DE102007029422A1

DE102007029422A1 - Thermische Kontaktierung eines Leistungsbauelements auf einem Schaltungsträger durch Kaltgasspritzen

Info

Publication number: DE102007029422A1
Application number: DE200710029422
Authority: DE
Inventors: Harry Dr. Berek; Wolfgang HÄRTEL; Hans-Dieter Röhling
Original assignee: Behr Hella Thermocontrol GmbH; GfE Fremat GmbH
Current assignee: Behr Hella Thermocontrol GmbH; GfE Fremat GmbH
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2009-01-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Kontaktieren eines auf der Vorderseite eines Schaltungsträgers zu montierenden Leistungsbauelements, bei dem an dem Montageort des Leistungsbauelements auf dem Schaltungsträger eine Durchgangsöffnung in dem Schaltungsträger ausgebildet wird, ein thermisch leitfähiges Material mittels Kaltgasspritzens in die Durchgangsöffnung eingebracht wird und das Leistungsbauelement thermisch an das thermisch leitfähige Material angekoppelt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung mit einem Schaltungsträger und einem darauf montierten Leistungsbauelement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Kontaktieren eines auf der Vorderseite eines Schaltungsträgers zu montierenden Leistungsbauelements sowie eine Anordnung mit einem Schaltungsträger und einem auf einer Vorderseite des Schaltungsträgers montierten Leistungsbauelement.
Ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art sind grundsätzlich bekannt.
Als problematisch erweist sich im Bereich der Leistungselektronik die Entwärmung von Leistungsbauelementen, die sich im Betrieb durch eine erhöhte Wärmeentwicklung auszeichnen.
Zur Lösung dieses Problems wurden Schaltungsträger in Betracht gezogen, die metallische Schichten auf einem Substrat aus Oxidkeramik, wie z. B. Al₂O₃, umfassen. Bei dieser so genannten Hybridtechnik können wesentlich höhere Betriebstemperaturen erreicht werden als auf konventionellen Leiterplatten auf der Basis von glasfaserverstärktem Epoxidharz. Bei einem Verfahren zur Herstellung derartiger Hybridschaltungsträger, dem so genannten "Direkt Copper Bonding"-Verfahren (DCB-Verfahren), werden Kupferbleche mit einer Dicke zwischen 100 μm und 900 μm bei einer Temperatur von etwa 1070°C auf die Oberfläche eines Keramiksubstrats aufgebracht. Eine feste Haftung zwischen den Kupferblechen und dem Keramiksubstrat wird hierbei durch die Bildung von Spinell an den Grenzflächen bei hoher Temperatur erreicht. Anschließend wird durch fotochemische Ätzprozesse für eine gewünschte Strukturierung der Kupferbleche gesorgt. Als nachteilig erweist sich, dass dieses Herstellungsverfahren mit einem erhöhten wirtschaftlichen Aufwand verbunden ist.
Bei einem alternativen Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers für Leistungsbauelemente wurde die Aufbringung von metallischen Schichten mittels eines thermischen Spritzverfahrens in Betracht gezogen. Eine praktische Anwendung des thermischen Spritzens ist in diesem Zusammenhang bislang jedoch nicht bekannt. Ein Grund hierfür besteht in der erhöhten Porosität der durch übliche thermische Spritzverfahren erzeugten Metallschichten, welche dazu führt, dass die elektrische und somit auch die thermische Leitfähigkeit der Spritzschichten weit unter der einer Schicht bleibt, die aus einem entsprechenden Material in kompakter Form gebildet ist.
Zur Entwärmung von Leistungsbauelementen werden auch sogenannte IMS-Schaltungsträger (IMS von Insulated Metal Substrate) eingesetzt. Hierbei erfolgt der Aufbau durch Laminieren von Metallplatten mit den vorbereiteten Schaltungsträgern auf Epoxidharzbasis. Derartige Schaltungsträger sind jedoch nicht nur besonders teuer, sondern der Abtransport der durch ein auf dem Schaltungsträger montiertes Leistungsbauelement erzeugten Wärme wird auch durch den Wärmewiderstand des Kunstharzes begrenzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum thermischen Kontaktieren eines auf einem Schaltungsträger zu montierenden Leistungsbauelements zu schaffen, welches bei reduziertem wirtschaftlichen Aufwand eine verbesserte Entwärmung eines auf einem Schaltungsträger montierten Leistungsbauelements ermöglicht.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird an dem Montageort des Leistungsbauelements auf dem Schaltungsträger eine Durchgangsöffnung in den Schaltungsträger eingebracht, ein thermisch leitfähiges Material, wie z. B. Kupfer, mittels Kaltgasspritzen in die Durchgangsöffnung eingebracht und das Leistungsbauelement thermisch an das thermisch leitfähige Material angekoppelt.
Erfindungsgemäß wird an dem Ort des Schaltungsträgers, an welchem ein entsprechendes Leistungsbauelement mit hoher Verlustwärmeentwicklung montiert ist bzw. wird, mit Hilfe der Technologie des Kaltgasspritzens also eine Durchkontaktierung durch den Schaltungsträger hindurch geschaffen.
Das Kaltgasspritzen ist ein spezielles Verfahren des thermischen Spritzens, bei welchem in einem Gasstrahl Pulverpartikel derart beschleunigt werden, dass sie mit Überschallgeschwindigkeit auf ein zu beschichtendes Substrat treffen, um dort unter bestimmten Bedingungen eine fest haftende Schicht zu bilden. Die Prozessbedingungen sind dabei so gewählt, dass die Schmelztemperatur der Partikel nicht erreicht wird.
Das Kaltgasspritzen zeichnet sich durch einen geringen Sauerstoffgehalt in der aufgespritzten Schicht sowie eine besonders geringe Porosität der aufgespritzten Schicht aus, welche typischerweise weniger als 1% beträgt. Dies führt dazu, dass die elektrische und thermische Leitfähigkeit einer mittels Kaltgasspritzen aufgebrachten metallischen Schicht zumindest annähernd diejenigen Werte erreicht, die für eine kompakte Schicht eines entsprechenden Werkstoffs gelten.
Darüber hinaus bedeutet die Verwendung des Kaltgasspritzens zur Aufbringung des thermisch leitfähigen Materials auf den Schaltungsträger bzw. in die Durchgangsöffnung des Schaltungsträgers eine reduzierte Wärmebelastung des Schaltungsträgers, wodurch es möglich ist, kostengünstige Schaltungsträger, beispielsweise konventionelle Leiterplatten auf der Basis eines Epoxidharzes, wie z. B. FR4 oder Hoch-TG-FR4, zu verwenden. Insgesamt ist die Herstellung einer Anordnung aus Schaltungsträger und darauf montiertem Leistungsbauelement also mit einem reduzierten wirtschaftlichen Aufwand realisierbar.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Durchkontaktierung des Leistungsbauelements durch den Schaltungsträger hindurch, d. h. die Ausbildung der Durchgangsöffnung im Bereich des Leistungsbauelements und thermische Ankopplung des Leistungsbauelements an das in der Durchgangsöffnung angeordnete thermisch leitfähige Material, lässt sich die durch das Leistungsbauelement im Betrieb erzeugte Verlustwärme durch den Schaltungsträger hindurch an die Rückseite des Schaltungsträgers transportieren und an dessen Rückseite abführen, um das Leistungsbauelement optimal zu entwärmen.
Zum Ableiten der an die Rückseite des Schaltungsträgers transportierten Wärme des Leistungsbauelements kann der Schaltungsträger auf einen Kühlkörper aufgelötet oder mit einem Kühlfluid, beispielsweise Luft, gekühlt werden. Die Rauheit der rückseitigen Oberfläche des durch das Kaltgasspritzen in die Durchgangsöffnung eingebrachten thermisch leitfähigen Materials bietet durch die damit verbundene große spezifische Ober fläche vorteilhafte Voraussetzungen für eine effektive Luftkühlung sowohl bei freier als auch bei erzwungener Konvektion. Erfindungsgemäß ist es somit möglich, die durch das Leistungsbauelement erzeugte Verlustwärme besonders schnell abzuführen, wodurch sich das Leistungsbauelement noch wirksamer entwärmen lässt.
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Leistungsbauelement mit dem thermisch leitfähigen Material stoffschlüssig verbunden, insbesondere verlötet. Hierdurch wird eine besonders wirksame thermische Ankopplung des Leistungsbauelements an das thermisch leitfähige Material erreicht, die eine noch effizientere Entwärmung des Leistungsbauelements ermöglicht. Gleichzeitig schafft die stoffschlüssige Verbindung des Leistungsbauelements mit dem thermisch leitfähigen Material eine elektrische Anbindung des Leistungsbauelements an das thermisch leitfähige Material, wodurch eine elektrische Ansteuerung des Leistungsbauelements von der Rückseite des Schaltungsträgers her möglich ist.
Ist keine elektrische Kontaktierung des Leistungsbauelements von der Rückseite des Schaltungsträgers her erforderlich oder erwünscht, so kann ein elektrisch isolierendes Material, z. B. eine Thermoleitpaste, zwischen dem Leistungsbauelement und dem thermisch leitfähigen Material vorgesehen werden, um das Leistungsbauelement gegenüber dem thermisch leitfähigen Material elektrisch zu isolieren und trotzdem eine optimale thermische Anbindung des Leistungsbauelements an das thermisch leitfähige Material beizubehalten.
Die Ankopplung des Leistungsbauelements an das thermische leitfähige Material kann gleichzeitig mit der Montage, insbesondere gleichzeitig mit einer Verlötung des Leistungsbauelements auf dem Schaltungsträger erfolgen. Dies setzt voraus, dass sich das thermisch leitfähige Material bei der Montage des Bauelements bereits in der Durchgangsöffnung des Schaltungsträgers befindet.
Eine gleichzeitige Kontaktierung des Leistungsbauelements mit dem thermisch leitfähigen Material und dem Schaltungsträger lässt sich auf besonders einfache Weise dadurch erreichen, dass nach dem Einbringen des thermisch leitfähigen Materials in die Durchgangsöffnung und vor der Montage des Leistungsbauelements eine Lotpaste auf ausgewählte Bereiche der Vorderseite des Schaltungsträgers aufgebracht, z. B. aufgedruckt, wird. Um eine direkte Anbindung des Leistungsbauelements an das thermisch leitfähige Material zu erreichen, wird die Lotpaste auch auf das sich in der Durchgangsöffnung befindliche thermische leitfähige Material aufgebracht. Soll das Leistungsbauelement hingegen gegenüber dem thermisch leitfähigen Material elektrisch isoliert sein, so wird auf das in der Durchgangsöffnung befindliche thermisch leitfähige Material keine Lotpaste aufgebracht, sondern dieses stattdessen mit einer Schicht aus elektrisch isolierendem Material, wie beispielsweise einer Thermoleitpaste, versehen.
Wie bereits erwähnt, ist es vorteilhaft, das thermisch leitfähige Material vor der Montage des Leistungsbauelements auf dem Schaltungsträger in die Durchgangsöffnung einzubringen. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, zunächst das Leistungsbauelement auf dem Schaltungsträger zu montieren und erst anschließend das thermisch leitfähige Material in die Durchgangsöffnung einzubringen.
Bevorzugt wird das thermisch leitfähige Material von der dem Leistungselement abgewandten Rückseite des Schaltungsträgers her in die Durchgangsöffnung eingebracht. Da an der Rückseite des Schaltungsträgers üblicherweise geringere Anforderungen an die Positioniergenauigkeit gestellt werden, mit welcher das thermisch leitfähige Material aufgespritzt wird, als auf der Vorderseite des Schaltungsträgers, auf welcher die Leiterbahnen zur Verschaltung des Leistungsbauelements verlaufen, lässt sich das Kaltgasspritzverfahren auf der Rückseite des Schaltungsträgers einfacher und kostengünstiger durchführen.
Außerdem ermöglicht das Einbringen des thermisch leitfähigen Materials in die Durchgangsöffnung von der Rückseite des Schaltungsträgers her die Möglichkeit, das thermisch leitfähige Material auch auf einen an die Durchgangsöffnung angrenzenden Bereich der Rückseite des Schaltungsträgers aufzubringen. Auf diese Weise lässt sich auf der Rückseite des Schaltungsträgers ein mit dem thermisch leitfähigen Material in der Durchgangsöffnung verbundener größerer Schichtbereich des thermisch leitfähigen Materials erzeugen, welcher eine Ableitung der von dem Leistungsbauelement weg transportierten Wärme über eine größere Fläche ermöglicht und somit zu einer noch besseren Entwärmung des Leistungsbauelements beiträgt.
Außerdem kann dieser Schichtbereich des thermisch leitfähigen Materials mit einer gewissen Dicke ausgebildet werden, um dem thermisch leitfähigen Materialschicht in diesem Bereich eine gewünschte Wärmekapazität zu verleihen. Durch eine ausreichend hohe Schichtdicke lässt sich eine Wärmekapazität derart erreichen, dass das Temperaturprofil der durch das Leistungsbauelement im Betrieb erzeugten Verlustwärme bei Temperaturwechseln, wie beispielsweise bei Einschaltvorgängen, so abgeflacht wird, dass die Belastungsgrenzen von Leistungsbauelement und Schaltungsträgermaterial nicht überschritten werden.
Vorteilhafterweise wird die Durchgangsöffnung zumindest annähernd vollständig mit dem thermisch leitfähigen Material gefüllt. Dies bedeutet eine optimale Ausnutzung des durch die Durchgangsöffnung für den Wärmetransport zur Verfügung gestellten Raums und trägt somit zu einer noch besseren Entwärmung des Leistungsbauelements bei.
Die Fülltiefe des thermisch leitfähigen Materials in der Durchgangsöffnung kann durch einen Stempel eingestellt werden, welcher, insbesondere von der Vorderseite des Schaltungsträgers her, auf den Schaltungsträger aufgesetzt oder in die Durchgangsöffnung eingeführt wird. Dies ermöglicht es, das thermisch leitfähige Material unter Berücksichtigung des Typs bzw. der Bauart des Leistungsbauelements und in Abhängigkeit davon, ob eine elektrische Anbindung des Leistungsbauelements an das thermisch leitfähige Material oder eine elektrische Isolierung des Leistungsbauelements gegenüber dem thermisch leitfähigen Material gewünscht ist, in einer für eine optimale Entwärmung des Leistungsbauelements günstigen Weise in die Durchgangsöffnung einzubringen.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Anordnung mit einem Schaltungsträger, einem auf einer Vorderseite des Schaltungsträgers montierten Leistungsbauelement und einer sich im Bereich des Leistungsbauelements befindlichen Schaltungsträgerdurchgangsöffnung, in die ein thermisch leitfähiges Material mittels Kaltgasspritzen eingebracht ist, welches thermisch an das Leistungsbauelement angekoppelt ist, um durch das Leistungsbauelement erzeugte Wärme von dem Leistungsbauelement wegzutransportieren und an der Rückseite des Schaltungsträgers abzugeben.
Die erfindungsgemäße Anordnung und vorteilhafte Ausführungsformen derselben lassen sich unter Ausnutzung der voranstehend genannten Vorteile in besonders einfacher Weise durch das erfindungsgemäße Verfahren herstellen.
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Schaltungsträger und einem darauf montierten Leistungsbauelement.
Die in der Figur gezeigte Anordnung umfasst einen Schaltungsträger 10, bei welchem es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um eine konventionelle Leiterplatte auf Basis eines Epoxidharzes, wie z. B. FR4, handelt. Grundsätzlich kann der Schaltungsträger 10 aber auch aus einem anderen Material gebildet sein und beispielsweise ein Oxidkeramiksubstrat oder ein isoliertes Metallsubstrat (IMS) aufweisen.
Der Schaltungsträger 10 weist eine Vorderseite 12 und eine Rückseite 14 auf. Sowohl an der Vorderseite 12 als auch an der Rückseite 14 sind Leiterbahnen 16, 18 aus einem geeigneten metallischen Material, im vorliegenden Ausführungsbeispiel Kupfer, aufgebracht. Die Kupferleiterbahnen 16, 18 dienen zur elektrischen Kontaktierung eines Leistungsbauelements 20, welches auf die Vorderseite 12 des Schaltungsträgers 10 montiert ist. Die elektrische Verbindung zwischen dem Leistungsbauelement 20 und den Kupferleiterbahnen 16 der Vorderseite 12 erfolgt mit Hilfe von Lötkon takten 22, die zwischen dem Leistungsbauelement 20 und den Kupferleiterbahnen 16 angeordnet sind.
Im Bereich des Leistungsbauelements 20 ist eine Durchgangsöffnung 24 in dem Schaltungsträger 10 vorgesehen, genauer gesagt liegt die Durchgangsöffnung 24 (in der Figur) genau unter dem Leistungsbauelement 20.
Die Durchgangsöffnung 24 ist zumindest annähernd vollständig mit einem thermisch leitfähigen Material 26 ausgefüllt, welches mittels Kaltgasspritzen in die Durchgangsöffnung 24 eingebracht wurde. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem thermisch leitfähigen Material 26 um Kupfer, grundsätzlich kann es aber auch ein anderes geeignetes Material aufweisen.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist das thermisch leitfähige Material 26 mittels einer Lötkontaktschicht 28 stoffschlüssig mit der Rückseite des Leistungsbauelements 20 verbunden, um nicht nur eine optimale thermische, sondern auch eine elektrische Anbindung des Leistungsbauelements 20 an das thermisch leitende Material 26 zu erreichen.
Soll alternativ eine elektrische Isolierung des Leistungsbauelements 20 gegenüber dem thermisch leitfähigen Material 26 erreicht werden und trotzdem eine optimale thermische Ankopplung des Leistungsbauelements 20 an das thermisch leitfähige Material 26 beibehalten werden, so kann anstelle der Lötkontaktschicht 28 auch eine Schicht aus Thermoleitpaste vorgesehen werden.
Durch die thermische Ankopplung des Leistungsbauelements 20 an das wärmeleitfähige Material 26 ist es möglich, im Betrieb des Leistungsbauelements 20 durch dieses erzeugte Verlustwärme von dem Leistungsbau element 20 weg und durch die Durchgangsöffnung 24 des Schaltungsträgers 10 hindurch zu transportieren, um sie an der Rückseite 14 des Schaltungsträgers 10 abzugeben.
Zu diesem Zweck kann der Schaltungsträger 10 an seiner Rückseite 14 auf einen geeigneten Kühlkörper gelötet sein oder durch ein geeignetes Kühlfluid, wie beispielsweise Luft, gekühlt werden.
Damit die von dem Leistungsbauelement 20 weg transportierte Wärme über eine möglichst große Oberfläche abgegeben werden kann, erstreckt sich das thermisch leitfähige Material 26 an der Rückseite 14 des Schaltungsträgers 10 über einen an die Durchgangsöffnung 24 angrenzenden Bereich 30 der Rückseite 14 des Schaltungsträgers 10. Da das thermisch leitfähige Material 26 in diesem Bereich 30 einen Abschnitt der rückseitigen Kupferleitbahnen 18 überdeckt, erfolgt in diesem Bereich 30 auch die elektrische Ankopplung des elektrisch leitfähigen Materials 26 an die rückseitigen Kupferleiterbahnen 18.
Dadurch, dass das thermisch leitfähige Material 26 mittels eines Kaltgasspritzverfahrens auf den Schaltungsträger 10 aufgebracht wurde, weist es an seiner rückseitigen Oberfläche 32 eine besondere Rauhigkeit auf, die durch die damit verbundene große spezifische Oberfläche vorteilhafte Voraussetzungen für eine effektive Luftkühlung sowohl bei freier als auch bei erzwungener Konvektion bietet. Auf diese Weise lässt sich durch das Leistungsbauelement 20 erzeugte Wärme besonders schnell von dem Bauelement 20 abführen.
Darüber hinaus wird durch die Wärmekapazität der sich im Bereich 30 erstreckenden vergleichsweise dicken Schicht aus thermisch leitfähigem Material 26 das Temperaturprofil bei Temperaturwechseln, wie beispiels weise bei Einschaltvorgängen, so abgeflacht, dass die Belastungsgrenzen des Leistungsbauelements 20 und des Schaltungsträgers 10 nicht überschritten werden.
Zur Herstellung der Anordnung wird zunächst die Durchgangsöffnung 24 in dem Schaltungsträger 10 ausgebildet, beispielsweise durch Bohren oder Lasern. Anschließend wird das thermisch leitfähige Material 26 mit Hilfe eines Kaltgasspritzverfahrens von der Rückseite 14 des Schaltungsträgers 10 her in dem Bereich 30 so auf die Rückseite 14 des Schaltungsträgers 10 aufgebracht, dass dabei die Durchgangsöffnung 24 zumindest annähernd vollständig durch das thermisch leitfähige Material 26 ausgefüllt wird.
Um Verluste des thermisch leitfähigen Materials 26 beim Aufspritzen desselben zu verhindern und eine zumindest annähernd vollständige Füllung der Durchgangsbohrung 24 mit thermisch leitfähigem Material 26 sicher zu stellen, wird die Durchgangsöffnung 24 an der Vorderseite des Schaltungsträgers 10 durch einen Stempel abgedeckt, welcher auf die Vorderseite 12 des Schaltungsträgers 10 aufgesetzt wird oder in einen gewünschten Abstand zu der Vorderseite 12 des Schaltungsträgers 10 gebracht wird. Grundsätzlich ist es auch möglich, den Stempel so auszubilden, dass er in die Durchgangsöffnung 24 eingeführt werden kann. Durch den Stempel wird gewissermaßen also die Füllhöhe des thermisch leitfähigen Materials 26 in der Durchgangsöffnung 24 eingestellt. An seiner zum Schaltungsträger 10 weisenden Seite weist der Stempel einen Werkstoff auf, von dem sich das aufgespritzte thermisch leitfähige Material 26 problemlos wieder ablösen lässt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Stempel auf die an der Vorderseite 12 des Schaltungsträgers 10 vorgesehenen Kupferleiter bahnen 16 aufgesetzt, sodass das aufgespritzte thermisch leitfähige Material 26 bis zu der Höhe der vorderseitigen Kupferleiterbahnen 16 aus der Durchgangsöffnung 24 herausragt.
An der Rückseite 14 des Schaltungsträgers 10 wird das thermisch leitfähige Material 26 in dem Bereich 30 bis zu einer Dicke aufgetragen, die zu einer gewünschten Wärmekapazität der Schicht des thermisch leitfähigen Materials 26 in dem Bereich 30 führt.
Nach dem Aufbringen des thermisch leitfähigen Materials 26 auf den Schaltungsträger 10 wird mittels eines Druckverfahrens eine Lotpaste strukturiert auf die Vorderseite 12 des Schaltungsträgers 10 aufgedruckt. Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Leistungsbauelement 20 direkt an das thermisch leitfähige Material 26 angekoppelt sein soll, wird die Lotpaste auch auf das aus der Durchgangsöffnung 24 herausragende thermisch leitfähige Material 26 aufgedruckt. Sollte das Leistungsbauelement 20 hingegen gegenüber dem elektrisch leitfähigen Material 26 elektrisch isoliert sein, so kann im Bereich des aus der Durchgangsöffnung 24 herausragenden thermischen leitfähigen Materials 26 die Lotpaste ausgespart werden und die dadurch gebildete Lücke mit einer Thermoleitpaste aufgefüllt werden.
Nach dem Lotpastendruck erfolgt die Bestückung des Leistungsbauelements 20 auf dem Schaltungsträger 10 und anschließend das Verlöten der Baugruppe mit Hilfe einer an sich bekannten Technologie. Durch den Lötprozess wird das Leistungsbauelement 20 nicht nur mit den vorderseitigen Kupferleitbahnen 16, sondern auch mit dem thermisch leitfähigen Material 26 stoffschlüssig verbunden und eine optimale thermische Ankopplung des Leistungsbauelements 20 an das thermisch leitfähige Mate rial 26 erreicht. Dies ermöglicht letztlich eine optimale Entwärmung des Leistungsbauelements 20 im Betrieb.

10: Schaltungsträger
12: Vorderseite
14: Rückseite
16: Leiterbahn
18: Leiterbahn
20: Leistungsbauelement
22: Lötkontakt
24: Durchgangsöffnung
26: thermisch leitfähiges Material
28: Lötkontaktschicht
30: Bereich
32: Oberfläche

Claims

Verfahren zum thermischen Kontaktieren eines auf der Vorderseite eines Schaltungsträgers (10) zu montierenden Leistungsbauelements (20), bei dem an dem Montageort des Leistungsbauelements (20) auf dem Schaltungsträger (10) eine Durchgangsöffnung (24) in dem Schaltungsträger (10) ausgebildet wird, ein thermisch leitfähiges Material (26) mittels Kaltgasspritzen in die Durchgangsöffnung (24) eingebracht wird und das Leistungsbauelement (20) thermisch an das thermisch leitfähige Material (26) angekoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsbauelement (20) mit dem thermisch leitfähigen Material (26) stoffschlüssig verbunden, insbesondere verlötet, wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch isolierendes Material, z. B. eine Thermoleitpaste, zwischen dem Leistungsbauelement (20) und dem thermisch leitfähigen Material (26) vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankopplung des Leistungsbauelements (20) an das thermisch leitfähige Material (26) gleichzeitig mit der Montage, insbesondere einer Verlötung, des Leistungsbauelements (20) auf dem Schaltungsträger (10) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nach dem Einbringen des thermisch leitfähigen Materials (26) in die Durchgangsöffnung (24) und vor der Montage des Leistungsbauelements (20) eine Lotpaste auf ausgewählte Bereiche der Vorderseite des Schaltungsträgers (10) aufgebracht, z. B. aufgedruckt, wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch leitfähige Material (26) vor der Montage des Leistungsbauelements (20) auf dem Schaltungsträger (10) in die Durchgangsöffnung (24) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch leitfähige Material (26) von der dem Leistungselement (20) abgewandten Rückseite (14) des Schaltungsträgers (10) her in die Durchgangsöffnung (24) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (24) zumindest annähernd vollständig mit dem thermisch leitfähigen Material (26) gefüllt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fülltiefe des thermisch leitfähigen Materials (26) in der Durchgangsöffnung (24) durch einen Stempel eingestellt wird, welcher, insbesondere von der Vorderseite (12) des Schaltungsträgers (10) her, auf den Schaltungsträger (10) aufgesetzt oder in die Durchgangsöffnung (24) eingeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch leitfähige Material (26) auch auf einen an die Durchgangsöffnung (24) angrenzenden Bereich (30) der Rückseite (14) des Schaltungsträgers (10) aufgebracht wird.
Anordnung mit einem Schaltungsträger (10), einem auf einer Vorderseite (12) des Schaltungsträgers (10) montierten Leistungsbauelement (20) und einer sich im Bereich des Leitungsbauelements (20) befindlichen Schaltungsträgerdurchgangsöffnung (24), in die ein thermisch leitfähiges Material (26) mittels Kaltgasspritzen eingebracht ist, welches thermisch an das Leistungsbauelement (20) angekoppelt ist, um durch das Leistungsbauelement (20) erzeugte Wärme von dem Leistungsbauelement (20) wegzutransportieren und an der Rückseite (14) des Schaltungsträgers (10) abzugeben.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch leitfähige Material (26) stoffschlüssig mit dem Leistungsbauelement (20) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch isolierendes Material, z. B. eine Thermoleitpaste, zwischen dem thermisch leitfähigen Material (26) und dem Leistungsbauelement (20) vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (24) zumindest annähernd vollständig mit dem thermisch leitfähigen Material (26) gefüllt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich das thermisch leitfähige Material (26) über einen an die Durchgangsöffnung (24) angrenzenden Bereich (30) der Rückseite (14) des Schaltungsträgers (10) erstreckt.