(57)【要約】  自動車内の制御装置として使用するための電子モジュールが、ベアダイ実装のための少なくとも１つの有機ＨＤＩ回路支持体（５）を備えた、プラスチック（２）で被覆された電子回路（１）を備えており、この場合、電子回路（１）は冷却体（３）上に配置されており、さらに電子モジュールが、電子回路（１）を、電子モジュール外部の電気的な構成部分に電気的に接続するための導電性の導体構造体（６）を備えている。回路支持体（５）は、冷却体（３）に熱伝導性に接続されており、電子回路（１）と冷却体（３）とは、冷却体（３）の、回路支持体（５）とは反対の側の裏側だけが少なくとも部分的にプラスチックを有しないように、かつ少なくとも導体構造体（６）の、電子モジュール外部の電気的な構成部分との電気的な接続のために用いられるコンタクト端部（８）がプラスチックを有しないように、プラスチック（２）で被覆されている。その結果、電子モジュールおよびその製造方法が提供される。
2016502279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車内の制御装置として使用するための電子モジュールであって、冷却体（３）上に配置された、プラスチック（２）で被覆された電子回路（１）を備え、該電子回路（１）が、
−少なくとも１つの電子構成素子（４）が配置されている、ベアダイ実装のための少なくとも１つの有機ＨＤＩ（High Density Interconnect）回路支持体（５）と、
−前記電子回路（１）の前記電子構成素子（４）を、電子モジュール外部の電気的な構成部分に電気的に接続するための導電性の導体構造体（６）と、
を含んでいる、自動車内の制御装置として使用するための電子モジュールにおいて、
前記回路支持体（５）は前記冷却体（３）に熱伝導性に接続されており、前記電子回路（１）と前記冷却体（３）とは、前記冷却体（３）の、前記回路支持体（５）とは反対の側の裏側だけが少なくとも部分的にプラスチックを有しないように、かつ少なくとも前記導体構造体（６）の、電子モジュール外部の電気的な構成部分との電気的な接続のために用いられるコンタクト端部（８）がプラスチックを有しないように、プラスチック（２）で被覆されていることを特徴とする、自動車内の制御装置として使用するための電子モジュール。
【請求項２】
前記プラスチック（２）の熱膨張係数と、前記回路支持体（５）の熱膨張係数と、前記導体構造体（６）の熱膨張係数と、前記冷却体（３）の熱膨張係数とは、これらの熱膨張係数が比較してそれぞれ±１５％のオーダ内にあるように互いに合わせて調整されている、請求項１記載の電子モジュール。
【請求項３】
前記回路支持体（５）に１つよりも多い電子構成素子（４，７）が配置されている場合に、出力構成素子と、信号を発生させるか、もしくは信号を処理する構成素子とが、同時に実装可能である、請求項１または２記載の電子モジュール。
【請求項４】
前記冷却体（３）は、扁平な金属製のプレート、たとえばアルミニウムまたは銅から成るプレートとして形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の電子モジュール。
【請求項５】
前記冷却体（３）は、少なくとも１つの段付け部（１０）を備えた扁平なプレートとして形成されている、請求項４記載の電子モジュール。
【請求項６】
前記冷却体（３）は、少なくとも１つのアンダカット部（９）を備えた扁平なプレートとして形成されている、請求項４の電子モジュール。
【請求項７】
導電性の前記導体構造体（６）は、打抜き格子体、プリント配線板またはシート導体として形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の電子モジュール。
【請求項８】
前記プラスチック（２）は、熱硬化性のポリマ、たとえばシリコーン、エポキシシリコーン、エポキシ樹脂またはフェノール樹脂である、請求項１から７までのいずれか１項記載の電子モジュール。
【請求項９】
前記プラスチック（２）は、無機粒子、たとえばＳｉＯ２で充填されている、請求項８記載の電子モジュール。
【請求項１０】
前記プラスチック（２）のガラス転移点は、前記回路支持体（５）のガラス転移点に等しいか、またはそれよりも高く形成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の電子モジュール。
【請求項１１】
前記回路支持体（５）は、熱伝導性の接着材料、たとえば熱伝導接着剤（１１）によって、前記冷却体（３）に熱伝導性に接続されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の電子モジュール。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか１項記載の電子モジュールを製造する方法において、
−  少なくとも１つの電子構成素子（４）を備えた、ベアダイ実装のために適した有機ＨＤＩ回路支持体（５）を準備するステップと、
−  前記電子回路（１）の前記電子構成素子（４）を、電子モジュール外部の電気的な構成部分に電気的に接続するための導電性の導体構造体（６）を準備するステップと、
−  冷却体（３）を準備するステップと、
−  射出成形型を準備するステップと、
−  前記電子回路（１）の前記電子構成素子（４）と、対応する導電性の前記導体構造体（６）との電気的な接続を形成するステップと、
−  前記ＨＤＩ回路支持体（５）と前記冷却体（３）との間の熱伝導性の接続を形成するステップと、
−  前記冷却体（３）を備えた前記電子回路（１）を前記射出成形型内に装入するステップと、
−  前記冷却体（３）を備えた前記電子回路（１）を、射出成形時にプラスチックで被覆し、この場合、前記冷却体（３）の、前記回路支持体（５）とは反対の側の裏側だけが少なくとも部分的にプラスチックを有しないように、かつ少なくとも前記導体構造体（６）の、電子モジュール外部の電気的な構成部分との電気的な接続のために用いられるコンタクト端部（８）がプラスチックを有しないように、前記電子回路（１）と前記冷却体（３）とをプラスチック（２）で被覆するステップと、
−  前記プラスチックを硬化させるステップと、
を有することを特徴とする、電子モジュールを製造する方法。
【請求項１３】
前記電子回路（１）の前記電子構成素子（４）と、導電性の前記導体構造体（６）との電気的な接続の形成を、前記回路支持体（５）上への前記導体構造体（６）のろう接、溶接または接着によって直接的に行う、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記電子回路（１）の前記電子構成素子（４）と、導電性の前記導体構造体（６）との電気的な接続の形成を、ワイヤボンディングによって間接的に行う、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記ＨＤＩ回路支持体（５）と前記冷却体（３）との間の熱伝導性の接続の形成を、熱伝導性の接着材料、たとえば熱伝導性接着剤（１１）によって行う、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
前記冷却体（３）を備えた前記電子回路（１）の、射出成形時でのプラスチックによる被覆を、トランスファ成形により行う、請求項１２から１５までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に記載の、プラスチックで被覆された電子回路を備えた電子モジュール、ならびに請求項１２に記載の、前記電子モジュールを製造する方法に関する。
【０００２】
自動車製造において最近では、制御装置を、制御したい自動車構成アッセンブリ、特にエンジンまたは変速機に組み込むことが普通である。とりわけ変速機制御装置は、オンサイト制御装置として極めてコンパクトなユニットを形成している。外部制御装置の慣用的な使用に比べて、このような配置には、品質、コスト、重量および機能性の点で大きな利点がある。特にこれによって差込み接続部および線路の大幅な減少が得られ、ひいては起こり得る故障原因の大幅な減少が得られる。
【０００３】
制御装置を変速機に組み込むことは、特にその熱的および機械的な負荷耐性に対して高い要求を課す。機能性は、幅広い温度範囲（約−４０℃〜１５０℃）にわたっても、極端な機械的振動（最大４０ｇ）の際にも、保証されていなければならない。制御装置は高粘性でかつ化学的に腐食性の変速機オイルによって取り囲まれているので、制御装置のオイルシール性に対しても高い要求が課せられる。
【０００４】
独国特許第１９７５１０９５号明細書には、自動車の変速機ハウジング内に設けられた、このようなオンサイト制御装置が記載されている。この制御装置は、オイル密に互いに結合された２つのハウジング部分を有する。両ハウジング部分を貫いて、電気的な接続エレメントが貫通案内されている。この場合、この電気的な接続エレメントはハウジング内部の回路支持体を、ハウジング外部の電気的な構成部分に接続している。
【０００５】
米国特許出願公開第２００８／０１７０３７２号明細書には、回路支持体と、この回路支持体上に配置された電子構成素子とを備えた制御装置、および前記回路支持体をその周辺部に接続するための電気的な接続エレメントが記載されている。回路支持体はベースプレートに配置されており、このベースプレートはヒートシンクとして働き、回路支持体から熱を排出する。回路支持体と接続エレメントとベースプレートとは、プラスチックの射出成形によりプラスチックにより取り囲まれており、この場合、回路支持体はその構成素子全体がプラスチックにより取り囲まれているが、しかしベースプレートの裏側の大部分と、電気的な接続エレメントの外端部とは、プラスチックによって取り囲まれていない。この制御装置は、ハウジングなしにオンサイト制御装置として、たとえば変速機内に組み付けられ得る。
【０００６】
回路支持体の表面とベースプレートの表面とは、少なくとも部分的に粗面化されている。この表面粗さにより、回路支持体とベースプレートとを取り囲むプラスチックが回路支持体の表面とベースプレートの表面とに、平滑な表面の場合よりも噛合い効果により一層良好に結合されることが達成される。これにより、温度変動時に、制御装置の、関与したコンポーネントの種々異なる熱膨張係数に基づいて、特に回路支持体に対する電気的な構成素子の結合が破壊されるか、またはプラスチックが亀裂を生じるか、もしくは回路支持体またはベースプレートから剥がれ、これによってたとえばオイルが変速機から回路支持体にまで浸入して、この回路支持体を損傷させてしまうことを阻止しようとしている。
【０００７】
前記米国特許出願公開第２００８／０１７０３７２号明細書では、制御装置の関与したコンポーネントの選択の際に、個々の材料特性値の意味が強調されている。すなわち、たとえば有機プリント配線板に比べてセラミックプリント配線板の利点が詳細に記載されている。すなわち、特にセラミックプリント配線板の熱伝導率は、有機プリント配線板の熱伝導率よりも１オーダだけ高い。このことは、たとえば回路支持体上のマイクロコントローラにより発生させられる熱の導出の点で重要である。
【０００８】
セラミックプリント配線板の使用時における欠点は、とりわけ高い価格である。セラミックプリント配線板の価格は、有機プリント配線板の価格よりも少しばかり上である。前記装置の別の欠点は、粗い表面の形成が、回路支持体においても、ベースプレートにおいても、その都度、付加的な作業ステップを成し、この付加的な作業ステップが制御装置の全体コストを高めることである。
【０００９】
さらに、回路支持体としてセラミックプリント配線板を使用することには、セラミックプリント配線板に実装され得る電気的な構成素子の選択が制限されているという欠点がある。特に、たとえば出力トランジスタのような出力構成素子だけしか切換素子としてセラミック回路支持体上に配置され得ないか、またはたとえばマイクロプロセッサのような、信号を発生させる構成素子もしくは信号を処理する構成素子だけしか取り付けられ得ない。
【００１０】
そのための１例が、樹脂封止された電子装置が記載されている独国特許出願公開第１００１３２５５号明細書である。この場合、マイクロプロセッサはセラミックプリント配線板に配置されており、出力半導体は別個の装置に配置されている。
【００１１】
国際公開第２０１１／０７２６２９号には、自動車におけるオンサイト制御装置のハウジング内で使用するための、いわゆるＨＤＩ（High Density Interconnect；高密度相互接続）式のプリント配線板が記載されている。ＨＤＩ回路支持体は、特殊な有機多層プリント配線板であり、この有機多層プリント配線板は、とりわけ、たとえば熱を発生させるアクティブな構成素子が配置されている最上位のプリント配線板層から、冷却体に熱伝導結合されている最下位のプリント配線板層への良好な熱導出によりすぐれている（同一出願人による固有のＨＤＩ出願）。
【００１２】
ＨＤＩ回路支持体は、１つのプリント配線板層から次のプリント配線板層への垂直な貫通接続部を有する。これらの貫通接続部は、導電性の機能と、熱伝導性の機能とを兼ね備えている。この貫通接続部は、「垂直相互アクセス（Vertical Interconnect Access）」と呼ばれる（以降短縮して「ビア（Via）」と呼ぶ）。約１５０μｍよりも小さな直径を有する貫通接続された孔として形成されているビアは、「マイクロビア」とも呼ばれる。マイクロビアの小さな直径に基づき、回路支持体の比較的小さな面における比較的多数のコンタクティング部が可能となる。これにより、このような種類の回路支持体は、ハウジング封入されていない半導体構成素子、いわゆるベアダイ（Bare Dies）の実装のために設定されており、このようなベアダイは、当然ながら、ハウジングを備えた半導体構成素子よりもはるかに密なコンタクト間隔を有している。
【００１３】
したがって、本発明の課題は、自動車における制御装置として使用するための、プラスチックで被覆された電子モジュールを改良して、低い材料コストをも低い製造コストをも保証し、さらに全寿命にわたって高いプロセス確実性、特にオイルシール性を保証するような電子モジュールを提供することである。
【００１４】
この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴部に記載の特徴を有する電子モジュールにより解決される。
【００１５】
本発明の核を成す特徴は、少なくとも１つの電子構成素子を有する電子回路を備えた、少なくとも１つの有機ＨＤＩ回路支持体が、冷却体に熱伝導性に接続されており、この電子回路と冷却体とは、冷却体の、回路支持体とは反対の側の裏側だけが少なくとも部分的にプラスチックを有しないように、かつ少なくとも導体構造体の、電子モジュール外部の電気的な構成部分との電気的な接続のために用いられるコンタクト端部がプラスチックを有しないように（プラスチック未被覆となるように）、プラスチックで被覆されていることである。
【００１６】
回路支持体と冷却体の一部と導体構造体の一部とを、プラスチック、特に熱硬化性のポリマ、たとえばシリコーン、エポキシシリコーン、エポキシ樹脂またはフェノール樹脂で被覆することは、オンサイト周辺部における、損傷をもたらす周辺影響に対して、高価なハウジングと同一の防護を可能にする。さらに、電子回路を、電子モジュール外部の電気的な構成部分に電気的に接続するための導体構造体は、ハウジングを備えた制御装置の場合とは異なり、別個にシールされる必要がなく、冷却体の、プラスチック未被覆の裏側は、最適な熱導出のために、変速機の、より低い温度が生ぜしめられている部分に組み付けられていてよい。
【００１７】
特にプラスチックと回路支持体と導体構造体と冷却体との熱膨張係数差は、理想的には、これらの熱膨張係数が直接的な比較においてそれぞれ＋／−１５％のオーダ内となるように互いに合わせて調整されている。これにより、約−４０℃〜１５０℃の作動温度範囲内での温度変動時に、たとえばプラスチック自体に亀裂が生じないか、もしくはプラスチックが回路支持体またはベースプレートから剥がれ、これによってたとえば変速機からオイルが回路支持体にまで浸入し、そして回路支持体を損傷させるか、または破壊してしまう恐れがなくなる。
【００１８】
種々のプリント配線板層のビアと熱伝導層との特別な配置および組合せを有するＨＤＩ回路支持体の使用により、最上位のプリント配線板層において、高い熱発生および約８０Ａまでの高い作動電流強さを有する出力構成素子と、それと同時に、信号を発生させる構成素子もしくは信号を処理する構成素子、たとえば極めて密なコンタクト間隔および比較的低い作動電流強さを有する、ハウジング封入されていないマイクロプロセッサとを同時に使用することが可能になる。それに対して、セラミック製の回路支持体においては、一般に最大２５Ａまでの電流強さしか実現され得ない。
【００１９】
有機ＨＤＩプリント配線板のための冷却体材料としては、その熱膨張係数（簡単にＣＴＥ＝Coefficient of Thermal Expansion）およびその熱伝導率に基づき、アルミニウムまたは銅またはその合金が特に好適である。また、これらの材料は、たとえばＡｌＳｉＣのような特殊な複合材料よりも廉価である。冷却体として特に好適であるのは扁平（フラット）なプレートである。なぜならば、扁平なプレートは熱排出のための大きな面を有し、かつたとえば変速機のハウジングに簡単に組付け可能であるからである。
【００２０】
冷却体のプレートは、特にプレートの縁部に、段付け部を有していてもよい。段付け部により、プレートと、プレートを取り囲むプラスチックとの間の接触面積が増大され、ひいては場合によっては電子モジュール内に侵入する液体やガスの沿面距離が増大される。沿面距離の延長は、冷却体の横断面における段付け部によっても、アンダカット部によっても形成され得る。アンダカット部内には、意図的にプラスチックが侵入し得る。この場合、アンダカット部は、特に、空気封入物を回避するためにプラスチックの型充填特性に最適に適合されるように配置されている。沿面距離を延長する前記両手段は、組み合わされた形でも実施され得る。
【００２１】
電子回路の回路支持体に設けられた電子構成素子を、電子モジュール外部の電気的な構成部分に電気的に接続するための導電性の導体構造体としては、既に述べたように、特に少なくとも１つの打抜き格子体、別のプリント配線板またはフレキシブルなシート導体が用いられる。この場合、打抜き格子体またはフレキシブルシートは、回路支持体上に、たとえばろう接、溶接または接着により直接的に取り付けられ得る。しかし、この電気的な接続は、たとえばボンディングワイヤによって回路支持体と導体構造体との間に間接的にも形成され得る。
【００２２】
打抜き格子体およびプリント配線板は、特に電子モジュールの、単純に構造化された周辺部においても使用され、より高価なフレキシブルなシート導体は、複雑に配置された周辺部に適合され得る。
【００２３】
回路支持体と導体構造体との間の機械的な結合は、一般に材料接続式または摩擦接続式である。この機能は特にさらに上で電気的な接続との関連において説明したように、ろう接、溶接または接着、あるいはまた焼結、焼結接着により行われ得る。
【００２４】
電子回路を被覆するプラスチックは、非金属製の無機粒子、たとえばＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３で充填されていることが有利である。なぜならば、このような無機粒子は、一方では、電子回路の短絡を回避するために電気的に絶縁性であり、他方では冷却体に対して付加的に、電子構成素子の損失出力に基づいて生じた熱を排出するために寄与するために良好な熱伝導率を有するからである。ＡｌＮ、ＢＮまたはＳｉＣのような別の充填剤も基本的には考えられる。なぜならば、これらの充填剤は、上で挙げた酸化物よりも高い熱伝導率を有するからである。しかし、これらの充填剤はコスト理由から、またその高い硬度に基づき、経済的な使用がほとんど見込まれない。
【００２５】
プラスチックと回路支持体との接触面積は一般に、回路支持体と、熱を導出する冷却体との接触面積よりも小さく形成されているので、プラスチックのガラス転移点は、好ましくは回路支持体のガラス転移点に少なくとも等しいか、またはそれよりも高く設定されている。材料のガラス転移点は、特に炭素主体の熱硬化性樹脂の場合には、最大許容作動温度のための１つの尺度となる。特に、材料の熱膨張係数は、ガラス温度を超えると４〜５倍増大し、このことは電子モジュールの構造に対して不都合な作用を及ぼす恐れがある。
【００２６】
基本的には、電子回路を被覆するポリマのガラス転移温度が、電子装置の使用温度よりも上であることが重要となる。なぜならば、熱サイクルの間のＣＴＥの変化により、回路支持体においてデラミネーション（層間剥離）が生じる恐れがあるからである。
【００２７】
冷却体に対する回路支持体の特に良好な熱結合を達成するためには、回路支持体が冷却体に、特に熱伝導性の接着材料、たとえば無機粒子で充填された熱伝導性接着剤または熱伝導性のシート材料によって、ラミネーションにより結合されている。
【００２８】
本発明の別の課題は、自動車内の制御装置として使用するための、プラスチックで被覆された電子モジュールを製造する方法を改良して、低い材料コストをも、低い製造コストをも保証し、さらに全寿命にわたって高いプロセス確実性、特にオイルシール性を保証するような方法を提供することである。
【００２９】
この課題は、本発明によれば、請求項１２の特徴部に記載の特徴を有する方法により解決される。
【００３０】
本発明による電子モジュールを製造する本発明による方法では、まず以下のコンポーネントが準備される：
−  少なくとも１つの電子構成素子を備えた、ベアダイ実装のために適した、つまりハウジング封入されていない構成素子の実装のために適した、有機ＨＤＩ回路支持体、
−  前記電子回路を、電子モジュール外部の電気的な構成部分に電気的に接続するための少なくとも１つの導電性の導体構造体、
−  冷却体、
−  射出成形型。
【００３１】
引き続き、電子回路の前記少なくとも１つの電子構成素子と、対応する導電性の導体構造体との電気的な接続が形成される。
【００３２】
導電性の導体構造体としては、特に少なくとも１つの打抜き格子体、別のプリント配線板またはフレキシブルなシート導体またはこれらから成る組合せが使用され得る。この場合、打抜き格子体またはフレックスシートは第１に、たとえばろう接、溶接または接着により回路支持体に直接に結合され得る。このような直接的な導電性の接続部は、一般に電子回路と導体構造体との間の機械的な接続部としても働く。
【００３３】
しかし、たとえばボンディングワイヤによって、たとえば金、銀または銅から成るボンディングワイヤによって、回路支持体と導体構造体との間に電気的な接続を間接的に形成することもできる。
【００３４】
別のステップにおいて、回路支持体は冷却体に熱伝導性に接続される。このことは、好ましくは熱伝導性の接着材料、たとえば熱伝導性接着剤によって行われる。前記２つのステップの順序は任意である。
【００３５】
その後に、電子回路は冷却体と共に射出成形型内に装入されて、プラスチックの射出成形によってプラスチックにより取り囲まれる。プラスチックは、好ましくは熱硬化性ポリマ、たとえばシリコーン、エポキシシリコーン、エポキシ樹脂またはフェノールであると有利であり、これらの熱硬化性の樹脂は無機粒子で充填されていてよい。
【００３６】
射出成形による被覆後に、電子回路と冷却体とは、冷却体の、回路支持体とは反対の側の裏側だけが少なくとも部分的にプラスチックを有しないようにプラスチックで被覆されている。その場合、冷却体の裏側の自由面は、電子モジュールから熱を導出するために提供されている。
【００３７】
冷却体の裏側の一部の他に、射出成形時には、導体構造体の、電子モジュール外部の電気的な構成部分との電気的な接続のために用いられるコンタクト端部も、プラスチックで被覆されていないままとなる。
【００３８】
射出成形法としては、特にトランスファモールディングが使用され得る。この場合、プラスチックは射出成形型内に圧入され、そして熱および圧力を受けて硬化させられる。この方法は、別の方法、たとえばコンプレッションモールディング（圧縮成形）に比べて、複雑な回路レイアウトや、種々異なる大きさのコンポーネントを有する電子装置を空気封入物なしにモールディング被覆することを可能にする。基本的には、熱硬化性樹脂のインジェクションモールディング（射出成形）も考えられる。しかし、この方法の場合には、著しく高い圧力が生じるので、このように高い圧力に基づき、特に微細な金ボンディングワイヤが吹き飛ばされるか、または引きちぎられる恐れがある。
【００３９】
以下の説明において、本発明の特徴および詳細を、添付図面と関連して複数の実施形態につき詳しく説明する。この場合、個々の変化形において記載された特徴および関連性は、基本的に全ての実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】冷却体および回路支持体と導体構造体との間の直接的な接続部を備えた電子モジュールを示す概略図である。
【図２】段付け部を有する冷却体を備えた、図１と同様の電子モジュールを示す概略図である。
【図３】段付け部とアンダカット部とを有する冷却体を備えた、図１と同様の電子モジュールを示す概略図である。
【図４】冷却体に設けられた段付け部と、間接的な電気的接続部として回路支持体と導体構造体との間のボンディングワイヤとを備えた電子モジュールを示す概略図である。
【図５】冷却体に設けられた段付け部と、回路支持体と導体構造体との間のボンディングワイヤとを備え、ただし導体構造体が回路支持体に導電性には接続されていない電子モジュールを示す概略図である。
【００４１】
図１には、自動車における制御装置として使用するための電子モジュールが示されている。この電子モジュールは、プラスチック２で被覆された電子回路１を備えており、この電子回路１は冷却体３に配置されている。電子回路１は、有機ＨＤＩ（High Density Interconnect）回路支持体５を含み、この回路支持体５には複数の電子構成素子４，７が実装されている。
【００４２】
以下に、ＨＤＩプリント配線板の公知の構造的特徴を詳しく説明する。
【００４３】
ＨＤＩプリント配線板５は、特殊な多層式のプリント配線板である。プリント配線板層は、ガラス繊維強化プラスチックから成る電気的に絶縁性の基本材料に被着された、特に銅から成るそれぞれ少なくとも１つの熱伝導層を有する。この場合、ｚ方向でプリント配線板層に対して直角に延びる複数のビアが設けられている。
【００４４】
層チェンジャとも呼ばれるビア（＝Vertical Interconnect Access）とは、多層のプリント配線板５の少なくとも２つのプリント配線板層を電気的にかつ熱的に接続する鉛直方向の貫通接続部を意味する。
【００４５】
ブラインドビアとは、特に多層のプリント配線板５の最上位または最下位のプリント配線板層を少なくとも１つの内側のプリント配線板層に接続する貫通接続部を備えた盲孔として形成されているビアを意味する。
【００４６】
ベリードビア（Buried Via）とは、多層のプリント配線板５の内部に配置されていて、かつ内側の少なくとも２つのプリント配線板層を接続するビアを意味する。
【００４７】
約１５０μｍよりも小さな直径を有する貫通接続された孔として形成されているビアは、マイクロビアとも呼ばれる。
【００４８】
一次的にプリント配線板５による熱伝達の改善のために役立つビアは、熱的なビアとも呼ばれる。
【００４９】
ビアは、種々のプリント配線板層の熱伝導層を接続し、この場合、ビアとプリント配線板層の熱伝導層とは、最上位のプリント配線板層から最下位のプリント配線板層への熱伝導ブリッジを形成する。これらの熱伝導層は、それと同時に導電体としても働く。
【００５０】
特に、少なくとも１つのプリント配線板層の全ての熱伝導層の全表面は、その上に位置するプリント配線板層の全ての熱伝導層の全表面よりも大きく形成されている。ビアと熱伝導層とにより形成された熱伝導ブリッジは、少なくとも１つのプリント配線板層から、その下に位置するプリント配線板層へ向かって拡幅される。なぜならば、少なくとも１つのプリント配線板層の全ての熱伝導層の全表面は、その上に位置するプリント配線板層の全ての熱伝導層の全表面よりも大きく形成されているからである。これにより、熱伝達のために有効となる面は有利に拡大され、プリント配線板５全体の熱抵抗は減じられる。なぜならば、熱抵抗は、熱伝達のために有効な面の逆数値に対して少なくともほぼ比例しているからである。
【００５１】
特にＨＤＩプリント配線板においては、最上位のプリント配線板層が、少なくとも、ｚ方向で該プリント配線板層に対して垂直方向で次の内側のプリント配線板層に、少なくとも部分的に、小さな直径を有するマイクロビアとして形成されたブラインドビアを用いて接続される。これにより、単位面積当たりのビア数の増大が可能となる。その結果、高められた電流容量と共に、特に改善された熱導出、特に熱を放出するアクティブな電子構成素子４，７の改善された熱導出が得られる。マイクロビアの使用に基づいた単位面積当たりのビア数の増大により、特に、最上位のプリント配線板層に特にハウジング封入されていない構成素子４、いわゆるベアダイを実装することも可能になる。このベアダイのコンタクト間隔は、ハウジングを有する構成素子７のコンタクト間隔よりも少しだけ小さく形成されている。
【００５２】
特に、少なくともプリント配線板層の熱伝導層には、たとえばニッケル、パラジウムおよび金から成る層列を備えた多機能性の付加メタライジング部が被着されている。これにより、ハウジング封入されている構成素子７と共に、ハウジング封入されていない構成素子４をプリント配線板５に装着するための結合技術が可能となる。このためには、熱伝導層の外側の銅表面に付加メタライジング部が被着されており、この場合、この付加メタライジング部はそれと同時に、ハウジング封入されていないアクティブな電子構成素子４のための、特にはんだ付け技術、銀導電性接着剤等を用いた実装プロセスのために、かつたとえば特にハウジング封入されたパッシブな構成素子７のための、たとえば金線材および／またはアルミニウム線材を用いたワイヤボンディングのような結合技術のために適している。
【００５３】
既に述べたように、特にプリント配線板層の熱伝導層およびビアの壁は、銅で被覆されていて、付加的に、ＮｉＰｄＡｕから成る多機能性のメタライジング部を備えている。このことは、とりわけこのＨＤＩプリント配線板５の電流容量が最大で５０Ａ以上となることにも寄与する。それに対して、厚層セラミックプリント配線板の最大電流容量は、約２５Ａである。
【００５４】
自動車における制御装置として、冷却体３上の、プラスチック２で被覆された電子回路１から成る電子モジュールが使用される場合には、実質的に、個々のコンポーネントの熱膨張係数差を理想的に互いに調整して、熱膨張係数差が、直接的な比較においてそれぞれ＋／−１５％のオーダ内となるようにすることが重要である。これにより、温度変動時にプラスチック自体に亀裂が生じないことが達成されるか、もしくはプラスチックが回路支持体５または冷却体３から剥がれて、たとえばオイルが変速機から回路支持体５にまで浸入し、そして回路支持体５を損傷させるか、またはそれどころか破壊してしまう危険が回避される。
【００５５】
ＨＤＩプリント配線板５のような回路支持体の熱膨張係数ＣＴＥは、１８〜２０ｐｐｍ／℃の範囲にある。銅のＣＴＥは１６ｐｐｍ／℃であり、アルミニウムのＣＴＥは２３ｐｐｍ／℃である。したがって、これら両材料は、ＨＤＩプリント配線板５のための冷却体３として特に好適である。なぜならば、これら両材料は、ほとんど応力なしに互いに結合され得るからである。
【００５６】
たとえば、ＣＴＥが１２ｐｐｍ／℃であり、したがってむしろ５〜７ｐｐｍ／℃を有するセラミックプリント配線板のための冷却体材料として適している鉄と比較して、銅およびアルミニウムは鉄に比べてさらに次のような利点を有する。すなわち、その熱伝導率は、アルミニウムが２００Ｗ／ｍｋであり、銅が４００Ｗ／ｍｋであり、このような熱伝導率は、７０Ｗ／ｍｋである鉄の熱伝導率よりも３〜５倍高い。
【００５７】
導体構造体６は特に、１６ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有する銅から成る打抜き格子体として、あるいは１８〜２０ｐｐｍ／℃のＣＴＥを有するガラス繊維強化プラスチックから成る付加的なプリント配線板として、または１６〜１８ｐｐｍ／℃の範囲内のＣＴＥを有するポリイミドシートと銅シートとから成る複合体から成るフレキシブルなシート導体として形成されていてよい。導体構造体６は図１に示した実施形態では、回路支持体５に直接に接続されている。この接続は、溶接、ろう接または接着により形成され得る。導体構造体６は、電気的な接続の機能と機械的な接続の機能との両方を兼ね備えている。
【００５８】
電子回路１を取り囲むように被覆するプラスチック２は、特に熱硬化性のポリマ、たとえばシリコーン、エポキシシリコーン、エポキシ樹脂またはフェノール樹脂から成っている。これらの材料のＣＴＥは、１４〜１９ｐｐｍ／℃の範囲内にあり、この場合、この範囲は、無機充填剤、たとえばＳｉＯ２の種々異なる混加によって調節され得る。
【００５９】
したがって、これらのプラスチック材料は、そのＣＴＥに基づいて、回路支持体５と導体構造体６と冷却体３の少なくとも一部分とを、温度変動時にプラスチック２自体に亀裂が生じないように、もしくはプラスチック２が回路支持体５または冷却体３から剥がれないように被覆するために適している。しかし、熱可塑性のポリマの使用も考えられる。
【００６０】
プラスチック２による被覆は、オンサイト周辺部における、損傷をもたらす周辺影響に対して、より高価なハウジングと同様の保護を可能にする。さらに、プラスチック２による封止により、制御装置ハウジングにおいては従来汎用の、たとえば有害ガスの侵入に対する防護手段としての、シリコーンゲルおよび／またはシリコーンラッカによる電子回路１への軟質の流し込み成形部が節約される。
【００６１】
さらに、電子回路１を電子モジュールの外部の電気的な構成部分に電気的に接続するための導体構造体６は、ハウジングを備えた制御装置の場合とは異なり、ハウジング壁において別個にシールされる必要はない。
【００６２】
プラスチック２の作動温度は、一般に回路支持体５の作動温度よりも少しだけ高い。なぜならば、特にプラスチック２と回路支持体５との間の接触面積が、回路支持体５と、熱を排出する冷却体３との間の接触面積よりも小さいからである。したがって、プラスチック２のガラス転移点は、好ましくは回路支持体５のガラス転移点に少なくとも等しいか、または回路支持体５のガラス転移点よりも高く形成されている。この場合、材料のガラス転移点は、最大許容作動温度のための尺度となる。
【００６３】
冷却体３の、プラスチックを有しない裏側は、最適な熱導出のために、変速機（図示しない）の、より低い温度が生ぜしめられている部分に組み付けられていてよい。
【００６４】
図２に示した電子モジュールでは、冷却体３が縁部に段付け部１０を有している。この段付け部１０は冷却体３の縁部に沿って全周にわたって配置されていてよいが、必ずしもそうである必要はない。段付け部１０により、冷却体３と、この冷却体３を取り囲むプラスチック２との間の接触面積が増大され、つまり場合によっては外部から電子モジュール内に侵入する液体およびガスの沿面距離が増大されるので、電子モジュールの故障の確率は減少される。
【００６５】
沿面距離延長は、段付け部１０に対して択一的な手段としてアンダカット部９によって形成されていてもよい。このアンダカット部９内には、意図的にプラスチック２が侵入し得る。沿面距離を延長する両手段は、組み合わされた形でも実現され得る（図３参照）。
【００６６】
導体構造体６は、図４に示した実施形態では、間接的にボンディングワイヤ１２、たとえばＣｕボンディングワイヤを用いて、回路支持体５に導電接続されている。ＣｕボンディングワイヤのＣＴＥは、さらに上で説明したようにプラスチック２の範囲内にあり、したがってほぼ応力なしにプラスチック２によって取り囲まれる。
【００６７】
図５に示した電子モジュールでは、導体構造体６が回路支持体５に非導電性に接続されており、たとえば接着されている。回路支持体５と導体構造体６との間の導電接続は、ボンディングワイヤ１２を用いて形成されている。
【００６８】
個々の個別コンポーネントの材料の適当な選択により、本発明による電子モジュールは、温度変動に対して極めて安定的となり、したがって、ほぼ応力なしとなり、かつこれにより全寿命にわたって信頼性良く密に形成されている。電子モジュールのコンパクトな構造により、スペースを節約する取付けが保証され、この場合、特に冷却体の適当な形状により、電子モジュールはコネクタのようにも取り付けられ得る。付加的に、電子モジュールの製造時には、種々の電子回路のために同一の射出成形型を使用することができるので有利である。ようするに、電子モジュールの完全封止は、盗作防止もしくは外部操作に対する防止を提供する。
【符号の説明】
【００６９】
１  電子回路
２  プラスチック
３  冷却体
４  ハウジング封入されていない電子構成素子
５  回路支持体
６  導電性の導体構造体
７  ハウジング封入されている電子構成素子
８  導体構造体の開いたコンタクト端部
９  アンダカット部
１０  段付け部
１１  熱伝導性接着剤
１２  ボンディングワイヤ
【図１】
2016502279.tif 000003
【図２】
2016502279.tif 000004
【図３】
2016502279.tif 000005
【図４】
2016502279.tif 000006
【図５】
2016502279.tif 000007
【国際調査報告】
2016502279.tif 000008
2016502279.tif 000009
2016502279.tif 000010
2016502279.tif 000011
2016502279.tif 000012
2016502279.tif 000013