| JP2005039110 | CIRCUIT BOARD |
| JP2001267704 | PRINTED BOARD |
| JP07263841 | PRINTED WIRING BOARD |
SCHUCH, Bernhard (Schlossbergstr. 15, Neusitz, 91616, DE)
TRAGESER, Hubert (Äussere Bayreuther Strasse 51, Nürnberg, 90409, DE)
SCHUCH, Bernhard (Schlossbergstr. 15, Neusitz, 91616, DE)
Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Baugruppe (1) mit einer auf einem Trägerkörper (3) aufgebrachten Schaltungsanordnung mit mindestens einem elektronischen Bauteil (2), mit folgenden Verfahrensschritten:
Einbringen von Durchgangsöffhungen (7) in den Trägerkörper (3),
- Aufbringen einer ersten Metallschicht (8) auf den Trägerkörper (3), wobei auch die Wände der Durchgangsöffhungen (7) beschichtet werden,
Verschließen der Durchgangsöffnungen (7) mit einem Füllmaterial (9),
gekennzeichnet durch folgende weiteren Verfahrensschritte:
Einbringen des Füllmaterials (9) in die Durchgangsöffnungen (7) derart, dass eine freie Oberfläche (11) des Füllmaterials (9) mit der benachbarten Oberfläche der ersten Metallschicht (8) fluchtet,
Aufbringen einer zweiten Metallschicht (10) auf den Trägerkörper (3), wobei die freien Oberflächen (11) des Füllmaterials (9) und die freie Oberfläche der ersten Metallschicht (8) beschichtet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verschließen der Durchgangsöffhungen (7) gezielt ein Füllmaterial- Volumen eingebracht wird, welches größer ist als das Volumen der Durchgangsöffhungen (7), sodass ein überstand (13, 14) entsteht, der • nach dem Aushärten abgeschliffen wird, bis die freie Oberfläche (11) des Füllmaterials (9) mit der umgebenden ersten Metallschicht (8) fluchtet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass gezielt Abschnitte (15) der ersten Metallschicht (8) und/oder der zweiten Metallschicht (10) entfernt werden, sodass einzelne Bereiche der verbleibenden ersten Metallschicht (8) und/oder zweiten Metallschicht (10) gegeneinander isoliert sind.
4. Elektronische Baugruppe (1) mit einem elektronischen Bauteil (2), welches über einen Trägerkörper (3) an einen Kühlkörper (4) montiert ist, wobei der Trägerkörper (3) zwei Metallisierungsschichten (8, 10) und Durchgangsöffhungen (7) mit einer Füllung (9), herstellbar nach einem der Ansprüche 1 bis 3, aufweist.
5. Baugruppe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Epoxidharz mit keramischem Füllstoff als Füllmaterial.
6. Baugruppe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial einen thermischen Längenausdehnungsquotienten im Bereich zwischen 30 und 50 ppm/°C aufweist.
7. Baugruppe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Metallschicht eine Dicke von 25 μm und die zweite Metallschicht eine Dicke im Bereich zwischen 15 und 20 μm aufweist.
8. Trägerköφer mit zwei Metallisierungsschichten und gefüllten Durchgängen für eine elektronische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 7. |
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER ELEKTRONISCHEN BAUGRUPPE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Baugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine elektronische Baugruppe nach dem Anspruch 4. Ferner betrifft die Erfindung einen Trägerkörper für eine derartige elektronische Baugruppe nach dem Anspruch 8.
Aus der DE 101 01 359 Al ist eine elektronische Baugruppe bekannt, die mit einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 hergestellt wird. Dort ist das Füllmaterial in einem dem elektronischen Bauteil zugewandten Abschnitt der Durchgangsöffnung ausgespart. Der Aussparung zugehörige Wandabschnitte der Durchgangsöffnungen sowie die dem elektronischen Bauteil zugewandte Oberfläche des Trägerkörpers werden mit einer weiteren Metallschicht bedeckt. Der mechanische und somit auch der thermische Kontakt zwischen dem elektronischen Bauteil und dem Trägerkörper nach dem Anlöten von diesem ist noch verbesserungsfähig.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass der mechanische Lötkontakt zwischen dem Trägerkörper und dem elektronischen Bauteil verbessert ist.
Diese Aufgabe ist erfmdungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegeben Merkmalen.
Erfmdungsgemäß wurde erkannt, dass eine im Bereich der Durchgangsöffnungen durchgehende zweite Metallschicht eine in gleicher Weise durch-
gehende Benetzung dieser zweiten Metallschicht durch eine Lötschicht erlaubt, sodass eine flächige und auch im Bereich der Durchgangsöffhun- gen ungestörte mechanische Verbindung zwischen dem elektronischen Bauteil und dem Trägerkörper resultiert. Analog kann die gleiche durchge- hende Verbindung auch auf der anderen Seite des Trägerkörpers zwischen diesem und einem Kühlkörper geschaffen werden. Verbindungsmängel durch nicht verlötete Bereiche insbesondere am Ort der Durchgangsöffnungen und den angrenzenden Abschnitten, entfallen. Das elektronische Bauteil hat eine definierte Lage zum Trägerkörper, ohne dass ein uner- wünschter lateraler Versatz oder Höhenversatz oder ein Verkippen erfolgt. Dies ist insbesondere bei elektronischen Bauteilen mit engem Anschlussraster (fine-pitch) von Vorteil. über die zweite Metallschicht ist ein vollflächiger Wärmetransport vom elektronischen Bauteil über den Trägerkörper hin zum Kühlkörper möglich. Es können so viele Durchgangsöffhun- gen vorgesehen werden, wie der Aufbau der elektronischen Baugruppe mechanisch zulässt. Dies verbessert die Möglichkeit der Abfuhr insbesondere thermischer Verlustenergie von der Schaltungsanordnung durch den Trägerkörper hindurch.
Die Verfahrensweiterbildung nach Anspruch 2 erlaubt den Einsatz von aushärtbaren Füllmaterialien, deren Volumen während der Baugruppenherstellung schrumpft.
Ein Schichtentfernungsschritt nach Anspruch 3 führt zur Möglichkeit, Bau- teile mit sehr vielen Anschlüssen, z. B. Bauteile mit einem kleinen Anschlussraster, insbesondere Area-Array-Bauteile oder Ball Grid Arrays (BGA) mit konventioneller Multilayer-Leiterplattentechnik zu verdrahten.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektronische Baugruppe anzugeben, bei der ein sicherer und lagedefinierter Verbund zwischen dem elektronischen Bauteil, dem Trägerkörper und vorzugsweise auch dem Kühlkörper gegeben ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine elektronische Baugruppe mit den im Kennzeichnungsteil des Anspruches 4 angegebenen Merkmalen.
Die elektronische Baugruppe kann mit dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 hergestellt werden; dies ist aber nicht zwingend. Entscheidend ist, dass mit dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 eine elektronische Baugruppe resultiert, die in ihren strukturellen Merkmalen mit der nach Anspruch 4 übereinstimmt.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe entsprechen denen, die vorstehend schon unter Bezugnahme auf das Herstellungsverfahren angesprochen wurden.
Ein Füllmaterial nach Anspruch 5 lässt sich mit Massenherstelhmgs-
Prozessverfahren in die Durchgangsöffnungen einbringen. über den keramischen Füllstoff lassen sich Materialparameter des Füllmaterials an vorgegebene Anforderungen anpassen.
Ein Füllmaterial nach Anspruch 6 ist gut an die Längenausdehnung von üblichen Trägerkörpermaterialien angepasst. Auch bei einer Vielzahl von Temperaturzyklen mit Temperaturwechselbelastung treten dann keine Risse im Trägerkörper im Bereich der Durchgangsöffnungen auf.
Metallschichtdicken nach Ansprach 7 gewährleisten eine sichere Bedeckung der beschichteten Wände einerseits und können andererseits auch einen sicheren elektrischen Kontakt schaffen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Trägerkörper für eine derartige elektronische Baugruppe bereitzustellen.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch einen Trägerkörper mit den im Anspruch 8 angegebenen Merkmalen.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Trägerkörpers entsprechen denen, die vorstehend schon im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren sowie der elektronischen Baugruppe erläutert wurden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt im Querschnitt ein elektronisches Bauteil, welches über eine Leiterplatte an einem Kühlkörper montiert ist.
Eine insgesamt mit 1 bezeichnete elektronische Baugruppe hat ein elektronisches Bauteil 2, das über einen Trägerkörper 3 an einen Kühlkörper 4 montiert ist. Beim Kühlkörper 4 handelt es sich um einen Kupferblock. Das elektronische Bauteil 2 ist ein SMD- (surface mounted device) Bauteil, ist also direkt auf den Trägerkörper 3 aufgelötet. Hierzu dient eine Lötschicht 5 zwischen dem elektronischen Bauteil 2 und dem Trägerkörper 3. Zwischen der Lötschicht 5 und dem eigentlichen elektronischen Bauteil 2 ist eine Kupferlage 6, der sogenannte Spreader, zur Wärmeabfuhr von Verlustwärme des elektronischen Bauteils 2 angeordnet.
Der Trägerkörper 3 weist eine Mehrzahl von Wärmedurchgangsöffhungen 7 auf, die einen Wärmedurchgang zwischen dem elektronischen Bauteil 2 und dem Kühlkörper 4 schaffen. Die Wärmedurchgangsöffhungen 7 sind als Bohrungen im Trägerkörper 3 ausgeführt.
Der Trägerkörper 3 zusammen mit den Wänden der Durchgangsöffnungen 7 trägt eine erste Metallschicht 8. Es handelt sich hierbei um eine Kupferschicht mit einer Dicke von 25 μm.
Die Durchgangsöffnungen 7 sind gefüllt mit einem Füllmaterial 9 in Foπn eines Epoxidharzes mit einem keramischen Füllstoff. Im in der Figur dargestellten Zustand mit aufgebrachtem elektronischen Bauteil 2 ist das Füllmaterial 9 ausgehärtet und hat einen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten im Bereich zwischen 30 und 50 ppm/°C. Der Ausdehnungs- koeffizient des Füllmaterials 9 ist angepasst an den des Trägerkörpers 3 und der umgebenden Lötschichten.
Beiderseits auf den Trägerkörper 3 mit den gefüllten Wärmedurchgangsöffhungen 7 aufgebracht ist eine zweite Metallschicht 10. Letztere be- schichtet die nach dem Füllen der Wärmedurchgangsöffhungen 7 verbleibende freie Oberfläche der ersten Metallschicht 8 sowie freie Oberflächen 11 des Füllmaterials 9, sodass im Bereich der Ein- bzw. Austritte der Wärmedurchgangsöffhungen 7 die zweite Metallschicht 10 durchgehend vorliegt. Die zweite Metallschicht 10 hat eine Dicke im Bereich zwischen 15 und 20 μm.
Auf der dem Kühlkörper 4 zugewandten Seite ist zwischen dem Trägerkörper 3 und dem Kühlkörper 4 eine weitere Lötschicht 12 angeordnet, über die der Trägerkörper 3 mit dem Kühlkörper 4 verbunden ist.
Die elektronische Baugruppe 1 wird folgendermaßen hergestellt: Zunächst werden, z. B. durch einen Bohrvorgang, die Wärmedurchgangsöffnungen 7 in den Trägerkörper 3 eingebracht. Anschließend wird die erste Metallschicht 8 auf den Trägerkörper 3 aufgebracht, wobei auch die Wände der Durchgangsöffnungen 7 beschichtet werden. Das Aufbringen der ersten Metallschicht 8 erfolgt, wie grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt, durch zunächst chemische Ankupferung und nachfolgende galvanische Verstärkung der ersten Metallschicht 8.
Sodann werden die Durchgangsöffnungen 7 mit dem Füllmaterial 9 verschlossen. Hierzu wird das zunächst in Form einer Paste vorliegende Füllmaterial 9 in die Durchgangsöffhungen 7 so eingedrückt, dass die Paste die Durchgangsöffnungen 7 nicht nur vollständig ausfüllt, sondern über die von den ersten Metallschichten 8 vorgegebenen Ebenen übersteht, wie in der Figur durch eine gestrichelte Linie 13 angedeutet. Es wird also gezielt ein Füllmaterial- Volumen eingebracht, welches größer ist als das Volumen der Durchgangsöffnungen 7. Nachfolgend wird das Füllmaterial 9 ausgehärtet. Hierdurch reduziert sich der Einbring-überstand zu einem Aushärt- überstand 14, der in der Figur durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist. Nach dem Aushärten steht das Füllmaterial 9 daher immer noch definiert über die von der ersten Metallschicht 8 vorgegebene Ebene über. Dieser Aushärt-überstand 14 wird anschließend abgeschliffen, bis die freie Oberfläche 11 des Füllmaterials 9 mit der umgebenden ersten Metallschicht 8 fluchtet. Anschließend wird die zweite Metallschicht 10 aufge- bracht. Auch dies erfolgt, wie an sich aus dem Stand der Technik bekannt, durch zunächst chemische Ankupferung mit nachfolgender galvanischer Verstärkung.
Nun wird eine Lötpaste am Ort der Lötschicht 12 aufgetragen und es wird der Kühlkörper 4 an den Trägerkörper 3 angelötet. Sodann wird am Ort der Lötschicht 5 eine Lötpaste aufgetragen und es wird das elektronische Bauteil 2 mit der Kupferlage 6 an den Trägerkörper 3 angelötet.
Auch im Bereich der Ein- und Austrittsöffhungen der Durchgangsöffhun- gen 7 benetzt die Lötpaste den Trägerkörper 3 ohne Unterbrechung, da die zweite Metallschicht 10 diese Benetzung gewährleistet.
Vor dem Anlöten des Kühlkörpers 4 und/oder des elektronischen Bauteils 2 können, z. B. durch einen ätzprozess, gezielt Abschnitte der ersten Metallschicht 8 und/oder der zweiten Metallschicht 10 entfernt werden, sodass einzelne Bereiche der verbleibenden ersten Metallschicht 8 und/oder der zweiten Metallschicht 10 gegeneinander isoliert sind. Dies kann insbeson- dere bei elektronischen Bauteilen mit kleinem Anschlussraster, sogenannten Area-Array-B auteilen oder sogenannten Ball Grid Arrays (BGA) die Kontaktierung der verschiedenen Anschlüsse erleichtern. Ein derartiger zu entfernender Abschnitt ist in der Figur mit gestrichelten Linien 15 begrenzt.
Next Patent: GRIPPER-BAR DRIVE OF A WEAVING MACHINE, AND WEAVING MACHINE HAVING A GRIPPER SYSTEM