DE102017212902A1 - Method for producing a sintered connection electronic assembly and sintered connection electronic assembly - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer elektronischen Baugruppe sowie eine elektronische Baugruppe, die durch ein solches Verfahren erzeugbar ist. Bei dem Verfahren wird ein Schaltungsträger (11, 12) mit Bauelementen (15) bestückt und z. B. über Lötverbindungen mit diesen verbunden. Außerdem wird eine Baukomponente, wie z. B. ein Kühler (19), durch eine Sinterverbindung (18) mit den Schaltungsträger (11, 12) verbunden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an den Schaltungsträger (11, 12) und die Baukomponente (19) eine Haltevorrichtung, insbesondere eine Schraubverbindung (20), angelegt wird, die an wenigstens zwei getrennten Stellen einen Anpressdruck für die Sinterverbindung (18) ausbildet. Diese Haltevorrichtung ist daher sehr einfach und kompakt aufgebaut, überträgt jedoch zuverlässig einen Anpressdruck auf die Sinterverbindung (18). Die Sinterverbindung kann daher ohne spezielle Werkzeuge auf einfache Weise hergestellt werden. Vorzugsweise lässt sich die Sinterverbindung (18) gleichzeitig mit den Lötverbindungen der elektronischen Bauelemente erzeugen.

Figure DE102017212902A1_0000
The invention relates to a method for producing an electronic assembly and an electronic assembly, which can be generated by such a method. In the method, a circuit carrier (11, 12) equipped with components (15) and z. B. connected via solder joints with these. In addition, a construction component, such. B. a cooler (19), by a sintered connection (18) to the circuit carrier (11, 12). According to the invention, a holding device, in particular a screw connection (20), is applied to the circuit carrier (11, 12) and the structural component (19), which forms a contact pressure for the sintered connection (18) at at least two separate locations. This holding device is therefore very simple and compact, but reliably transmits a contact pressure on the sintered connection (18). The sintered connection can therefore be produced in a simple manner without special tools. Preferably, the sintered connection (18) can be produced simultaneously with the solder joints of the electronic components.
Figure DE102017212902A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer elektronischen Baugruppe, bei dem ein Schaltungsträger mit einem elektronischen Bauelement bestückt wird und dieses Bauelement mit dem Schaltungsträger fest verbunden wird (beispielsweise durch Kleben, Löten oder Bonden). Beim Erzeugen der elektronischen Baugruppe wird außerdem eine weitere Baukomponente mit dem Schaltungsträger in einer bestimmten Positionierung fixiert und die Baukomponente anschließend durch Sintern über eine Sinterschicht fest mit dem Schaltungsträger verbunden. Außerdem betrifft die Erfindung eine elektronische Baugruppe, die einen Schaltungsträger aufweist. Auf diesem Schaltungsträger ist ein elektronisches Bauelement befestigt. Außerdem ist eine weitere Baukomponente über eine Sinterschicht an dem Schaltungsträger befestigt.The invention relates to a method for producing an electronic module, in which a circuit carrier is equipped with an electronic component and this component is firmly connected to the circuit carrier (for example, by gluing, soldering or bonding). When the electronic module is produced, a further component is additionally fixed to the circuit carrier in a specific positioning, and the component is subsequently connected firmly to the circuit carrier by sintering via a sintered layer. Moreover, the invention relates to an electronic assembly having a circuit carrier. On this circuit board, an electronic component is attached. In addition, a further structural component is attached to the circuit carrier via a sintered layer.

Eine elektronische Baugruppe sowie ein Verfahren zu deren Herstellung ist beispielsweise aus der DE 10 2014 013 036 A1 bekannt. Bei der elektronischen Baugruppe handelt es sich um ein Leistungsmodul, wobei auf der Oberseite eines Schaltungsträgers ein elektronisches Bauelement montiert ist. Mit der Unterseite ist der Schaltungsträger über eine Sinterverbindung mit einer Baukomponente in Form einer Kühlplatte verbunden. Das Sintern erfolgt dadurch, dass die Kühlplatte und die Leiterplatte beispielsweise unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur zusammengepresst werden. Hierdurch kann eine dazwischen befindliche Silberpaste verdichtet werden und eine die beiden Bauteile verbindende Sinterschicht bilden.An electronic assembly and a method for their preparation is for example from DE 10 2014 013 036 A1 known. The electronic module is a power module, wherein an electronic component is mounted on the upper side of a circuit carrier. With the underside of the circuit carrier is connected via a sintered connection with a structural component in the form of a cooling plate. The sintering takes place in that the cooling plate and the printed circuit board are pressed together, for example under increased pressure and elevated temperature. In this way, a silver paste located therebetween can be compressed and form a sintered layer connecting the two components.

Die Verwendung von Silbersintermaterialien als Kontaktmaterial ist aufgrund der hohen thermischen Leitfähigkeit von Silber üblich. Zur Erzeugung einer großflächigen Sinterverbindung, wie diese beispielsweise zwischen einem Schaltungsträger und einer Kühlplatte erforderlich ist, werden allerdings erhöhte Anforderungen an die Prozessführung (Temperatur, Zeit und Druck) gestellt, damit sich eine fehlerfreie Sinterverbindung ausbildet. Diese ist für eine gute Wärmeleitung Voraussetzung, da Fehler in der Sinterschicht, wie beispielsweise Lufteinschlüsse, die thermische Leitfähigkeit verringern würden.The use of silver sintered materials as contact material is common because of the high thermal conductivity of silver. To produce a large-area sintered connection, as required, for example, between a circuit carrier and a cooling plate, however, increased demands are placed on the process control (temperature, time and pressure), so that an error-free sintered connection is formed. This is a prerequisite for good heat conduction, as defects in the sintered layer, such as air pockets, would reduce the thermal conductivity.

Sinterverbindungen werden daher häufig unter Anwendung angepasster Spezialwerkzeuge erzeugt, die es ermöglichen, die zu sinternden Bauteile in eine Sinterpresse einzulegen. Die Herstellung solcher Sinterwerkzeuge lohnt sich allerdings nur bei großen Stückzahlen, die in der Elektronikmontage nicht immer zu finden sind.Sintered connections are therefore often produced using adapted special tools, which make it possible to insert the components to be sintered in a sintering press. However, the production of such sintering tools only pays off in the case of large quantities that are not always to be found in electronics assembly.

Um die Belastbarkeit und Zuverlässigkeit von Leistungsmodulen zu steigern, werden zunehmend Halbleiterbausteine als elektronische Bauelemente eingesetzt. Diese Chips werden ohne Gehäuse direkt mit dem Schaltungsträger verbunden, was insbesondere eine Ableitung von Verlustwärme vereinfacht. Diese kann allerdings nur dann zuverlässig erfolgen, wenn die thermische Anbindung zwischen Halbleiterbaustein und Schaltungsträger sowie zwischen Schaltungsträger und Kühlkörper eine hohe Qualität aufweisen. Der Halbleiterbaustein kann dabei beispielsweise durch eine Sinterverbindung mit dem Schaltungsträger verbunden werden.In order to increase the load capacity and reliability of power modules, semiconductor devices are increasingly used as electronic components. These chips are connected without housing directly to the circuit board, which in particular simplifies a dissipation of heat loss. However, this can only be done reliably if the thermal connection between the semiconductor component and the circuit carrier and between the circuit carrier and the heat sink have a high quality. The semiconductor device can be connected, for example, by a sintered connection to the circuit carrier.

Die Aufgabe besteht daher darin, ein Verfahren zum Erzeugen einer elektronischen Baugruppe mit Sinterverbindung anzugeben, welches einfach in der Durchführung ist und mit dem sich qualitativ hochwertige Sinterverbindungen erzeugen lassen. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, eine elektronische Baugruppe mit einer Sinterverbindung anzugeben, die sich einfach herstellen lässt und eine hohe Qualität aufweist.The object is therefore to provide a method for producing an electronic assembly with sintered connection, which is easy to carry out and with which can produce high-quality sintered connections. Moreover, it is an object of the invention to provide an electronic assembly with a sintered connection, which can be easily manufactured and has a high quality.

Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an den Schaltungsträger und die Baukomponente eine Haltevorrichtung angebracht wird, mit der der Schaltungsträger und die Baukomponente in der Positionierung gehalten werden, wobei die Haltevorrichtung lokal an mindestens zwei voneinander getrennten und beabstandeten Stellen der Baukomponente einen Anpressdruck zwischen der Baukomponente und dem Schaltungsträger erzeugt. Danach wird die elektronische Baugruppe zum Sintern einer erhöhten Temperatur ausgesetzt. Die erfindungsgemäße Haltevorrichtung kann vorteilhaft sehr kompakt und einfach ausgeführt werden, da diese an zwei Stellen der Baukomponente angreift und so insgesamt eine symmetrische Krafteinleitung in die Baukomponente möglich ist. Dadurch, dass die Haltevorrichtung kompakt ausgeführt werden kann, kann diese während des Verfahrens zum Erzeugen der elektronischen Baugruppe vormontiert werden und die so mit einer Vorspannung versehene Sinterverbindung während des Herstellungsverfahrens zu einem für die Herstellung günstigen Zeitpunkt durchgeführt werden. Insbesondere ist es nicht erforderlich, eine Sinterpresse mit einer aufwendig auf die zu sinternden Bauteile angepassten Aufnahme zu verwenden. Stattdessen kann die Sinterverbindung beispielsweise in einem Ofen hergestellt werden, wobei sowohl ein Batch-Ofen als auch ein Reflow-Ofen in Frage kommen. Dies ermöglicht die kostengünstige Herstellung von elektronischen Baugruppen insbesondere bei kleinen geplanten Stückzahlen oder Einzelanfertigungen.This object is achieved with the method described above according to the invention in that a holding device is attached to the circuit carrier and the component, with the circuit carrier and the component are held in the positioning, wherein the holding device locally at least two separate and spaced locations of Building component generates a contact pressure between the component and the circuit substrate. Thereafter, the electronic assembly is exposed to an elevated temperature for sintering. The holding device according to the invention can advantageously be made very compact and simple, as this attacks at two points of the building component and so a total of symmetrical force introduction into the building component is possible. The fact that the holding device can be made compact, this can be pre-assembled during the process for producing the electronic assembly and the thus provided with a bias sintered connection during the manufacturing process are carried out at a convenient time for the production. In particular, it is not necessary to use a sintering press with a consuming adapted to the components to be sintered recording. Instead, the sintered compound can be produced, for example, in an oven, whereby both a batch oven and a reflow oven come into question. This allows the cost-effective production of electronic assemblies, especially for small planned quantities or custom-made.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das elektronische Bauelement durch Erzeugen einer Lötverbindung mit dem Schaltungsträger fest verbunden wird, wobei das Erzeugen der Lötverbindung gleichzeitig mit dem Sintern durchgeführt wird. Hierdurch lässt sich vorteilhaft ein Fertigungsschritt bei Erzeugen der elektronischen Baugruppe einsparen. Dies wird möglich, da die Sinterverbindung mit der kompakt ausgeführten Haltevorrichtung weiteren Fertigungsschritten unterworfen werden kann, beispielsweise mit Bauelementen bestückt werden kann. Das Löten sowie das Sintern können dann beispielsweise in einem Reflow-Ofen durchgeführt werden, wobei die Haltevorrichtung während dieser Zeit für den notwendigen Anpressdruck zur Ausbildung der Sinterverbindung sorgt.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the electronic component is firmly connected by generating a solder joint with the circuit carrier, wherein the generating of the solder joint simultaneously with the Sintering is performed. This advantageously makes it possible to save a production step when the electronic assembly is produced. This is possible because the sintered connection with the compact holding device can be subjected to further manufacturing steps, for example, can be equipped with components. The soldering and the sintering can then be carried out, for example, in a reflow oven, during which time the holding device provides the necessary contact pressure to form the sintered connection.

Das Lotmaterial und das Material der Sinterschicht werden bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens so aufeinander abgestimmt, dass sich die erforderlichen Prozessfenster für das Löten und das Sintern überschneiden. Mit anderen Worten können in dem Überschneidungsbereich dieser Prozessfenster Prozessparameter aufgefunden werden, die sich sowohl für das Ausbilden der Lötverbindung als auch für das Ausbilden der Sinterverbindung eignen.The solder material and the material of the sintered layer are matched in this embodiment of the method according to the invention to one another such that overlap the required process window for soldering and sintering. In other words, process parameters which are suitable both for forming the solder connection and for forming the sintered connection can be found in the overlapping area of these process windows.

Beispielsweise kann als Sintermaterial ein Silbersintermaterial ausgewählt werden. Silbersintermaterialien zum Drucksintern werden typischerweise bei 200-250°C innerhalb von 1-3 min, je nach Hersteller, versintert. Dazu passende Lotmaterialen sind zum Beispiel das bleifreie Lotlegierungen auf Zinn-Silber-Kupfer Basis. Peaktemperaturen beim Löten liegen hier bei ca. 245°C, wobei die Zeit oberhalb 200°C bei ca. 100s liegt. Damit ist sowohl ein Umschmelzen des Lotes als auch ein Versintern des Silbersintermaterials in ein und demselben Fertigungsschritt möglich.For example, as a sintered material, a silver sintered material can be selected. Pressure sintering sintered sintered materials are typically sintered at 200-250 ° C within 1-3 minutes, depending on the manufacturer. Suitable soldering materials include, for example, lead-free solder alloys based on tin-silver-copper. Peak temperatures during soldering are around 245 ° C, whereby the time above 200 ° C is around 100s. Thus, both a remelting of the solder and a sintering of the silver sintered material in one and the same manufacturing step is possible.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung besteht die Haltevorrichtung aus mindestens zwei Klammern, die von der Seite auf den Rand des Schaltungsträgers und der Baukomponente aufgesteckt werden und den Anpressdruck erzeugen. Vorteilhaft ist die Montage der Klammern besonders einfach möglich. Diese kann beispielsweise durch einen Bestückautomaten und damit automatisiert durchgeführt werden. Der Anpressdruck kann durch die Elastizität des Klammermaterials erzeugt werden. Die Klammern können nach erfolgter Sinterbehandlung wieder abgenommen werden und so mehrfach verwendet werden.According to another embodiment of the invention, the holding device of at least two brackets, which are plugged from the side on the edge of the circuit substrate and the structural component and generate the contact pressure. Advantageously, the mounting of the brackets is particularly easy. This can be done for example by a placement and thus automated. The contact pressure can be generated by the elasticity of the staple material. The clamps can be removed again after the sintering treatment and thus used several times.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Haltevorrichtung aus mindestens zwei Schraubverbindungen besteht, wobei der Anpressdruck durch Anziehen der Schraubverbindungen erzeugt wird. Vorteilhaft kann das Anzugsmoment für einen bestimmten Anpressdruck berechnet werden, wobei dies ein für Schraubverbindungen übliches Verfahren darstellt und daher hier nicht näher erläutert wird. Damit ist es auch möglich, den Anpressdruck unabhängig von auftretenden Toleranzen der über die Sinterverbindung zu verbindenden Bauteile aufzubauen, da das Gewinde der Schraubverbindungen gleichzeitig einen axialen Toleranzausgleich in Richtung der Schraubenachse ermöglicht. Außerdem handelt es sich bei den Bauteilen einer Schraubverbindung, also Schrauben, Muttern und Scheiben zur Verteilung der Krafteinleitung, um Standardbauteile, welche kostengünstig zu beschaffen sind. Die Schraubverbindung (ebenso eine Klammer) kann nach erfolgter Sinterbehandlung an der elektronischen Baugruppe montiert bleiben oder wieder abgenommen werden.According to another embodiment of the invention it is provided that the holding device consists of at least two screw, wherein the contact pressure is generated by tightening the screw. Advantageously, the tightening torque can be calculated for a specific contact pressure, this being a conventional method for screw connections and therefore not explained in detail here. Thus, it is also possible to build up the contact pressure regardless of tolerances occurring to be connected via the sintered connection components, since the thread of the screw simultaneously allows axial tolerance compensation in the direction of the screw axis. In addition, the components of a screw, so screws, nuts and washers for distributing the force to standard components, which are inexpensive to procure. The screw connection (as well as a clamp) can be left after the sintering treatment on the electronic assembly or removed again.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schraubverbindung durch ein Loch geführt wird, welches durch die Baukomponente und/oder durch den Schaltungsträger verläuft. Das Loch ermöglicht vorteilhaft die einfache Platzierung der Schraubverbindung an genau der Stelle der Baukomponente, wo der Anpressdruck erzeugt werden soll. Das Loch verhindert auch, dass sich die Schraubverbindung während des Anziehens verschiebt. Das Loch kann, muss aber nicht in beiden Verbindungspartnern ausgebildet sein. Das Loch kann auch ein Gewindeloch sein, in das die Schraubverbindung eingeschraubt wird.It is particularly advantageous if the screw connection is guided through a hole which runs through the structural component and / or through the circuit carrier. The hole advantageously allows easy placement of the screw at exactly the point of the component, where the contact pressure is to be generated. The hole also prevents the screw connection from shifting during tightening. The hole may but need not be formed in both connection partners. The hole can also be a threaded hole into which the screw is screwed.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schaltungsträger eine Substratplatte zur Aufnahme des Bauelements und eine Bodenplatte zur Aufnahme der Baukomponente aufweist. Die Substratplatte kann beispielsweise die Leiterbahn zur Erzeugung der elektronischen Schaltung aufweisen. Die Bodenplatte kann beispielsweise metallisch ausgebildet sein, um eine Wärmeableitung zu begünstigen. Gleichzeitig stabilisiert die Bodenplatte den Schaltungsträger, was es ermöglicht, den durch die Haltevorrichtung erzeugten Anpressdruck besser auf die gesamte Fläche der Sinterverbindung zu verteilen, da die Krafteinleitung an voneinander beabstandeten Stellen der Baukomponente erfolgt. According to a particular embodiment of the invention, it is provided that the circuit carrier has a substrate plate for receiving the component and a bottom plate for receiving the component. The substrate plate may, for example, have the conductor track for generating the electronic circuit. The bottom plate may be metallic, for example, to promote heat dissipation. At the same time, the bottom plate stabilizes the circuit carrier, which makes it possible to better distribute the contact pressure generated by the holding device on the entire surface of the sintered connection, since the force is applied at spaced locations of the structural component.

Vorzugsweise kann die Baukomponente aus einem Kühlkörper oder einem elektrischen Lastanschluss oder einem Halbleiterbaustein bestehen. Wird als Baukomponente ein Kühlkörper mit dem Schaltungsträger verbunden, so ist die Wärmeableitung in den Kühlkörper durch die qualitativ hochwertige Sinterverbindung vorteilhaft verbessert. Wird ein elektrischer Lastanschluss montiert, so profitiert dieser vorzugsweise von einer besseren elektrischen Übertragung. Der geringere Übergangswiderstand zwischen dem Lastanschluss und dem Schaltungsträger führt vorteilhaft dazu, dass weniger Verlustleistung entsteht. Wird als Baukomponente ein Halbleiterbaustein verarbeitet, so kann die Sinterverbindung aufgrund ihrer höheren Qualität zu einer verbesserten Wärmeableitung genutzt werden. Wie beim Lastanschluss führt eine verbesserte Sinterverbindung auch zu verringerten Übergangswiderständen in der Sinterverbindung, falls diese auch zur elektrischen Kontaktierung genutzt werden soll.Preferably, the component may consist of a heat sink or an electrical load terminal or a semiconductor device. If a heat sink is connected to the circuit carrier as a structural component, the heat dissipation into the heat sink is advantageously improved by the high-quality sintered connection. If an electrical load connection is mounted, it preferably benefits from a better electrical transmission. The lower contact resistance between the load connection and the circuit carrier advantageously leads to less power loss. If a semiconductor component is processed as a component, the sintered connection can be used for improved heat dissipation due to its higher quality. As with the load connection leads an improved sintered connection also to reduced contact resistance in the sintered connection, if this is to be used for electrical contact.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die Sinterschicht vor dem Fixieren von Schaltungsträger und Baukomponente auf den Schaltungsträger oder die Baukomponente aufgetragen wird. Dies vereinfacht die anschließende Montage, weil die Sinterschicht dann nicht als gesondertes Bauteil gehandhabt werden muss. Die Sinterschicht kann beispielsweise in einem Schablonendruckverfahren auf die Baukomponente oder auf den Schaltungsträger aufgetragen werden.It is also advantageous if the sintered layer is applied to the circuit carrier or the component before the fixing of circuit carrier and component. This simplifies the subsequent assembly, because the sintered layer then does not have to be handled as a separate component. The sintered layer can be applied to the component or to the circuit carrier, for example, in a stencil printing process.

Vorteilhaft ist es, wenn die Sinterschicht vor dem Fixieren von Schaltungsträger und Baukomponente in einem Ofen getrocknet wird. Hierdurch erlangt die Sinterschicht vorteilhaft bereits eine größere mechanische Stabilität. Deswegen kann der Anpressdruck, der durch die Haltevorrichtung ausgeübt wird, einen höheren Betrag aufweisen. Dies fördert die Ausbildung der Sinterverbindung durch die Sinterschicht im anschließenden Sinterprozess. Insbesondere ist es möglich, bei einem höheren Anpressdruck das Sintern bei geringeren Temperaturen durchzuführen, was insbesondere bei einer Kombination des Sinterns mit einem Löten vorteilhafterweise das Prozessfenster für das Sintern vergrößert. Auf diese Weise können vorteilhaft mehr Lotmaterialien mit mehr Sintermaterialien für einen kombinierten Montagevorgang (wie oben beschrieben) ausgewählt werden.It is advantageous if the sintered layer is dried in an oven before fixing the circuit carrier and component. As a result, the sintered layer advantageously already obtains greater mechanical stability. Therefore, the contact pressure exerted by the holding device may have a higher amount. This promotes the formation of the sintered bond through the sintered layer in the subsequent sintering process. In particular, it is possible to carry out the sintering at lower temperatures at a higher contact pressure, which advantageously increases the process window for sintering, in particular in the case of a combination of sintering with soldering. In this way, advantageously more solder materials with more sintered materials for a combined assembly process (as described above) can be selected.

Die oben angegebene Aufgabe wird außerdem durch die eingangs angegebene elektronische Baugruppe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Schaltungsträger und die Baukomponente von einer Haltevorrichtung umschlossen werden, wobei die Haltevorrichtung lokal an mindestens zwei voneinander getrennten und beabstandeten Stellen der Baukomponente einen Anpressdruck zwischen der Baukomponente und dem Schaltungsträger erzeugt. Die Haltevorrichtung ermöglicht vorteilhaft die Durchführung des oben bereits beschriebenen Verfahrens zum Erzeugen dieser elektronischen Baugruppe, wobei die Erzeugung des Anpressdrucks zwischen der Baukomponente und dem Schaltungsträger durch die Haltevorrichtung vorteilhaft zuverlässig und mit einfachen Mitteln möglich ist. Vorteilhaft kann die Klemmvorrichtung durch mindestens zwei Klammern oder mindestens zwei Schraubverbindungen ausgeführt sein. Hierbei handelt es sich um einfach ausgebildete Bauteile, die auch nach dem Montageverfahren an der elektronischen Baugruppe verbleiben können. Hierdurch wird der damit verbundene Demontageaufwand eingespart, wobei abzuwägen ist, ob dieser Vorteil gegenüber der Möglichkeit einer mehrfachen Verwendung der Klemmvorrichtung überwiegt.The above object is also achieved by the above-mentioned electronic assembly according to the invention that the circuit carrier and the component are enclosed by a holding device, wherein the holding device locally at least two separate and spaced locations of the component a contact pressure between the component and the circuit board generated. The holding device advantageously makes it possible to carry out the method already described above for producing this electronic assembly, wherein the generation of the contact pressure between the component and the circuit carrier by the holding device is advantageously possible reliably and with simple means. Advantageously, the clamping device can be designed by at least two brackets or at least two screw connections. These are simply formed components that can remain on the electronic assembly even after the assembly process. As a result, the associated disassembly effort is saved, which is to weigh whether this advantage over the possibility of multiple use of the clamping device outweighs.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben.Further details of the invention are described below with reference to the drawing. Identical or corresponding drawing elements are each provided with the same reference numerals and will only be explained several times as far as there are differences between the individual figures.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention, which are to be considered independently of one another, which each further develop the invention independently of one another and thus also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.

Es zeigen:

  • 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe von der Seite, teilweise aufgeschnitten, hergestellt nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2 bis 4 Ausschnitte von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Baugruppe gemäß 1 als Seitenansicht, bei denen alternative Haltevorrichtungen zum Einsatz kommen,
  • 5 ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baugruppe mit einem Lastanschluss als Seitenansicht, teilweise aufgeschnitten,
  • 6 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem eine Sinterschicht vorgetrocknet wird, schematisch als Seitenansicht und
  • 7 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Sinterverbindung in einem Reflow-Ofen erzeugt wird, als schematische Seitenansicht.
Show it:
  • 1 an embodiment of the electronic assembly according to the invention from the side, partially cut away, produced according to an embodiment of the method according to the invention,
  • 2 to 4 Excerpts of embodiments of the assembly according to the invention according to 1 as a side view, in which alternative holding devices are used,
  • 5 another embodiment of the assembly according to the invention with a load connection as a side view, partially cut open,
  • 6 an embodiment of the method according to the invention, in which a sintered layer is pre-dried, schematically as a side view and
  • 7 an embodiment of the method according to the invention, in which the sintered compound is produced in a reflow oven, as a schematic side view.

In 1 ist eine elektronische Baugruppe dargestellt, die auf einem Schaltungsträger montiert ist. Der Schaltungsträger besteht aus einer Substratplatte 11 und einer Bodenplatte 12, die fest miteinander verbunden sind. Auf der Substratplatte 11 befindet sich eine Kontaktschicht aus der durch Strukturieren Kontaktpads 13 für elektrische Kontakte und Kontaktflächen 14 zur Aufnahme von elektronischen Bauelementen 15 vorgesehen sind. Die elektronischen Bauelemente 15 können beispielsweise durch Bonddrähte 16 oder Kontaktstrukturen 17 mit den Kontaktpads 13 elektrisch kontaktiert werden. Die Kontaktstrukturen 17 sind durch nicht näher dargestellte Lötverbindungen mit den Kontaktpads 13 elektrisch kontaktiert.In 1 an electronic module is shown, which is mounted on a circuit carrier. The circuit carrier consists of a substrate plate 11 and a bottom plate 12 that are firmly connected. On the substrate plate 11 there is a contact layer from the structuring contact pads 13 for electrical contacts and contact surfaces 14 for receiving electronic components 15 are provided. The electronic components 15 can, for example, by bonding wires 16 or contact structures 17 with the contact pads 13 be contacted electrically. The contact structures 17 are not shown by solder joints with the contact pads 13 electrically contacted.

Über eine Sinterschicht 18 ist die Bodenplatte 12 des Schaltungsträgers mit einer Baukomponente in Form eines Kühlkörpers 19 thermisch leitend verbunden. Um vor einer Sinterbehandlung den Kühlkörper 19 und die Bodenplatte 12 zueinander zu fixieren, werden zwei Haltevorrichtungen in Form von Schraubverbindungen 20 verwendet. Die Schraubverbindungen 20 bestehen jeweils aus einer Schraube 21, die durch ein Loch 22 gesteckt ist, wobei das Loch 22 durch den Kühlkörper 19, die Sinterschicht 18 und die Bodenplatte 12 führt. Am Ende der Schraube 21 ist eine Mutter 23 vorgesehen, die einen durch das Anzugsmoment definierten Anpressdruck auf den Verband aus Bodenplatte 12, Sinterschicht 18 und Kühlkörper 19 ausübt. Dieser Anpressdruck wird über Unterlegscheiben 24 gleichmäßig um den Rand des Lochs 22 verteilt. Over a sintered layer 18 is the bottom plate 12 the circuit substrate having a structural component in the form of a heat sink 19 connected thermally conductive. To before a sintering treatment, the heat sink 19 and the bottom plate 12 to fix each other, two holding devices in the form of screw 20 used. The screw connections 20 each consist of a screw 21 passing through a hole 22 is plugged, with the hole 22 through the heat sink 19 , the sintered layer 18 and the bottom plate 12 leads. At the end of the screw 21 is a mother 23 provided that a by the tightening torque defined contact pressure on the dressing of base plate 12 , Sintered layer 18 and heat sink 19 exercises. This contact pressure is via washers 24 evenly around the edge of the hole 22 distributed.

Da der Kühlkörper 19 und die Bodenplatte 12 rechteckig ausgeführt sind, sind die Schraubverbindungen 20 an diagonal gegenüberliegenden Ecken angebracht, um durch eine symmetrische Einleitung des Anpressdrucks eine gleichmäßige Druckverteilung in der Sinterschicht 18 erzeugen zu können. Diese Wirkung wird verbessert, wenn die Bodenplatte 12 verhältnismäßig steif ausgeführt ist, beispielsweise aus einem Metall besteht. Auch der Kühlkörper ist metallisch ausgeführt, beispielsweise aus Aluminium. So ist eine gute Wärmeableitung aus der Substratplatte 11 über die Bodenplatte 12 und die Sinterschicht 18 in den Kühlkörper 19 möglich. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Schraubverbindungen verwendet werden, beispielsweise an jeder der vier Ecken der Bodenplatte. Dadurch kann vorteilhaft ein höherer Anpressdruck erzeugt werden und/oder ein Anpressdruck gleichmäßiger auf die Fläche der Sinterschicht 18 verteilt werden.Because the heat sink 19 and the bottom plate 12 are executed rectangular, are the screw 20 attached at diagonally opposite corners to a uniform pressure distribution in the sintered layer by a symmetrical introduction of the contact pressure 18 to be able to produce. This effect is improved when the bottom plate 12 is made relatively stiff, for example, consists of a metal. The heat sink is also metallic, for example made of aluminum. So is a good heat dissipation from the substrate plate 11 over the bottom plate 12 and the sintered layer 18 in the heat sink 19 possible. Of course, more than two screw can be used, for example, at each of the four corners of the bottom plate. As a result, advantageously, a higher contact pressure can be generated and / or a contact pressure can be applied more uniformly to the surface of the sintered layer 18 be distributed.

In 2 ist eine alternative Ausgestaltung der Baugruppe gemäß 1 dargestellt. Der Unterschied besteht darin, dass die Sinterschicht 18 eine geringere Fläche aufweist, als der Kühlkörper 19 und die Bodenplatte 12, so dass die Schraube 21 einen Spalt überbrückt, der durch die Dicke der Sinterschicht 18 definiert ist. Da die Sinterschicht 18 auf diese Weise eine kleinere Fläche aufweist, kann mittels der Schraubverbindung 20 ein höherer Anpressdruck erzeugt werden, wenn das Anzugsmoment im Vergleich zu 1 gleich ist.In 2 is an alternative embodiment of the assembly according to 1 shown. The difference is that the sintered layer 18 has a smaller area than the heat sink 19 and the bottom plate 12 so the screw 21 a gap bridged by the thickness of the sintered layer 18 is defined. Because the sintered layer 18 in this way has a smaller area, by means of the screw connection 20 a higher contact pressure can be generated when the tightening torque compared to 1 is equal to.

Gemäß 3 ist dargestellt, dass auch die Bodenplatte 12 derart verkleinert werden kann, dass sich das Loch 22 (gestichelt dargestellt) gemäß 1 außerhalb der Bodenplatte befindet. Die Schraube 21 der Schraubverbindung 20 wird dann nur in dem Loch 22 des Kühlkörpers 19 geführt, wobei die Unterlegscheibe 24 auf einer Seite der Schraube 21 zu einer Krafteinleitung in die Bodenplatte 12 genutzt wird. Das Loch ist gemäß 3 als Gewindeloch ausgeführt, in das die Schraube 21 direkt eingeschraubt werden kann. Daher ist keine Mutter notwendig, um die Schraubverbindung 20 gemäß 3 zu sichern.According to 3 is shown that also the bottom plate 12 can be made smaller so that the hole 22 (shown in pencil) according to 1 located outside the bottom plate. The screw 21 the screw connection 20 then only in the hole 22 of the heat sink 19 guided, with the washer 24 on one side of the screw 21 to a force in the bottom plate 12 is being used. The hole is according to 3 designed as a threaded hole, into which the screw 21 can be screwed directly. Therefore, no nut is necessary to the screw connection 20 according to 3 to secure.

Gemäß 4 ist als Haltevorrichtung eine Klammer 25 vorgesehen. Diese wird von der Seite auf den Verband, bestehend aus Bodenplatte 12, Sinterschicht 18 und Kühlkörper 19 aufgeschoben. Auf der Seite des Kühlkörpers 19 weist die Klammer eine Wange 26 auf, die unter den Kühlkörper 19 greift. Auf der Seite der Bodenplatte 12 ist an der Klammer eine Biegefeder 27 ausgebildet, die sich auf der Oberseite der Bodenplatte 12 abstützt und durch deren Verformung der Anpressdruck für die Sinterschicht 18 vorgegeben wird.According to 4 is a clip as a holding device 25 intended. This is made by the side on the bandage, consisting of bottom plate 12 , Sintered layer 18 and heat sink 19 postponed. On the side of the heat sink 19 the clamp has a cheek 26 on that under the heatsink 19 attacks. On the side of the bottom plate 12 is a bending spring on the clip 27 formed, located on the top of the bottom plate 12 supported and by the deformation of the contact pressure for the sintered layer 18 is given.

In 5 besteht der Schaltungsträger lediglich aus der Substratplatte 11. Selbstverständlich kann als nicht dargestellte Alternative auch eine Bodenplatte 12, wie in 1 dargestellt, vorgesehen werden. Auf der Substratplatte 11 ist ein Bauelement 15 mit Kontaktstrukturen 17 auf den Kontaktpads 13 vorgesehen. Weitere Bauelemente sind nicht dargestellt, können aber auch vorhanden sein, beispielsweise ein Bauelement, welches mit Bonddrähten kontaktiert ist (vgl. 1).In 5 the circuit carrier consists only of the substrate plate 11 , Of course, as an alternative, not shown, a bottom plate 12 , as in 1 shown, are provided. On the substrate plate 11 is a component 15 with contact structures 17 on the contact pads 13 intended. Other components are not shown, but may also be present, for example, a device which is contacted with bonding wires (see. 1 ).

Anders als in 1 dargestellt, sind als Baukomponenten auf Kontaktpads 13 über Sinterschichten 18 ein Halbleiterbaustein 28 und ein Lastanschluss 29 kontaktiert. Der Halbleiterbaustein 28 kann beispielsweise ein leistungselektronisches Schaltelement sein, und wird mittels der Klammer 25 gehalten (wie in 4 erklärt). Eine zweite Klammer liegt hinter der dargestellten Klammer 25 und ist daher in 5 nicht zu erkennen.Unlike in 1 are shown as building components on contact pads 13 over sintered layers 18 a semiconductor device 28 and a load connection 29 contacted. The semiconductor device 28 may for example be a power electronic switching element, and is by means of the clip 25 held (as in 4 explained). A second bracket is behind the bracket shown 25 and is therefore in 5 not recognizable.

Der Lastanschluss 29 wird über zwei Schraubverbindungen 20 auf dem Kontaktpad 13 fixiert, wobei eine der Schraubverbindungen 20 vor dem Lastanschluss 29 und die andere der Schraubverbindungen 20 hinter dem Lastanschluss angeordnet ist. Dadurch ist eine symmetrische Krafteinleitung in den Lastanschluss 29 möglich, so dass auf die Sinterschicht 18 ein gleichmäßiger Anpressdruck ausgeübt wird. Das Ende des Lastanschlusses dient zur Kontaktierung mit einer nicht dargestellten elektrischen Verkabelung.The load connection 29 is about two screw connections 20 on the contact pad 13 fixed, with one of the screw connections 20 before the load connection 29 and the other of the screw connections 20 is arranged behind the load connection. This results in a symmetrical force transmission into the load connection 29 possible, so that on the sintered layer 18 a uniform contact pressure is applied. The end of the load terminal is used for contacting with an electrical wiring, not shown.

In 6 ist dargestellt, wie eine Baukomponente in Form des Kühlkörpers 19 mit der Sinterschicht 18 versehen werden kann. Zu diesem Zweck wird eine Schablone 30 aufgelegt, in der mit einer Dosiervorrichtung 31 die Sinterschicht 18 erzeugt wird. Anschließend wird die Sinterschicht in einem Reflow-Ofen 32a getrocknet. Der Prozess läuft kontinuierlich ab, weswegen die einzelnen Fertigungsschritte in einer Figur erkennbar sind. Die Kühlkörper 19 liegen auf einem Förderband 33a und werden durch dieses durch die einzelnen Fertigungsstationen inklusive den Reflow-Ofens 32a geführt.In 6 is shown as a structural component in the form of the heat sink 19 with the sintered layer 18 can be provided. For this purpose, a template 30 hung up, in the with a dosing device 31 the sintered layer 18 is produced. Subsequently, the sintered layer is in a reflow oven 32a dried. The process is continuous, which is why the individual production steps can be seen in one figure. The heat sinks 19 lie on a conveyor belt 33a and are through this through the individual manufacturing stations including the reflow oven 32a guided.

Auch das Verfahren gemäß 7 läuft kontinuierlich ab. Der Kühlkörper 19 wird ebenfalls durch ein Förderband 33b durch die einzelnen Stationen geführt. Bei dem Kühlkörper 19 handelt es sich um einen mit einer Sinterschicht versehenen Kühlkörper, wobei die Sinterschicht, anders als in 6, einer besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist. Also, the method according to 7 runs continuously. The heat sink 19 is also by a conveyor belt 33b guided through the individual stations. At the heat sink 19 it is a heat sink provided with a sintered layer, wherein the sintered layer, unlike in 6 , For clarity's sake not shown.

In einem ersten Verfahrensschritt wird der Kühlkörper 19 mit einer Substratplatte 11 in Kontakt gebracht, wobei die Schraubverbindungen 20 angebracht werden und einen Anpressdruck zwischen dem Kühlkörper 19 und der Substratplatte 11 erzeugen.In a first process step, the heat sink 19 with a substrate plate 11 brought into contact with the screw connections 20 be attached and a contact pressure between the heat sink 19 and the substrate plate 11 produce.

In einem nächsten Fertigungsschritt wird die Substratplatte 11 mit elektronischen Bauelementen 15 bestückt. Die Kontaktierung dieser Bauelemente soll über nicht näher dargestellte Lötverbindungen erfolgen.In a next manufacturing step, the substrate plate 11 with electronic components 15 stocked. The contacting of these components should be done via solder joints not shown.

In einem nächsten Schritt wird die gesamte Baugruppe durch einen Reflow-Ofen geleitet, wobei die Sinterverbindung zwischen dem Kühlkörper 19 und der Substratplatte 11 gleichzeitig mit den nicht näher dargestellten Lötverbindungen der elektronischen Bauelemente 15 hergestellt wird. Nach Durchlaufen des Reflow-Ofens 32b werden die Schraubverbindungen 20 in nicht näher dargestellter Weise entfernt.In a next step, the entire assembly is passed through a reflow oven, with the sintered connection between the heat sink 19 and the substrate plate 11 simultaneously with the solder joints of the electronic components, not shown 15 will be produced. After passing through the reflow oven 32b become the screw connections 20 removed in a manner not shown.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102014013036 A1 [0002]DE 102014013036 A1 [0002]

Claims (12)

Verfahren zum Erzeugen einer elektronischen Baugruppe, bei dem • ein Schaltungsträger (11, 12) mit einem elektronischen Bauelement (15) bestückt wird und dieses Bauelement (15) mit dem Schaltungsträger (11, 12) fest verbunden wird, • der Schaltungsträger (11, 12) und eine Baukomponente (19, 28, 29) in einer Positionierung zueinander fixiert werden und die Baukomponente (19, 28, 29) durch Sintern über eine Sinterschicht (18) fest mit dem Schaltungsträger (11, 12) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass • an den Schaltungsträger (11, 12) und die Baukomponente (15) eine Haltervorrichtung (20, 25) angebracht wird, mit der der Schaltungsträger (11, 12) und die Baukomponente (19, 28, 29) in der Positionierung gehalten werden, wobei die Haltevorrichtung (20, 25) lokal an mindestens zwei Stellen der Baukomponente (19, 28, 29) einen Anpressdruck zwischen der Baukomponente (19, 28, 29) und dem Schaltungsträger (11, 12) erzeugt, • danach die elektronische Baugruppe zum Sintern einer erhöhten Temperatur ausgesetzt wird.Method for producing an electronic module in which • a circuit carrier (11, 12) is equipped with an electronic component (15) and this component (15) is firmly connected to the circuit carrier (11, 12), • the circuit carrier (11, 12) and a structural component (19, 28, 29) are fixed in a positioning to each other and the structural component (19, 28, 29) by sintering via a sintered layer (18) fixed to the circuit carrier (11, 12) is connected, characterized in that • a holder device (20, 25) is attached to the circuit carrier (11, 12) and the component (15) with which the circuit carrier (11, 12) and the component (19, 28, 29) are kept in the position be, wherein the holding device (20, 25) locally at at least two points of the structural component (19, 28, 29) generates a contact pressure between the structural component (19, 28, 29) and the circuit carrier (11, 12), • thereafter the electronic Assembly for Sint is exposed to an elevated temperature. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauelement (15) durch Erzeugen einer Lötverbindung mit dem Schaltungsträger (11, 12) fest verbunden wird, wobei das Erzeugen der Lötverbindung gleichzeitig mit dem Sintern durchgeführt wird.Method according to Claim 1 characterized in that the electronic component (15) is fixedly connected to the circuit carrier (11, 12) by creating a solder connection, wherein the production of the solder connection is performed simultaneously with the sintering. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung aus mindestens zwei Klammern (25) besteht, die von der Seite auf den Rand des Schaltungsträgers (11, 12) und der Baukomponente (19, 28, 29) aufgesteckt werden und den Anpressdruck erzeugen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the holding device consists of at least two clamps (25) which are plugged from the side onto the edge of the circuit carrier (11, 12) and the structural component (19, 28, 29) and the Generate contact pressure. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung aus mindestens zwei Schraubverbindungen (20) besteht, wobei der Anpressdruck durch Anziehen der Schraubverbindung (20) erzeugt wird.Method according to one of Claims 1 or 2 characterized in that the holding device consists of at least two screw connections (20), wherein the contact pressure is generated by tightening the screw connection (20). Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubverbindung durch ein Loch (22) geführt wird, welches durch die Baukomponente (19) und/oder durch den Schaltungsträger (12) führt.Method according to Claim 4 , characterized in that the screw connection is guided through a hole (22) which leads through the structural component (19) and / or through the circuit carrier (12). Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger eine Substratplatte (11) zur Aufnahme des Bauelementes (15) und eine Bodenplatte (12) zur Aufnahme der Baukomponente (19, 28, 29) aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit carrier has a substrate plate (11) for receiving the component (15) and a bottom plate (12) for receiving the structural component (19, 28, 29). Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Baukomponente aus einem Kühlkörper (19) oder einem elektrischen Lastanschluss (29) oder einem Halbleiterbaustein (28) besteht.Method according to Claim 6 , characterized in that the structural component of a heat sink (19) or an electrical load connection (29) or a semiconductor device (28). Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterschicht (18) vor dem Fixieren von Schaltungsträger (11, 12) und Baukomponente (19, 28, 29) auf den Schaltungsträger (11, 12) oder die Baukomponente (19, 28, 29) aufgetragen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sintered layer (18) prior to the fixing of circuit carrier (11, 12) and component (19, 28, 29) on the circuit carrier (11, 12) or the structural component (19, 28 , 29) is applied. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterschicht (18) vor dem Fixieren von Schaltungsträger (11, 12) und Baukomponente (19, 28, 29) in einem Ofen getrocknet wird.Method according to Claim 8 , characterized in that the sintered layer (18) is dried in an oven before the fixing of circuit carrier (11, 12) and component (19, 28, 29). Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintern in einem Ofen, insbesondere in einem Reflow-Ofen (32b) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sintering takes place in an oven, in particular in a reflow oven (32b). Elektronische Baugruppe, aufweisend einen Schaltungsträger (11, 12) auf dem ein elektronisches Bauelement (15) befestigt ist, und eine Baukomponente (19, 28, 29), die über eine Sinterschicht (18) an dem Schaltungsträger (11, 12) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (11, 12) und die Baukomponente (15) von einer Haltervorrichtung (20, 25) umschlossen werden, wobei die Haltevorrichtung (20, 25) lokal an mindestens zwei Stellen der Baukomponente (15) einen Anpressdruck zwischen der Baukomponente (15) und dem Schaltungsträger (11, 12) erzeugt.Electronic assembly comprising a circuit carrier (11, 12) on which an electronic component (15) is fixed, and a structural component (19, 28, 29) which is attached via a sintered layer (18) to the circuit carrier (11, 12) , characterized in that the circuit carrier (11, 12) and the structural component (15) by a holder device (20, 25) are enclosed, wherein the holding device (20, 25) locally at at least two points of the structural component (15) a contact pressure between the construction component (15) and the circuit carrier (11, 12) generated. Baugruppe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmvorrichtung durch mindestens zwei Klammern (25) oder mindestens zwei Schraubverbindungen (20) ausgebildet ist.Assembly after Claim 11 , characterized in that the clamping device is formed by at least two brackets (25) or at least two screw connections (20).
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