DE102022201855A1 - LGA assembly and circuit arrangement with an LGA assembly - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine LGA-Baugruppe (10; 10a), mit einem der Kontaktierung eines Schaltungsträgers (12) dienenden, als flachem Bauteil ausgebildeten Basiselement (20; 20a), insbesondere in Form eines Interposerelements (22; 22a), mit einer vorzugsweise rechteckförmigen Grundfläche, wobei an wenigstens zwei gegenüberliegend angeordneten Randbereichen des Basiselements (20; 20a) jeweils wenigstens ein Einpresspin (28) angeordnet ist.The invention relates to an LGA assembly (10; 10a), with a base element (20; 20a) designed as a flat component that serves to contact a circuit carrier (12), in particular in the form of an interposer element (22; 22a), with a preferably rectangular Base area, at least one press-in pin (28) being arranged on at least two oppositely arranged edge regions of the base element (20; 20a).
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die Erfindung betrifft eine LGA (Land Grid Array) - Baugruppe, die eine besonders sichere und mechanisch vorteilhafte Verbindung mit einem Schaltungsträger ermöglicht. Ferner betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung mit einer erfindungsgemäßen LGA-Baugruppe.The invention relates to an LGA (Land Grid Array) assembly that enables a particularly secure and mechanically advantageous connection to a circuit carrier. Furthermore, the invention relates to a circuit arrangement with an LGA assembly according to the invention.
Stand der TechnikState of the art
LGA-Baugruppen sind aus dem Stand der Technik in vielfältiger Art und Weise bekannt (
Alternativ ist es auch bekannt, die LGA-Baugruppe mittels Lötverbindungen mit dem Schaltungsträger zu verbinden. Die Zuverlässigkeit der einzelnen Lötverbindungen ist jedoch mit Blick auf die Vielzahl der Lötverbindungen, insbesondere bei großen LGA-Baugruppen und Temperaturwechseln, als kritisch zu betrachten.Alternatively, it is also known to connect the LGA assembly to the circuit carrier by means of soldered connections. However, the reliability of the individual soldered connections must be regarded as critical in view of the large number of soldered connections, especially with large LGA assemblies and temperature changes.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Die erfindungsgemäße LGA-Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sie eine besonders zuverlässige bzw. sichere Verbindung der LGA-Baugruppe mit dem Schaltungsträger, auch bei Temperaturwechseln und/oder hohen mechanischen Beanspruchungen, z.B. infolge von Vibrationen, ermöglicht.The LGA assembly according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that it enables a particularly reliable and secure connection of the LGA assembly to the circuit carrier, even with temperature changes and/or high mechanical stresses, e.g. as a result of vibrations.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die LGA-Baugruppe mit Einpresspins auszustatten, welche in Einpressöffnungen des Schaltungsträgers einpressbar sind. Eine derartige Lösung ermöglicht einerseits die Übertragung von relativ hohen Anpressdrücken der LGA-Baugruppe in Richtung zum Schaltungsträger, und andererseits eine Aufnahme von Thermospannungen der LGA-Baugruppe bei Temperaturwechseln. Weiterhin weist die erfindungsgemäße LGA-Baugruppe den Vorteil auf, dass die Baugröße einer Schaltungsanordnung mit einer erfindungsgemäßen LGA-Baugruppe gegenüber einer Lösung, welche einen Spannrahmen aufweist, bei hoher Zuverlässigkeit verringert ist.The invention is based on the idea of equipping the LGA assembly with press-in pins which can be pressed into press-in openings in the circuit carrier. Such a solution enables, on the one hand, the transmission of relatively high contact pressures of the LGA assembly in the direction of the circuit carrier and, on the other hand, absorption of thermal stresses in the LGA assembly in the event of temperature changes. Furthermore, the LGA assembly according to the invention has the advantage that the structural size of a circuit arrangement with an LGA assembly according to the invention is reduced in comparison with a solution which has a clamping frame, with high reliability.
Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen ist es daher bei einer erfindungsgemäßen LGA-Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen, dass diese ein der Kontaktierung eines Schaltungsträgers dienendes, als flaches Bauteil ausgebildetes Basiselement, insbesondere in Form eines Interposerelements, mit einer vorzugsweise rechteckförmigen Grundfläche aufweist, wobei an wenigstens zwei gegenüberliegend angeordneten Randbereichen des Basiselements jeweils wenigstens ein Einpresspin angeordnet ist, der vorzugsweise senkrecht von der Ebene des Basiselements abragt, und der dazu ausgebildet ist, mit einer Einpressöffnung des Schaltungsträgers eine Pressverbindung auszubilden.Against the background of the above explanations, it is therefore provided in an LGA assembly according to the invention with the features of claim 1 that it has a base element which serves to contact a circuit carrier and is designed as a flat component, in particular in the form of an interposer element, with a preferably rectangular base area At least one press-in pin is arranged on at least two oppositely arranged edge regions of the base element, which press-in pin preferably protrudes perpendicularly from the plane of the base element, and which is designed to form a press-fit connection with a press-in opening of the circuit carrier.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen LGA-Baugruppe sind in den Unteransprüchen angeführt.Advantageous developments of the LGA assembly according to the invention are specified in the dependent claims.
Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die wenigstens zwei Einpresspins an Eckbereichen des Basiselements angeordnet sind. Insbesondere ist es dabei vorgesehen, dass zumindest vier Einpresspins vorgesehen sind, die bei einer rechteckförmigen Grundfläche des Basiselements in den jeweiligen Eckbereichen angeordnet sind. Dadurch wird eine homogene Kraftbeanspruchung bzw. Krafteinleitung in Richtung des Schaltungsträgers ermöglicht und eine Deformation bzw. Verformung der LGA-Baugruppe bei einer mechanischen Belastung verringert.It is very particularly preferred if the at least two press-in pins are arranged in corner regions of the base element. In particular, it is provided that at least four press-in pins are provided, which are arranged in the respective corner regions in the case of a rectangular base area of the base element. This enables a homogeneous application of force or application of force in the direction of the circuit carrier and reduces deformation or deformation of the LGA assembly under mechanical stress.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Möglichkeit, dass wenigstens ein Einpresspin neben seiner Funktionalität zur Ausbildung einer mechanischen Verbindung der LGA-Baugruppe mit dem Schaltungsträger zusätzlich eine elektrische Funktionalität aufweist. Insbesondere ist es daher vorgesehen, dass der Einpresspin dazu ausgebildet ist, eine Signalübertragung oder eine Stromversorgung zwischen einem mit dem Basiselement zumindest mittelbar verbundenen Bauelement und dem Schaltungsträger auszubilden. Im Falle einer Stromversorgung der LGA-Baugruppe durch den Einpresspin ist es erwähnenswert, dass es infolge der relativ großen Kontaktfläche zwischen dem Einpresspin und der LGA-Baugruppe sowie zwischen dem Einpresspin und dem Schaltungsträger ermöglicht wird, gegenüber einer Lösung, bei der die Stromversorgung über die LGA-Pads erfolgt, bedeutend höhere Ströme bzw. elektrische Leistungen zu übertragen.A further aspect of the invention relates to the possibility that at least one press-in pin also has an electrical functionality in addition to its functionality for forming a mechanical connection between the LGA assembly and the circuit carrier. In particular, it is therefore provided that the press-in pin is designed to form a signal transmission or a power supply between a component connected at least indirectly to the base element and the circuit carrier. In the case of powering the LGA assembly through the press-in pin, it is worth mentioning that it is possible due to the relatively large contact area between the press-in pin and the LGA assembly and between the press-in pin and the circuit carrier, compared to a solution in which the Power is supplied via the LGA pads to transmit significantly higher currents or electrical power.
In einer bevorzugten Weiterbildung einer derartigen Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass der Einpresspin mittels eines Verbindungselements, insbesondere mittels eines Bonddrahts, mit dem Bauelement gekoppelt ist.In a preferred development of such a configuration, it is provided that the press-in pin is coupled to the component by means of a connecting element, in particular by means of a bonding wire.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Einpresspin zumindest mittelbar zur Ausbildung eines definierten Abstands, insbesondere eines Lötspalts, zwischen dem Basiselement und dem Schaltungsträger ausbildet ist. Dies dient der Qualitätssteigerung der Lötverbindungen bzw. der Gewährleistung der Zuverlässigkeit. In diesem Fall bildet der Einpresspin sozusagen eine Montagehilfe beim Einpressen bzw. Fügen der LGA-Baugruppe mit dem Schaltungsträger aus. Es genügt somit, die LGA-Baugruppe auf Anschlag mit dem Schaltungsträger zu verbinden, eine Überwachung einer Einpresstiefe bzw. eines Einpresswegs des Einpresspins ist demgegenüber nicht erforderlich.A further preferred embodiment of the invention provides that the press-in pin is designed at least indirectly to form a defined distance, in particular a soldering gap, between the base element and the circuit carrier. This serves to increase the quality of the soldered connections and to ensure reliability. In this case, the press-in pin forms, so to speak, an assembly aid when the LGA assembly is pressed in or joined to the circuit carrier. It is therefore sufficient to connect the LGA assembly to the circuit carrier until it stops, but monitoring of a press-in depth or a press-in path of the press-in pin is not necessary.
Zur besseren Übertragung der Einpresskräfte von der LGA-Baugruppe in das Bauelement bzw. in die LGA-Baugruppe kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass der Einpresspin bzw. die Einpresspins an den dem Schaltungsträger abgewandten Endbereichen mit einem Krafteinleitungselement verbunden ist/sind. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das Krafteinleitungselement in Form einer (steifen) Metallschicht bzw. eines metallischen Elements, insbesondere aus Kupfer bestehend, ausgebildet ist.For better transmission of the press-in forces from the LGA assembly into the component or in the LGA assembly, it can also be provided that the press-in pin or the press-in pins is/are connected to a force introduction element at the end regions facing away from the circuit carrier. In particular, it is provided that the force introduction element is in the form of a (rigid) metal layer or a metal element, in particular consisting of copper.
In einer bevorzugten Weiterbildung eines derartigen Krafteinleitungselements ist es vorgesehen, dass dieses dazu ausgebildet ist, ein Abschirmelement gegen elektromagnetische Strahlung auszubilden. Dadurch wird die LGA-Baugruppe gegenüber elektromagnetischer Strahlung geschützt und/oder eine Abstrahlung elektromagnetischer Strahlung durch die LGA-Baugruppe an die Umgebung zumindest reduziert bzw. vermieden.In a preferred development of such a force introduction element, it is provided that it is designed to form a shielding element against electromagnetic radiation. This protects the LGA assembly from electromagnetic radiation and/or at least reduces or prevents electromagnetic radiation being emitted by the LGA assembly to the environment.
In einer bevorzugten Ausgestaltung eines derartigen, aus Metall bestehenden Krafteinleitungselements in einer LGA-Baugruppe ist es vorgesehen, dass das Krafteinleitungselement mit einem zu kühlenden Bauelement, gegebenenfalls unter Zwischenlage einer elektrisch nichtleitenden Schicht, gekoppelt ist. Dadurch lässt sich die thermische Belastung der LGA-Baugruppe reduzieren.In a preferred embodiment of such a metal force introduction element in an LGA assembly, it is provided that the force introduction element is coupled to a component to be cooled, optionally with an electrically non-conductive layer interposed. This reduces the thermal load on the LGA assembly.
Zum Schutz der LGA-Baugruppe gegenüber äußeren Einflüssen, insbesondere gegenüber Feuchtigkeit, kann es vorgesehen sein, dass die LGA-Baugruppe von einem aus Kunststoff bestehenden Gehäuse oder einer Schutzmasse, insbesondere einer Moldmasse umgeben ist. Die Moldmasse kann dabei zur Erhöhung der Festigkeit und/oder der Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit dienende Bestandteile, insbesondere Keramik, enthalten. Auch sind Lösungen umfasst, bei denen die Schutzmasse aus einem keramischen Verbundwerkstoff oder vollständig aus Keramik besteht.In order to protect the LGA assembly from external influences, in particular from moisture, it can be provided that the LGA assembly is surrounded by a housing made of plastic or a protective compound, in particular a molding compound. The molding compound can contain components, in particular ceramics, which serve to increase the strength and/or improve the thermal conductivity. Solutions are also included in which the protective mass consists of a ceramic composite material or consists entirely of ceramic.
Obwohl die LGA-Baugruppe, insbesondere wenn mehrere bzw. eine Vielzahl von Einpresspins verwendet werden, bereits eine elektrische Verbindung zwischen der LGA-Baugruppe und dem Schaltungsträger durch die Anpresskraft zwischen den elektrisch leitenden Bereichen ermöglicht, ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Basiselement mit dem Schaltungsträger in den Kontaktbereichen außerhalb der Einpresspins verlötet ist.Although the LGA assembly, in particular when several or a large number of press-in pins are used, already enables an electrical connection between the LGA assembly and the circuit carrier through the contact pressure between the electrically conductive areas, it is particularly preferably provided that the base element with is soldered to the circuit carrier in the contact areas outside of the press-in pins.
Weiterhin umfasst die Erfindung auch eine Schaltungsanordnung mit einer soweit beschriebenen, erfindungsgemäß ausgestalteten LGA-Baugruppe und einem Schaltungsträger, wobei der Schaltungsträger Einpressöffnungen zum Zusammenwirken mit Einpressabschnitten der Einpresspins der LGA-Baugruppe aufweist.Furthermore, the invention also includes a circuit arrangement with an LGA assembly configured according to the invention and a circuit carrier, the circuit carrier having press-in openings for interacting with press-in sections of the press-in pins of the LGA assembly.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred embodiments of the invention and from the drawings.
Figurenlistecharacter list
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1 und2 zeigen in jeweils einem vereinfachten Längsschnitt unterschiedliche LGA-Baugruppen mit Einpresspins, die mit Schaltungsträgern verbunden sind.1 and2 each show a simplified longitudinal section of different LGA assemblies with press-in pins that are connected to circuit carriers.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.Identical elements or elements with the same function are provided with the same reference numbers in the figures.
In der
Die Verbindung zwischen der LGA-Baugruppe 10 und dem Schaltungsträger 12 erfolgt zusätzlich zu den angesprochenen Lötverbindungen zwischen den Abschnitten 16 und den Kontaktpads 17 beispielhaft mittels vier, in Rand- bzw. Eckbereichen 26 des Basiselements 20 angeordneten, senkrecht von der Ebene des Basiselements 20 abragenden Einpresspins 28. Aufgrund der Darstellung der
Die Einpresspins 28 sind mit dem Interposerelement 22 verbunden, indem diese beispielweise Durchgangsöffnungen 30 in dem Interposerelement 22 durchdringen und dort mittels einer Pressverbindung mit dem Basiselement 20 verbunden sind. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine stoffschlüssige Verbindung vorgesehen sein. Ergänzend wird erwähnt, dass durch eine entsprechende Maßtolerierung der Durchgangsöffnungen 30 und der Einpresspins 28 in Zusammenhang mit dem Material der Einpresspins 28 es auch möglich ist, bei der Pressverbindung ohne zusätzlichen Arbeitsschritt gleichzeitig eine stoffschlüssige Verbindung herzustellen (eine sogenannte „Press-fit-Verbindung“). Weiterhin weist der Schaltungsträger 12 Einpressöffnungen 32 auf, die mit Einpressabschnitten 33 der Einpresspins 28 zusammenwirken, um jeweils eine Pressverbindung auszubilden.The press-in
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Einpresspins 28 darüber hinaus eine elektrische Funktionalität auf. Hierzu ist es vorgesehen, dass beispielsweise eine der elektrisch leitenden Lagen des Schaltungsträgers 12 im Bereich der Einpressöffnung 32 mit einer Beschichtung versehen ist, um eine elektrisch leitende Verbindung mit dem Einpresspin 28 auszubilden. Auf der dem Schaltungsträger 12 abgewandten Seite weisen beispielhaft die beiden in der
Die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Schaltungsträger 12 und der LGA-Baugruppe 10 kann dazu dienen, entweder eine Signalübertragung zwischen dem Schaltungsträger 12 und der LGA-Baugruppe 10 bzw. dem IC-Bauelement 24 zu ermöglichen, oder aber sie dient der Strom- bzw. Spannungsversorgung der LGA-Baugruppe 10 bzw. des IC-Bauelements 24.The electrically conductive connection between the circuit carrier 12 and the
Weiterhin weisen die Einpresspins 28 und/oder der Schaltungsträger 12 Anschlagmittel auf, die dazu dienen, einen definierten Lötspalt zwischen den Kontaktpads 17 und den elektrisch leitenden Abschnitten 16 des Interposerelements 22 der LGA-Baugruppe 10 auszubilden. Hierzu kann es entweder vorgesehen sein, dass der Einpresspin 28 in einem Teilbereich, der sich außerhalb der Einpressöffnungen 32 befindet, einen größeren Durchmesser aufweist als die Einpressöffnungen 32, oder aber, dass die Einpressöffnungen 32 im Schaltungsträger 12 wie dargestellt als Sacklöcher ausgebildet sind, um die Einpresstiefe der Einpresspins 28 in den Schaltungsträger 12 zu begrenzen.Furthermore, the press-in
Zuletzt ist dargestellt, dass das Interposerelement 22 zum Schutz gegenüber äußeren Einflüssen von einer als Schutzmasse dienenden Moldmasse 40 auf der dem Schaltungsträger 12 abgewandten Seite umgeben ist. Die Schutz- bzw. Moldmasse 40 kann beispielsweise zur Verbesserung der Wärmeabfuhr und/oder der Erhöhung der Festigkeit mit Zusatzstoffen bzw. Partikeln, beispielsweise aus Keramik bestehend, ausgestattet sein. Auch sind Keramikverbundmassen bzw. vollständig aus Keramik bestehende Lösungen als Schutz möglich.Finally, it is shown that the interposer element 22 is surrounded by a
In der
Das Kraftverteilungselement 52 ist beispielhaft in Form einer aus Kupfer bestehenden (dünnen) Platte o.ä. ausgebildet und kann beim Einpressen der Einpresspins 28 eine homogene Krafteinleitung in das Interposerelement 22a sowie das Gehäuse 46 ermöglichen.The
Weiterhin ist es durch eine geeignete Geometrie in Verbindung mit einem elektrisch leitenden Material für das Krafteinleitungselements 52 möglich, dass dieses gleichzeitig als Abschirmelement gegen elektromagnetische Strahlung wirkt, die entweder von der LGA-Baugruppe 10a erzeugt wird bzw. aus der Umgebung in Richtung der LGA-Baugruppe 10a wirkt. Darüber hinaus kann das Kraftverteilungselement 52 auch der Wärmeabfuhr von dem Sensorelement 48 dienen. Hierzu ist das Krafteinleitungselement 52 wärmeleitend mit dem Sensorelement 48 verbunden, beispielsweise durch einen Wärmeleitkleber o.ä. (nicht dargestellt).Furthermore, it is possible through a suitable geometry in connection with an electrically conductive material for the
Um bei der Realisierung einer elektrischen Funktionalität der Einpresspins 28 entsprechend der Schaltungsanordnung 100 zu verhindern, dass das Sensorelement 48 elektrisch leitend mit dem Kraftverteilungselement 52 in Kontakt gerät, kann es vorgesehen sein, dass zwischen dem Sensorelement 48 und dem Kraftverteilungselement 52 eine Passivierungsschicht 54 o.ä. nichtleitende Koppelschicht angeordnet ist.In order to prevent the
Die soweit beschriebenen LGA-Baugruppen 10, 10a bzw. Schaltungsanordnungen 100, 100a können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So ist es selbstverständlich auch denkbar, die Schaltungsanordnung 100 gemäß der
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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- EP 3792672 A1 [0002]EP 3792672 A1 [0002]
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