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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf elektronische Vorrichtungen mit Entlüftungsöffnungen. Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Verfahren zum Herstellen solcher elektronischer Vorrichtungen und Verfahren zum Löten solcher elektronischer Vorrichtungen an eine Leiterplatte.
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Hintergrund
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Elektronische Vorrichtungen können basierend auf verschiedenen Techniken auf Leiterplatten montiert werden. Beispielsweise kann eine elektronische Vorrichtung basierend auf einem Lötprozess an eine Leiterplatte gelötet werden. Dies kann zu zwei unerwünschten Effekten führen: Erstens können sich Lothohlräume („solder voids“) ausbilden und/oder zweitens kann aufgrund von CTE-Fehlanpassungen ein Verzug einer oder mehrerer Vorrichtungskomponenten auftreten. Hersteller elektronischer Vorrichtungen sind ständig bestrebt, ihre Produkte zu verbessern. Insbesondere kann es wünschenswert sein, elektronische Vorrichtungen mit verringerten Lothohlräumen und geringerem Verzug bereitzustellen. In diesem Zusammenhang kann es ferner wünschenswert sein, Verfahren zum Herstellen solcher elektronischer Vorrichtungen und Verfahren zum Löten solcher elektronischer Vorrichtungen an eine Leiterplatte bereitzustellen.
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Kurzdarstellung
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine elektronische Vorrichtung. Die elektronische Vorrichtung umfasst eine lötbare Oberfläche und mindestens eine Oberflächenöffnung, die in der lötbaren Oberfläche angeordnet ist. Die elektronische Vorrichtung umfasst ferner ein Verkapselungsmaterial, das mindestens eine elektronische Komponente der elektronischen Vorrichtung verkapselt, und mindestens eine Entlüftungsöffnung, die in einem Bereich der Oberflächenöffnung angeordnet ist und sich durch das Verkapselungsmaterial erstreckt.
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Löten einer elektronischen Vorrichtung an eine Leiterplatte. Das Verfahren umfasst ein Anordnen von Lotmaterial auf einer Leiterplatte. Das Verfahren umfasst ferner ein Anordnen einer elektronischen Vorrichtung gemäß dem vorhergehenden Aspekt über der Leiterplatte, wobei die mindestens eine Entlüftungsöffnung über dem Lotmaterial angeordnet ist. Das Verfahren umfasst ferner ein Durchführen einer Löthandlung, wobei die mindestens eine Entlüftungsöffnung einen Ausgasungsweg für Gase bereitstellt, die während der Löthandlung von dem Lotmaterial erzeugt werden.
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Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Vorrichtung. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer Öffnung in einer lötbaren Oberfläche der elektronischen Vorrichtung. Das Verfahren umfasst ferner ein Verkapseln mindestens einer elektronischen Komponente der elektronischen Vorrichtung in ein Verkapselungsmaterial. Das Verfahren umfasst ferner ein Ausbilden mindestens einer Entlüftungsöffnung in einem Bereich der Oberflächenöffnung, wobei sich die mindestens eine Entlüftungsöffnung durch das Verkapselungsmaterial erstreckt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die begleitenden Zeichnungen sind einbezogen, um ein weiteres Verständnis von Aspekten bereitzustellen. Die Zeichnungen veranschaulichen Aspekte und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Aspekte. Andere Aspekte und viele der beabsichtigten Vorteile von Aspekten werden leicht gewürdigt, wenn sie durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden werden. Die Elemente in den Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander. Gleiche Bezugszeichen können entsprechende ähnliche Teile bezeichnen.
- 1 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsseitenansicht einer elektronischen Vorrichtung 100 gemäß der Offenbarung.
- 2 enthält die 2A und 2B, die eine perspektivische Draufsicht bzw. eine perspektivische Unteransicht einer elektronischen Vorrichtung 200 gemäß der Offenbarung veranschaulichen.
- 3 enthält die 3A und 3B, die eine perspektivische Draufsicht bzw. eine perspektivische Unteransicht einer elektronischen Vorrichtung 300 gemäß der Offenbarung veranschaulichen.
- 4 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Löten einer elektronischen Vorrichtung an eine Leiterplatte gemäß der Offenbarung.
- 5 enthält die 5A und 5B, die Querschnittsseitenansichten beispielhafter Handlungen von Verfahren zum Löten elektronischer Vorrichtungen 500A und 500B an eine Leiterplatte gemäß der Offenbarung veranschaulichen.
- 6 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer elektronischen Vorrichtung gemäß der Offenbarung.
- 7 enthält die 7A bis 7C, die Simulationsergebnisse für Hohlraumkonzentrationen in verschiedenen Szenarien veranschaulichen.
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Detaillierte Beschreibung
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In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen zur Veranschaulichung bestimmte Aspekte dargestellt sind, in denen die Offenbarung umgesetzt werden kann. In diesem Zusammenhang kann richtungsbezogene Terminologie wie „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, usw. in Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Figuren verwendet werden. Da die Komponenten der beschriebenen Vorrichtungen in einer Reihe verschiedener Ausrichtungen positioniert werden können, dient die richtungsbezogene Terminologie der Veranschaulichung und ist in keiner Weise einschränkend. Andere Aspekte können verwendet und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Konzept der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Daher ist die folgende detaillierte Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen.
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1 veranschaulicht eine elektronische Vorrichtung 100 gemäß der Offenbarung. Die elektronische Vorrichtung 100 ist in einer allgemeinen Weise beschrieben, um Aspekte der Offenbarung qualitativ zu beschreiben. Es versteht sich, dass die elektronische Vorrichtung 100 weitere Aspekte aufweisen kann. Zum Beispiel kann die elektronische Vorrichtung 100 um jeden der Aspekte erweitert werden, die in Verbindung mit anderen detaillierteren Beispielen gemäß der Offenbarung beschrieben werden.
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Die elektronische Vorrichtung 100 kann eine lötbare Oberfläche 2 und mindestens eine in der lötbaren Oberfläche 2 angeordnete Oberflächenöffnung 4 aufweisen. Zur Veranschaulichung ist eine Mittelachse der Oberflächenöffnung 4 durch eine vertikale, punktgestrichelte Linie angedeutet. Darüber hinaus kann die elektronische Vorrichtung 100 ein Verkapselungsmaterial 6 enthalten, das mindestens eine elektronische Komponente 8 der elektronischen Vorrichtung 100 verkapselt. Mindestens eine Entlüftungsöffnung 10 kann in einem Bereich der Oberflächenöffnung 4 angeordnet sein und kann sich durch das Verkapselungsmaterial 6 erstrecken.
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Die elektronische Vorrichtung 200 der 2A und 2B kann als eine detailliertere Version der elektronischen Vorrichtung 100 der 1 angesehen werden. In dem Beispiel der 2 kann die lötbare Oberfläche 2 Teil eines Chipträgers 12 sein. Der Chipträger 12 kann nicht auf einen bestimmten Trägertyp beschränkt sein. Im Beispiel der 2 kann der Chipträger 12 einem Leiterrahmen (Leadframe) mit einem oder mehreren Diepads 14 und einem oder mehreren Anschlussleitern (Leads) (oder Pins) 16 entsprechen oder diesen enthalten. In weiteren Beispielen kann der Chipträger 12 mindestens einem von einem Laminat, einem gemeldeten Verbindungssubstrat, einem Keramiksubstrat, einem DCB (Direct Copper Bonding)-Substrat, einem AMB (Active Metal Bonding oder Active Metal Brazing)-Substrat, usw. entsprechen oder dieses enthalten. In dem nicht einschränkenden Beispiel der 2 kann der Leiterrahmen eine beispielhafte Anzahl von vier Diepads 14 und zahlreiche Anschlussleiter 16 enthalten, die bei gegenüberliegenden Seitenflächen des Verkapselungsmaterials 6 angeordnet sind. Der Leiterrahmen kann z.B. aus Metallen und/oder Metalllegierungen hergestellt sein, insbesondere mindestens einem von Kupfer, Kupferlegierungen, Nickel, Eisen-Nickel, usw. In weiteren Beispielen (nicht veranschaulicht) kann der Chipträger 12 einem Laminat und/oder einem Substrat entsprechen oder dieses enthalten. Das Laminat und/oder Substrat kann z.B. aus einem elektrisch isolierenden Material, wie z.B. einem keramischen Material, hergestellt sein, wobei lötbares Material auf der Peripherie des elektrisch isolierenden Materials aufgebracht sein kann.
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Die lötbare Oberfläche 2 kann bei einer Peripherie der elektronischen Vorrichtung 200 angeordnet sein. Im Beispiel der 2 kann die lötbare Oberfläche 2 die Unterseite der elektronischen Vorrichtung 200 ausbilden oder ihr entsprechen. In diesem Zusammenhang kann die lötbare Oberfläche 2 zum Löten der elektronischen Vorrichtung 200 an eine Leiterplatte (nicht veranschaulicht) ausgelegt sein. Im Beispiel der 2 kann die elektronische Vorrichtung 200 einer oberflächenmontierten Vorrichtung entsprechen.
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Elektronische Komponenten der elektronischen Vorrichtung 200 können über einer der lötbaren Oberfläche 2 gegenüberliegenden Oberfläche des Chipträgers 12 angeordnet sein. Insbesondere können die elektronischen Komponenten auf einem oder mehreren der Diepads 14 montiert sein. Die elektronischen Komponenten können von dem Verkapselungsmaterial 6 bedeckt sein und können somit für einen Betrachter der 2 nicht sichtbar sein. Es ist zu beachten, dass die elektronischen Komponenten nicht auf einen bestimmten Komponententyp beschränkt sein müssen. Beispielsweise können die elektronischen Komponenten einen oder mehrere Halbleiterchips (oder Halbleiter-Dies) enthalten, so dass die elektronische Vorrichtung 200 auch als Halbleitervorrichtung bezeichnet werden kann.
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Die Halbleiterchips der elektronischen Vorrichtung 200 können aus einem elementaren Halbleitermaterial (z.B. Si) und/oder aus einem Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke oder einem Verbindungshalbleitermaterial (z.B. SiC, GaN, Si-Ge, GaAs) hergestellt sein. Insbesondere kann einer oder können mehrere der Halbleiterchips Leistungshalbleiterkomponenten entsprechen und können daher als Leistungshalbleiterchips bezeichnet werden. In diesem Zusammenhang kann sich der Begriff „Leistungshalbleiterchip“ auf einen Halbleiterchip beziehen, der mindestens eine der beiden Eigenschaften Hochspannungssperre oder hohe Stromtragfähigkeit aufweist. Ein Leistungshalbleiterchip kann für hohe Ströme mit einem maximalen Stromwert von einigen Ampere, wie z.B. 10 A, oder einem maximalen Stromwert von bis zu oder über 100 A ausgelegt sein. Ähnlich können die mit solchen Stromwerten verbundenen Spannungen Werte von einigen Volt bis zu einigen zehn oder hundert Volt haben.
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Das Verkapselungsmaterial 6 kann ein Gehäuse der elektronischen Vorrichtung 200 ausbilden, so dass die elektronische Vorrichtung 200 auch als elektronisches Package oder Halbleiterpackage bezeichnet werden kann. Insbesondere kann die elektronische Vorrichtung 200 als trägerbasiertes Leistungspackage oder trägerbasiertes Leistungsmodul bezeichnet werden. Im veranschaulichten Fall können die lötbare Oberfläche 2 und eine Oberfläche des Verkapselungsmaterials 6 beispielhaft in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein. In dem nicht einschränkenden Beispiel der 2 kann die elektronische Vorrichtung 200 insbesondere einem DPAK-Package oder XDPAK-Package entsprechen.
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Das Verkapselungsmaterial 6 kann mindestens eines enthalten von einem Epoxid, einem gefüllten Epoxid, einem glasfasergefüllten Epoxid, einem Imid, einem Thermoplast, einem duroplastischen Polymer, einer Polymermischung, einem Laminat, usw. Für das Verkapseln der Komponenten der Anordnung mit dem Verkapselungsmaterial 6 können verschiedene Techniken verwendet werden, zum Beispiel mindestens eines von Formpressen (Compression Molding), Spritzgießen (Injection Molding), Pulverspritzgießen (Powder Molding), Flüssiggießen (Liquid Molding), Map Molding, Laminieren, usw. Während oder am Ende eines Moldingprozesses können Auswerferstifte angewendet werden, die zu kleinen Vertiefungen 34 auf der Oberseite des Verkapselungsmaterials 6 führen können. Die Anschlussleiter 16 können mindestens teilweise aus dem Verkapselungsmaterial 6 herausragen, so dass verkapselte elektronische Komponenten der elektronischen Vorrichtung 200 von außerhalb des Verkapselungsmaterials 6 elektrisch zugänglich sein können.
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Die eine oder die mehreren Oberflächenöffnungen 4 können den Chipträger 12 in mehrere Montageflächen unterteilen, auf denen die elektronischen Komponenten der elektronischen Vorrichtung 200 angeordnet sein können. Im Beispiel der 2 können die Oberflächenöffnungen 4 den Leiterrahmen in mehrere Diepads 14 unterteilen. In dem veranschaulichten Fall können die Oberflächenöffnungen 4 kreuzförmig sein und den Leiterrahmen in vier Diepads 14 unterteilen. Die Oberflächenöffnungen 4 können mindestens einen länglichen Oberflächenschlitz aufweisen. Im konkreten Beispiel der 2 kann die elektronische Vorrichtung 200 zwei sich im Wesentlichen in der x-Richtung erstreckende längliche Oberflächenschlitze sowie einen sich im Wesentlichen in der y-Richtung erstreckenden vergleichsweise längeren länglichen Oberflächenschlitz aufweisen.
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Die Entlüftungsöffnungen 10 der elektronischen Vorrichtung 200 können ein oder mehrere im Wesentlichen kreisförmige Entlüftungslöcher aufweisen. Ein Durchmesser der Entlüftungslöcher kann kleiner sein als etwa 50,0 mm, oder kleiner als etwa 40,0 mm, oder kleiner als etwa 30,0 mm, oder kleiner als etwa 20,0 mm, oder kleiner als etwa 10,0 mm, oder sogar kleiner als etwa 5,0 mm. Im Beispiel der 2 kann die elektronische Vorrichtung 200 eine beispielhafte Anzahl von acht Entlüftungsöffnungen 10 aufweisen. Zwei Entlüftungslöcher 10 können in Bereichen von jedem der zwei länglichen Oberflächenschlitze 4 angeordnet sein, die sich in der x-Richtung erstrecken. Darüber hinaus können vier Entlüftungslöcher 10 in einem Bereich des vergleichsweise längeren länglichen Oberflächenschlitzes 4 angeordnet sein, der sich in der y-Richtung erstreckt.
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2 zeigt beispielhafte Abstände zwischen den Entlüftungslöchern 10. Ein Abstand zwischen direkt benachbarten Entlüftungslöchern 10 kann z.B. in einem Bereich von etwa 5,0 mm bis etwa 10,0 mm liegen, z.B. etwa 7,5 mm. Außerdem kann ein Abstand zwischen den äußersten Entlüftungslöchern 10 in der y-Richtung in einem Bereich von etwa 20,0 mm bis etwa 25,0 mm liegen, z.B. 22,5 mm. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass die angegebenen Abmessungen in keiner Weise einschränkend sind. Ferner versteht es sich, dass die oben angegebenen Werte bezüglich der Anzahl der Entlüftungslöcher 10, der Positionen der Entlüftungslöcher 10 und der Abstände zwischen den Entlüftungslöchern 10 in weiteren Beispielen abweichen können.
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Die Entlüftungslöcher 10 können sich vollständig durch das Verkapselungsmaterial 6 von der lötbaren Oberfläche 2 bis zur oberen Oberfläche der elektronischen Vorrichtung 200 erstrecken. Insbesondere können sich die Entlüftungslöcher 10 ausschließlich durch das Verkapselungsmaterial 6 hindurch erstrecken, so dass interne Komponenten der elektronischen Vorrichtung 200 die Entlüftungslöcher 10 nicht kreuzen und somit nicht vom Verkapselungsmaterial 6 freiliegend sein können. Beispielsweise sollte vermieden werden, dass sich die Entlüftungslöcher 10 mit Bonddrähten kreuzen, die elektronische Komponenten, die auf verschiedenen Diepads 14 angeordnet sind, wie z.B. Halbleiterchips, elektrisch koppeln. In diesem Zusammenhang können Größe und Lage der Entlüftungslöcher 10 durch die Geometrie des Chipträgers 12 und die Lage der darauf angeordneten elektronischen Komponenten beschränkt sein.
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Die Entlüftungslöcher 10 können dazu ausgelegt sein, eine kontinuierliche Gasverbindung bereitzustellen, die sich durch die elektronische Vorrichtung 200 von der lötbaren Oberfläche 2 zu einer peripheren Oberfläche der elektronischen Vorrichtung 200 erstreckt. Das heißt, die Entlüftungslöcher 10 können mit nichts als Umgebungsluft gefüllt sein. Aufgrund eines solchen kontinuierlichen Gaskanals, der sich durch die elektronische Vorrichtung 200 erstreckt, können die Entlüftungslöcher 10 dazu ausgelegt sein, einen oder mehrere Ausgasungswege 30 bereitzustellen, wenn die elektronische Vorrichtung 200 an eine Leiterplatte gelötet wird. In der 2A sind beispielhafte Ausgasungswege 30 durch Pfeile angedeutet, die sich im Wesentlichen in der z-Richtung erstrecken. Es ist zu beachten, dass Verfahren zum Löten einer elektronischen Vorrichtung an eine Leiterplatte gemäß der Offenbarung im Folgenden beschrieben werden.
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Die elektronische Vorrichtung 300 der 3A und 3B kann einige oder alle Merkmale der elektronischen Vorrichtung 200 der 2A und 2B aufweisen. Im Gegensatz zur 2 können die Entlüftungsöffnungen 10 in der 3 eine andere Form haben. Hier können die Entlüftungsöffnungen 10 längliche Entlüftungsschlitze ausbilden, die sich im Wesentlichen parallel zu den länglichen Oberflächenschlitzen 4 erstrecken können. Im Vergleich zu den kreisförmigen Entlüftungsöffnungen 10 der 2 können die länglichen Entlüftungsschlitze 10 der 3 ein größeres Volumen aufweisen und können somit eine verbesserte Ausgasungsperformance bereitstellen. Die Entlüftungsschlitze 10 der 3 können den Entlüftungslöchern 10 der 2 mindestens in Bezug auf ihre Anordnung ähnlich sein. Auch hier ist zu beachten, dass die Anzahl und die Lage der in der 3 veranschaulichten Entlüftungsschlitze 10 beispielhaft sind und in weiteren Beispielen für elektronische Vorrichtungen gemäß der Offenbarung abweichen können.
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4 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Löten einer elektronischen Vorrichtung an eine Leiterplatte gemäß der Offenbarung. Die elektronische Vorrichtung kann beispielsweise jeder der elektronischen Vorrichtungen 100 bis 300 ähnlich sein, die im Zusammenhang mit den 1 bis 3 beschrieben sind. Das Verfahren der 4 wird in einer allgemeinen Weise beschrieben, um Aspekte der Offenbarung qualitativ zu beschreiben. Das Verfahren kann durch jeden der in Verbindung mit anderen Beispielen beschriebenen Aspekte erweitert werden.
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Bei 18 kann ein Lotmaterial auf einer Leiterplatte angeordnet werden. In einem spezifischeren Fall kann das Lotmaterial durch mindestens einen Kanal unterteilt sein. Bei 20 kann eine elektronische Vorrichtung gemäß der Offenbarung über der Leiterplatte angeordnet werden. Hierbei kann mindestens eine Entlüftungsöffnung über dem Lotmaterial angeordnet werden. In dem spezifischeren Fall kann die mindestens eine Entlüftungsöffnung über dem mindestens einen Kanal angeordnet sein, der das Lotmaterial unterteilt. Bei 22 kann eine Löthandlung durchgeführt werden. In einem Beispiel kann das Lotmaterial eine Lotpaste enthalten und die Löthandlung kann eine Reflow-Löthandlung enthalten. Während der Löthandlung kann die mindestens eine Entlüftungsöffnung einen Ausgasungsweg für von dem Lotmaterial erzeugte Gase bereitstellen.
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Die 5A und 5B veranschaulichen beispielhafte Handlungen, die in einem Verfahren zum Löten elektronischer Vorrichtungen 500A und 500B an eine Leiterplatte gemäß der Offenbarung durchgeführt werden können. Zum Beispiel können die Handlungen der 5A und 5B in dem Verfahren der 4 durchgeführt werden. Die elektronischen Vorrichtungen 500A und 500B der 5A und 5B können einige oder alle Merkmale zuvor beschriebener elektronischer Vorrichtungen gemäß der Offenbarung enthalten. Zum Beispiel kann jede der elektronischen Vorrichtungen 500A und 500B mindestens teilweise der elektronischen Vorrichtung 200 der 2 ähnlich sein.
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In einer Handlung, die der 5A vorausgeht, kann ein Lotmaterial 24 über einem oder mehreren Kontaktpads 32 einer Leiterplatte 26 angeordnet worden sein. Beispielsweise kann das Lotmaterial 24 auf der Leiterplatte 26 basierend auf einem Schablonendruckprozess aufgebracht worden sein, wobei eine Schablonendicke z.B. in einem Bereich von etwa 100 um bis etwa 150 um liegen kann, beispielsweise 130 um. Das Lotmaterial 24 kann insbesondere eine Lotpaste enthalten oder einer solchen entsprechen, die eine Mischung aus pulverförmigem Lot und einem Flussmittel enthalten kann. Aufgrund der Schablonenform kann das Lotmaterial 24 durch einen oder mehrere Kanäle 28 unterteilt sein. In einer weiteren Handlung, die der 5A vorausgeht, kann die elektronische Vorrichtung 500A an dem Lotmaterial 24 angebracht worden sein, wobei die Entlüftungsöffnung 10 über dem Kanal 28 angeordnet worden sein kann, so dass sich die Entlüftungsöffnung 10 und der Kanal 28 in der z-Richtung betrachtet mindestens teilweise überschneiden können.
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In der 5A kann eine Grundfläche der Entlüftungsöffnung 10 vollständig innerhalb einer Grundfläche der Oberflächenöffnung 4 angeordnet sein, wenn in der z-Richtung betrachtet. In weiteren Beispielen kann die Grundfläche der Entlüftungsöffnung 10 in der x-Richtung und/oder der y-Richtung erweitert sein. Eine solche Erweiterung kann zu einem vergrößerten Volumen der Entlüftungsöffnung 10 führen und kann somit eine verbesserte Ausgasungsperformance bereitstellen. In diesem Zusammenhang sollte jedoch sichergestellt werden, dass sich eine Vergrößerung der Entlüftungsöffnung 10 in der x- und/oder der y-Richtung nicht notwendigerweise zu weit über das Diepad 14 erstreckt, was zu einem Verlust wertvoller Diepad-Fläche in einem inakzeptablen Ausmaß führen kann. Wie aus der 5A ferner ersichtlich, kann das Verkapselungsmaterial 6 mindestens teilweise in der Oberflächenöffnung 4 des Diepads 14 angeordnet sein. Insbesondere kann das Verkapselungsmaterial 6 mindestens teilweise zwischen der lötbaren Oberfläche 2 und der Entlüftungsöffnung 10 angeordnet sein.
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In der 5A kann eine Löthandlung auf die Anordnung angewendet werden, insbesondere eine Reflow-Löthandlung. Hierbei kann die Lotpaste 24 in einen geschmolzenen Zustand aufschmelzen, wodurch dauerhafte Lotverbindungen entstehen, welche die Diepads 14 an die Kontaktpads 32 der Leiterplatte 26 elektrisch verbinden. Während der (Reflow-)Löthandlung können Gase von dem Lotmaterial 24 erzeugt werden. Die Gase können über den Kanal 28 und die Entlüftungsöffnung 10 in die Umgebung entweichen. In der 5A sind beispielhafte Ausgasungswege 30 für die Gase durch Pfeile angedeutet, die sich von dem Lotmaterial 24 zu der Entlüftungsöffnung 10 erstrecken.
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Die beispielhafte Handlung der 5B kann der Handlung der 5A mindestens teilweise ähnlich sein, so dass im Zusammenhang mit der 5A gemachte Ausführungen auch für das Beispiel der 5B gelten können. Im Gegensatz zur 5A muss das Lotmaterial 24 in der 5B (oder mindestens der dargestellte Abschnitt davon) nicht notwendigerweise Kanäle enthalten, die unter der Entlüftungsöffnung 10 angeordnet sind. Das heißt, das Lotmaterial 24 muss nicht notwendigerweise eine bestimmte Strukturierung aufweisen, wie sie z.B. durch einen selektiven Schablonendruckprozess bereitgestellt wird. Vielmehr kann das Lotmaterial 24 gleichmäßig aufgetragen werden und kann sich kontinuierlich unter der Entlüftungsöffnung 10 erstrecken. Ähnlich wie in der 5A können während einer Löthandlung entstehende Gase über die Entlüftungsöffnung 10 in die Umgebung entweichen.
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6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer elektronischen Vorrichtung gemäß der Offenbarung. Das Verfahren ist in einer allgemeinen Weise beschrieben, um Aspekte der Offenbarung qualitativ zu beschreiben. Das Verfahren kann um jeden der Aspekte erweitert werden, die in Verbindung mit anderen Beispielen gemäß der Offenbarung beschrieben werden. Beispielsweise kann das Verfahren für das Herstellen einer der in Verbindung mit den 1 bis 3 beschriebenen elektronischen Vorrichtungen 100 bis 300 verwendet werden.
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Bei 38 kann eine Öffnung in einer lötbaren Oberfläche der elektronischen Vorrichtung bereitgestellt werden. Bei 40 kann mindestens eine elektronische Komponente der elektronischen Vorrichtung in ein Verkapselungsmaterial verkapselt werden. Bei 42 kann mindestens eine Entlüftungsöffnung in einem Bereich der Oberflächenöffnung ausgebildet werden, wobei sich die mindestens eine Entlüftungsöffnung durch das Verkapselungsmaterial erstreckt.
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7 enthält die 7A bis 7C, die Simulationsergebnisse für Hohlraumkonzentrationen in verschiedenen Szenarien veranschaulichen. Die 7A bis 7C zeigen Unteransichten elektronischer Vorrichtungen 700A bis 700C, die an eine Leiterplatte (nicht veranschaulicht) gelötet sind. Während eines Lötprozesses können sich in dem Lotmaterial 24 mehrere Lothohlräume 36 ausgebildet haben. In diesem Zusammenhang kann ein Gesamthohlraumverhältnis als ein Verhältnis des Volumens aller Hohlräume in dem Lotmaterial 24 und dem Gesamtvolumen des Lotmaterials 24 spezifiziert werden. Darüber hinaus kann ein maximales Einzelhohlraumverhältnis als ein Verhältnis des Volumens des größten Hohlraums in dem Lotmaterial 24 und des Gesamtvolumens des Lotmaterials 24 spezifiziert werden.
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Die elektronische Vorrichtung 700A der 7A enthält keine Oberflächenöffnungen und Entlüftungsöffnungen, wie im Zusammenhang mit elektronischen Vorrichtungen gemäß der Offenbarung beschrieben. Das heißt, dass im Wesentlichen die gesamte Unterseite des Chipträgers der elektronischen Vorrichtung 700A geschlossen sein kann. Wie aus der 7A ersichtlich, kann über der Mitte der Unterseite der elektronischen Vorrichtung 700A ein großer Lothohlraum 36 mit einem maximalen Volumen unter der Vielzahl von Lothohlräumen 36 ausgebildet worden sein. Ein solcher großer Lothohlraum 36 kann insbesondere durch einen auftretenden Verzug der elektronischen Vorrichtung 700A entstehen. In dem Szenario der 7A können durchgeführte Simulationen Hohlraumkonzentrationswerte von etwa 0,12 (oder etwa 12 %) für das maximale Einzelhohlraumverhältnis und etwa 0,42 (oder etwa 42 %) für das Gesamthohlraumverhältnis bereitstellen.
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Die elektronische Vorrichtung 700B der 7B kann z.B. der elektronischen Vorrichtung 200 der 2 ähnlich sein. Das heißt, die elektronische Vorrichtung 700B kann Oberflächenöffnungen 4 und im Wesentlichen kreisförmige Entlüftungslöcher 10 aufweisen. Wie aus der 7B ersichtlich ist, kann der große zentrale Lothohlraum der 7A vermieden werden. In dem Szenario der 7B können durchgeführte Simulationen Hohlraumkonzentrationswerte von etwa 0,042 (oder etwa 4,2 %) für das maximale Einzelhohlraumverhältnis und etwa 0,17 (oder etwa 17 %) für das Gesamthohlraumverhältnis bereitstellen. Ein Vergleich zwischen diesen Werten und den Simulationsergebnissen der 7A zeigt, dass eine Verwendung von Entlüftungslöchern 10 eine Ausgasungsperformance erhöhen kann, wodurch beide Hohlraumkonzentrationswerte verringert werden. In diesem Zusammenhang kann die Integration der Entlüftungslöcher 10 helfen, den Verzug der elektronischen Vorrichtung (oder dem Package) zu verringern, so dass weniger Package-Verspannungen auftreten können. Aufgrund des verringerten Verzugs kann die Bondliniendicke gleichmäßiger werden.
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Die elektronische Vorrichtung 700C der 7C kann z.B. der elektronischen Vorrichtung 300 der 3 ähnlich sein. Das heißt, die elektronische Vorrichtung 700C kann Oberflächenöffnungen 4 und längliche Entlüftungsschlitze 10 aufweisen. Ähnlich wie in der 7B kann ein großer zentraler Lothohlraum vermieden werden. In dem Szenario der 7C können durchgeführte Simulationen beispielhafte Hohlraumkonzentrationswerte von etwa 0,04 (oder etwa 4,0 %) für das maximale Einzelhohlraumverhältnis und etwa 0,141 (oder etwa 14,1 %) für das Gesamthohlraumverhältnis bereitstellen. Ein Vergleich dieser Werte mit den Ergebnissen der 7B zeigt, dass Entlüftungsschlitze einen zusätzlichen Nutzen gegenüber im Wesentlichen kreisförmigen Entlüftungslöchern bereitstellen können.
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Beispiele
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Im Folgenden werden elektronische Vorrichtungen, Verfahren zum Löten einer elektronischen Vorrichtung an eine Leiterplatte sowie Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Vorrichtung anhand von Beispielen erläutert.
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Beispiel 1 ist eine elektronische Vorrichtung, umfassend: eine lötbare Oberfläche; mindestens eine in der lötbaren Oberfläche angeordnete Oberflächenöffnung; ein Verkapselungsmaterial, das mindestens eine elektronische Komponente der elektronischen Vorrichtung verkapselt; und mindestens eine Entlüftungsöffnung, die in einem Bereich der Oberflächenöffnung angeordnet ist und sich durch das Verkapselungsmaterial erstreckt.
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Beispiel 2 ist eine elektronische Vorrichtung gemäß Beispiel 1, wobei die lötbare Oberfläche Teil eines Chipträgers ist und die mindestens eine elektronische Komponente über einer Oberfläche des Chipträgers angeordnet ist, die der lötbaren Oberfläche gegenüberliegt.
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Beispiel 3 ist eine elektronische Vorrichtung gemäß Beispiel 1 oder 2, wobei die lötbare Oberfläche bei einer Peripherie der elektronischen Vorrichtung angeordnet ist.
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Beispiel 4 ist eine elektronische Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die lötbare Oberfläche zum Löten der elektronischen Vorrichtung an eine Leiterplatte ausgelegt ist.
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Beispiel 5 ist eine elektronische Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die Entlüftungsöffnung eine kontinuierliche Gasverbindung durch die elektronische Vorrichtung von der lötbaren Oberfläche zu einer peripheren Oberfläche der elektronischen Vorrichtung bereitstellt.
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Beispiel 6 ist eine elektronische Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die mindestens eine Entlüftungsöffnung dazu ausgelegt ist, einen Ausgasungsweg bereitzustellen, wenn die elektronische Vorrichtung an eine Leiterplatte gelötet wird.
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Beispiel 7 ist eine elektronische Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die mindestens eine Oberflächenöffnung mindestens einen länglichen Oberflächenschlitz umfasst.
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Beispiel 8 ist eine elektronische Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 2 bis 7, wobei die mindestens eine Oberflächenöffnung den Chipträger in mehrere Montageflächen unterteilt und die mindestens eine elektronische Komponente auf einer oder mehreren der mehreren Montageflächen angeordnet ist.
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Beispiel 9 ist eine elektronische Vorrichtung gemäß einem der Beispiele 2 bis 8, wobei der Chipträger einen Leiterrahmen umfasst und die mindestens eine Oberflächenöffnung den Leiterrahmen in mehrere Diepads unterteilt.
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Beispiel 10 ist eine elektronische Vorrichtung gemäß Beispiel 9, wobei die mindestens eine Oberflächenöffnung kreuzförmig ist und den Leiterrahmen in vier Diepads unterteilt.
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Beispiel 11 ist eine elektronische Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die mindestens eine Entlüftungsöffnung mindestens einen länglichen Entlüftungsschlitz umfasst.
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Beispiel 12 ist eine elektronische Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die mindestens eine Entlüftungsöffnung mindestens ein im Wesentlichen kreisförmiges Entlüftungsloch umfasst.
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Beispiel 13 ist eine elektronische Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei in einer Draufsicht der lötbaren Oberfläche eine Grundfläche der mindestens einen Entlüftungsöffnung vollständig innerhalb einer Grundfläche der mindestens einen Oberflächenöffnung angeordnet ist.
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Beispiel 14 ist eine elektronische Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei das Verkapselungsmaterial mindestens teilweise in der mindestens einen Oberflächenöffnung angeordnet ist.
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Beispiel 15 ist eine elektronische Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei das Verkapselungsmaterial mindestens teilweise zwischen der lötbaren Oberfläche und der mindestens einen Entlüftungsöffnung angeordnet ist.
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Beispiel 16 ist eine elektronische Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei sich die mindestens eine Entlüftungsöffnung ausschließlich durch das Verkapselungsmaterial erstreckt.
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Beispiel 17 ist eine elektronische Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die lötbare Oberfläche und eine Oberfläche des Verkapselungsmaterials in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
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Beispiel 18 ist eine elektronische Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die elektronische Vorrichtung eine oberflächenmontierte Vorrichtung ist.
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Beispiel 19 ist ein Verfahren zum Löten einer elektronischen Vorrichtung an eine Leiterplatte, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen von Lotmaterial auf einer Leiterplatte; Anordnen einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Beispiele über der Leiterplatte, wobei die mindestens eine Entlüftungsöffnung über dem Lotmaterial angeordnet ist; und Durchführen einer Löthandlung, wobei die mindestens eine Entlüftungsöffnung einen Ausgasungsweg für Gase bereitstellt, die während der Löthandlung von dem Lotmaterial erzeugt werden.
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Beispiel 20 ist ein Verfahren gemäß Beispiel 19, wobei: das Lotmaterial durch mindestens einen Kanal unterteilt ist, und die mindestens eine Entlüftungsöffnung über dem mindestens einen Kanal angeordnet ist.
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Beispiel 21 ist ein Verfahren gemäß Beispiel 19 oder 20, wobei das Lotmaterial eine Lotpaste umfasst und die Löthandlung eine Reflow-Löthandlung umfasst.
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Beispiel 22 ist ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Vorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Öffnung in einer lötbaren Oberfläche der elektronischen Vorrichtung; Verkapseln mindestens einer elektronischen Komponente der elektronischen Vorrichtung in einem Verkapselungsmaterial; und Ausbilden mindestens einer Entlüftungsöffnung in einem Bereich der Oberflächenöffnung, wobei sich die mindestens eine Entlüftungsöffnung durch das Verkapselungsmaterial erstreckt.
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Wie in dieser Beschreibung verwendet, bedeuten die Begriffe „verbunden“, „gekoppelt“, „elektrisch verbunden“, und/oder „elektrisch gekoppelt“ nicht unbedingt, dass Elemente direkt miteinander verbunden oder gekoppelt sein müssen. Zwischen den „verbundenen“, „gekoppelten“, „elektrisch verbundenen“, oder „elektrisch gekoppelten“ Elementen können Zwischenelemente bereitgestellt sein.
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Ferner kann das Wort „über“, das in Bezug auf z.B. eine Materialschicht verwendet wird, die „über“ einer Fläche eines Objekts ausgebildet oder angeordnet ist, hierin verwendet werden, um zu bedeuten, dass die Materialschicht „direkt auf“, z.B. in direktem Kontakt mit der implizierten Fläche, angeordnet sein kann (z.B. ausgebildet, abgeschieden, usw.). Das Wort „über“, das in Bezug auf z.B. eine Materialschicht verwendet wird, die ausgebildet oder „über“ einer Fläche angeordnet ist, kann hierin auch verwendet werden, um zu bedeuten, dass die Materialschicht „indirekt“ auf der implizierten Fläche angeordnet sein kann (z.B. ausgebildet, abgeschieden, usw.), wobei z.B. eine oder mehrere zusätzliche Schichten zwischen der implizierten Fläche und der Materialschicht angeordnet sind.
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Soweit die Begriffe „haben“, „enthalten“, „aufweisen“, „mit“, oder Varianten davon entweder in der detaillierten Beschreibung oder in den Ansprüchen verwendet werden, sollen diese Begriffe in ähnlicher Weise wie der Begriff „umfassen“ einschließend sein. Das heißt, wie hierin verwendet, sind die Begriffe „haben“, „enthalten“, „aufweisen“, „mit“, „umfassen“ und dergleichen offene Begriffe, die das Vorhandensein angegebener Elemente oder Merkmale anzeigen, aber zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht ausschließen. Die Artikel „ein“, „eine“ und „der/die/das“ sollen sowohl den Plural als auch den Singular beinhalten, sofern der Zusammenhang nichts anderes bestimmt.
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Darüber hinaus wird hierin das Wort „beispielhaft“ verwendet, um als Beispiel, Instanz, oder Veranschaulichung zu dienen. Jeder Aspekt oder jedes Design, das hierin als „beispielhaft“ beschrieben wird, ist nicht unbedingt als vorteilhaft gegenüber anderen Aspekten oder Designs auszulegen. Vielmehr soll die Verwendung des Wortes beispielhaft dazu dienen, Konzepte konkret darzustellen. Wie in dieser Anmeldung verwendet, soll der Begriff „oder“ ein inklusives „oder“ und nicht ein exklusives „oder“ bedeuten. Das heißt, wenn nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang klar, soll „X verwendet A oder B“ eine der natürlichen inklusiven Permutationen bedeuten. Das heißt, wenn X A verwendet; X B verwendet; oder X sowohl A als auch B verwendet, dann ist „X verwendet A oder B“ unter einem der vorgenannten Fälle erfüllt. Darüber hinaus können die Artikel „ein“ und „eine“, wie sie in dieser Anmeldung und den beigefügten Ansprüchen verwendet werden im Allgemeinen so ausgelegt werden, dass sie „einen oder mehrere“ bedeuten, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang klar, um auf eine einzelne Form gerichtet zu werden. Außerdem bedeutet mindestens eines von A und B oder dergleichen im Allgemeinen A oder B oder sowohl A als auch B.
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Vorrichtungen und Verfahren zum Herstellen von Vorrichtungen werden hierin beschrieben. Kommentare, die im Zusammenhang mit einer beschriebenen Vorrichtung gemacht werden, können auch für ein entsprechendes Verfahren gelten und umgekehrt. Wenn beispielsweise eine bestimmte Komponente einer Vorrichtung beschrieben wird, kann ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen der Vorrichtung eine Handlung des Bereitstellens der Komponente in einer geeigneten Weise beinhalten, auch wenn diese Handlung nicht ausdrücklich beschrieben oder in den Figuren veranschaulicht ist.
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Obwohl die Offenbarung in Bezug auf eine oder mehrere Implementierungen gezeigt und beschrieben wurde, werden anderen Fachleuten gleichwertige Änderungen und Modifikationen einfallen, basierend mindestens teilweise auf dem Lesen und Verstehen dieser Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen. Die Offenbarung enthält alle derartigen Änderungen und Ergänzungen und ist nur durch das Konzept der folgenden Ansprüche beschränkt. Insbesondere in Bezug auf die verschiedenen Funktionen der oben beschriebenen Komponenten (z.B. Elemente, Ressourcen, usw.) sollen die zur Beschreibung dieser Komponenten verwendeten Begriffe, sofern nicht anders angegeben, einer Komponente entsprechen, welche die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente erfüllt (z.B. funktional äquivalent), auch wenn sie strukturell nicht der offenbarten Struktur entspricht, welche die Funktion in den hierin dargestellten beispielhaften Implementierungen der Offenbarung durchführt. Darüber hinaus kann ein bestimmtes Merkmal der Offenbarung zwar nur in Bezug auf eine von mehreren Implementierungen offenbart worden sein, aber dieses Merkmal kann mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie es für eine bestimmte oder besondere Anwendung gewünscht und vorteilhaft ist.