(57)【要約】第１のプリント回路基板及び第２のプリント回路基板を有する回路である。その回路において、エアギャップによって互いに離されているプリント回路基板は、少なくとも１つのパワー半導体によって相互に機械的に接続されている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  金属ベース基板と、
−  １つの表面上で前記金属ベース基板を電気的に絶縁する絶縁層と、
を有するプリント回路基板であって、
前記ベース基板には少なくとも１つの接続領域において前記絶縁層が無い、プリント回路基板であって、
−  前記ベース基板は、前記接続領域において金属コーティングされており、
−  半導体の接点は、前記接続領域の前記金属コーティング上で電気的に接触される、
ことを特徴とするプリント回路基板。
【請求項２】
前記絶縁層はソルダーレジストであることを特徴とする請求項１に記載のプリント回路基板。
【請求項３】
前記絶縁層は前記ベース基板にプリントされることを特徴とする請求項１または２に記載のプリント回路基板。
【請求項４】
前記金属コーティングは錫層であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のプリント回路基板。
【請求項５】
前記金属コーティングは前記絶縁層の表面に実質的に面平行であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のプリント回路基板。
【請求項６】
前記接点は前記金属コーティングによって前記ベース基板に電気的に接触させられており、前記ベース基板は前記接点を電気回路に接触させる自由端を有することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のプリント回路基板。
【請求項７】
−  金属ベース基板と、
−  １つの表面上で前記金属ベース基板を電気的に絶縁する絶縁体と、
−  前記絶縁体上に付着された導電層と、
を有するプリント回路基板であって、
−  前記絶縁体及び前記導電層は少なくとも１つの接触領域において切り取られ、且つ
−  少なくとも１つの金属接触パッドが、前記接触パッドが前記絶縁体及び前記導電層から周囲にわたって離されるように、前記接触領域において前記ベース基板上に配置される、
ことを特徴とするプリント回路基板。
【請求項８】
前記接触パッドは前記導電層に実質的に面平行であることを特徴とする請求項７に記載のプリント回路基板。
【請求項９】
前記接触パッドは前記接触領域の露光される区域に配置されることを特徴とする請求項７または８に記載のプリント回路基板。
【請求項１０】
前記接触領域は少なくとも２つの接触パッドを収容するために形成され、且つ前記接触領域には前記絶縁体が無く、且つ／または環状の隙間が前記接触パッドと前記導電層及び／または前記絶縁体との間に配置され、特に前記接触パッドと前記導電層との間の距離は１ｍｍ未満であり、とりわけ０．５ｍｍ未満であり、好ましくは０．１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項７〜９の何れか一項に記載のプリント回路基板。
【請求項１１】
前記接触パッドと前記導電層及び／または前記絶縁体との間に存在する前記隙間には充填材料が無く、且つ／または前記隙間は絶縁層でコーティングされることを特徴とする請求項７〜１０の何れか一項に記載のプリント回路基板。
【請求項１２】
少なくとも１つの接続パッドが前記導電層に電気的に接続されることを特徴とする請求項７〜１１の何れか一項に記載のプリント回路基板。
【請求項１３】
前記接触パッドはパワー半導体のソースまたはドレイン接点に電気的に接触させられ、且つ前記接続パッドは前記パワー半導体のゲート接点に電気的に接触させられることを特徴とする請求項７〜１２の何れか一項に記載のプリント回路基板。
【請求項１４】
前記ソースまたはドレイン接点は、前記接触パッドによって前記ベース基板に電気的に接触させられ、且つ／または前記ベース基板は、前記ソースまたはドレイン接点を電気回路に接触させる自由端を有し、且つ／または前記ゲート接点は、前記導電層に電気的に接触させられ、且つ導電トラックが、前記ゲート接点の制御回路用に前記導電層上に形成されることを特徴とする請求項１３に記載のプリント回路基板。
【請求項１５】
少なくとも１つの接続パッド及び／または少なくとも１つの接触パッドが、前記プリント回路基板の１つの縁の領域に配置され、且つ／または前記接触領域は、前記プリント回路基板の１つの長手方向縁に沿って配置されることを特徴とする請求項７〜１４の何れか一項に記載のプリント回路基板。
【請求項１６】
前記接続パッド及び前記接触パッドは実質的に互いに面平行に配置されることを特徴とする請求項７〜１５の何れか一項に記載のプリント回路基板。
【請求項１７】
前記ベース基板は少なくとも１ｍｍ、好ましくは少なくとも１．５ｍｍ、ただし５０ｍｍ未満の厚さを有すること、及び／または前記ベース基板は銅もしくは銅合金から成ること、または前記ベース基板はアルミニウムもしくはアルミニウム合金から成り且つ銅コーティングを有すること、及び／または前記ベース基板には一端において前記絶縁層が無いこと、及び／または前記ベース基板の前記自由端は電気的な接続点を形成すること、を特徴とする請求項１〜１６の何れか一項に記載のプリント回路基板。
【請求項１８】
請求項１に記載の第１のプリント回路基板と請求項７に記載の第２のプリント回路基板とを有する回路であって、前記プリント回路基板はエアギャップによって互いに離されていることを特徴とする回路。
【請求項１９】
前記プリント回路基板は少なくとも１つの半導体によって相互に機械的に接続されること、並びに／または前記接続領域を有する第１のプリント回路基板の外縁は前記接触領域を収容する前記第２のプリント回路基板の外縁に平行に延びること、並びに／または前記接触領域及び／または前記接触パッドは前記第１のプリント回路基板に対面する前記第２のプリント回路基板の前記外縁上に配置されること、並びに／または前記接続領域及び／または前記金属コーティングは前記第２のプリント回路基板に対面する前記第１のプリント回路基板の前記外縁上に配置されること、並びに／または前記第２のプリント回路基板の前記接触領域及び／または前記接触パッドと前記第１のプリント回路基板の前記接続領域及び／または前記金属コーティングとは互いに対面していること、並びに／または前記第１のプリント回路基板及び前記第２のプリント回路基板に少なくとも１つの同一の半導体が共に実装されること、を特徴とする請求項１８に記載の回路。
【請求項２０】
請求項１８に記載の回路を製造する方法であって、実装は、前記プリント回路基板間の前記ギャップを架橋する少なくとも１つの半導体を使って行われることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１に記載の第１のプリント回路基板及び請求項７に記載の第２のプリント回路基板は、共通の製品キャリア上で実装装置に運ばれることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
請求項１に記載の第１のプリント回路基板及び請求項７に記載の第２のプリント回路基板は、まずモノリシックなベース基板上に形成されること、及び２つの前記プリント回路基板を形成する前記ベース基板は、前記実装の作業の前または後に分離されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記プリント回路基板は前記ベース基板の接続用腹板によって相互に接続されていることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、特にパワー半導体用の、とりわけＳＭＤ（表面実装デバイス：Surface Mounted Device）部品用のプリント回路基板ならびに回路及び回路を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体技術では、プリント回路基板は、通常、基板としての絶縁材料及び導電トラックがエッチングによって形成される導電層から成る。しかしながら、パワー半導体の分野では、プリント回路基板は、更に金属コア、例えば銅コアを備えることもできる。この銅コアは、絶縁材料、いわゆるプリプレグで両面がコーティングされ、そのため全面にわたって絶縁されている。ここで、絶縁材料の表面に押圧される銅フィルムは、導電層としても使用され、導電トラックが同様にこの銅箔に形成される。銅箔から形成される導電トラックは、一部分、いわゆるマイクロビアをプリプレグを介して導電トラック及び銅コアの両方に接触させることによって、金属コアに直に接触させられる。導電トラックの他の部分は、プリント回路基板の表面上の信号線である。しかしながら、いわゆるマイクロビアを適用することは、例えば、銅箔を貼り付けた後にプリプレグをミリングして、その中に金属材料を導入する必要があるので、複雑で緻密である。その後に、導電トラックにエッチング処理が行われる必要がある。マイクロビアは、小さい導電性の直径しか有しないので、電気的及び熱的境界抵抗が大きく、その冷却効果は限定的である。マイクロビアをミリングすることもまた、極めて小さい開口部をミリングまたは穿孔することができるだけであるので、複雑である。
【０００３】
特にＬＥＤｓの分野で使用されている別の技術は、冷却専用の銅またはアルミニウムのベース基板の使用である。銅またはアルミニウムのベース基板は、絶縁材料、例えばプリプレグによって導電トラックから完全に絶縁される。銅またはアルミニウムのベース基板と導電トラックとの間には全く電気的導電性接続が存在しない。熱エネルギーは、プリプレグを通して銅またはアルミニウムのベース基板に伝導される。この方法で、導電トラックに接続される電気部品を、銅またはアルミニウムのベース基板を介して冷却することができる。しかしながら、冷却効果はプリプレグによって妨げられ、この技術による銅またはアルミニウムのベース基板を介しての電気的接触は、可能でないばかりか望ましくもない。更に、熱伝導性ペーストを用いるヒートシンクを銅またはアルミニウムのベース基板の下に付着することができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前述の技術は、高価すぎるか、または自動車業界で使用されるハイパワー半導体に対して十分な冷却手段を有さないかの何れかである。それ故に、本発明の主題は、一方で容易に且つ費用対効果が高く製造することができ、他方でパワー半導体を十分に冷却することを可能にするプリント回路基板を提供するという目的に基づくものであった。
【０００５】
この目的は、請求項１に記載のプリント回路基板、請求項７に記載のプリント回路基板、請求項１８に記載の回路、及び請求項２０に記載の方法によって達成される。
【０００６】
銅板が半導体に対して直の接触を備えている場合、銅板の冷却効果を高めることができると認識されてきた。金属ベース基板を使用することが提案される。この金属ベース基板は銅から成ることができる。銅の合金も可能である。更に、金属ベース基板が、例えば軽量化するためにアルミニウムから成り、特に銅または銅合金で表面に金属コーティングすることも可能である。
【０００７】
絶縁層、具体的にはベース基板を電気的に絶縁する絶縁ラッカーが、ベース基板に付着される。しかしながら、ベース基板には１つの接続領域において絶縁層が無い。
【０００８】
ここで、プリント回路基板上に実装される半導体、特にパワーまたはハイパワー半導体を直にベース基板に電気的及び熱的に接触させるために、ベース基板を接続領域において金属コーティングすることが提案される。金属コーティングは、絶縁層が付着される前に、または絶縁層が付着された後に、形成することができる。
【０００９】
半導体は、好ましくはトランジスタであり、好ましくはパワートランジスタである。具体的には、半導体は、１０アンペアを超える、好ましくは５０Ａを超える、特に３００Ａを超える電流容量を有するハイパワー半導体とすることができる。具体的には、トランジスタ、サイリスタ、トライアック、または同様のものを使用することができる。ＩＧＢトランジスタ及びパワーＭＯＳＦＥＴも使用することができる。
【００１０】
本発明の主題の観点から、回路の使用は、整流器の分野、特に自動車のバッテリ管理の分野であるのが好ましい。具体的には、電気自動車またはハイブリッド自動車の整流器としての使用が好ましい。好ましくは、１０Ａを超える、好ましくは５０Ａを超えるまたは３００Ａを超える電流で動作する用途での使用が提案される。
【００１１】
金属コーティングはベース基板上に直に付着され、それ以降、半導体に対する接点として機能する。半導体の接点は、接続領域の金属コーティング上で電気的に接触する。それ故に、ベース基板は、熱的及び電気的素子として機能する。金属コーティングが半導体をベース基板に直に接触させるように機能するということにより、非常に良好な熱的接触が、半導体とベース基板との間に確保される。ベース基板は、半導体の接点に対して直に供給導体として機能し、絶縁層の外側の領域から電気的に接触されることができる。
【００１２】
ベース基板は、平坦な部品、具体的には細長い板またはシートとすることができる。
【００１３】
半導体の接点は、好ましくはドレインまたはソース接点であり、ここでは、この名称は電力を通す半導体の接点を表す。半導体のゲートまたはスイッチ接点は、通常、スイッチを行う電流だけを通し、スイッチされた電流は、少なくとも２つの他の接点を介して流れる。半導体は、接続領域の金属コーティング上に直に載っているＳＭＤ部品であるのが好ましい。半導体の非導電領域は絶縁層の上に載ることができる。
【００１４】
絶縁層は、好ましくはソルダーレジストであり、例えば接続領域には絶縁層が無いように付着される。続いて、接続領域を、錫でのコーティングによって金属コーティングすることができる。
【００１５】
好ましくは、絶縁層は金属コーティングの前にベース基板にプリントされる。
【００１６】
１つの実施形態では、金属コーティングは錫層である。錫層は、いずれの場合にも、ベース基板上の大きい表面面積にわたって、例えば５ｃｍ２と０．５ｍｍ２との間の接続表面上に付着されるのが好ましい。
【００１７】
半導体を機械的に支持し、電気的接触にできるだけ機械的応力が無い状態を保つために、機械的コーティングは実質的に絶縁層の表面に面平行とすることが提案される。この場合、半導体の接点を囲む非導電領域は、絶縁層の真上に載る。半導体は、通常大きい表面領域を有するドレインまたはソース接点を有する。好ましくは、その表面領域に対しての接続領域または金属コーティングは、実質的に半導体の接点の表面領域に一致する。
【００１８】
次いで、製造時に、半導体を接続領域上に直に置くことができる。特に半導体の縁領域における非導電領域は、絶縁層上に載ることができるので、半導体を取り付けることは特に簡単である。半導体の接点と金属コーティングとの間の大きい接触面もまたもたらされるので、良好な電気的接触に加えて、半導体の接点からベース基板への優れた熱の伝導が可能となる。
【００１９】
既に述べたように、半導体または半導体の接点は、金属コーティングを通してベース基板に電気的に接触する。ベース基板は、電気回路に接触するための接続を一端に有することができる。ここには、例えば、端子ラグを受け入れるドリル孔が存在することができる。ケーブル・シューまたは圧着接続もベース基板の一端に設けることができ、このようにしてプリント回路基板を特に簡単な方法で電気的に接触させることができる。
【００２０】
特に、大電流容量が可能になるということを留意すべきである。従って、電気回路への接触は、少なくとも２．５ｍｍ２のワイヤ断面を有するワイヤで達成されるのが好ましいので、ベース基板の一端の接触もそのような寸法の接触表面を有する必要がある。ベース基板の導体断面も、接続されるワイヤのワイヤ断面と少なくとも一致し、好ましくはそれより大きいように選択する必要がある。
【００２１】
好ましくは、ベース基板の共通の外縁、特に長手方向の縁に沿って、２つ以上の接続領域が互いに隣接して、絶縁層で分離されて配置される。具体的には、互いに割り当てられた２つを超える接続領域をベース基板の外縁に配置することができる。接続領域をベース基板の２つの先端の外縁に配置することもできる。
【００２２】
更なる態様によれば、同じく金属ベース基板を有するプリント回路基板が提案される。その金属ベース基板は、請求項１に記載のプリント回路基板の金属ベース基板と同一とすることができる。具体的には、同一の材料、同一の導体断面、及び／または同一の形状を使用することができる。これはプリント回路基板の量産を有利にする。
【００２３】
この金属ベース基板もまた、少なくとも１つの表面で電気的に絶縁するようにコーティングされる。使用される絶縁体を最初にベース基板の全表面にわたって付着することができる。具体的には、プリント回路基板用の基板として習慣的に採用される絶縁体を使用することができる。これはプラスチックシートとすることができる。具体的には、予め含浸された繊維から成るいわゆるプリプレグ層を絶縁体として使用することができる。続いて、導電層を絶縁体上に付着する。絶縁体及び導電層をベース基板と全表面接触で押圧することができる。導電層は、例えば銅層とすることができる。
【００２４】
導電トラックは、従来のプリント回路基板の製造において通例であるような公知の方法で、導電層からエッチングで得ることができる。
【００２５】
更に、絶縁層、特に絶縁コーティングを、請求項１に記載のプリント回路基板の場合のように、絶縁体及び導電層上に付着することができる。これもまた絶縁ラッカー、具体的にはソルダーレジストとすることができる。これは、導電トラックの形成の前または後に行うことができる。
【００２６】
絶縁体及び導電層は、未だエッチングで除去されていないならば、ベース基板への接触領域を形成するために、ミリングまたはドリルで孔をあけることができる。ここでは、絶縁体における窓状の貫通孔が接触領域を形成する。接触領域において、後で少なくとも１つの接触パッドをその上に形成することができるように、まずベース基板を露出させる。
【００２７】
ここで、半導体の接触を可能にするために、少なくとも１つの金属接触パッドがベース基板上の接触領域に配置されることが提案される。同時に、接触パッドは絶縁体及び導電層から周囲にわたって離されている。ここでは、接触パッドは少なくとも絶縁体の平面から突出することができる。絶縁層、例えば絶縁ラッカーも絶縁体上に更に形成される場合、接触パッドは、実質的に絶縁層の平面で終端となることができる。
【００２８】
接触パッドは、電気的接触が接触パッドと導電層との間に形成されることを防ぐために、導電層から周囲にわたって完全に離されている。それ故に、接触パッドは、従来のマイクロビアでの場合と異なり、導電層の導電トラックの冷却を可能にするために、導電層の導電トラックをベース基板に接続することには適さない。その代り、電気的導電素子としてのベース基板は接触パッドに直に接触し、電気的接点、具体的には半導体のソース及びドレイン接点を接触パッド上に配置することができる。接触表面も、マイクロビアとは対照的に、製造が容易であるように絶縁体の窓状の貫通孔として形成される。接触表面は、通常、個別の接触パッドの表面の２倍から１０倍、好ましくは４倍から７倍大きい。
【００２９】
特に半導体がＳＭＤ部品であり、ゲートと共にソースまたはドレインが、１つの平面に存在する接触ピンによって半導体の縁に沿って接触させられることになっているならば、接触パッドが実質的に導電層に面平行であると有利である。この場合、半導体を接触パッド上に且つ同時に導電層上に配置することができる。その結果、導電層または接触パッドに対してのねじれまたは傾斜は阻止される。ゲート接触ピンは導電層または導電層の導電トラック上で接触させることができ、接触パッドをドレインまたはソース接触ピンに接触させることができる。
【００３０】
具体的には、互いに隣接して配置される複数の接触パッドを形成することができ、それらは、それぞれ、半導体の接触ピンに対応する接触表面を有する。複数のドレインまたはソース接触ピン及びゲートピンは、共通の縁に沿って半導体上に配置される。対応するソースまたはドレイン接点は先端の縁に設けられる。ゲート接触ピンの側に配置される複数のソースまたはドレイン接触ピンを、１つの接触パッド上にまたは互いに隣接する接触パッド群上に配置することができ、ゲート接触ピンを導電層上に配置することができる。特に簡単な接触が、その後ＳＭＤ半田付けによって実施され得る。
【００３１】
ベース基板上に接触パッドを作成するために、接触領域を、フォトレジストでコーティングし、その後絶縁体から離されている接触パッドの領域において露光することができる。露光領域のフォトレジストを除去した後、そこのベース基板はむき出しとなる。その後この領域において、接触パッドを好ましくは化学的に構築できる。フォトレジストまたはベース基板の非露光領域には、銅は付着されない。従って、作成された接触パッドは絶縁体及び導電層から離されている。
【００３２】
接触パッドは半田付け可能な金属表面を有する。述べたように、これは、例えばニッケルまたは錫を付着することによって、化学的に構築できる。ニッケルまたは金をガルバニック的にも付着することができる。露光領域に錫または銀を化学的に付着することも可能である。接触パッドの構築は、その表面が絶縁層または導電層の何れかに面平行になるまで続けることができる。ここで、接触パッドの平面と導電層または絶縁層の平面との、１０μｍより小さいずれは面平行と見做される。
【００３３】
接触パッドを導電層及び／または絶縁層から電気的に絶縁することを可能にするために、接触パッドと導電層及び／または絶縁体との間の距離または環状の隙間が提案される。接触パッドと導電層及び／または絶縁体との間の距離は、１０ｍｍと０．５ｍｍとの間とすることができる。
【００３４】
接触パッドと導電層及び／または絶縁体との間の隙間には、充填材料が無いようにできる。具体的には、エアギャップが存在することができる。その隙間に絶縁層を導入することも可能である。
【００３５】
既に述べたように、ソースまたはドレイン接点を接触パッドに接続することができる。好ましくは半導体の同じ縁に沿って配置される関連するゲート接点を導電層に接触させるために、導電層または導電層の導電トラックは、接続パッドを有することができる。接続パッドは、半田付け可能な表面を有し、ゲート接点に接続するように機能する。
【００３６】
接続パッド及び接触パッドの両方または互いに隣接している接触パッド群を、プリント回路基板の共通の外縁に沿って配置することができる。
【００３７】
接続パッド及び接触パッドの両方は、半導体をプリント回路基板に接触させるために設けられる。接触パッドは、互いに隣接して配置される複数の接触パッドを設けることによって、半導体の電気的に類似の複数のピン、すなわちドレインまたはソース接点の複数のまたは全てのピンに接触させることができる。接触パッドは、半導体のソースまたはドレイン接点の１つ以上のピンに接触させることができる。それに加えて、接続パッドは、半導体のゲート接点のピンに電気的に接触させることができる。互いから離れている接触パッド及び接続パッドの半田付け領域は半導体の接触ピン間の距離に一致する。
【００３８】
ベース基板と半導体との優れた電気的及び熱的接続は、接触パッドの金属コーティングによって可能となる。この点で、ソースまたはドレイン接点を、接触パッドを通してベース基板に電気的に接触させることが提案される。また、ベース基板が、電気回路にソースまたはドレイン接点を接触させるための自由端を有することも提案される。請求項１〜６の何れか一項に記載のプリント回路基板に対応して、大きい導体断面と接触することもここでは必要である。従って、対応する接点をベース基板の自由端上に設けることができる。
【００３９】
ゲート接点を導電層に電気的に接触させることも提案される。導電トラックは、具体的には導電層からエッチングされて、導電層に設けられることができ、ゲート接点のための制御回路の少なくとも一部を受け入れることができる。このように、半導体用の制御回路の少なくとも一部を、プリント回路基板上に直に設けることができる。
【００４０】
１つの実施形態によれば、少なくとも１つの接続パッド及び少なくとも１つの接触パッドがプリント回路基板の外縁の領域に配置されることが提案される。接続パッド及び接触パッドを、具体的にはプリント回路基板の長手方向の縁に沿って、互いに隣接して配置することができる。接続パッドを、プリント回路基板の外縁上で接触パッドのすぐ隣に配置することができる。
【００４１】
半田付けされている半導体が傾くのを防止するために、接続パッド及び接触パッドが実質的に互いに面平行に配置されることが提案される。接続パッド及び接触パッドの半田付け領域を、それらが実質的に１つの平面に位置するように形成することができる。
【００４２】
１つの例示的実施形態によれば、ベース基板が少なくとも１ｍｍ、好ましくは少なくとも１．５ｍｍの厚さで、５０ｍｍ未満の厚さであることが提案される。ベース基板の導体断面が２．５ｍｍ２を超えることも提案される。
【００４３】
既に述べたように、ベース基板は銅または銅の合金から成ることができる。ベース基板がアルミニウムまたはアルミニウム合金から成り、銅でコーティングされることも可能である。
【００４４】
それぞれのベース基板は、一端には絶縁層及び／または絶縁体が無いものとすることができる。ベース基板は、例えばこの自由端で錫メッキ及び／またはニッケルメッキすることができる。電気接続点も、大電流ケーブルを受けるために自由端の領域に設けることができる。
【００４５】
更なる態様は、回路、具体的には請求項１に記載の第１のプリント回路基板及び請求項７に記載の第２のプリント回路基板を有する回路である。回路は、２つのプリント回路基板が互いに対面し、互いに隣接して配置され、ギャップによって互いに離れていることを特徴とする。２つのプリント回路基板はギャップで互いから絶縁することができる。ギャップはエアギャップとすることもできる。ギャップを絶縁材料によって充填することもできる。
【００４６】
プリント回路基板を、ギャップを架橋する少なくとも１つの半導体によって、機械的に且つ電気的に相互に接続することができ、半導体は、接触パッド、接続パッド及び金属コーティングに電気的に且つ機械的に固定される。
【００４７】
接続領域を有する第１のプリント回路基板の外縁は、接触領域を収容する第２のプリント回路基板の外縁に平行に延びることができる。これは、半導体を介してプリント回路基板を互いに機械的に接続することを容易にする。
【００４８】
接触領域及び／または接触パッドを、第１のプリント回路基板に対面する第２のプリント回路基板の外縁上に配置することができる。これも、半導体によるプリント回路基板の機械的接続を容易にする。これは、接続領域及び／または金属コーティングを、第２のプリント回路基板に対面する第１のプリント回路基板の外縁上に配置する場合に、同様に適用される。
【００４９】
上記の場合、第２のプリント回路基板と共に第１のプリント回路基板は、少なくとも１つの同一の半導体を搭載することができる。半導体は、第１のプリント回路基板に少なくとも１つのピンで、且つ第２のプリント回路基板に第２のピンで電気的及び機械的に固定することができる。本主題の概念は、実装後のプリント回路基板が筐体または保持器に保持され、それによって更に機械的に互いに固定されている場合でも損なわれない。
【００５０】
既に述べたように、請求項１に記載のプリント回路基板の金属コーティング並びに請求項７に記載のプリント回路基板の接触パッド及び接続パッドの両方を、それぞれ、共通の外縁に沿って配置することができる。これらのそれぞれの外縁を、回路において互いに対面して配置することができる。ベース基板は、実質的に互いに平行に延びる。
【００５１】
ギャップは、電気的に且つ好ましくは専ら機械的にパワー半導体によって架橋される。具体的には、特に金属コーティングにＳＭＤ半田付けされる半導体、接触パッド、及び接続パッドが、２つのプリント回路基板間の機械的な接続を担う。
【００５２】
接触パッドは、第１のプリント回路基板に対面する第２のプリント回路基板の縁に配置され、金属コーティングは、第２のプリント回路基板に対面する第１のプリント回路基板上に配置される。
【００５３】
第２のプリント回路基板の接触パッド及び第１のプリント回路基板の金属コーティングは対面している。プリント回路基板の接触は、少なくとも１つの同一の共通のパワー半導体によって生じる。
【００５４】
回路を製造する方法では、請求項１に記載のプリント回路基板及び請求項７に記載のプリント回路基板が実装装置に運ばれるということが提案される。ここで、プリント回路基板は互いに離される。半導体がギャップを横断して配置され、その後、特に半田付けで接触パッド、接続パッド、及び金属コーティングに接続される。従って、プリント回路基板の実装は、プリント回路基板間のギャップを架橋する半導体がプリント回路基板上に配置されるように実行される。
【００５５】
プリント回路基板は、２つの個別のベース基板から作成され、その後、共通の製品キャリア上で実装装置に運ばれることができる。
【００５６】
請求項７に記載の第２のプリント回路基板と共に請求項１に記載の第１のプリント回路基板が、まずモノリシックなベース基板上に形成されることも可能である。例えば、ギャップを２つのプリント回路基板の間に形成するように、ベース基板をまず分離することができる。ここで、このギャップはベース基板の腹板によって架橋されるので、ベース基板はモノリシックのままである。続いて、第１のプリント回路基板上で、接点を接続表面上に形成することができる。接触表面上の接触パッド、接続パッド、及び導電トラックを、第２のプリント回路基板上に形成することができる。続いて、ベース基板に、少なくとも１つの半導体が実装され、半導体は、対面する接点と接触パッドまたは接続パッドとを相互に接続する。その時点で依然存在する腹板をその後除去する、例えばミリングで除去することができる。この時点で、ベース基板は、少なくとも２つの部分になっており、それから形成される２つのプリント回路基板は、半導体によって機械的に且つ電気的に相互に接続される。
【００５７】
好ましくは、プリント回路基板の１つはＵ字形状であり、第２のプリント回路基板はＵ字形状内に配置される。具体的には、請求項１に記載のプリント回路基板がＵ字形状であり、接点及び金属コーティングは、それぞれ内側を向いて脚部上に配置される。請求項７に記載のプリント回路基板は、Ｕ字形状を形成する脚部の間に配置され、接触パッド及び接続パッドは、それぞれ脚部の方向を向いて先端の縁に配置される。
【００５８】
本主題を、例示的な実施形態を示す図の助けを借りて以下により詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】金属コーティングを有するプリント回路基板の平面図を示す。
【図２】図１に記載のプリント回路基板の断面図を示す。
【図３】図１に記載のプリント回路基板の更なる断面図を示す。
【図４】接触パッド及び接続パッドを有するプリント回路基板の平面図を示す。
【図５】図４に記載のプリント回路基板の断面図を示す。
【図６】図４に記載のプリント回路基板の断面図を示す。
【図７】実装のために互いに隣接して配置される、図１及び図４に記載のプリント回路基板の平面図を示す。
【図８】１つのパワー半導体を実装された２つのプリント回路基板の平面図を示す。
【図９】細片の分離前の２つのプリント回路基板を有するモノリシックなベース基板の平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
図１は第１のプリント回路基板２ａを示す。このプリント回路基板は、１０アンペアを超える、好ましくは３００アンペアを超える電流容量を有する大電流プリント回路基板とすることができる。このために、プリント回路基板は金属ベース基板を有する。ベース基板は、５ｍｍ２を超える、好ましくは１５ｍｍ２を超える、特に３５ｍｍ２を超える導体断面を有する。
【００６１】
プリント回路基板２ａの平面図において、ベース基板が第１の自由端４ａに接続６ａを有することを確認することができる。図示の例では、これは、ケーブルを受ける役目をすることができるドリル孔である。自由端４ａ上では、ベース基板２ａは、例えば錫でコーティングされているが、特に絶縁層は無い。
【００６２】
プリント回路基板２ａの表面の大部分、具体的には３分の２を超える部分が絶縁されており、それ故、絶縁層８を有する。絶縁層８は、好ましくはプリント回路基板２ａ上にプリントされるソルダーレジストである。これは、例えばスクリーン印刷法によって行うことができる。
【００６３】
確認することができるように、絶縁層８は４つの接続領域１０ａ〜１０ｄには存在しない。金属コーティング１２が絶縁層８の代わりに接続領域１０ａ〜１０ｄに付着される。金属コーティング１２は、好ましくは錫層または半田付けに適する別の層である。
【００６４】
絶縁層８をプリント回路基板２ａにプリントする時、接続領域１０ａ〜１０ｄは窪んでおり、その後金属コーティング１２が付着される。金属コーティング１２は半導体に対する接点を形成することができる。プリント回路基板２ａの構造が図２に記載のＩＩ−ＩＩ断面においてより詳細に図示される。
【００６５】
図２において、プリント回路基板２ａが金属ベース基板１４を有することを確認することができる。金属ベース基板１４は銅または銅の合金から成ることができる。金属ベース基板１４はまた、実質的にアルミニウムまたはアルミニウムの合金から成り、銅または銅の合金あるいは錫でコーティングされることも可能である。
【００６６】
絶縁層８が金属ベース基板１４上に付着されていることも確認することができる。金属ベース基板１４は、接続領域１０ａ〜１０ｄには絶縁層８が無く、金属コーティング１２が付着される。金属コーティング１２は直に金属ベース基板１４上に付着される。図２において、金属コーティング１２は、実質的に絶縁層８の表面に対して面平行である表面に沿って延びることを確認することができる。
【００６７】
接続領域１０ａ〜１０ｄが、例として、それぞれ、互いに割り当てられた２つの接続領域１０ａ、ｂ及び１０ｃ、ｄから成るグループで提供されることも確認することができる。接続領域１０ａ〜１０ｄの、プリント回路基板２ａの長手方向軸に沿った空間的配置は、後の実装工程に依存する。
【００６８】
図３は、図１に記載のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す。金属ベース基板１４及び絶縁層８を再度確認することができる。ベース基板１４の長手方向縁または外縁１４ａ上に、それぞれの接続領域１０ａ〜１０ｄが設けられることも確認することができる。接続領域１０は長手方向縁１４ａで丁度終端とならず、絶縁層８の相対的に狭い領域がコーティング１２と長手方向縁１４ａとの間に残っていることを確認することができる。この領域は、好ましくは１ｍｍより狭く、好ましくは０．５ｍｍより狭く、特に０．１ｍｍより狭い。しかしながら、金属コーティング１２が長手方向縁１４ａにまで達することも可能である。
【００６９】
プリント回路基板２ａは、ＳＭＤ構築方法での、トランジスタ、特にハイパワートランジスタのドレインまたはソース接点への接続に適している。そのようなトランジスタは、金属コーティング１２に半田付けすることができる大きい表面領域を有するソースまたはドレイン接点を有する。金属コーティング１２がソースまたはドレイン接点の表面に好ましくは実質的に一致するということにより、後者は大きい表面領域に亘って接続領域１０上に載ることができ、良好な電気的接触に加えて、熱エネルギーが、半導体からドレインまたはソース接点を介してベース基板１４へ効果的に放熱される。
【００７０】
図４は、同じく自由端４ｂ及び接続６ｂを有する第２のプリント回路基板２ｂを示す。自由端４ｂは自由端４ａに対応して形成される。絶縁体、例えば合成材料、プリプレグ、または同様のもの１６がプリント回路基板２ｂに付着されることも確認することができる。この絶縁体１６を、導電層と共に金属ベース基板２４上に押圧することができる。続いて、導電トラック１８を導電層から露光及びエッチングによって作成することができる。導電トラック１８は、回路トポロジーに応じて絶縁体１６上に延び、制御電子回路（図示していない）を接続する働きをする。
【００７１】
接触パッド２０及び接続パッド２２を外縁に面して設けることができる。特に接続パッド２２を直に導電トラック１８に接触させることができる。しかしながら、接触パッド２０は絶縁体１６の窓状の貫通孔２１内に配置される。ベース基板２４は、最初、この貫通孔２１内で露出している。絶縁層８は、後から、接触パッド２０が形成された後に付着することができる。貫通孔２１内で、接触パッド２０は、絶縁ギャップ、具体的にはエアギャップによって絶縁体１６及び導電トラック１８または導電層から離されている。確認することができるように、複数の接触パッド２０が貫通孔２１内に設けられる。接触パッド２０に割り当てられた接続パッド２２を、貫通孔２１のすぐ隣で絶縁体１６上に設けることができる。接触パッド２０及び接続パッド２２の数は、パワー半導体の接触ピンの数に応じて選択することができる。具体的には、放熱のために、トランジスタは、複数のソースまたはドレイン接触ピン及び１つのみのゲート接触ピンを有する。ゲート接触ピンを接続パッド２２に接続でき、ソースまたはドレイン接触ピンを接触パッド２０に接続することができる。接触パッド２０が接続パッド２２と電気的にショートすることを防止するために、接触パッド２０の電気的導電領域は導電トラック１８から絶縁される必要がある。このために、絶縁層１６及び導電層がベース基板１４に押圧された後に、接続パッド２２にそれぞれ割り当てられた貫通孔２１を、ベース基板１４までミリングまたは穿孔することができる。その後、フォトレジストを貫通孔２１内で露光することができる。露光された領域は接触パッド２０の領域に対応することができる。フォトレジストのこの領域は除去され、その後接触パッド２０は、例えば化学的にベース基板２４上に直に構築される。この構築は、図５ａ及び５ｂに細部２３まで図示されている。
【００７２】
図５ｂはＶｂ−Ｖｂ断面で示される細部２３を示す。図５は、金属ベース基板１４に対応して形成できる金属ベース基板２４を示す。絶縁体１６及び図示されていない導電層を金属ベース基板２４に押圧することができる。続いて、導電層を露光し、エッチングすることができ、その結果、導電トラック１８が絶縁体１６上に形成される。
【００７３】
絶縁体１６は、貫通孔２１内において除去される、例えば穿孔またはミリングされる。導電層も、貫通孔２１内において除去され、例えば穿孔またはミリングされ、あるいは特にエッチングされることができる。続いて、貫通孔２１内において、少なくとも１つの接触パッド２０を、熱的及び／またはガルバニック処理で金属ベース基板２４に付着することができる。確認することができるように、貫通孔２１は、接触パッド２０が絶縁体１６から離されるように形成される。更に、導電層に対して接触がなく、導電トラック１８に対しても接触がない。接触パッド２０が形成された後に、絶縁層８を、特に端４ｂを除いたプリント回路基板２ｂの残りの部分とも同様に、貫通孔２１の領域にも付着することができる。
【００７４】
導電層を露光及びエッチングすることで作成することができる接続パッド２２は、導電トラック１８と接触している。接触パッド２０及び接続パッド２２は、半田付け可能である及び／または半田付け可能な材料から形成されるように、コーティングされる。確認できるように、接触パッド２０は、その外側に向いている表面において実質的に絶縁層１６に平行であり、好ましくは、導電トラック１８及び接続パッド２２に面平行である。
【００７５】
図５ａは平面図で細部２３を示す。複数の接触パッド２０が貫通孔２１内に絶縁体１６から距離をおいて設けられていることが確認できる。絶縁体１６は貫通孔２１内では除去され、ベース基板の金属は直にコーティングすることができる。接続パッド２２が貫通孔２１の横に配置されていることも確認できる。
【００７６】
図４のＶＩ−ＶＩ断面を図６に示す。金属コーティング１２に対応して、接触パッド２０も外縁または長手方向縁２４ａに配置されるが、好ましくは、絶縁体１６の細長い片によって縁から離される。この細長い片は、図３に対応して、非常に狭く、好ましくは１ｍｍより狭い。しかしながら、この細長い片は省くこともでき、接触パッド２０は長手方向縁２４ａで直に終端となることができる。
【００７７】
図１及び図４に従って製造されるプリント回路基板２ａ、２ｂは、エアギャップ２８によって互いに離れて配置される。ここで、図７で確認できるように、長手方向縁１４ａ及び２４ａは互いに対面している。更に、長手方向縁１４ａ、２４ａに沿って、金属コーティング１２並びに接触パッド２０及び接続パッド２２が、接続６ａ、６ｂから等距離に設けられる。その結果、互いに割り当てられたプリント回路基板２ａ、２ｂが互いに隣接して配置されると、金属コーティング１２は、接触パッド２０及び接続パッド２２に対面する。
【００７８】
図７に従って配置されるプリント回路基板２ａ、２ｂは、その後、実装装置に運ばれて、トランジスタ３０を実装される。確認できるように、ベース基板１４、２４間のエアギャップ２８は、図８で確認できるように、トランジスタ３０によって機械的に且つ電気的に架橋される。
【００７９】
トランジスタ３０は一方の側にドレイン接続３０ａを有する。これは、好ましくはトランジスタ３０の底面上に大きい表面領域にわたって配置される。ドレイン接続３０ａは、半田付け技術を用いて金属コーティング１２に半田付けされる。トランジスタ３０は、その反対側にゲート接触ピン３０ｂ及び５つのソース接触ピン３０ｃを備える。ゲート接触ピン３０ｂは、半田付けで接続パッド２２に接続される。ソース接触ピン３０ｃは、半田付けで接触パッド２０に接続される。プリント回路基板２ａ、２ｂは、トランジスタ３０を金属コーティング１２並びに接触パッド２０及び接続パッド２２に半田付けすることによって、機械的に互いに固定される。もちろん、追加のトランジスタをプリント回路基板２ａ、２ｂ上に実装することもできる。導電トラック１８を使用して、導電トラック１８を介するゲート接触ピン用の制御電子回路を作成することができることも自明である。両面実装作業を行うことも可能であり、それによれば、半導体をプリント回路基板の上面側及び底面側に配置することになる。
【００８０】
図９は金属ホルダー３４を示す。第１のベース基板１４及び第２のベース基板２４は、ホルダー内に形成される。これは、例えばホルダー３４に対応するギャップ３６をミリングすることで達成できる。ホルダー３４がモノリシックであり、ベース基板１４及び２４が細片３８によって、互いに且つホルダー３４に機械的に接続されていることを確認できる。
【００８１】
ホルダー３４は、上述したように、金属コーティング１２がベース基板１４上に形成され、接触パッド２０及び接続パッド２２がベース基板２４に形成されるように加工される。その後またはその前に、ギャップ３６をホルダー３４に細片３８を付けて設けることができる。プリント回路基板１４及び２４間のギャップ３６がＵ字形を再現することを確認できる。プリント回路基板１４はＵ字形であり、金属コーティング１２は、脚部に設けられる。もちろん、用語金属コーティング１２は、接点または接続、具体的には半田付けされた接続がベース基板１４上に形成されることを意味する。プリント回路基板２４はＵの中に配置される。
【００８２】
続いて、例えばＳＭＤ実装による実装作業を行うことができる。少なくとも１つのトランジスタを、一方で金属コーティングに、他方で接触パッド２０及び接続パッド２２に半田付けすることができる。半田が硬化した後に、トランジスタはプリント回路基板１４及び２４を相互に機械的に且つ電気的に接続する。細片３８を除去することができる。その結果、ベース基板１４と２４との間の単一の機械的且つ電気的接続がトランジスタによって形成される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年4月16日(2015.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  金属ベース基板と、
−  １つの表面上で前記金属ベース基板を電気的に絶縁する絶縁層と、
を有するプリント回路基板であって、
前記ベース基板には少なくとも１つの接続領域において前記絶縁層が無く、
−  前記ベース基板は、前記接続領域において金属コーティングされる、
プリント回路基板であって、
−  半導体部品の接点は、前記接続領域の前記金属コーティング上で電気的に接触され、
−  前記半導体部品の非導電領域は前記絶縁層上に乗る、
ことを特徴とするプリント回路基板。
【請求項２】
前記絶縁層はソルダーレジストであることを特徴とする請求項１に記載のプリント回路基板。
【請求項３】
前記絶縁層は前記ベース基板にプリントされることを特徴とする請求項１または２に記載のプリント回路基板。
【請求項４】
前記金属コーティングは錫層であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のプリント回路基板。
【請求項５】
前記金属コーティングは前記絶縁層の表面に実質的に面平行であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のプリント回路基板。
【請求項６】
前記接点は前記金属コーティングによって前記ベース基板に電気的に接触させられており、前記ベース基板は前記接点を電気回路に接触させる自由端を有することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のプリント回路基板。
【請求項７】
請求項１のプリント回路基板と、
−  金属ベース基板、
−  １つの表面上で前記金属ベース基板を電気的に絶縁する絶縁体、及び、
−  前記絶縁体上に付着された導電層、
を有する第２のプリント回路基板と、を有する回路であって、
−  前記絶縁体及び前記導電層は少なくとも１つの接触領域において切り取られ、且つ
−  少なくとも１つの金属接触パッドが、前記接触パッドが前記絶縁体及び前記導電層から周囲にわたって離されるように、前記接触領域において前記ベース基板上に配置され、且つ
−  第１のプリント回路基板は、前記第２のプリント回路基板からエアギャップまたは絶縁材料によって空間的に離される、
ことを特徴とする回路。
【請求項８】
前記接触パッドは前記導電層に実質的に面平行であることを特徴とする請求項７に記載の回路。
【請求項９】
前記接触パッドは前記接触領域の露光される区域に配置されることを特徴とする請求項７または８に記載の回路。
【請求項１０】
前記接触領域は少なくとも２つの接触パッドを収容するために形成され、且つ前記接触領域には前記絶縁体が無く、且つ／または環状の隙間が前記接触パッドと前記導電層及び／または前記絶縁体との間に配置され、特に前記接触パッドと前記導電層との間の距離は１ｍｍ未満であり、とりわけ０．５ｍｍ未満であり、好ましくは０．１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項７〜９の何れか一項に記載の回路。
【請求項１１】
前記接触パッドと前記導電層及び／または前記絶縁体との間に存在する前記隙間には充填材料が無く、且つ／または前記隙間は絶縁層でコーティングされることを特徴とする請求項７〜１０の何れか一項に記載の回路。
【請求項１２】
少なくとも１つの接続パッドが前記導電層に電気的に接続されることを特徴とする請求項７〜１１の何れか一項に記載の回路。
【請求項１３】
前記接触パッドはパワー半導体のソースまたはドレイン接点に電気的に接触させられ、且つ前記接続パッドは前記パワー半導体のゲート接点に電気的に接触させられることを特徴とする請求項７〜１２の何れか一項に記載の回路。
【請求項１４】
前記ソースまたはドレイン接点は、前記第２のプリント回路基板の前記接触パッドによって前記第２のプリント回路基板の前記ベース基板に電気的に接触させられ、且つ／または前記第２のプリント回路基板の前記ベース基板は、前記ソースまたはドレイン接点を電気回路に接触させる自由端を有し、且つ／または前記ゲート接点は、前記導電層に電気的に接触させられ、且つ導電トラックが、前記ゲート接点の制御回路用に前記第２のプリント回路基板の前記導電層上に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の回路。
【請求項１５】
前記第２のプリント回路基板の少なくとも１つの接続パッド及び／または前記第２のプリント回路基板の少なくとも１つの接触パッドが、前記第２のプリント回路基板の１つの縁の領域に配置され、且つ／または前記第２のプリント回路基板の前記接触領域は、前記第２のプリント回路基板の１つの長手方向縁に沿って配置されることを特徴とする請求項７〜１４の何れか一項に記載の回路。
【請求項１６】
前記第２のプリント回路基板の前記接続パッド及び前記第２のプリント回路基板の前記接触パッドは実質的に互いに面平行に配置されることを特徴とする請求項７〜１５の何れか一項に記載の回路。
【請求項１７】
前記第２のプリント回路基板の前記ベース基板は少なくとも１ｍｍ、好ましくは少なくとも１．５ｍｍ、ただし５０ｍｍ未満の厚さを有すること、及び／または前記第２のプリント回路基板の前記ベース基板は銅もしくは銅合金から成ること、または前記第２のプリント回路基板の前記ベース基板はアルミニウムもしくはアルミニウム合金から成り且つ銅コーティングを有すること、及び／または前記第２のプリント回路基板の前記ベース基板には一端において前記絶縁層が無いこと、及び／または前記第２のプリント回路基板の前記ベース基板の前記自由端は電気的な接続点を形成すること、を特徴とする請求項１〜１６の何れか一項に記載の回路。
【請求項１８】
前記プリント回路基板は少なくとも１つの半導体によって相互に機械的に接続されること、並びに／または前記接続領域を有する第１のプリント回路基板の外縁は前記接触領域を収容する前記第２のプリント回路基板の外縁に平行に延びること、並びに／または前記接触領域及び／または前記接触パッドは前記第１のプリント回路基板に対面する前記第２のプリント回路基板の前記外縁上に配置されること、並びに／または前記接続領域及び／または前記金属コーティングは前記第２のプリント回路基板に対面する前記第１のプリント回路基板の前記外縁上に配置されること、並びに／または前記第２のプリント回路基板の前記接触領域及び／または前記接触パッドと前記第１のプリント回路基板の前記接続領域及び／または前記金属コーティングとは互いに対面していること、並びに／または前記第１のプリント回路基板及び前記第２のプリント回路基板に少なくとも１つの同一の半導体が共に実装されること、を特徴とする請求項１７に記載の回路。
【請求項１９】
請求項１７に記載の回路を製造する方法であって、実装は、前記プリント回路基板間の前記ギャップを架橋する少なくとも１つの半導体を使って行われることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の第１のプリント回路基板及び請求項７に記載の第２のプリント回路基板は、共通の製品キャリア上で実装装置に運ばれることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
請求項１に記載の第１のプリント回路基板及び請求項７に記載の第２のプリント回路基板は、まずモノリシックなベース基板上に形成されること、及び２つの前記プリント回路基板を形成する前記ベース基板は、前記実装の作業の前または後に分離されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記プリント回路基板は前記ベース基板の接続用腹板によって相互に接続されていることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【国際調査報告】
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