(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子制御装置で使用するための冷却装置であって、冷却体（４）上に取り付けられたプリント基板（１）を有しており、該プリント基板（１）が、第１の側（６）で、第１の大きい面状の金属被覆部（８）を備えた側に配置された、少なくとも１つの熱を発生する構成素子（２）を備えていて、該構成素子（２）とは反対側の第２の側（７）で、第２の大きい面状の金属被覆部（９）を有しており、該第２の面状の金属被覆部（９）が、前記構成素子（２）の取付け領域で第１の大きい面状の金属被覆部（８）に、貫通金属被覆された孔（１０）を介して熱伝導接続されており、プリント基板（１）の第２の側（７）と冷却体（４）との間に、電気的に絶縁された熱伝導層（５）が配置されている形式のものにおいて、
少なくとも、貫通金属被覆された孔（１０）を備えた、少なくとも第２の大きい面状の金属被覆部（９）の領域に、ヒートシンクとして働く熱伝導プレート（３）がはんだ付けされており、該熱伝導プレート（３）の、前記プリント基板（１）とは反対の側（１９）に、電気的に絶縁された熱伝導層（５）が配置されており、貫通金属被覆された前記孔（１０）上に載せられた、前記熱伝導プレート（３）の領域が、前記熱伝導プレートを通って延びる少なくとも１つの切欠（１５）を備えていることを特徴とする、プリント基板上に配置された、熱を発生する構成素子のための冷却装置。
【請求項２】
前記熱伝導プレート（３）が、銅より成る金属プレートである、請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記熱伝導プレート（３）が多数の切欠（１５）を備えていて、貫通金属被覆された孔（１０）上に配置された、熱伝導プレート（３）の領域が、互いに平行に延びる多数のフィンガー（３ａ）を備えたコーム状の構造を有している、請求項１記載の冷却装置。
【請求項４】
前記熱伝導プレート（３）の、少なくとも１つの切欠（１５）内にはんだ付け用錫合金（２０）が挿入され、該はんだ付け用錫合金が切欠（１５）の内壁（１４）を覆って、少なくとも切欠（１５）を通って接近可能な貫通金属被覆された孔（１０）内に少なくとも部分的に挿入されている、請求項１又は３記載の冷却装置。
【請求項５】
前記熱伝導プレート（３）が付加的に、切欠（１５）を備えていない領域（３ｂ）を有しており、該領域の、導体プレートとは反対の側（１９）に、電気的に絶縁された、熱伝導層（５）が配置されている、請求項４記載の冷却装置。
【請求項６】
前記プリント基板（１）と、前記熱伝導プレート（３）の、切欠（１５）を備えていない前記領域（３ｂ）との間に接着層（１７）が設けられている、請求項５記載の冷却装置。
【請求項７】
前記熱伝導プレート（３）が、ウエーブはんだ付け法で、プリント基板（１）の第２の側（７）にはんだ付けされている、請求項１から６までのいずれか１項記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に電子制御装置で使用するための冷却装置であって、冷却体上に取り付けられたプリント基板を有しており、該プリント基板が、第１の側で、第１の大きい面状の金属被覆部を備えた側に配置された、少なくとも１つの熱を発生する構成素子を備えていて、該構成素子とは反対側の第２の側で、第２の大きい面状の金属被覆部を有しており、該第２の面状の金属被覆部が、前記構成素子の取付け領域で第１の大きい面状の金属被覆部に、貫通金属被覆された孔を介して熱伝導接続されており、プリント基板の第２の側と冷却体との間に、電気的に絶縁された熱伝導層が配置されている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリント基板上に配置された電子式の出力構成素子(Leistungsbauelement）のための冷却装置は、最近の出力構成素子の非常に高い熱発生に基づいてここ数年の間に非常に重要な意味を持っている。この場合、特に自動車の電子制御装置において、電子制御装置のエラー作用を避けるために、できるだけ効果的な熱導出が必要である。問題であるのは、熱を発生するための構成素子が大抵の場合、冷却体に対して電気的に絶縁する必要があり、この場合、絶縁された層によって、冷却体への熱の直接的な伝達が困難になるという点である。そこで例えば、ドイツ連邦共和国特許公開第４１０７３１２号明細書によれば、両側が銅で被覆されたプリント基板上にはんだ付けされた熱発生構成素子を備えた冷却装置が公知である。構成素子から発せられた熱は、プリント基板に形成された、貫通金属被覆された孔いわゆる貫通接触部（この孔ははんだ付け用錫合金で満たされ、構成素子の組立面の下側に直接配置されている）を介して、プリント基板の、銅被覆された下側に導出される。プリント基板は、その銅被覆された下側が、熱伝導性の電気的な絶縁層によって分離されて、冷却体に取り付けられている。この場合、電気的に絶縁された層は、金属被覆された孔を通って導出された熱が冷却体に迅速に伝達されるのを妨げるという欠点がある。何故ならば、この電気的に絶縁された層の熱伝導特性は、はんだによって満たされた、金属被覆された孔の金属の熱伝導特性よりも悪いからである。従って、従来技術においては、熱が不都合に溜まって、この熱が、プリント基板上に配置された回路を過熱及び損傷させることがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、以上のような従来技術における欠点を取り除くことである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決した本発明によれば、少なくとも、貫通金属被覆された孔を備えた、少なくとも第２の大きい面状の金属被覆部の領域に、ヒートシンクとして働く熱伝導プレートがはんだ付けされており、該熱伝導プレートの、前記プリント基板とは反対の側に、電気的に絶縁された熱伝導層が配置されており、貫通金属被覆された前記孔上に載せられた、前記熱伝導プレートの領域が、前記熱伝導プレートを通って延びる少なくとも１つの切欠を備えている。
【０００５】
【発明の効果】
このように構成した本発明の冷却装置によれば、前記従来技術において生じた欠点は避けられる。金属被覆された孔を通って、構成素子の組立側とは反対側の、プリント基板の第２の側に伝導される熱が溜まって過熱が生じることは、有利な形式で、ヒートシンクとして働く熱伝導プレートが、貫通金属被覆された孔の下側の、第２の大きい面状の金属被覆部に直接はんだ付けされていることによって、避けられる。これによって有利な形式で、熱が熱伝導プレートに直接導出され、ここで迅速に分配される。プリント基板の面の金属被覆部の層厚は、両面側が銅で被覆されたプリント基板においては原則として３０μｍから４０μｍであって、公知の製造方法では８０μｍよりやや大きい程度に設計されているので、この層の側方の熱導出は、それほど多くはない。それとは異なり、熱伝導プレートは、金属被覆層よりも明らかに大きく設計されているので、側方の熱導出は明らかに改善される。特に短時間生じる熱パルス負荷(Waermepulsbelastung）においては、熱はまず熱導出プレートに直接導出され、ここで分配され、次いで電気的に絶縁された、熱伝導性の層を介して冷却体に放出される。
【０００６】
有利には、熱伝導プレートとして、銅より成る金属プレートが使用されている。何故ならば、この材料は、良好なはんだ特性を有していると同時に、高い熱伝導性を有しているからである。
【０００７】
貫通金属被覆された孔上に載せられた、熱伝導プレートの領域が、熱伝導プレートを通って延びる少なくとも１つの切欠を備えていれば、特に有利である。この切欠を通って、貫通金属被覆された孔の一部はプリント基板の第２の側から自由に接近可能であるので、熱伝導プレートを載せてから、プリント基板の第２の側からはんだ付け用錫合金を前記切欠を通って、金属被覆された孔内に充てんすることができる。切欠内に充てんされたはんだ付け用錫合金は、切欠の内壁に付着し、それと同時に、金属被覆された孔内に侵入するので、熱伝導プレートへの熱導出を著しく改善するはんだブリッジが形成される。このような形式の、熱伝導プレートをプリント基板の第２の金属被覆部にはんだ付けすることは、プリント基板の第２の側に設けられた構成素子のはんだ付けと一緒に、良好にコントロールされたウエーブはんだ付け法で行うことができる。
【０００８】
さらに、熱伝導プレートの切欠が、貫通金属被覆された孔上に載せられた熱伝導プレートが多数の平行なフィンガーを備えたコーム（櫛）状の構造を有するように、配置されていれば有利である。これらのフィンガーの幅及び間隔を最適にすることによって、良好な熱導出が得られ、それと同時に、はんだ付け用錫合金によるはんだ付けの際に十分に貫通金属被覆された孔を満たすことが確実に得られる。
【０００９】
また、熱伝導プレートの、切欠を備えていない別の領域を設ければ、有利である。この領域は、簡単な形式で、はんだ付けの前に、はんだ付けを妨害するはんだレジスト又はシートによって覆うことができ、プリント基板を冷却体上に取り付ける際に有利には平らな載設領域として役立つ。
【００１０】
熱伝導プレートは、プリント基板の第２の金属被覆部に特に容易にウエーブはんだではんだ付けすることができる。このために、切欠を備えていない領域が、まず接着層を介して第２の金属被覆部に接着される。接着層は、有利には、次いで行われるウエーブはんだ付けの際に、熱伝導プレートの位置決め補助手段として役立つ。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に示した実施例に基づいて詳しく説明する。
【００１２】
図１及び図２には、本発明による冷却装置の第１実施例のそれぞれ横断面が示されている。銅を２重に張り合わせた、絶縁材料から成るプリント基板１は、その上側６で、構成素子を配線するために必要な導体路に並んで第１の大きい面状の金属被覆部８を有していて、下側７で第２の大きい面状の金属被覆部９を有しており、これらの金属被覆部(Metallisierung)は、スルーホールめっき若しくは貫通金属被覆された(durchmetallisierte)多数の孔１０いわゆる貫通接触部若しくはスルーホル接触部を介して電気的及び熱伝導して互いに結合されている。第１の大きい面状の金属被覆部８上には、熱を発生する電子的な構成素子若しくは出力素子２が貫通金属被覆された孔１０を介して公知の形式で例えばリフローはんだ法(Reflow-Loetverfahren)で直接はんだ付けされる。この場合、はんだ塗布は、はんだ２０が少なくとも部分的に、貫通金属被覆された孔１０内に上側６から充てんされることによって行われる。さらにまた、出力素子２の接続部３は、プリント基板１の上側で導体路１１にはんだ付けされている。
【００１３】
プリント基板１の下側７には、熱伝導プレート３が第２の金属被覆部９に直接はんだ付けされている。熱伝導プレートは、電気的に錫めっきされた銅プレートの形状に構成されていて、その厚さは、有利には約０．５ｍｍと１．５ｍｍとの間である。また、熱伝導プレートのために、良好な熱伝導性のその他の材料を使用することも考えられる。図１から図３に示した実施例とは異なり、熱伝導プレート３は、例えば簡単な直方体状のプレートの形状を有しており、その輪郭は、貫通金属被覆された孔を備えた、プリント基板１の領域に相当する。次いで熱伝導プレートをプリント基板にはんだ付けするために、例えば下側７が上側に反転される。次いで、いまや上側に位置する側７に、貫通金属被覆された孔を通してはんだがプリントされる。熱伝導プレート３ははんだペースト上に載せられ、リフローはんだ付け法で第２の金属被覆部９にはんだ付けされる。次いで、プリント基板とは反対側の、熱伝導プレート３の側に、電気的に絶縁された熱伝導性の層が施され、絶縁された層を有する熱伝導プレートに冷却体が載せられる。
【００１４】
しかしながら図１から図３に示した実施例においては、熱伝導プレート３はウエーブはんだ付け(Wellenloetverfahren）で、第２の金属被覆部９にはんだ付けされている。プリント基板１の下側７には、しばしば、ウエーブはんだ付け法で下側の接続部とはんだ付けする必要がある別の構成素子が設けられているので、熱伝導プレート３のはんだ付けを、この構成素子のはんだ付けと一緒に行うことができる。図１から図３に示した実施例においては、熱伝導プレート３は、直方体状の基本形状を有しており、この基本形状においては、２つの方形の切欠１５が設けられており、この切欠１５は、３つのフィンガー３ａによって制限されており、これらのフィンガー３ａは、切欠を備えていない領域３ｂから側方に突き出ている。切欠１５は、熱伝導プレートによって、この熱伝導プレートの上側１８からその下側１９まで貫通案内されている。図３に示されているように、熱伝導プレート３はＥ字形の基本形状を有している。しかしながら切欠を備えた熱伝導プレートは、別の形状を有していてもよい。特に、フィンガー３ａの数は、貫通接触部の数に合わせることができる。有利には、熱伝導プレートの、切欠を備えた領域は少なくとも、貫通接触部１０を備えた、プリント基板の領域の大きさを有している。
【００１５】
熱伝導プレート３は、次のような形式でプリント基板１に固定することができる。まず、切欠を備えていない、図３で左側に破線で示した領域３ｂの上側１８に、接着剤１７が塗布され、次いで熱伝導プレート３の上側１８が、プリント基板の下側７に接着される。この際に、領域３ｂが、貫通金属被覆された孔１０に接着され、切欠１５を備えた、図３で右側に破線で示された領域が、貫通金属被覆された孔１５上に配置される。接着層１７は、次いでウエーブはんだ付けする際に熱伝導プレートを保持するために使用され、非常に薄く塗布される。接着層１７によって、熱伝導プレートは、非常に狭いギャップによって第２の金属被覆部９から間隔を保って配置されている。さらに、はんだレジスト(Loetstopplack）又はその他の適当な手段が、切欠を備えていない領域３ｂの下側１９に塗布される。はんだレジストは、熱伝導プレートを接着する前にあらかじめ塗布してもよい。次いで、熱伝導プレートを備えたプリント基板は、ウエーブはんだステーションに供給される。ウエーブはんだ付けにおいては、はんだレジストは、熱伝導プレートの下側１９の、切欠１５を備えた領域１３上ではんだが分離するのを妨げ、一方、フィンガー３ａの領域では下側１９上のはんだは分離する。特に図１に示されているように、錫より成るはんだ２０は、切欠１５内にもまた、第２の金属被覆部９と熱伝導プレートの上側１８との間の狭いギャップ内にも侵入する。有利な形式で少なくとも、切欠１５を通って接近可能な孔１０は完全にはんだ付け用錫合金によって満たされる。この場合、はんだブリッジが形成され、このはんだブリッジは、貫通接触部１０を切欠１５の内壁１４と非常に良好な熱伝導性を伴って結合する。はんだ付け後に、はんだレジストは取り除かれ、その代わりに、電気的な絶縁性及び良好な熱伝導性を有する層としての熱伝導層５が、貫通接触部を備えていない熱伝導プレートの下側１９に塗布される。十分な熱伝導性及び電気的な絶縁特性を有するはんだレジストが使用される場合には、このはんだレジストを、熱伝導層５として設けてもよい。この場合、１製造段階が省かれる。次いで、熱伝導プレート３を備えたプリント基板１は、図２に示されているように、冷却体４上に載せられる。冷却体４は、隆起した領域を有しており、この領域は、熱伝導層５のための載設領域として用いられる。フィンガー領域３ａの下側で、冷却体４は凹部を有しているので、フィンガー３ａで分離したはんだ２０が冷却体に接触することはない。熱伝導層５は、接着層として又は接着シートとして構成され、それによって同時に冷却体上でのプリント基板の機械的な保持のために使用される。
【００１６】
図１及び図２に示した装置によって、貫通接触部１０を通って導出された熱の、熱伝導プレート３のフィンガー領域３ａに対する非常に効果的な絶縁が得られる。切欠１５を制限するフィンガー３ａは、熱を領域３ｂに伝導する。ここでは、熱が分配され、電気的に絶縁された熱伝導層５を介して冷却体４に達する。フィンガー領域３ａが幅広に構成されていればいるほど、領域３ｂへの側方の熱伝導は改善される。他方側では、フィンガーはあまり幅広くないほうがよい。何故ならば、そうでないと非常に多くの貫通接触部１０がはんだによって満たされなくなるからである。この場合それぞれの使用のために妥協しなければならない。図示の実施例においては、フィンガー３ａの幅は、切欠１５の幅よりもやや狭く構成されている。
【００１７】
図１及び図２に示した実施例とは異なり、接着層１７を省いて、その代わりに、熱伝導プレート３を、領域３ｂを介して下側９に接着した接着シートをプリント基板１の下側７に固着してもよい。この場合、接着シートは、同時に領域３ｂの下側１９が、ウエーブはんだステーション内ではんだ付けされるのを阻止する。はんだ付けの際に、はんだ２０は切欠１５内及び貫通接触部１０内に侵入し、それによって熱伝導プレートは第２の金属被覆部９にはんだ付けされる。この場合、熱伝導プレートの上側１８は、第２の金属被覆部９上に直接載せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２に示した熱伝導プレートのＩ−Ｉ線に沿った横断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った、冷却体に組み付けられたプリント基板の横断面図である。
【図３】冷却体及び絶縁層なしで、熱伝導プレートはんだ付けする前の、冷却装置を下から見た図である。
【符号の説明】
１  プリント基板、  ２  構成素子若しくは出力素子、  ３  熱伝導プレート、  ３ａ  フィンガー領域、  ３ｂ  領域、  ４  冷却体、  ５  電気的に絶縁された熱伝導層、  ６  上側、  ７  下側、  ８，９  金属被覆部、  １０  貫通接触部、  １１  導体路、  １３  接続部、  １４  内壁、  １５  切欠、  １７  接着層、  １８  上側、  １９  下側、  ２０  はんだ
【図１】
0004469429.tif 000002
【図２】
0004469429.tif 000003
【図３】
0004469429.tif 000004