DE10102848B4 - Process for positive and bubble-free gluing of populated or non-populated printed circuits with flat heat sinks using adhesive foils - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum formschlüssigen und blasenfreien Verkleben von ein- bzw. beidseitig bestückten gedruckten Schaltungen mit planen Kühlkörpern unter Verwendung von beidseitig klebender Klebefolie bei dem
– der mit Klebefolie beschichtete Kühlkörper in eine Kammer eingebracht und der bestückte Schaltungsträger dazu lagegenau beabstandet angeordnet wird
– die Kammer luftdicht verschlossen wird und nach Erreichen eines entsprechenden Unterdruckes die zu verklebenden Teile partiell – Randbereiche und unbestückte Bereiche – mechanisch miteinander verpresst werden,
– dann durch Fluten der Kammer eine Flächenpressung und abschliessend
– eine Endpressung durch Aufbringen eines isostatischen Druckes erfolgt.Process for positive and bubble-free gluing of single or double-sided printed circuits with flat heat sinks using double-sided adhesive film in the
- The heat sink coated with adhesive film is introduced into a chamber and the assembled circuit carrier is arranged precisely spaced from it
The chamber is sealed airtight and, after reaching a corresponding negative pressure, the parts to be glued are partially mechanically pressed together - edge areas and unequipped areas,
- Then by flooding the chamber a surface pressure and finally
- A final pressing is carried out by applying an isostatic pressure.
Description
Technisches GebietTechnical field
Die vorliegende Erfindung betrifft Leiterplatten mit Kühlvorrichtungen sowie Verfahren zu deren HerstellungThe present invention relates to Printed circuit boards with cooling devices and processes for their production
Stand der Technik:State of the art:
Immer häufiger ist es notwendig die anfallende Eigenerwärmung elektronischer Bauteile auf Leiterplatten oder auf anderen Schaltungsträgern an Kühlflächen abzuführen. In den letzten Jahren werden laufend neue Leistungsbauteile und Prozessoren angeboten, die in Oberflächenmontage-Technik im Reflow-Verfahren grossflächig auf den Leiterplatten gelötet werden können.It is becoming more and more necessary self-heating dissipate electronic components on circuit boards or on other circuit boards on cooling surfaces. In In recent years, new power components and processors have been added continuously offered in surface mounting technology in Reflow process over a large area soldered to the circuit boards can be.
Üblicherweise wird über Wärmevias (Cu-Durchkontaktierungen innerhalb der Lötflächen, auf die die Leistungsbauteile gelötet werden) die anfallende Wärme an die Rückseite der Leiterplatte transportiert. Durch Verkleben der unbestückten Seite (Rückseite) der Leiterplatte auf eine Kühlflächen aus z.B. Aluminium oder Kupfer mit Hilfe eines wärmeleitenden Klebers wird die anfallende Wärme dann effektiv an die Kühlfläche abgegeben. Um elektrische Entkopplung der elektronischen Schaltung vom Kühlkörper zu erreichen wird eine elektrisch isolierende aber thermisch leitende Verbindung benötigt.Usually is about Thermal vias (Cu vias within the solder pads which soldered the power components heat) to the back the circuit board transported. By gluing the blank side (Back) the circuit board on a cooling surface e.g. Aluminum or copper with the help of a thermally conductive adhesive heat then effectively delivered to the cooling surface. To electrically decouple the electronic circuit from the heat sink too will achieve an electrically insulating but thermally conductive Connection needed.
Unter dem Begriff „Heat-Sink Technologie" ist eine Montagetechnik in den letzten Jahren bekannt geworden, bei der die Verklebung mit beidseitig klebender Klebefolie vorgenommen wird.Under the term “heat sink Technology "is an assembly technique has become known in recent years at who made the gluing with double-sided adhesive film becomes.
Bei anderen Schaltungsträgern wie z.B. auf Keramik-Leiterplatten wird, wegen der guten Wärmeleitung dieses Materials, die Wärme auch ohne durchmetallisierte Löcher auf die Rückseite der Schaltung geleitet. Die Ableitung der Wärme an einen Kühlkörper kann ebenfalls durch eine beiderseitig klebende Klebefolie kostengünstig erfolgen, weil keine thermische Aushärtung eines Klebers nötig ist.With other circuit carriers such as e.g. on ceramic circuit boards because of the good heat conduction of this material, the heat even without through-plated holes to the back the circuit. The heat can be dissipated to a heat sink also done inexpensively by a double-sided adhesive film, because no thermal curing an adhesive is required is.
Aus der
In
Auch die Patente
In der Patentschrift
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe, ein Verfahren zum blasenfreien Verkleben von Leiterplatten und planen Kühlkörpern mittels Klebefolie anzugeben, das einfach und kostengünstig durchführbar ist und eine hochzuverlässige blasenfreie Verbindung; zwischen den Klebeflächen zur Verfügung zu stellen, auch dann, wenn die Leiterplatte schon rnit oberflächenmontierbaren oder in Durchsteckmontage befestigten Bauteilen bestückt ist.Based on this state of the art the task of a method for bubble-free gluing of printed circuit boards and plan heatsinks using Specify adhesive film that is simple and inexpensive to carry out and a highly reliable bubble-free connection; between the adhesive surfaces even if the circuit board already has surface-mountable or components fastened in push-through assembly.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäss den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den entsprechenden Unteransprüchen zu entnehmen.This task is accomplished through a process according to solved the features of claim 1. Advantageous further training can be found in the corresponding subclaims.
Beschreibung der Erfindungdescription the invention
Unter dem Begriff Leiterplatte werden alle Arten von gedruckten Schaltungen – Dickschicht-, Dünnschicht-, Hybridschaltungen sowie Leiterplatten auf Basis von kupferkaschierten Isolierträgern – verstanden.Under the term PCB all types of printed circuits - thick-film, thin-film, Hybrid circuits and circuit boards based on copper-clad Insulation supports - understood.
Das erfindungsgemässe Verfahren umfaßt folgenede Schritte:
- 1. Der Kühlkörper wird in einer Vorrichtung fixiert, die Deckfolie von der doppelseitigen Klebefolie abgezogen und die bestückte Leiterplatte passgenau über dem Kühlkörper positioniert (z.B. durch federnde Stifte oder mit einem justierbaren Roboter).
- 2. Die Vorrichturg ist durch einen Deckel luftdicht verschließbar. Die Kammer wird evakuiert bis ein ausreichender Unterdruck erreicht ist. Die bestückte Leiterplatte wird nun auf den Kühlkörper abgesenkt und an unbestückten Flächen der Leiterplatte und am Rand leicht angedrückt. Nach kurzer Zeit kann die Kammer wieder mit Luft geflutet werden.
- 3. Dieser Klebeverbund wird nun in eine Druckkammer gebracht. Über ein geeignetes flüssiges oder gasförmiges Medium wird nun ein isostatischer Druck auf die elektronische Baugruppe und den Kühlkörper aufgebracht. Vorteilhaft kann es sein, dass das Medium vorgewärmt ist. Über die Beaufschlagung mit Temperatur kann der Verpressdruck und die Verpresszeit reduziert werden. Auf diese Weise kann eine sichere, blasenfreie und formschlüssige Verklebung der Klebepartner erreicht werden.
- 1. The heat sink is fixed in a device, the cover film is removed from the double-sided adhesive film and the assembled printed circuit board is positioned precisely over the heat sink (for example by resilient pins or with an adjustable robot).
- 2. The device can be closed airtight by a lid. The chamber is evacuated until a sufficient vacuum is reached. The assembled circuit board is now lowered onto the heat sink and lightly pressed onto the blank surfaces of the circuit board and at the edge. After a short time, the chamber can be flooded with air again.
- 3. This adhesive bond is now placed in a pressure chamber. An isostatic pressure is now applied to the electronic assembly and the heat sink using a suitable liquid or gaseous medium. It can be advantageous for the medium to be preheated. By applying temperature, the pressing pressure and the pressing time can be reduced. In this way, a reliable, bubble-free and positive connection of the adhesive partners can be achieved.
Da dieser isostatische Druck von allen Seiten gleichmässig auf die Bauteile und die Leiterplatte sowie den Kühlkörper einwirkt, werden die Bauteile nicht zerstört (sie halten i.d.R. hohe Drücke aus), die Lötstellen nicht belastet und die Klebepartner dennoch gleichmäßig aufeinander gepresst.Since this isostatic pressure from even on all sides acts on the components and the circuit board as well as the heat sink, the components are not destroyed (They usually hold high pressures out), the solder joints not burdened and the adhesive partners still on each other evenly pressed.
Möglichkeiten zur Anwendung und Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens:Application possibilities and execution of the method according to the invention:
Das erfindungsgemäße; Verfahren bezieht sich auf die vorpositionierte (Verfahrensschritt 1) im Unterdruck gefügt (Verfahrensschritt 2) und unter isostatischen Druck erreichte formschlüssige Verklebung (Verfahrensschritt 3) von einer Leiterplatte ( mit oder ohne Bauteile ) und einem Kühlkörper mittels beidseitig klebender elastischer Folie. Die drei Verfahrensschritte sind ausschlaggebend für die gute und reproduzierbare wärmeleitenden Verbindung zwischen Leiterplatte und Kühlkörper.The invention; Procedure relates to the prepositioned (process step 1) in the negative pressure (process step 2) and positive bonding achieved under isostatic pressure (Process step 3) from a printed circuit board (with or without components ) and a heat sink by means of both sides adhesive elastic film. The three process steps are crucial for the good and reproducible thermally conductive Connection between circuit board and heat sink.
Die Ausführung des Verfahrensschrittes 1. kann über ein optisches Erkennungssystem und schrittmotorgesteuerte Roboter automatisiert werden.The execution of the process step 1. can about an optical detection system and stepper motor controlled robots be automated.
Die Ausführung des Verfahrensschrittes 2 kann durch einen geeignet gestalteten Deckel erfolgen, der über Dichtungen den Raum hermetisch abschließt. Ein Vakuumsystem mit ausreichender Kapazität kann den gewünschten Unterdruck in wenigen Sekunden herstellen. Das Fügen und Andrücken erfolgt nun mit dem Roboter im Unterdruck. Daraufhin kann sofort die Kammer belüftet werden.The execution of the process step 2 can be done through a suitably designed lid that has seals hermetically seals the room. A vacuum system with sufficient capacity can do the job Create negative pressure in a few seconds. The joining and pressing takes place now with the robot in negative pressure. The chamber can then immediately ventilated become.
Die Ausführung des Verfahrensschrittes 3 wird in einer entsprechend dimensionierten Druckkammer durchgeführt. Der Druck wird über eine geeignete ( inkompressible, inerte) Flüssigkeit oder ein ausreichend inertes Gas z.B. Luft auf die im Verfahrensschritt 2 gefügte Leiterplatte und den Kühlkörper aufgebracht. Dabei kann der Druck über einen Kompressor, eine Hydraulik oder direkt durch einen die Kammer einschließenden Druckzylinder erzeugt werden. Nach ausreichender Dauer der Druckbeaufschlagung wird der Druck wieder weggenommen und die Teile aus der Druckkammer entfernt um neue einzuführen. Dies kann auch durch geeignete Roboter geschehen.The execution of the process step 3 is carried out in a correspondingly dimensioned pressure chamber. The Pressure is over a suitable (incompressible, inert) liquid or sufficient inert gas e.g. Air on the circuit board added in process step 2 and applied the heat sink. The pressure can be about a compressor, a hydraulic system or directly through a the chamber inclusive Printing cylinders are generated. After sufficient pressure has been applied the pressure is removed and the parts from the pressure chamber removed to introduce new ones. This can also be done using suitable robots.
Das Verpressen bei einer geeigneten Temperatur ist ebenso über ein vorgewärmtes Druckmedium in einer eigenen Kammer leicht und schnell und rationell möglich.The pressing at a suitable one Temperature is also over a preheated one Pressure medium in a separate chamber easily and quickly and efficiently possible.
Ebenso können viele Leiterplatten mit ihren Kühlkörpern oder zusammenhängende Nutzen von Leiterplatte mit ihren Kühlkörpern gemeinsam in der Druckkammer verpresst werden. Dieses Verfahren ermöglicht es somit eine große Anzahl von Schaltungen gleichzeitig in einer Kammer zu verpressen, z.B. durch Einführen ganzer Magazine in die Druckkammer.Likewise, many printed circuit boards can their heat sinks or related Use of PCB with its heat sinks together in the pressure chamber be pressed. This method thus enables a large number of circuits to be pressed simultaneously in one chamber, e.g. by Introduce whole magazines in the pressure chamber.
Dieses Verfahren gestattet auch z.B. das einfache formschlüssige Verkleben von Leiterplatten, Folienschaltungen oder Hybridschaltkreise mittels beidseitig klebender gut wärmeleitender Klebefolien in Druckgußgehäuse ohne dass das Druckgußgehäuse plane Gegenfläche zum Pressen haben muß oder ein Temperaturprozess nötig ist um einen Kleber auszuhärten.This method also allows e.g. the simple positive Bonding of printed circuit boards, foil circuits or hybrid circuits by means of double-sided adhesive, highly heat-conductive adhesive films in Die-cast housing without that the die-cast housing is planning counter surface to have to press or a temperature process necessary is to cure an adhesive.
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