般地，在像芯片20那样的倒装片的情况下，不是通过结合、 而是通过在芯片的和电路栽体的接触位置之间的直接粘接或焊接连接 来建立通向电路栽体的连接.倒装片技术因此能够实现在没有结合连 接的情况下通过电路栽体的连接的分开.用于电子设备微型化的这种 技术的一种特殊变型方案是所谓的"球栅阵列(Ball-Grid-Array)"
(BGA)，其中代替外围元件端子，通过以点矩阵布置的导电球实现 电接触.对于这种球布置，有利地两个维度可供使用，由此也可以以 空间节约的方式实现较大数量的接触.
与此相反，电路装置10的元件的其它部分(这里在倒装片技术 中，可替代地例如BGA)布置在笫二电路栽体18的下側面，所述笫二 电路栽体分别被接纳在朝向散热片12的上側面14贯通的凹口 24-1、 24-2和24-3中.
第二电路栽体18被构造为LTCC.以混合技术或微混合技术制造 的这种多层陶瓷栽体板本身是公知的，并且除了其布线功能之外，也 允许以三维构造集成其它元件.
每个笫二电路栽体18在它的上側面都具有接触位置("焊盘") 26,所述接触位置("焊盘")26分别要么与在同一凹口 24中直接相 邻布置的第二电路栽体18的这种接触位置26电连接，要么与笫一电 路栽体16的上側接触位置28电连接.
在所示出的实施例中，第二电路栽体18-2和18-3共同以相邻的方 式被接纳在设置在第一电路栽体16中间区域中的凹口 24-2中.
与此相反，笫二电路栽体18-1和18-4被接纳在单独设置的凹口 24-1或24-3中，其中，凹口 24-3被设置在第一电路栽体16的边缘，
不同于所示出的实施例，也可以将为接纳一个或多个第二电路栽 体18所设置的凹口 24设置为在两个側向互相间隔的笫一电路栽体16 之间的中间空间.
在一方面第二电路栽体18-1、 18-2和18-3和第一电路栽体16之间 的电连接在所示出的实施例中由在焊盘26、 28处的结合线30来实现， 而在第二电路栽体18-4和第一电路栽体16之间的连接这里由具有相应 印制导线的所粘接的印制导线膜32来建立.在结合工艺之后，还对结 合线30进行浇注(机械保护和耐振性改善).
在图中用34-1至34-5来表示布置在第二电路栽体18的下側面处 的元件.在所示出的实施例中，这些元件34是无壳集成电路("棵片 (bare die)"),其中，元件端子以倒装片技术与有关的笫二电路栽 体18的下側接触位置电连接，并且其下側面与散热片12的上側面14 以平面平放的方式热耦合.
在图2的剖视图中，以元件34-l为例，可以特别好地看出对于元
件34对导热非常有利的这种布置.芯片34-1的下倒面直接或经由导热 的中间层(例如祐合层，未示出)全平面地紧靠散热片12的上側面14, 元件34-l的电活性区域位于其上段中，其中朝向第二电路栽体18-1进 行直接电接触.在元件34-l的热活性区域和散热片12之间有利地仅存 在微小的热阻.元件34-l的热活性区域因此最佳地与散热片12相耦合. 与此相联系的是，对有关电子装置朝向更高环境温度和/或更高损耗功 率的使用范围的充分利用.与常规的倒装片构造相反，不经由电路栽 体来实现元件的散热.更确切地说，使元件最佳地与大面积的和比较 厚的散热片热连接.
在图1的第二电路栽体18-3下多于一个的元件34 (元件34-3和 34-4)的对于该电路栽体所示出的布置中，可以通过浇注材料、导电粘 接剂诸如此类或通过对有关元件背側磨削来补偿这些元件的高度差 别。
第二电路栽体18-1提供了从其下側接触位置至其上側接触位置26 的电布线，经由所述其上側接触位置26实现上述的进一步接触(这里 至笫一电路栽体16的接触位置28).相应地适用于图2中不能看出的 电路栽体18-2、 18-3和18-4.
图1中，在第二电路栽体18-4中可以看出在笫一电路栽体和笫二 电路栽体之间的另一方式的电连接.在那里，借助所粘接的印制导线 膜32来实现在焊盘26、 28之间的连接，所述印制导线膜32同时将印 制导线引向第一电路栽体16的其它上側焊盘36，以便将电路装置10 与外部线路连接和/或其它电路栽体或安置在同一电子单元(控制设备) 中的电路装置相连接.
虽然在所述实施例中所提及的用于实现电路栽体16和18的技术 可被认为是优选的，但原则上也可以以允许元件的布置和电布线的另 一适当技术来制造这些电路栽体中的每一个.对于笫二电路栽体18, 在此尤其是也考虑所谓的HTCC技术(HTCC- "高温共烧陶瓷").
为了制造电路装置10，首先制造由散热片12和笫一电路栽体16 所组成的第一复合体，其中，在亊先或之后用其上所设置的元件(20, 22等等)来配备第一电路栽体16.此外，还制造笫二复合体，所述第 二复合体分别由第二电路栽体18之一和一个或多个其上所布置的元件 (34)组成，于是将这些第二复合体或模块以元件超前的方式插入第
一电路栽体16的凹口 24中，其中，设置良好导热的粘合材料或适当 的浇注材料用于固定和/或更好的热接触.最后，将笫一电路栽体16的 上側接触位置与笫二电路栽体18的相邻的上側接触位置电连接，在上 面的实施例中，部分地通过结合线30并且部分地通过印制导线膜32.
总之，在电路装置10中，对于或多或少直接向散热片热耦合的元 件34，得出卓越的散热.关于元件34的布置的特别的设计方案尤其是 既适用于标准芯片也适用于专门准备的倒装片.在一种实施形式中规 定，这些元件34中的至少一个是功率器件(例如ASIC或开关晶体管) 或微控制器芯片.此外，在实践中可以有利地将这些元件34与所分配 的笫二电路栽体18—起作为随时间改变的电子模块集成到否则不变的 外围电子装置中，其中所述外围电子装置由第一电路栽体16连同其配 备件来创造.以下的优点也是值得一提的为了与外围电子装置或技 术相匹配，不必再在晶片层面上发生复杂的微电子电路(例如所提及 的微控制器或另外的微处理器设备)的所谓重新布线，而是必要时可 以通过有关的笫二电路栽体18来发生.
权利要求
1.电子电路装置，包括-用于导热的散热片(12)，-以平面平放的方式与散热片(12)的上侧面(14)热耦合的用于对电路装置的电子元件(20，22，34)布线的第一电路载体(16)，-第二电路载体(18)，所述第二电路载体(18)被接纳在第一电路载体(16)的朝向散热片(12)的上侧面(14)贯通的凹口(24)中，其中设置连接装置(30，32)，其中第一电路载体(16)的上侧接触位置(28)借助所述连接装置(30，32)与第二电路载体(18)的上侧接触位置(26)互相电连接，和-布置在第二电路载体(18)和散热片(12)之间的电子元件(34)，从所述电子元件中，元件端子与第二电路载体(18)的下侧接触位置电连接，并且所述电子元件的下侧面与散热片(12)的上侧面(14)热耦合。
2. 按照权利要求1的电路装置，其中，所述散热片(12)由金属板 形成.
3. 按照以上权利要求之一的电路装置，其中，所述散热片(12)具 有平的上側面(14).
4. 按照以上权利要求之一的电路装置，其中，所述笫一电路栽体 (16)是板状的.
5. 按照以上权利要求之一的电路装置，其中，所述笫一电路栽体 (16)被构造为厚层陶瓷.
6. 按照以上权利要求之一的电路装置，其中，所述第二电路栽体 (18)是板状的.
7. 按照以上权利要求之一的电路装置，其中，所述第二电路栽体 (18 )被构造为LTCC或HTCC.
8. 按照以上权利要求之一的电路装置，其中，在第一电路栽体U6) 和第二电路载体(18)之间的连接装置(30, 32 )包括结合线装置(30).
9. 按照以上权利要求之一的电路装置，其中，在第一电路栽体(16) 和第二电路栽体(18 )之间的连接装置(30， 32 )包括印制导线膜(32 ).
10. 按照以上权利要求之一的电路装置，其中，第一电路栽体U6) 的和第二电路栽体(18)的互相电连接的上側接触位置(28)大致处 于相同的高度.
11. 按照以上权利要求之一的电路装置，其中，为接纳第二电路栽体(18)所设置的凹口 (24)被设置在第一电路栽体(16)的中间区 域中.
12. 按照以上权利要求之一的电路装置，其中，布置在第二电路栽 体(18)和散热片(12)之间的电子元件(34)是无壳芯片.
13. 按照以上权利要求之一的电路装置，其中，布置在第二电路栽 体(18)和散热片(12)之间的电子元件(34)在其下側面被磨削.
14. 按照以上权利要求之一的电路装置，其中，布置在第二电路栽 体(18)和散热片(12)之间的电子元件(34)经由导热的填充材料、 尤其是导热的粘剂层与散热片的上側面相耦合.
15. 用于制造电子电路装置(10)的方法，包括以下的步稞 -提供第一复合体(12， 16)，所述笫一复合体(12， 16)由用于导热的散热片(12)和以平面平放的方式与散热片(12)上側面(14) 热辆合的用于对电路装置(10)的电子元件(20， 22, 34)布线的笫 一电路栽体(16)组成，其中，笫一电路栽体(16)具有朝向散热片 (12)的上側面(14)贯通的凹口 (24)，-提供由笫二电路栽体(18)和电子元件(34)所组成的第二复合 体(18， 34)，其中从所迷电子元件(34)，元件端子与笫二电路栽 体(18)的下側接触位置电连接，-将笫二复合体(18， 34)插入到第一复合体(12, 16)的凹口 (24) 中，使得电子元件(34)的下側面与散热片(12)的上側面(14)热 接触，和-将第一电路栽体(16 )的上側接触位置(28 )与第二电路栽体(18) 的上侧接触位置(26)电连接.
全文摘要
本发明电子电路装置(10)包括散热片(12)和以平面平放的方式与散热片(12)热耦合的用于对电路装置的电子元件布线的第一电路载体(16)。对于至少一个电子元件(34-1)设置一种特别的布置，该布置伴随有关电子元件(34-1)的大大提高的导热能力而出现，并且除此之外还提供与配备和/或布线在实践中可能出现的改变有关的其它优点。对此重要的是，将元件(34-1)布置在第二电路载体(18-1)下，所述第二电路载体(18-1)被接纳在第一电路载体(16)的朝向散热片(12)的上侧面(14)贯通的凹口(24-1)中。
文档编号H05K1/14GK101356862SQ200680050898
公开日2009年1月28日 申请日期2006年10月5日 优先权日2005年11月11日
发明者A·科尔布, A·雷科夫斯基, D·沃尔夫, E·琼, R·因根布利克, R·肖尔霍恩 申请人:欧陆汽车有限责任公司;Zf腓特烈港股份公司