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WO2014206666A1 - Schaltungsvorrichtung und verfahren zum herstellen einer schaltungsvorrichtung zur steuerung eines getriebes eines fahrzeugs - Google Patents

Schaltungsvorrichtung und verfahren zum herstellen einer schaltungsvorrichtung zur steuerung eines getriebes eines fahrzeugs Download PDF

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WO2014206666A1
WO2014206666A1 PCT/EP2014/060779 EP2014060779W WO2014206666A1 WO 2014206666 A1 WO2014206666 A1 WO 2014206666A1 EP 2014060779 W EP2014060779 W EP 2014060779W WO 2014206666 A1 WO2014206666 A1 WO 2014206666A1
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WO
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circuit
integrated circuit
carrier
circuit device
heat
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/060779
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Inventor
Thomas Maier
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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Publication date
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Priority to US14/898,798 priority patent/US9472486B2/en
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Definitions

  • the present invention relates to a shifting apparatus for controlling a transmission of a vehicle and a method of manufacturing a shifting apparatus for controlling a transmission of a vehicle.
  • the present invention provides an improved shift apparatus for controlling a transmission of a vehicle and an improved method of manufacturing a shift apparatus for controlling a transmission of a vehicle according to the main claims.
  • Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims and the description below. If a circuit device has an integrated circuit whose cooling connection is located on a side opposite a solder connection of the integrated circuit, very large (heat) outputs can be dissipated. Such circuit devices can be realized with higher power densities.
  • a circuit device for controlling a transmission of a vehicle has an integrated circuit which is fastened with a first surface to a first carrier surface of a circuit carrier and on a second surface opposite the first surface has a heat conduction surface for dissipating heat from the integrated circuit, in particular the heat conduction surface is formed as a contacting surface for contacting a heat sink.
  • the circuit device may be used for transmission control of a road-bound vehicle such as a passenger car or a truck.
  • the circuit device can be understood to mean a populated printed circuit board or an electrical device, for example a control device.
  • the circuit device may have an interface to the transmission.
  • the integrated circuit or IC can comprise a plurality of electronic components arranged on a central chip, which are suitable for driving the device. drive the vehicle are suitable.
  • the integrated circuit may comprise a housing and connecting wires for electrical connection to the printed circuit board or the circuit carrier.
  • the integrated circuit may be a highly integrated circuit.
  • the carrier surface of the circuit carrier may be formed both for electrical connection as well as for material attachment of the integrated circuit.
  • the integrated circuit can be fixedly attached to the carrier surface of the circuit carrier by means of a solder connection of its first surface.
  • the first and second surfaces of the integrated circuit may be the opposing major surfaces, that is, the two side surfaces having the greatest extent of all the side surfaces of the integrated circuit.
  • the first carrier surface of the circuit carrier may be one of two opposing main surfaces, that is to say the side surfaces with the greatest extent of all side surfaces of the circuit carrier. Due to its exposed position on an outside of the integrated circuit, the heat conduction surface can also be referred to as Exposed Päd.
  • the heat-conducting surface can be arranged on the housing or in a recess of the housing of the integrated circuit such that it can optimally dissipate the heat loss of the integrated circuit from an interior of the integrated circuit to a heat sink.
  • the integrated circuit may have at least one voltage regulator and an output stage element.
  • This embodiment of the integrated circuit as Systembasischip has the advantage that different functions can be combined in a confined space with maximum electrical power.
  • the circuit device may include the heat sink connected to the heat conduction surface of the integrated circuit.
  • the heat conduction surface directly or via an intermediate layer with be connected to the heat sink.
  • the heat sink may be wholly or partly made of metal.
  • the heat sink can be arranged so that the heat to be dissipated by the integrated circuit is led away from the circuit carrier. Heat loss can be dissipated from the integrated circuit via the heat sink. Thus, a life of the integrated circuit can be easily extended.
  • the circuit device may comprise a housing.
  • the integrated circuit can be arranged within the housing, and a housing wall of the housing facing the second surface of the integrated circuit can form the heat sink.
  • the second surface of the integrated circuit and the housing wall may be parallel or substantially parallel to each other.
  • the housing wall may be made entirely or partially of metal.
  • a heat-conducting material may be arranged between the heat-conducting surface of the integrated circuit and the heat sink.
  • the heat-conducting material may be in the form of a layer adjacent to the heat-conducting surface.
  • the layer can be made in a width of the heat conduction surface or slightly wider.
  • a second carrier surface of the circuit carrier opposite the first carrier surface may have at least one connection for contacting an electronic component and / or an external power supply of the integrated circuit.
  • the electronic component may be any additional component of the circuit device.
  • the circuit device may comprise a plastic encapsulation which extends over at least a portion of the circuit carrier and at least a portion of the heat sink.
  • the plastic extrusion can be formed to completely cover the circuit carrier and the housing.
  • a manufacturing method for manufacturing a circuit device for controlling a transmission of a vehicle includes the following steps:
  • an integrated circuit having a first surface and a second surface opposite the first surface and having a heat conduction surface for dissipating heat from the integrated circuit, in particular wherein the heat conduction surface is formed as a contact surface for contacting a heat sink;
  • the step of connecting can be carried out, for example, by means of a cohesive soldering process.
  • FIG. 1 shows an illustration of a cooling connection of an integrated circuit according to the prior art
  • FIG. 2 is a block diagram of a vehicle having a circuit device for controlling a transmission of the vehicle according to an embodiment of the present invention
  • FIG 3 is an illustration of a cooling connection of an integrated circuit in reverse construction, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an illustration of a cooling connection of an integrated circuit in reverse construction, according to a further embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an illustration of a cooling connection of an integrated circuit in reverse construction technique with plastic encapsulation of the circuit carrier, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart of a manufacturing method for manufacturing a circuit device for controlling a transmission of a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows an illustration of a detail of a circuit arrangement 100 with conventional cooling connection of an integrated circuit.
  • a circuit carrier 102 which is arranged between a housing upper side 104 and a housing bottom side 106 of a metal-formed circuit housing.
  • a highly integrated system base chip 108 with a heat-conducting surface 110 is arranged on a surface of the circuit carrier or the printed circuit board 102, among other components.
  • the heat-conducting surface 1 10, which is also known as Exposed Päd is located on a circuit carrier 102 facing surface of the system base chip 108 and adjacent to a surface of the circuit substrate 102 at.
  • As a heat sink here is the detail shown housing bottom side 106 of the circuit housing.
  • a gap between the circuit carrier 102 and the housing bottom 106 forms one of a plurality of thermal vias 1 12, in which a layer of a thermally conductive material 1 14 is arranged.
  • the module or system base chip 108 has the exposed pedestal 110, which is soldered to the printed circuit board 102.
  • the thermal vias 1 12 in the circuit board 102 and the thermally conductive material 1 14 - also referred to as "Gapfilier - between circuit board 102 and heat sink is the best possible thermal connection.
  • Particular care is taken to ensure that the connection of the exposed pad 1 10 of the component housing to the inner layers of the printed circuit board 102 is as flat as possible in order to dissipate or spread as much heat as possible into the printed circuit board 102 via this path.
  • Exposed Päd 1 10 is at GND potential and can thus be connected over the entire surface of the PCB layers.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a vehicle 200 having an embodiment of a circuit device 202 for controlling a transmission 204 of the vehicle 200.
  • the vehicle 200 is a passenger car. Alternatively, the vehicle 200 may be a truck or a rail vehicle.
  • the transmission 204 is configured to drive an engine of the vehicle 200.
  • the circuit device 202 has an integrated circuit 206 which is connected to the transmission via two electrical lines 208A, 208B.
  • a circuit device 202 may be installed according to the approach presented here, which allows a circuit or control of functionalities of the transmission 204.
  • one or more ICs or integrated circuits 206 are arranged here, which are constructed, for example, analogously to the lossy module 108 shown in FIG. These ICs can be Speaking of the following description with reference to Figures 3 to 5 be installed on a circuit board and be designed for execution or electronic processing of control commands.
  • FIG. 3 shows a detailed representation of a cooling connection of the integrated circuit 206 from FIG. 2 in a reverse construction technique, according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the circuit device 202 includes a circuit carrier 300, the integrated circuit 206 and a first electronic component 302 and a second electronic component 304. Further, the circuit device 202 of a Enclosed housing, of which in the illustration in Fig. 3 sections, an upper housing wall 306 and a lower housing wall 308 are shown. In the embodiment of the circuit device 202 shown in FIG. 3, the housing is formed of metal, and the lower housing wall 308 forms a heat sink for dissipating heat loss from the integrated circuit 206. According to alternative embodiments not shown in the figures, the circuit device may include one or more have additional heat sink.
  • the integrated circuit 206 shown in FIG. 3 this is implemented as a system base chip with one or more voltage regulator and / or output stage elements.
  • the integrated circuit 206 is characterized by a high power density and a correspondingly high heat loss, which is optimal dissipate.
  • the already mentioned reverse technique of connecting the integrated circuit 206 to the printed circuit board or the circuit carrier 300 is characterized in that a heat conduction surface 310 for dissipating the heat from the integrated circuit 206 is arranged facing away from the circuit carrier 300.
  • the arrangement of the circuit device 202 is designed such that a first surface 312 of the integrated circuit 206 is attached to a first carrier surface 314 of the circuit carrier 300.
  • the attachment of the integrated circuit 206 to the circuit board 300 is in a soldered connection.
  • a heat Meleit Character 310 having second surface 31 6 of the integrated circuit 206 is facing the housing bottom or lower housing wall 308.
  • the embodiment of the circuit device 202 shown in FIG. 3 has a layer of a heat-conducting material 318 which is arranged in a gap between the lower housing wall 308 and the first carrier surface 314.
  • the heat-conducting material 318 is arranged between a surface of the lower housing wall 308 and the heat-conducting surface 310 of the integrated circuit 206 such that it bears against both components 308, 310.
  • the heat can be conducted directly via the heat-conducting material 318 to the heat sink or housing 308 and does not need to travel the circuit board 300. This achieves a thermal decoupling of the integrated circuit 206 from the circuit carrier 300 and can thus keep the heat away from the critical solder joints on the first surface 312 of the integrated circuit 206.
  • the new design concept shown in the representation in FIG. 3, in which the system base chip 206 is used in a reverse construction technique, offers the further advantage, in addition to the improved heat dissipation from the system base chip 206, that a printed circuit board side or second surface opposite the first carrier surface 314 Carrier surface 320 can be completely used for the assembly with other components 302, 304, since it does not need to be used for the connection of cooling elements.
  • FIG. 4 shows, by means of a further detailed illustration, a further exemplary embodiment of the circuit device 202 in a reverse construction technique for explaining the manifold possibilities for using the second carrier surface 320 of the circuit carrier 300, which is no longer required for heat dissipation an SMD plug or a surface mounted device is disposed as the first electronic component 302 on the second support surface 320.
  • the second support surface 320 may also be used as any connection point to the outside.
  • a connection possibility for an external voltage supply or output of the integrated circuit 206 by means of welded or soldered strands 400 is provided on the second carrier surface 320.
  • the strands 400 which may correspond, for example, to the lines 208A and 208B of FIG. 2, an energy flow may be established between the circuit device 202 and the transmission of the vehicle.
  • the strands 400 may also be used for signal transmission between the integrated circuit 206 and a transmission controller.
  • an arbitrary bond connection or a connection possibility for a stamped grid is provided via the second carrier surface 320.
  • a further electronic component is provided on the first carrier surface 314 of the circuit carrier adjacent to the system base chip 206.
  • FIG. 5 once again shows, in a detailed detail illustration, an exemplary extension of the exemplary embodiment of the circuit device 202 explained with reference to FIG. 4.
  • the circuit device 202 is provided with a plastic extrusion 500 after completion.
  • the metal body forming the housing and the circuit carrier 300 are at least laterally encompassed by the plastic extrusion coating 500.
  • the circuit board 300 and thus the integrated circuit 206 can be stabilized and a robust connection of the circuit board 300 to the housing of the circuit device 202 can be realized.
  • FIG. 6 shows a flow chart of an embodiment of a manufacturing method 600 for manufacturing a circuit device for controlling a transmission of a vehicle. It may be in the circuit device to a Embodiment of the explained with reference to Figures 2 to 5 circuit according to the invention act.
  • a step 602 an integrated circuit having a first surface and a second surface opposite the first surface and having a heat conduction surface for dissipating heat from the integrated circuit is provided, in particular wherein the heat conduction surface is formed as a contact surface for contacting a heat sink.
  • the integrated circuit with the first surface is arranged on a first carrier surface of a circuit carrier.
  • a connection of the first surface of the integrated circuit to the first carrier surface of the circuit carrier is produced, in particular wherein the connection is performed as a material-bonding connection.
  • the substance-coherent compound can be prepared for example by soldering.
  • an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this can be read so that the embodiment according to an embodiment, both the first Feature as well as the second feature and according to another embodiment, either only the first feature or only the second feature.

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Abstract

Eine Schaltungsvorrichtung (202) zur Steuerung eines Getriebes eines Fahrzeugs umfasst eine integrierte Schaltung (206), die mit einer ersten Oberfläche (312) an einer ersten Trägeroberfläche (314) eines Schaltungsträgers (300) befestigt ist und an einer der ersten Oberfläche (312) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (316) eine Wärmeleitfläche (310) zum Ableiten von Wärme aus der integrierten Schaltung (206) aufweist, insbesondere wobei die Wärmeleitfläche (310) als eine Kontaktierungsfläche zur Kontaktierung eines Kühlkörpers (308) ausgebildet ist.

Description

Schaltunqsvorrichtunq und Verfahren zum Herstellen einer Schaltunqsvorrichtunq zur
Steuerung eines Getriebes eines Fahrzeugs
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsvorrichtung zur Steuerung eines Getriebes eines Fahrzeugs und ein Verfahren zum Herstellen einer Schaltungsvorrichtung zur Steuerung eines Getriebes eines Fahrzeugs.
Elektronische Komponenten unterliegen aufgrund erhöhter Baumraumanforderungen dauerhaft dem Trend, bei gleichbleibendem oder steigendem Funktionsumfang immer kleiner zu werden. Dadurch steigt die Leistungsdichte im Bauteil, was eine Weiterentwicklung bestehender Lösungen oder den Einsatz neuartiger Konzepte erfordert, um die erhöhten thermischen Anforderungen zu erfüllen.
Bei heutigen hochintegrierten Schaltkreisen bzw. ICs (engl. IC = integrated circuit), wo größere Verlustleistungen entstehen, bestehen zwei Grenzbedingungen, die zu berücksichtigen sind und die maximal mögliche Leistungsdichte begrenzen. Seitens des integrierten Bausteins bzw. ICs darf eine spezifizierte maximale Junc- tiontemperatur bzw. Anbindungstemperatur auch bei der höchsten Umgebungstemperatur und der maximal entstehenden Verlustleistung nicht überschritten werden. Dies würde sonst zu einer Beschädigung des Bausteins bzw. zu einem Betrieb außerhalb des spezifizierten Bereiches führen. Als zweite Grenzbedingung ist eine maximal mögliche Lötstellentemperatur bei maximaler Umgebungstemperatur und Verlustleistung zu berücksichtigen, bei der noch gewährleistet werden kann, dass die Lötverbindung nicht beschädigt wird. Setzt man die heutige Löttechnik voraus, liegt die maximal mögliche Lötstellentemperatur deutlich unter der maximalen Junction- temperatur.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Schaltungsvorrichtung zur Steuerung eines Getriebes eines Fahrzeugs und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Schaltungsvorrichtung zur Steuerung eines Getriebes eines Fahrzeugs gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Weist eine Schaltungsvorrichtung eine integrierte Schaltung auf, deren Kühl- anbindung auf einer einer Lötanbindung der integrierten Schaltung gegenüberliegenden Seite liegt, können sehr große (Wärme-) Leistungen abgeführt werden. Derartige Schaltungsvorrichtungen können mit höheren Leistungsdichten realisiert werden.
Da gemäß dem hier vorgestellten Ansatz eine thermische Entkopplung bzw. Entwärm ung der integrierten Schaltung anstelle über Lötstellen durch die Leiterplatte durch direkte Anbindung an einen Kühlkörper erfolgt, kann die Leiterplatten- bzw. Lötstellentemperatur deutlich reduziert werden. Entsprechend kann eine maximal mögliche Junctiontemperatur ausgenutzt werden, wobei die kritischere Lötstellentemperatur trotzdem auf einem niedrigen Niveau verbleiben kann.
Gemäß dem hier vorgestellten Schaltungskonzept können sehr kompakte Anordnungen realisiert werden. Beispielsweise können auf einer der Lötanbindung der integrierten Schaltung gegenüberliegenden Seite einer Leiterplatte weitere Bauteile bzw. Verbindungsanschlüsse platziert werden.
Eine Schaltungsvorrichtung zur Steuerung eines Getriebes eines Fahrzeugs weist eine integrierte Schaltung auf, die mit einer ersten Oberfläche an einer ersten Trägeroberfläche eines Schaltungsträgers befestigt ist und an einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche eine Wärmeleitfläche zum Ableiten von Wärme aus der integrierten Schaltung aufweist, insbesondere wobei die Wärmeleitfläche als eine Kontaktierungsfläche zur Kontaktierung eines Kühlkörpers ausgebildet ist.
Die Schaltungsvorrichtung kann zur Getriebesteuerung eines straßengebundenen Fahrzeugs wie eines Personenkraftwagens oder eines Lastkraftwagens eingesetzt werden. Unter der Schaltungsvorrichtung kann eine bestückte Leiterplatte oder ein elektrisches Gerät, beispielsweise ein Steuergerät verstanden werden. Die Schaltungsvorrichtung kann eine Schnittstelle zu dem Getriebe aufweisen. Die integrierte Schaltung bzw. IC kann eine Mehrzahl von auf einem zentralen Chip angeordneten elektronischen Bauelementen umfassen, die für eine Ansteuerung des Ge- triebes des Fahrzeugs geeignet sind. Die integrierte Schaltung kann ein Gehäuse und Anschlussdrähte zur elektrischen Anbindung an die Leiterplatte bzw. den Schaltungsträger umfassen. Es kann sich bei der integrierten Schaltung um eine hochintegrierte Schaltung handeln. Die Trägeroberfläche des Schaltungsträgers kann sowohl zur elektrischen Anbindung als auch zur materiellen Befestigung der integrierten Schaltung ausgebildet sein. Beispielsweise kann die integrierte Schaltung mittels einer Lötverbindung ihrer ersten Oberfläche mit der Trägeroberfläche des Schaltungsträgers an diesem fix befestigt sein. Bei der ersten und zweiten Oberfläche der integrierten Schaltung kann es sich um die einander gegenüberliegenden Hauptflächen, also den beiden Seitenflächen mit der größten Ausdehnung aller Seitenflächen der integrierten Schaltung, handeln. Entsprechend kann es sich bei der ersten Trägeroberfläche des Schaltungsträgers um eine von zwei einander gegenüberliegenden Hauptflächen, also den Seitenflächen mit der größten Ausdehnung aller Seitenflächen des Schaltungsträgers, handeln. Die Wärmeleitfläche kann aufgrund ihrer exponierten Position an einer Außenseite der integrierten Schaltung auch als Exposed Päd bezeichnet werden. Die Wärmeleitfläche kann so an dem Gehäuse oder in einer Ausnehmung des Gehäuses der integrierten Schaltung angeordnet sein, dass sie Verlustwärme der integrierten Schaltung optimal aus einem Inneren der integrierten Schaltung nach außen an einen Kühlkörper ableiten kann. Der vorteilhafte Aufbau der Schaltungsvorrichtung bezüglich der Anordnung der Wärmeleitfläche an einer von der Leiterplatte abgewandten Seitenfläche der integrierten Schaltung kann auch als Reverse-Anbindung der integrierten Schaltung bezeichnet werden (engl, reverse = umgekehrt).
Insbesondere kann die integrierte Schaltung zumindest einen Spannungsregler und ein Endstufenelement aufweisen. Diese Ausführungsform der integrierten Schaltung als Systembasischip weist den Vorteil auf, dass unterschiedliche Funktionen auf engstem Bauraum mit maximaler elektrischer Leistung zusammengefasst werden können.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Schaltungsvorrichtung den Kühlkörper aufweisen, der mit der Wärmeleitfläche der integrierten Schaltung verbunden ist. Beispielsweise kann die Wärmeleitfläche direkt oder über eine Zwischenschicht mit dem Kühlkörper verbunden sein. Der Kühlkörper kann ganz oder teilweise aus Metall bestehen. Vorteilhafterweise kann der Kühlkörper so angeordnet sein, dass die von der integrierten Schaltung abzuleitende Wärme von dem Schaltungsträger weggeführt wird. Über den Kühlkörper kann Verlustwärme aus der integrierten Schaltung abgeleitet werden. So kann eine Lebensdauer der integrierten Schaltung auf einfache Weise verlängert werden.
Beispielsweise kann die Schaltungsvorrichtung ein Gehäuse aufweisen. Dabei kann die integrierte Schaltung innerhalb des Gehäuses angeordnet sein, und eine der zweiten Oberfläche der integrierten Schaltung zugewandte Gehäusewand des Gehäuses kann den Kühlkörper ausformen. Die zweite Oberfläche der integrierten Schaltung und die Gehäusewand können parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein. Die Gehäusewand kann ganz oder teilweise aus Metall bestehen. Indem das Gehäuse bzw. die Gehäusewand als Kühlkörper verwendet wird, kann auf einen zusätzlichen Kühlkörper verzichtet werden. Damit ergeben sich Gewichts- und Bauraumvorteile.
Gemäß einer Ausführungsform der Schaltungsvorrichtung kann zwischen der Wärmeleitfläche der integrierten Schaltung und dem Kühlkörper ein Wärme leitendes Material angeordnet sein. Das Wärme leitende Material kann in Form einer an die Wärmeleitfläche anliegenden Schicht vorliegen. Die Schicht kann in einer Breite der Wärmeleitfläche oder etwas breiter ausgeführt sein. Neben dem Vorteil einer Stütz- und Stabilisierungsfunktion für die integrierte Schaltung kann mit dieser Ausführungsform eine noch schnellere und gezieltere Ableitung der Verlustwärme aus dem zu kühlenden Bauteil realisiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Schaltungsvorrichtung kann eine der ersten Trägeroberfläche gegenüberliegende zweite Trägeroberfläche des Schaltungsträgers zumindest einen Anschluss zum Kontaktieren eines elektronischen Bauelements und/oder einer externen Spannungsversorgung der integrierten Schaltung aufweisen. Bei dem elektronischen Bauelement kann es sich um eine beliebige zusätzliche Komponente der Schaltungsvorrichtung handeln. Es können auch zusätzliche Anschlüsse zur Anbindung einer Mehrzahl unterschiedlicher elektronischer Bau- elemente auf der zweiten Trägeroberfläche vorgesehen sein. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass zusätzliche Komponenten besonders platzsparend an der Schaltungsvorrichtung angeordnet werden können, da durch die vorteilhafte Rever- se-Anbindung die Kühlung der integrierten Schaltung vollständig über die erste Trägeroberfläche der Leiterplatte abgewickelt werden kann und die zweite Trägeroberfläche damit gänzlich zur freien Verwendung zur Verfügung stehen kann.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann die Schaltungsvorrichtung eine Kunststoffumspritzung aufweisen, die sich über zumindest einen Abschnitt des Schaltungsträgers und zumindest einen Abschnitt des Kühlkörpers erstreckt. Beispielsweise kann die Kunststoffumspritzung ausgebildet sein, um den Schaltungsträger sowie das Gehäuse vollständig zu überziehen. Mit dieser Ausführungsform kann auf einfache Weise gleichzeitig ein Stoßschutz für die integrierte Schaltung und eine optimale Anbindung des Kühlkörpers an die Wärmeleitfläche gewährleistet werden.
Ein Herstellungsverfahren zum Herstellen einer Schaltungsvorrichtung zur Steuerung eines Getriebes eines Fahrzeugs weist die folgenden Schritte auf:
Bereitstellen einer integrierten Schaltung mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche, die eine Wärmeleitfläche zum Ableiten von Wärme aus der integrierten Schaltung aufweist, insbesondere wobei die Wärmeleitfläche als eine Kontaktierungsfläche zur Kontaktierung eines Kühlkörpers ausgebildet ist;
Anordnen der integrierten Schaltung mit der ersten Oberfläche auf einer ersten Trägeroberfläche eines Schaltungsträgers; und
Verbinden der ersten Oberfläche der integrierten Schaltung mit der ersten Trägeroberfläche des Schaltungsträgers, insbesondere wobei das Verbinden als ein stoffschlüssiges Verbinden ausgeführt wird.
Der Schritt des Verbindens kann beispielsweise mittels eines stoffschlüssig ausgeführten Lötvorgangs durchgeführt werden. Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung einer Kühlanbindung einer integrierten Schaltung gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs mit einer Schaltungsvorrichtung zur Steuerung eines Getriebes des Fahrzeugs, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Darstellung einer Kühlanbindung einer integrierten Schaltung in Reverse-Aufbautechnik, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine Darstellung einer Kühlanbindung einer integrierten Schaltung in Reverse-Aufbautechnik, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine Darstellung einer Kühlanbindung einer integrierten Schaltung in Reverse-Aufbautechnik mit Kunststoffumspritzung des Schaltungsträgers, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 6 ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsverfahrens zum Herstellen einer Schaltungsvorrichtung zur Steuerung eines Getriebes eines Fahrzeugs, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines Ausschnitts aus einer Schaltungsvorrichtung 100 mit herkömmlicher Kühlanbindung einer integrierten Schaltung. Gezeigt ist ein Schaltungsträger 102, der zwischen einer Gehäuseoberseite 104 und einer Gehäuseunterseite 106 eines aus Metall gebildeten Schaltungsgehäuses angeordnet ist. An einer Oberfläche des Schaltungsträgers bzw. der Leiterplatte 102 ist neben weiteren Komponenten ein hochintegrierter Systembasischip 108 mit einer Wärmeleitfläche 1 10 angeordnet. Die Wärmeleitfläche 1 10, die auch als Exposed Päd be- zeichnet wird, befindet sich an einer dem Schaltungsträger 102 zugewandten Oberfläche des Systembasischips 108 und grenzt an eine Oberfläche des Schaltungsträgers 102 an. Als Kühlkörper dient hier die ausschnittsweise gezeigte Gehäuseunterseite 106 des Schaltungsgehäuses. Ein Spalt zwischen dem Schaltungsträger 102 und der Gehäuseunterseite 106 bildet eines von mehreren thermisches Vias 1 12, in dem eine Schicht eines thermisch leitfähigen Materials 1 14 angeordnet ist.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Standardlösung gemäß dem Stand der Technik wird versucht, den verlustleistungsbehafteten Baustein 108 bestmöglich an den Kühlkörper 106 anzubinden. Dazu weist der Baustein bzw. Systembasischip 108 das Exposed Päd 1 10 auf, das an die Leiterplatte 102 angelötet ist. Über die thermischen Vias 1 12 in der Leiterplatte 102 und das thermisch leitfähige Material 1 14 - auch als „Gapfilier bezeichnet - zwischen Leiterplatte 102 und Kühlkörper erfolgt die bestmögliche thermische Anbindung. Dabei wird besonders darauf geachtet, dass die Anbindung des Exposed Pads 1 10 des Bauteilgehäuses an die Innenlagen der Leiterplatte 102 möglichst flächig ausgeführt ist, um auch über diesen Weg möglichst viel Wärme in die Leiterplatte 102 abzuführen bzw. zu spreizen. Bei den meisten heutigen IC's 108 liegt das Exposed Päd 1 10 auf GND-Potential und kann somit vollflächig an die Leiterplattenlagen angeschlossen werden.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs 200 mit einem Ausführungsbeispiel einer Schaltungsvorrichtung 202 zur Steuerung eines Getriebes 204 des Fahrzeugs 200. Bei dem Fahrzeug 200 handelt es sich hier um einen Personenkraftwagen. Alternativ kann es sich bei dem Fahrzeug 200 um einen Lastkraftwagen oder auch ein Schienenfahrzeug handeln. Das Getriebe 204 ist zum Antrieb eines Motors des Fahrzeugs 200 ausgebildet. Zur Steuerung des Getriebes 204 weist die Schaltungsvorrichtung 202 eine integrierte Schaltung 206 auf, die über zwei elektrische Leitungen 208A, 208B mit dem Getriebe verbunden ist. In dem Getriebe 204 kann eine Schaltungsvorrichtung 202 gemäß dem hier vorgestellten Ansatz verbaut sein, welche eine Schaltung oder Steuerung von Funktionalitäten des Getriebes 204 ermöglicht. In der Schaltungsvorrichtung 202 sind hierbei ein oder mehrere ICs oder integrierte Schaltungen 206 angeordnet, die beispielsweise analog zu dem in Fig. 1 dargestellten verlustbehafteten Baustein 108 aufgebaut sind. Diese ICs können ent- sprechend der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die Figuren 3 bis 5 auf einem Schaltungsträger verbaut sein und zur Ausführung bzw. elektronischen Verarbeitung von Steuerbefehlen ausgebildet sein.
Fig. 3 zeigt anhand einer Detaildarstellung einer Kühlanbindung der integrierten Schaltung 206 aus Fig. 2 in Reverse-Aufbautechnik, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist in einer Querschnitt-Seitenansicht ein Ausschnitt aus der Schaltungsvorrichtung 202 aus Fig. 2. Die Schaltungsvorrichtung 202 umfasst einen Schaltungsträger 300, die integrierte Schaltung 206 sowie ein erstes elektronisches Bauelement 302 und ein zweites elektronisches Bauelement 304. Ferner ist die Schaltungsvorrichtung 202 von einem Gehäuse umgeben, von dem in der Darstellung in Fig. 3 abschnittsweise eine obere Gehäusewand 306 und eine untere Gehäusewand 308 gezeigt sind. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der Schaltungsvorrichtung 202 ist das Gehäuse aus Metall gebildet, und die untere Gehäusewand 308 bildet einen Kühlkörper zur Ableitung von Verlustwärme aus der integrierten Schaltung 206. Gemäß in den Figuren nicht gezeigten alternativen Ausführungsbeispielen kann die Schaltungsvorrichtung einen oder mehrere zusätzliche Kühlkörper aufweisen. Gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der integrierten Schaltung 206 ist diese als ein Systembasischip mit einem oder mehreren Spannungsregler- und/oder Endstufenelementen ausgeführt. In dieser hochintegrierten Ausführung ist die integrierte Schaltung 206 durch eine hohe Leistungsdichte und eine entsprechend hohe Verlustwärme, die optimal abzuführen ist, gekennzeichnet.
Die bereits angesprochene Reverse-Technik der Anbindung der integrierten Schaltung 206 an die Leiterplatte bzw. den Schaltungsträger 300 ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeleitfläche 310 zum Ableiten der Wärme aus der integrierten Schaltung 206 von dem Schaltungsträger 300 weg weisend angeordnet ist. Entsprechend ist die Anordnung der Schaltungsvorrichtung 202 so gestaltet, dass eine erste Oberfläche 312 der integrierten Schaltung 206 an einer ersten Trägeroberfläche 314 des Schaltungsträgers 300 befestigt ist. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der Schaltungsvorrichtung 202 besteht die Befestigung der integrierten Schaltung 206 an der Leiterplatte 300 in einer Lötverbindung. Eine die Wär- meleitfläche 310 aufweisende zweite Oberfläche 31 6 der integrierten Schaltung 206 ist entsprechend der Gehäuseunterseite bzw. unteren Gehäusewand 308 zugewandt. So kann vorteilhafterweise die Wärmeableitung aus der hochintegrierten Schaltung in die hier den Kühlkörper bildende untere Gehäusewand erfolgen anstatt wie beim Stand der Technik durch eine Masselage des Schaltungsträgers 300 hindurch.
Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel der Schaltungsvorrichtung 202 weist eine Schicht eines Wärme leitenden Materials 318 auf, die in einem Spalt zwischen der unteren Gehäusewand 308 und der ersten Trägeroberfläche 314 angeordnet ist. Das Wärme leitende Material 318 ist dabei so zwischen einer Oberfläche der unteren Gehäusewand 308 und der Wärmeleitfläche 310 der integrierten Schaltung 206 angeordnet, dass es an beiden Komponenten 308, 310 satt anliegt. Durch die Reverse-Anbindung des durch die hohe Verlustleistung gekennzeichneten Systembasischips 206 an den Schaltungsträger 300 kann die Wärme direkt über das Wärme leitende Material 318 zum Kühlkörper bzw. Gehäuse 308 geführt werden und braucht nicht den Weg über die Leiterplatte 300 zu nehmen. Damit erreicht man eine thermische Entkopplung der integrierten Schaltung 206 von dem Schaltungsträger 300 und kann so die Wärme von den kritischen Lötstellen an der ersten Oberfläche 312 der integrierten Schaltung 206 weghalten.
Das anhand der Darstellung in Fig. 3 gezeigte neue Aufbaukonzept, bei dem der Systembasischip 206 in Reverse-Aufbautechnik eingesetzt wird, bringt neben der verbesserten Wärmeableitung aus dem Systembasischip 206 den weiteren Vorteil mit sich, dass eine der ersten Trägeroberfläche 314 gegenüberliegende Leiterplattenseite bzw. zweite Trägeroberfläche 320 vollständig für die Bestückung mit weiteren Bauelementen 302, 304 verwendet werden kann, da sie nicht für die Anbindung von Kühlelementen benutzt zu werden braucht.
Fig. 4 zeigt anhand einer weiteren Detaildarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schaltungsvorrichtung 202 in Reverse-Aufbautechnik zur Erläuterung der mannigfaltigen Möglichkeiten zur Nutzung der nun nicht mehr zur Wärmeableitung benötigten zweiten Trägeroberfläche 320 des Schaltungsträgers 300. Hier ist ein SM D-Stecker bzw. ein oberflächenmontiertes Bauelement als das erste elektronische Bauelement 302 auf der zweiten Trägeroberfläche 320 angeordnet. Daneben kann die zweite Trägeroberfläche 320 auch als eine beliebige Verbindungsstelle nach außen benutzt werden. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist an der zweiten Trägeroberfläche 320 eine Anschlussmöglichkeit für eine externe Spannungsversorgung oder - abgäbe der integrierten Schaltung 206 mittels angeschweißter bzw. angelöteter Litzen 400 vorgesehen. Über die Litzen 400, die beispielsweise den Leitungen 208A und 208B aus Fig. 2 entsprechend können, kann ein Energiefluss zwischen der Schaltungsvorrichtung 202 und dem Getriebe des Fahrzeugs hergestellt werden. Alternativ können die Litzen 400 auch zur Signalübertragung zwischen der integrierten Schaltung 206 und einer Getriebesteuerung eingesetzt werden.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der hier vorgestellten Erfindung wird über die zweite Trägeroberfläche 320 eine beliebige Bond-Verbindung oder eine Anschlussmöglichkeit für ein Stanzgitter vorgesehen. Hier ist zudem im Gegensatz zu dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel an der ersten Trägeroberfläche 314 des Schaltungsträgers benachbart zu dem Systembasischip 206 eine weitere elektronische Komponente vorgesehen.
Fig. 5 zeigt wiederum in einer ausschnittsweisen Detaildarstellung eine beispielhafte Erweiterung des anhand der Fig. 4 erläuterten Ausführungsbeispiels der Schaltungsvorrichtung 202. Hier ist die Schaltungsvorrichtung 202 nach der Fertigstellung mit einer Kunststoffumspritzung 500 versehen. Wie die Darstellung in Fig. 5 zeigt, sind der das Gehäuse bildende Metallkörper sowie der Schaltungsträger 300 zumindest seitlich von der Kunststoffumspritzung 500 umfasst. So kann die Leiterplatte 300 und damit die integrierte Schaltung 206 stabilisiert und eine robuste Verbindung der Leiterplatte 300 mit dem Gehäuse der Schaltungsvorrichtung 202 realisiert werden.
Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Herstellungsverfahrens 600 zum Herstellen einer Schaltungsvorrichtung zur Steuerung eines Getriebes eines Fahrzeugs. Es kann sich bei der Schaltungsvorrichtung um ein Ausführungsbeispiel der anhand der Figuren 2 bis 5 erläuterten erfindungsgemäßen Schaltungsvorrichtung handeln. In einem Schritt 602 wird eine integrierte Schaltung mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche, die eine Wärmeleitfläche zum Ableiten von Wärme aus der integrierten Schaltung aufweist, bereitgestellt, insbesondere wobei die Wärmeleitfläche als eine Kontaktierungsfläche zur Kontaktierung eines Kühlkörpers ausgebildet ist. In einem Schritt 604 wird die integrierte Schaltung mit der ersten Oberfläche auf einer ersten Trägeroberfläche eines Schaltungsträgers angeordnet. In einem Schritt 606 wird eine Verbindung der ersten Oberfläche der integrierten Schaltung mit der ersten Trägeroberfläche des Schaltungsträgers hergestellt, insbesondere wobei das Verbinden als ein stoffschlüssiges Verbinden ausgeführt wird. Die Stoff schlüssige Verbindung kann beispielsweise durch Verlöten hergestellt werden.
Das hierin vorgestellte Aufbaukonzept einer Schaltungsvorrichtung in Reverse-Technik erlaubt wesentlich kompaktere Lösungen bei elektronischen Steuergeräten mit hoher Leistungsdichte. Die anhand der vorangegangen Figuren beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schaltungsvorrichtung eignen sich in Kombination mit Schnittstellen nach außen unter anderem speziell für integrierte Getriebesteuerungen.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder" Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezuqszeichen
100 Schaltungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik
102 Schaltungsträger gemäß dem Stand der Technik
104 Gehäuseoberseite gemäß dem Stand der Technik
106 Gehäuseunterseite gemäß dem Stand der Technik
108 hochintegrierter Systembasischip gemäß dem Stand der Technik
1 10 Wärmeleitfläche gemäß dem Stand der Technik
1 12 Via gemäß dem Stand der Technik
1 14 thermisch leitfähiges Material gemäß dem Stand der Technik
200 Fahrzeug
202 Schaltungsvorrichtung
204 Getriebe
206 integrierte Schaltung
208A erste elektrische Leitung
208B zweite elektrische Leitung
300 Schaltungsträger
302 erstes elektronisches Bauelement
304 zweites elektronisches Bauelement
306 obere Gehäusewand
308 untere Gehäusewand, Kühlkörper
310 Wärmeleitfläche
312 erste Oberfläche der integrierten Schaltung
314 erste Trägeroberfläche des Schaltungsträgers
31 6 zweite Oberfläche der integrierten Schaltung
318 Wärme leitendes Material
320 zweite Trägeroberfläche des Schaltungsträgers
400 externe Spannungsversorgung
500 Kunststoffumspritzung
600 Herstellungsverfahren zum Herstellen einer Schaltungsvorrichtung
602 Schritt des Bereitstellens einer integrierten Schaltung
604 Schritt des Anordnens der integrierten Schaltung auf einem Schaltungsträger Schritt des Verbindens der integrierten Schaltung mit dem Schaltungsträger

Claims

Patentansprüche
1 . Schaltungsvorrichtung (202) zur Steuerung eines Getriebes (204) eines Fahrzeugs (200), wobei die Schaltungsvorrichtung (202) eine integrierte Schaltung (206) aufweist, die mit einer ersten Oberfläche (312) an einer ersten Trägeroberfläche (314) eines Schaltungsträgers (300) befestigt ist und an einer der ersten Oberfläche (312) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (31 6) eine Wärmeleitfläche (310) zum Ableiten von Wärme aus der integrierten Schaltung (206) aufweist, insbesondere wobei die Wärmeleitfläche (310) als eine Kontaktierungsfläche zur Kontaktierung eines Kühlkörpers (308) ausgebildet ist.
2. Schaltungsvorrichtung (202) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Schaltung (206) zumindest einen Spannungsregler und ein Endstufenelement aufweist.
3. Schaltungsvorrichtung (202) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsvorrichtung (202) den Kühlkörper (308) aufweist, der mit der Wärmeleitfläche (310) der integrierten Schaltung (206) verbunden ist.
4. Schaltungsvorrichtung (202) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsvorrichtung (202) ein Gehäuse aufweist, wobei die integrierte Schaltung (206) innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und eine der zweiten Oberfläche (31 6) der integrierten Schaltung (206) zugewandte Gehäusewand des Gehäuses den Kühlkörper (308) ausformt.
5. Schaltungsvorrichtung (202) gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Wärmeleitfläche (310) der integrierten Schaltung (206) und dem Kühlkörper (308) ein Wärme leitendes Material (318) angeordnet ist.
6. Schaltungsvorrichtung (202) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der ersten Trägeroberfläche (314) gegen- überliegende zweite Trägeroberfläche (320) des Schaltungsträgers (300) zumindest einen Anschluss zum Kontaktieren eines elektronischen Bauelements (302, 304) und/oder einer externen Spannungsversorgung (400) der integrierten Schaltung (206) und/oder zur Signalübertragung zwischen der integrierten Schaltung (206) und einer Getriebesteuerung aufweist.
7. Schaltungsvorrichtung (202) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsvorrichtung (202) eine Kunststof- fumspritzung (500) aufweist, die sich über zumindest einen Abschnitt des Schaltungsträgers (300) und zumindest einen Abschnitt des Kühlkörpers (308) erstreckt.
8. Herstellungsverfahren (600) zum Herstellen einer Schaltungsvorrichtung (202) zur Steuerung eines Getriebes (204) eines Fahrzeugs (200), dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungsverfahren (600) die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen (602) einer integrierten Schaltung (206) mit einer ersten Oberfläche (312) und einer der ersten Oberfläche (312) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (31 6), die eine Wärmeleitfläche (310) zum Ableiten von Wärme aus der integrierten Schaltung aufweist, insbesondere wobei die Wärmeleitfläche (310) als eine Kontaktierungsfläche zur Kontaktierung eines Kühlkörpers (308) ausgebildet ist;
Anordnen (604) der integrierten Schaltung (206) mit der ersten Oberfläche (312) auf einer ersten Trägeroberfläche (314) eines Schaltungsträgers (300); und
Verbinden (606) der ersten Oberfläche (312) der integrierten Schaltung (206) mit der ersten Trägeroberfläche des Schaltungsträgers (300), insbesondere wobei das Verbinden als ein stoffschlüssiges Verbinden ausgeführt wird.
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