DE102008027761A1 - Elektronisches Bauteil - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil (1), umfassend ein Halbleitermodul (2) und eine oberhalb des Halbleitermoduls (2) angeordnete Leiterplatte (3), wobei zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen dem Halbleitermodul (2) und der Leiterplatte (3) ein elektrisch leitendes Federelement (4) vorhanden ist, das mit der Leiterplatte (3) verbunden ist und das sich in Richtung auf das Halbleitermodul (2) zu erstreckt und einen am Halbleitermodul (2) angeordneten elektrischen Kontakt (5) kontaktiert. Um die Fertigung derartiger Bauteile zu vereinfachen und wirtschaftlicher zu gestalten, sieht die Erfindung vor, dass das Federelement (4) mit einem Trägerteil (6) verbunden und von diesem gehalten ist, wobei das Trägerteil (6) an der vom Halbleitermodul abgewandten Seite (7) der Leiterplatte (3) befestigt ist und wobei das Federelement (4) eine Ausnehmung (8) in der Leiterplatte (3) durchsetzt, um sich in Richtung auf das Halbleitermodul (2) zu erstrecken.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauteil, umfassend ein Halbleitermodul und eine oberhalb des Halbleitermoduls angeordnete Leiterplatte, wobei zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen dem Halbleitermodul und der Leiterplatte ein elektrisch leitendes Federelement vorhanden ist, das mit der Leiterplatte verbunden ist und das sich in Richtung auf das Halbleitermodul zu erstreckt und einen am Halbleitermodul angeordneten elektrischen Kontakt kontaktiert.
  • Gattungsgemäße Bauteile sind beispielsweise aus der DE 10 2005 017 849 A1 und aus der DE 10 2005 036 563 A1 bekannt. Damit der elektrische Kontakt zwischen einem Halbleitermodul und einer sich über diesem befindlichen Leiterplatte zuverlässig und sicher hergestellt wird, ist ein Federelement in Form einer Schraubenfeder vorgesehen, deren eines Ende an einer Kontaktstelle des Halbleitermoduls mit einer Federandruckkraft am Halbleiterelement anliegt. Das Federelement ist an der dem Halbleitermodul zugewandten Seite der Leiterplatte festgelötet. Zur sicheren Herstellung einer elektrischen Verbindung ist auf die Leiterplatte also die Feder aufgelötet, so dass im montierten Zustand des elektronischen Bauteils über den Druck der Feder ein zuverlässiger Kontakt mit dem Halbleitermodul hergestellt wird.
  • Nachteilig ist bei einer solchen Ausgestaltung folgendes: Es besteht ein fertigungstechnisches Problem darin, dass üblicherweise auf der vom Halbleitermodul abgewandten Seite der Leiterplatte Bauteile angeordnet werden müssen, die eine entsprechende Bauhöhe aufweisen (hohe Bauteile). Aus fertigungstechnischer Sicht ist es vorteilhaft bzw. sogar zwingend, dass alle hohen Bauteile auf einer Seite der Leiterplatte angeordnet sind. Die Feder selber stellt dabei auch ein hohes Bauteil dar. Da insoweit die Leiterplatte auf beiden Seiten hohe Bauteile aufweist, können die Bauteile auf der Leiter platte mit üblichen Mitteln nur schwer bzw. gar nicht befestigt werden. Um alle Bauteile – einschließlich des Federelements – an der Leiterplatte festlegen zu können, sind daher aufwändige Sondermaßnahmen erforderlich, die beispielsweise verhindern, dass hohe Bauteile auf der einen Seite beim Löten der anderen Seite nicht aus ihrer gewünschten Position herausfallen. Dadurch wird die Fertigung aufwändig und somit teuer.
  • Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Bauteil der eingangs genannten Art so auszubilden, dass es in einfacher und damit kostengünstiger Weise gefertigt werden kann. Die Fertigung soll dabei auf bekannte und übliche Verfahren zur Herstellung der Verbindung zwischen Leiterplatte und Bauteilen, die von dieser getragen werden, zurückgreifen können. Dabei soll auf die vorteilhafte Lösung unter Einsatz von Federelementen zur Herstellung eines sicheren Kontakts nicht verzichtet werden.
  • Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement mit einem Trägerteil verbunden und von diesem gehalten ist, wobei das Trägerteil an der vom Halbleitermodul abgewandten Seite der Leiterplatte befestigt ist und wobei das Federelement eine Ausnehmung in der Leiterplatte durchsetzt, um sich in Richtung auf das Halbleitermodul zu erstrecken.
  • Das Trägerteil ist dabei bevorzugt scheibenförmig ausgebildet. Es kann einen sich in Erstreckungsrichtung des Federelements erstreckenden Hülsenabschnitt aufweisen. In diesem Falle ist bevorzugt vorgesehen, dass die Ausnehmung in der Leiterplatte kreisförmig ausgebildet ist, wobei der Durchmesser der Ausnehmung geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Hülsenabschnitts, um die Montage zu erleichtert. Zwischen den Durchmessern liegt also Spielpassung vor.
  • Das Federelement ist – wie an sich bekannt – bevorzugt eine Schraubenfeder.
  • Das Trägerteil ist bevorzugt mit der Leiterplatte verlötet.
  • Zwischen dem Trägerteil und der Leiterplatte kann ein Lotdepot angeordnet sein. Das gilt auch für den Spalt zwischen der Bohrung in der Leiterplatte und dem Außenumfang des Hülsenabschnitts. Das Lotdepot unter dem Trägerteil ist bevorzugt ringscheibenförmig ausgebildet, während das Lotdepot im Ringspalt eine hohlzylindrische Form aufweist. Das Lotdepot kann hinsichtlich seines Volumens so bemessen sein, dass Lot beim Lötvorgang durch den Ringspalt zwischen der Ausnehmung in der Leiterplatte und dem Hülsenabschnitt fließt und diesen bevorzugt ausfüllt. Das Lot des Lotdepots bildet mit besonderem Vorteil auf der dem Halbleitermodul zugewandten Seite der Leiterplatte einen Lotkegel zwischen Leiterplatte und Hülsenabschnitt aus, der zur Aufnahme von Druckkräften besonders gut geeignet ist.
  • Auf der dem Halbleitermodul zugewandten Seite der Leiterplatte kann, die Ausnehmung umgebend, eine Kupferringscheibe (Kupferpad) angeordnet sein. Auf der Kupferringscheibe kann gleichermaßen ein Lotdepot angeordnet sein. Das Lot des Lotdepots kann dann auf der dem Halbleitermodul zugewandten Seite der Leiterplatte einen Lotkegel zwischen Leiterplatte und Hülsenabschnitt ausbilden.
  • Die vom Halbleitermodul abgewandte Seite der Leiterplatte ist zumeist mit mindestens einem elektronischen Bauelement versehen. Indes ist die dem Halbleitermodul zugewandte Seite der Leiterplatte bevorzugt frei von elektronischen Bauelementen.
  • Die Erfindung stellt also darauf ab, dass die Kontaktfeder auf der dem Halbleitermodul abgewandten Seite der Leiterplatte angelötet wird und die Leiterplatte eine Bohrung besitzt, die von der Feder durchdrungen wird.
  • Mithin befinden sich alle hohen Bauteile – zu denen auch die Federelemente zählen – nur auf einer Seite der Leiterplatte, so dass übliche Verfahren eingesetzt werden können, um die Bauteile auf der Leiterplatte festzulegen.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
  • 1 schematisch den Schnitt durch ein elektronisches Bauteil, wobei eine Leiterplatte oberhalb eines Halbleitermoduls montiert ist, und
  • 2 einen vergrößerter Ausschnitt aus 1, nämlich ein Trägerteil samt Federelement in verlötetem Zustand.
  • In den Figuren ist ein elektronisches Bauteil 1 zu sehen, das im unteren Bereich ein Halbleitermodul 2 aufweist, auf dem eine Leiterplatte 3 angeordnet ist. Das Halbleitermodul 2 weist ein Substrat 15 auf, das einen Chip 16 umfasst. Auf der Leiterplatte 3 sind Bauelemente 17 angeordnet, von denen in 1 nur eines zu sehen ist. Wesentlich ist, dass zwischen der Leiterplatte 3 und dem Chip 16 ein elektrischer Kontakt hergestellt wird. Hierfür ist an der Leiterplatte 3 ein Federelement 4 in Form einer Schraubenfeder befestigt. Die Schraubenfeder 4 erstreckt sich in eine Richtung R auf das Halbleitermodul 2 bzw. auf den Chip 16 zu, um den Chip 16 an einem elektrischen Kontakt 5 zu kontaktieren. Da die Schraubenfeder 4 so dimensioniert ist, dass sie im montierten Zustand mit einer Vorspannkraft am Chip 16 anliegt, ist der elektrische Kontakt sichergestellt.
  • Damit alle Bauteile 17 – einschließlich des Federelements 4 – an einer Seite der Leiterplatte 3, nämlich an der vom Halbleitermodul abgewandten Seite 7 der Leiterplatte, angeordnet werden können, ist folgende Ausgestaltung erfindungsgemäß vorgesehen:
    Das Federelement 4 ist mit einem Trägerteil 6 verbunden, das bevorzugt eine scheibenförmige Gestalt aufweist. Das Trägerteil 6 hält das eine axiale Ende des Federelements 4, indem dieses beispielsweise am Trägerteil 6 angelötet ist. Das Trä gerteil 6 ist an der vom Halbleitermodul 2 abgewandten Seite 7 der Leiterplatte 3 befestigt. Damit das Federelement 4 sich in Erstreckungsrichtung R auf das Halbleitermodul 2 dennoch erstrecken kann, durchsetzt das Federelement 4 eine Ausnehmung 8 in Form einer Bohrung, die in die Leiterplatte 3 eingebracht ist. Das Trägerteil 6 hat einen Außendurchmesser DT, der eine hinreichende Auflagefläche des Trägerteils 6 auf der Oberseite 7 der Leiterplatte 3 gewährleistet.
  • Folglich ist die Leiterplatte 3 an der vom Halbleitermodul 2 abgewandten Seite 7 mit Bauelementen bzw. Bauteilen versehen. Indes kann die Leiterplatte 3 an der dem Halbleitermodul 2 zugewandten Seite 14 frei von solchen Bauelementen gehalten werden. Der Einsatz üblicher Fertigungsverfahren und -einrichtungen zur Fixierung der Bauteile wird möglich.
  • Bevorzugte Details zur Ausgestaltung des Trägerteils 6 und der Leiterplatte 3 sind in 2 zu erkennen.
  • Das Trägerteil 6 weist hiernach einen Hülsenabschnitt 9 auf, der an der scheibenförmigen Grundkontur des Trägerteils 6 ansetzt und sich axial in Richtung R erstreckt. Konzentrisch hierzu ist am Trägerteil 6 das Federelement 4 angeordnet. Um eine leichte Montierbarkeit zu gewährleisten, ist der Durchmesser D der Bohrung 8 in der Leiterplatte 3 etwas größer ausgebildet als der Außendurchmesser d des Hülsenabschnitts 9, der insgesamt eine hohlzylindrische Form aufweist.
  • An der Unterseite der Leiterplatte 3, also an der dem Halbleitermodul 2 zugewandten Seite 14, kann ein Kupferpad 12 (Kupferringscheibe) angeordnet werden, das konzentrisch zur Bohrung 8 positioniert ist. Zwischen dem Trägerteil 6 und der Seite 7 der Leiterplatte 3 kann ein Lotdepot 10 positioniert werden, das den Vorrat an Lot darstellt, der beim Lötvorgang für die Herstellung der Verbindung benötigt wird. Ein solches Lotdepot 13 kann auch auf dem Kupferpad 12 positioniert werden. Ein Lotdepot in Form eines hohlzylindrischen Volumens kann auch am Außenumfang des Hülsenabschnitts 9 vor der Mon tage des Trägerteils 8 angeordnet werden, das beim Löten aufschmilzt und den Spalt zwischen Bohrung 8 und Hülsenabschnitt 9 füllt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Menge des Lots der Lotdepots 10 und/oder 13 so bemessen, dass sich die Lotverteilung einstellt, die in 2 skizziert ist, wo der Zustand nach der Durchführung des Lötvorgangs dargestellt ist. Besonders hervorzuheben ist hier ein Lotkegel 11 der sich ergibt, wenn sich das Lot nach dem Aufschmelzen wieder verfestigt. Dabei kann Lot des Lotdepots 10 durch den Ringspalt fließen, der sich zwischen der Oberfläche der Bohrung und dem Außenumfang des Hülsenabschnitts 9 ergibt. Additiv oder alternativ kann durch den Kapillareffekt auch Lot des Lotdepots 13 in den Ringspalt gezogen werden. Nach dem Abkühlen bildet sich eine im Radialschnitt nasenförmige Ausgestaltung in Form des dargestellten Lotkegels 11.
  • Der Lotkegel 11 ist aus folgendem Grund von besonderem Vorteil: Im montierten Zustand wirkt das Federelement 4 aufgrund der benötigen Vorspannung der Feder so, dass das Trägerteil 6 eine nach oben gerichtete Zugkraft aufnehmen muss, d. h. das Trägerteil 6 wird durch diese Zugkraft nach oben von der Leiterplatte 3 abgezogen. Dies ist ungünstiger als eine Druckkraft. Durch den Lotkegel 11 ergibt sich im unteren Bereich des Hülsenabschnitts 9 ein Lot-Materialbereich, der auf Druck belastet wird und in besserer Weise die Federkräfte aufnehmen kann. Der Lotkegel ist also in der Lage, von unten nach oben wirkende Kräfte von dem Federelement 4 auf die Leiterplatte 3 mit Druckkraft statt mit Zugkraft zu übertragen.
  • Für die Dimensionierung der zum Einsatz kommenden Bauelemente ist es wichtig, dass der maximale Durchmesser aller Teile der Feder 4 – hierzu gehört im Ausführungsbeispiel auch der Hülsenabschnitt 9 –, die die Leiterplatte 3 durchdringen, kleiner sind als der Bohrungsdurchmesser D der Bohrung 8 in der Leiterplatte 3.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102005017849 A1 [0002]
    • - DE 102005036563 A1 [0002]

Claims (16)

  1. Elektronisches Bauteil (1), umfassend ein Halbleitermodul (2) und eine oberhalb des Halbleitermoduls (2) angeordnete Leiterplatte (3), wobei zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen dem Halbleitermodul (2) und der Leiterplatte (3) ein elektrisch leitendes Federelement (4) vorhanden ist, das mit der Leiterplatte (3) verbunden ist und das sich in Richtung auf das Halbleitermodul (2) zu erstreckt und einen am Halbleitermodul (2) angeordneten elektrischen Kontakt (5) kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) mit einem Trägerteil (6) verbunden und von diesem gehalten ist, wobei das Trägerteil (6) an der vom Halbleitermodul (2) abgewandten Seite (7) der Leiterplatte (3) befestigt ist und wobei das Federelement (4) eine Ausnehmung (8) in der Leiterplatte (3) durchsetzt, um sich in Richtung auf das Halbleitermodul (2) zu erstrecken.
  2. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (6) scheibenförmig ausgebildet ist.
  3. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (6) einen sich in Erstreckungsrichtung (R) des Federelements (4) erstreckenden Hülsenabschnitt (9) aufweist.
  4. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (8) in der Leiterplatte (3) kreisförmig ausgebildet ist, wobei der Durchmesser (D) der Ausnehmung (8) geringfügig größer ist als der Außendurchmesser (d) des Hülsenabschnitts (9).
  5. Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) eine Schraubenfeder ist.
  6. Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (6) mit der Leiterplatte (3) verlötet ist.
  7. Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Trägerteil (6) und der Leiterplatte (3) ein Lotdepot (10) angeordnet ist.
  8. Elektronisches Bauteil Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lotdepot (10) ringscheibenförmig ausgebildet ist.
  9. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lotdepot (10) hinsichtlich seines Volumens so bemessen ist, dass Lot beim Lötvorgang durch den Ringspalt zwischen der Ausnehmung (8) in der Leiterplatte (3) und dem Hülsenabschnitt (9) fließt.
  10. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot des Lotdepots (10) auf der dem Halbleitermodul (2) zugewandten Seite (14) der Leiterplatte (3) einen Lotkegel (11) zwischen Leiterplatte (3) und Hülsenabschnitt (9) ausbildet.
  11. Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Halbleitermodul (2) zugewandten Seite (14) der Leiterplatte (3), die Ausnehmung (8) umgebend, eine Kupferringscheibe (Kupferpad) (12) angeordnet ist.
  12. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Kupferringscheibe (12) ein Lotdepot (13) angeordnet ist.
  13. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot des Lotdepots (13) auf der dem Halbleitermodul (2) zugewandten Seite (14) der Lei terplatte (3) einen Lotkegel (11) zwischen Leiterplatte (3) und Hülsenabschnitt (9) ausbildet.
  14. Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Halbleitermodul (2) abgewandte Seite (7) der Leiterplatte (3) mit mindestens einem elektronischen Bauelement (15) versehen ist.
  15. Elektronisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Halbleitermodul (2) zugewandte Seite (14) der Leiterplatte (3) frei von elektronischen Bauelementen ist.
  16. Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (6) und das Federelement (4) als ein gemeinsames Bauteil ausgeführt sind.
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