DE10331453B4 - Method for producing at least one thermal bridge in a substrate - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zum Erzeugen wenigstens einer Wärmebrücke in einem
Substrat zum Abführen
von Wärme
von auf dem Substrat montierbaren oder montierten Wärmequellen,
insbesondere von Verlustwärme
von elektronischen Bauteilen,
a) bei dem in dem Substrat (2)
wenigstens eine Aussparung (4) erzeugt wird oder ist,
b) bei
dem wenigstens ein wärmeleitfähiger Körper (3),
der eine größere Wärmeleitfähigkeit
als das Substrat aufweist, in die Aussparung eingebracht wird,
c)
wobei die Außenabmessungen
des wärmeleitfähigen Körpers kleiner
sind als die Innenabmessungen der Aussparung, so dass der wärmeleitfähige Körper nach
dem Einbringen in die Aussparung von dem Rand der Aussparung beabstandet
ist,
d) bei dem durch eine Umformung des wärmeleitfähigen Körpers eine kraftschlüssige Verbindung
(3A', 3C', 3E', 3G') zwischen dem Körper und dem Rand der Aussparung
erzeugt wird, durch die der wärmeleitfähige Körper in
der Aussparung fixiert wird,
e) bei dem zur Umformung des wärmeleitfähigen Körpers und
Erzeugung der kraftschlüssigen
Verbindung in...Method for producing at least one thermal bridge in a substrate for dissipating heat from heat sources that can be mounted or mounted on the substrate, in particular heat loss from electronic components,
a) in which at least one recess (4) is or is produced in the substrate (2),
b) in which at least one thermally conductive body (3), which has a greater thermal conductivity than the substrate, is introduced into the recess,
c) wherein the outer dimensions of the thermally conductive body are smaller than the inner dimensions of the recess, so that the thermally conductive body after insertion into the recess is spaced from the edge of the recess,
d) in which by a deformation of the thermally conductive body, a frictional connection (3A ', 3C', 3E ', 3G') is created between the body and the edge of the recess, by which the thermally conductive body is fixed in the recess,
e) in which for forming the thermally conductive body and generating the non-positive connection in ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen wenigstens einer Wärmebrücke in einem Substrat.The The invention relates to a method for producing at least one thermal bridge in a substrate.
Bei der Herstellung von elektrischen und elektronischen Komponenten ist es gängige Praxis, einzelne elektronische Bauelemente auf einem Substrat zu montieren und in der gewünschten elektrischen Schaltung durch elektrische Verbindungen miteinander zu verbinden. Als Materialien für das Substrat sind überwiegend Kunststoffe wie glasfaserverstärkte Epoxidharze bei den sogenannten Leiterplatten, jedoch, weniger häufig, auch Keramiken im Einsatz. In vielen Anwendungen werden von den einzelnen elektronischen Bauelementen nicht unbeträchtliche Verlustleistungen erzeugt, die zu einer erheblichen Erwärmung der Bauelemente und der Umgebung der Bauelemente auf dem Substrat führen können.at the production of electrical and electronic components is it common Practice to use individual electronic components on a substrate mount and in the desired electrical circuit by electrical connections with each other connect to. As materials for the substrate is predominant Plastics such as glass fiber reinforced Epoxy resins in the so-called printed circuit boards, however, less often, too Ceramics in use. In many applications, by the individual Electronic components not inconsiderable losses generated, leading to significant heating of the components and the Environment of the components on the substrate.
Zum Abführen von Verlustwärme der elektronischen Bauteile auf dem Substrat ist es bekannt, das Substrat auf der von den elektronischen Bauelementen abgewandten Substratseite auf einen metallischen, insbesondere aus Aluminium bestehenden, Kühlkörper aufzulöten. Um Wärme von Bauelementen, die eine hohe Verlustleistungsflächendichte aufweisen, also eine relativ hohe Verlustleistung auf einer geringen Fläche erzeugen, wegzutransportieren, sind sogenannte Wärmespreizer bekannt, die aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Kupfer, bestehen und in der Regel eine größere Fläche als das zugehörige Bauelement aufweisen. Das Bauelement wird dann auf dem Wärmespreizer verlötet und der Wärmespreizer mit dem montierten Bauelement auf dem Substrat verlötet. Der Wärmespreizer hat seinen Namen daher, dass er den Wärmefluss von dem heißen Bauelement zum Substrat hin aufspreizt und damit einen größeren Wärmestrom oder einen verbesserten Wärmetransport durch Wärmeleitung ermöglicht.To the lead away from waste heat the electronic components on the substrate it is known that Substrate on the side facing away from the electronic components Substrate side on a metallic, in particular aluminum to solder existing heatsink. Around Heat from Components that have a high power dissipation density, ie produce a relatively high power loss in a small area, wegzutransportieren, so-called heat spreaders are known, the a good heat-conducting Material, such as copper, exist and usually one larger area than the associated Have component. The device is then placed on the heat spreader soldered and the heat spreader soldered to the mounted device on the substrate. Of the heat spreader Its name, therefore, is that it controls the heat flow from the hot component spreads to the substrate and thus a larger heat flow or improved Heat transport through heat conduction allows.
In dem Wärmetransportweg von dem Halbleiterbauelement zum Kühlkörper befinden sich nun mehrere Wärmewiderstände, nämlich der Wärmespreizer, das Substrat sowie die dazwischen angeordneten Lötschichten. Dabei stellt das Substrat im Allgemeinen den anteilig größten Wärmewiderstand dar. Die in einigen Anwendungen verwendete Aluminiumoxidkeramik hat eine vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit oder entsprechend einen niedrigen Wärmewiderstand. Dennoch genügt diese Wärmeleitfähigkeit dieser Keramik nicht, um ausreichend Wärme abführen zu können. Wenn nun ein Bauelement mit einer höheren Verlustleistung oder Wärmeerzeugung verwendet wird, so muss man beispielsweise den Wärmespreizer größer ausgestalten. Dies hat wiederum zur Folge, dass die Leitungsdrähte von dem Bauelement zu benachbarten elektrischen Komponenten oder Kontakten länger gewählt werden müssen und damit auch größere Streuinduktivitäten in Kauf genommen werden müssen. Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Wärmeabfuhr besteht in der Wahl einer größeren Fläche für das elektronische Bauelement selbst. Jedoch ist dies äußerst kostenintensiv.In the heat transport path from the semiconductor device to the heat sink are now several Thermal resistance, namely the Heat spreader, the substrate and the intermediate solder layers. It does that Substrate generally represents the proportionately largest thermal resistance. In some Applications used alumina ceramics has a comparatively high thermal conductivity or correspondingly a low thermal resistance. Nevertheless, this is enough thermal conductivity this ceramic is not sufficient to dissipate heat. If now a component with a higher one Power loss or heat generation is used, so you have to make larger, for example, the heat spreader. This in turn means that the lead wires from the device to adjacent electrical components or contacts must be chosen longer and thus also larger stray inductances in purchase must be taken. One more way to improve the heat dissipation consists in choosing a larger area for the electronic Component itself. However, this is extremely expensive.
Zur Verbesserung des Wärmeflusses oder des Wärmetransportes von dem Bauelement hin zum Kühlkörper ist es nun ferner bekannt, in das Substrat Wärmebrücken einzubauen. Dazu wird in einer bekannten Ausführungsform in eine Leiterplatte aus Kunststoff ein rechteckiges Loch gestanzt und in dieses Loch eine in ihren Außenabmessungen etwas größer gewählte, jedoch in der Kontur genau an die Innenabmessungen des Lochs angepasste, rechteckige Metallplatte eingepresst und bündig mit der Substratoberfläche, auf der die elektronischen Bauelemente montiert werden, angeordnet. Auf das Substrat mit diesem eingepressten Metallkörper werden dann während eines Bestückungsprozesses die verschiedenen elektronischen Bauelemente aufgebracht, wobei thermisch besonders kritische Bauelemente auf die rechteckige Metallplatte aufgebracht werden. Die durchgehende Metallplatte wird zusammen mit dem Substrat an der von den Bauelementen abgewandten Unterseite des Substrates mit dem Kühlkörper verlötet. Dadurch erhält man eine gut wärmeleitende Verbindung; von dem Bauelement über die Metallplatte direkt zum Kühlkörper unter Ausbildung einer Wärmebrücke und unter Überbrückung oder Umgehung des hohen Wärmewiderstandes der Leiterplatte.to Improvement of the heat flow or the heat transport from the device to the heat sink it is now also known to incorporate thermal bridges in the substrate. This will be in a known embodiment punched a rectangular hole in a plastic circuit board and in this hole one in their outer dimensions chosen slightly larger, however in the contour exactly adapted to the inner dimensions of the hole, rectangular metal plate pressed in and flush with the substrate surface, on the electronic components are mounted, arranged. On the substrate with this pressed metal body are then while an assembly process the various electronic components applied, wherein thermally very critical components on the rectangular metal plate be applied. The continuous metal plate gets together with the substrate on the side facing away from the components underside soldered to the substrate with the heat sink. Thereby receives you have a good thermal conductivity Connection; from the device over the metal plate directly to the heat sink under training a thermal bridge and under bypass or Avoidance of high thermal resistance the circuit board.
Dieses bekannte Verfahren basiert auf der elastischen Eigenschaft des Kunststoff-Leiterplattenmaterials, das beim Einpressen der als Wärmebrücke dienenden Metallplatte elastisch nachgibt und so wiederum durch die elastischen Rückstellkräfte die Metallplatte entlang ihres gesamten Umfangs in der Öffnung hält. Die Materialverteilung in der Metallplatte bleibt beim Einpressvorgang im Wesentlichen unverändert.This known method is based on the elastic property of the plastic circuit board material, when pressing the serving as a thermal bridge Metal plate gives way elastically and in turn through the elastic Restoring forces the metal plate holds along its entire circumference in the opening. The material distribution in the metal plate remains in the press-in process substantially unchanged.
Bei
einem aus
Die
In Anwendungen, bei denen als Substratmaterial eine Keramik verwendet wird, besteht nun das Problem, dass ein solches Einpressen einer Metallplatte oder eines Metallbolzens wie beim geschilderten Stand der Technik mit Kunststoffleiterplatten so nicht möglich ist. Das spröde Keramiksubstrat würde nämlich bei einem solchen Einpressvorgang in vielen Fällen brechen oder Risse bekommen.In Applications where ceramic is used as substrate material Now, the problem is that such pressing a Metal plate or a metal bolt as in the described state the technology with plastic circuit boards is not possible. The brittle Ceramic substrate would namely at In many cases, such a press-fit process breaks or cracks.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen wenigstens einer Wärmebrücke in einem Substrat anzugeben, das auch für brüchige oder spröde Substratmaterialien geeignet ist.Of the The invention is therefore based on the object, a method for Generating at least one thermal bridge in one Substrate, which also for brittle or brittle Substrate materials is suitable.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1.These Task is according to the invention solved with the features of claim 1.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 zum Erzeugen wenigstens einer Wärmebrücke in einem Substrat (oder: ein Träger) zum Abführen von Wärme auf dem Substrat montierbarer oder montierter Wärmequellen, insbesondere von Verlustwärme elektronischer Bauteile, umfasst die Verfahrensschritte:
- • Einbringen wenigstens eines wärmeleitenden (oder: wärmeleitfähigen) Körpers (oder: Inlays) mit einer größeren Wärmeleitfähigkeit (oder: einem kleineren Wärmewiderstand) als das Substrat (oder: das Substratmaterial) in wenigstens eine Aussparung in dem Substrat, wobei die Außenabmessungen des wärmeleitenden Körpers kleiner sind als die Innenabmessungen der Aussparung, so dass der eingebrachte wärmeleitende Körper von dem Rand der Aussparung beabstandet ist,
- • Umformen des in der Aussparung befindlichen oder gehaltenen wärmeleitenden Körpers zum Erzeugen einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Körper und dem Substrat am Rand der Aussparung, wodurch der wärmeleitende Körper in der Aussparung fixiert (oder: verankert) wird,
- • wobei bei dem Umformen des wärmeleitfähigen Körpers und der Erzeugung der kraftschlüssigen Verbindung in wenigstens zwei als Kontaktbereiche dienenden Randbereichen, die voneinander durch einen weiter vom Rand der Aussparung als diese Randbereiche entfernten Zwischenbereich getrennt sind, jeweils wenigstens eine Ausnehmung in dem wärmeleitfähigen Körper erzeugt wird und dadurch das Material im wärmeleitfähigen Körper zum Rand der Aussparung hin gezielt so fließt, dass nur die Randbereiche, nicht jedoch der dazwischen liegende Zwischenbereich des wärmeleitfähigen Körpers mit dem Substrat eine kraftschlüssige Verbindung eingehen.
- Introducing at least one heat-conducting (or: heat-conducting) body (or: inlay) with a greater thermal conductivity (or a smaller thermal resistance) than the substrate (or substrate material) into at least one recess in the substrate, the outer dimensions of the heat-conducting body are smaller than the inner dimensions of the recess, so that the introduced heat-conducting body is spaced from the edge of the recess,
- Reshaping the thermally conductive body located in the recess to create a frictional connection between the body and the substrate at the edge of the recess, thereby fixing (or anchoring) the thermally conductive body in the recess,
- Wherein in the forming of the thermally conductive body and the generation of the frictional connection in at least two serving as contact areas edge regions which are separated from each other by a further from the edge of the recess than these edge regions intermediate region, at least one recess in the thermally conductive body is generated and As a result, the material in the thermally conductive body specifically flows toward the edge of the recess such that only the edge regions, but not the intervening intermediate region of the thermally conductive body, form a frictional connection with the substrate.
Die Erfindung beruht dabei auf dem ersten Gedankenschritt, den als Wärmebrücke vorgesehenen wärmeleitenden Körper kleiner auszubilden als die zugehörige Aussparung im Substrat, so dass der wärmeleitende Körper mit Spiel oder Abstand in die Aussparung im Substrat einbringbar ist, ohne eine Kraft auf die Wandung der Aussparung auszuüben.In this case, the invention is based on the first step in the idea of making the heat-conducting body provided as a thermal bridge smaller than the associated recess in the substrate, so that the heat-conducting body with clearance or distance in the recess in the substrate can be introduced without exerting a force on the wall of the recess.
Die Erfindung beruht ferner auf dem zweiten Gedankenschritt, nach dem Einbringen des wärmeleitenden Körpers in die Aussparung des Substrates nun durch Umformen des wärmeleitenden Körpers eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem wärmeleitenden Körper und dem Substrat an der Innenwand der Aussparung zu erzeugen. Da der wärmeleitende Körper während dieser Umformung in der Aussparung gehalten wird, beispielsweise durch Aufliegen auf einem Träger oder Werkzeug, werden bei der Umformung keine zusätzlichen Kräfte: oder Kraftkomponenten senkrecht zu den Substratoberflächen oder parallel zur Innenwand der Aussparung erzeugt, sondern im Wesentlichen nur Kräfte, die orthogonal zu der Innenwand der Aussparung gerichtet sind. Dadurch wird insgesamt die Kraftbelastung auf das Substrat verringert und die Gefahr einer Rissbildung oder eines Bruchs im Substrat reduziert.The The invention is further based on the second step of thinking, according to which Introducing the heat-conducting body in the recess of the substrate now by forming the heat-conducting Body one frictional Connection between the heat-conducting body and to produce the substrate on the inner wall of the recess. There the thermally conductive body while this deformation is held in the recess, for example by resting on a support or tool, do not become additional during forming forces: or force components perpendicular to the substrate surfaces or generated parallel to the inner wall of the recess, but essentially only forces, which are directed orthogonal to the inner wall of the recess. Thereby Overall, the force on the substrate is reduced and reduces the risk of cracking or breakage in the substrate.
Gemäß einem dritten Gedankenschritt der Erfindung erfolgt die Umformung des wärmeleitfähigen Körpers durch Erzeugen wenigstens einer Ausnehmung oder Verjüngung in dem Körper in Randbereichen, die voneinander durch einen weiter vom Rand der Aussparung als diese Randbereiche entfernten Zwischenbereich getrennt sind. Dadurch fließt Material im wärmeleitfähigen Körper zum Rand der Aussparung hin und zeitigt schließlich den Kraftschluss mit dem Rand der Aussparung, wobei sich das Material gezielt so verteilt oder so fließt, dass nur die als Kontaktbereiche dienenden Randbereiche, nicht jedoch der dazwischen liegende Zwischenbereich kraftschlüssig mit dem Substrat eine Verbindung eingeht.According to one third step of the invention, the transformation of the thermally conductive body through Generating at least one recess or taper in the body in Edge areas facing away from each other by a farther from the edge of the recess as these peripheral areas are separated intermediate area. As a result, flows Material in the heat-conductive body for Edge of the recess and finally affords the adhesion the edge of the recess, with the material distributed so targeted or so, that only the edges serving as contact areas, but not the intervening intermediate area frictionally with the substrate forms a connection.
Dadurch kann die kraftschlüssige Verbindung auf diese getrennten Bereiche beschränkt bleiben und die Gefahr einer zu großen Krafteinwirkung auf das Substrat niedrig gehalten werden.Thereby can the non-positive Connection to these separate areas remain limited and the danger one too big Force on the substrate are kept low.
Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildungen des Verfahrens gemäß der Erfindung ergeben sich aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.advantageous Embodiment and developments of the method according to the invention emerge from the dependent of claim 1 claims.
Vorzugsweise werden von oder an zwei voneinander abgewandten Seiten oder Oberflächen in dem wärmeleitfähigen Körper Ausnehmungen in einander gegenüberliegenden Bereichen erzeugt zur Erzeugung des Kraftschlusses. Dies ermöglicht einen gleichmäßigen Materialfluss im Körper von der zwischen den Ausnehmungen erzeugten Verjüngung nach außen.Preferably be from or on two opposite sides or surfaces in the thermally conductive body recesses in opposite directions Generated areas to generate the frictional connection. This allows one uniform material flow in the body from the rejuvenation generated between the recesses to the outside.
Das Verfahren ist besonders vorteilhaft in den Fällen, in denen das Substrat aus einem brüchigen oder spröden Material oder einer Keramik besteht, wegen der geringeren Krafteinwirkung auf das Substrat als beim Stand der Technik.The Method is particularly advantageous in cases where the substrate from a fragile one or brittle Material or a ceramic, because of the lower force on the substrate as in the prior art.
Die Gestalt der Aussparungen) im Substrat oder des wärmeleitfähigen Körpers kann grundsätzlich in weiten Grenzen variiert werden.The Shape of the recesses) in the substrate or the thermally conductive body can basically in wide limits are varied.
Bevorzugte Gestalten für die Aussparungen) in dem Substrat sind Ausführungen mit wenigstens zwei wenigstens teilweise zueinander parallel verlaufenden Seitenwandungen (oder: Innenwandungen). Die Seitenwandungen können wenigstens teilweise geradlinig oder eben (oder: flach) und/oder wenigstens teilweise konvex gekrümmt verlaufen.preferred Shapes for the recesses) in the substrate are versions with at least two at least partially mutually parallel side walls (or: inner walls). The side walls can be at least partially rectilinear or even (or: flat) and / or at least partially convexly curved run.
Insbesondere kann jede oder wenigstens eine Aussparung mit wenigstens zwei parallel zueinander, vorzugsweise geradlinig oder eben, verlaufenden Seitenwandungen und mit zwei weiteren parallel zueinander, vorzugsweise geradlinig, verlaufenden Seitenwandungen sowie mit vier jeweils zwei Seitenwandungen miteinander verbindende Eckwandungen ausgebildet sein oder werden.Especially can each or at least one recess with at least two parallel to each other, preferably rectilinear or even, extending side walls and with two other parallel to each other, preferably rectilinear, extending side walls and with four each two side walls be interconnected Eckwandungen be or become.
Um die Gefahr einer Rissbildung im Substrat ausgehend von den Ecken der Aussparung zu verringern, wird vorzugsweise eine Kante oder Ecke mit zwei unter einem Winkel unmittelbar aufeinander stoßenden Seitenwandungen vermieden.Around the risk of cracking in the substrate from the corners the recess is preferably an edge or Corner with two at an angle directly abutting side walls avoided.
Dazu sind oder werden in einer ersten Variante die Eckwandungen vorzugsweise konvex gekrümmt ausgebildet und/oder gehen im Wesentlichen stetig differenzierbar oder glatt in die angrenzenden, insbesondere geradlinigen oder ebenen, Seitenwandungen über. Der Übergang ist also stetig oder kontinuierlich und die Seitenwandungen sowie die Eckwandungen treffen sich mit gleicher Steigung (oder: Tangente).To are or in a first variant, the Eckwandungen preferably convexly curved trained and / or go essentially continuously differentiable or smooth in the adjacent, in particular rectilinear or even, Sidewalls over. The transition is so continuous or continuous and the side walls as well the corner walls meet with equal slope (or: tangent).
In einer zweiten Variante sind oder werden die Eckwandungen von den Seitenwandungen nach außen vorragend – ähnlich einem Brückenkopf – und vorzugsweise konvex gekrümmt ausgebildet.In In a second variant, the corner walls of the Side walls to the outside outstanding - similar to one Bridgehead - and preferably convexly curved educated.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform herausgestellt, bei der keine gesonderten Eckwandungen mehr ausgebildet sind oder werden, sondern jeweils zwei Seitenwandungen unmittelbar ineinander übergehen. Jeweils zwei Seitenwandungen sind dann vorzugsweise konvex gekrümmt und die dazwischen liegenden beiden Seitenwandungen vorzugsweise eben oder geradlinig. Der Übergang zwischen zwei Seitenwandungen ist zweckmäßig wieder stetig differenzierbar.When Particularly advantageous, an embodiment has been found in which no separate Eckwandungen more are formed or but each two sidewalls directly merge into each other. In each case two side walls are then preferably convexly curved and the intermediate two side walls preferably flat or straight. The transition between two side walls is expedient again continuously differentiable.
Die konvexe Krümmung der Eckbereiche oder Seitenwände der Aussparungen) entspricht insbesondere im Wesentlichen der einer Kreislinie oder einer Zylinderoberfläche. Bevorzugt ist eine halbkreis- oder halbzylinderförmige Gestalt der Eckwandungen oder Seitenwandungen.The convex curvature of the corner areas or side walls of the recesses) corresponds to special essentially that of a circle or cylinder surface. Preferred is a semicircular or semi-cylindrical shape of the Eckwandungen or side walls.
Es wird nun in einer bevorzugten Weiterbildung wenigstens an zwei gegenüberliegenden Seitenwandungen der Aussparung zugewandten Randbereichen des wärmeleitfähigen Körpers jeweils wenigstens in einem Teilbereich des Körpers eine Materialverdrängung oder Verjüngung zum Erzeugen eines Kraftschlusses mit der zugehörigen Seitenwandung der Aussparung erzeugt.It is now in a preferred development at least two opposite Side walls of the recess facing edge regions of the thermally conductive body respectively at least in a portion of the body, a material displacement or rejuvenation for generating a frictional connection with the associated side wall of the recess generated.
Ferner weist insbesondere wenigstens ein wärmeleitfähiger Körper in zwei voneinander abgewandten, einander gegenüberliegenden Seitenwandungen der Aussparung zugewandten Randbereichen jeweils wenigstens zwei durch einen verjüngten Zwischenbereich voneinander getrennte Kontaktbereiche auf, die zur Erzeugung des Kraftschlusses verstemmt oder mit einer Verjüngung versehen werden oder in denen die Materialverdrängung vorgenommen wird.Further in particular has at least one thermally conductive body in two opposite, opposite each other Side walls of the recess facing edge regions, respectively at least two by a tapered intermediate area separate contact areas, which are used to generate the Frictionally caulked or provided with a rejuvenation or in which the material displacement is made.
In einer fertigungstechnisch effizienten Variante des Verfahrens werden mit einem Stemm- oder Presswerkzeug beide oder alle Kontaktbereiche eines einer Seitenwandung zugewandten Randbereiches des wärmeleitfähigen Körpers gleichzeitig verstemmt oder umgeformt.In a production-technically efficient variant of the method with a caulking or pressing tool both or all contact areas one of a side wall facing edge region of the thermally conductive body at the same time caulked or reshaped.
Beim Verstemmen kann insbesondere jeweils eine, insbesondere V-förmige, Nut an den einander abgewandten Oberflächen des wärmeleitfähigen Körpers in gegenüberliegenden Bereichen erzeugt werden.At the Calking can in particular each one, in particular V-shaped groove on the opposite surfaces of the thermally conductive body in opposite Areas are generated.
Vorzugsweise wird der wärmeleitfähige Körper beim Erzeugen des Kraftschlusses so positioniert und ist so ausgebildet, dass die wenigstens eine Substratoberfläche, die mit elektronischen Bauteilen bestückt oder bestückbar ist, mit einer Oberfläche des wärmeleitfähigen Körpers im Wesentlichen bündig verläuft, vorzugsweise auch nach der Umformung.Preferably becomes the thermally conductive body in the Generating the frictional connection is positioned and designed that the at least one substrate surface, the electronic Components assembled or equippable is, with a surface of the thermally conductive body in Substantially flush, preferably even after forming.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird nun auf eine Oberfläche des wärmeleitenden Körpers nach dessen kraftschlüssiger Verbindung in der Aussparung des Substrates ein elektronisches Bauelement und/oder ein Wärmespreizer mit wenigstens einem auf dem Wärmespreizer angeordneten elektronischen Bauelement aufgebracht, insbesondere aufgelötet. Die Verbindungskraft der kraftschlüssigen Verbindung des wärmeleitfähigen Körpers in der Aussparung ist dabei vorzugsweise ausreichend groß, so dass die beim Aufbringen des elektronischen Bauelements oder des Wärmespreizers und des wenigstens einen elektronischen Bauelements auf die Oberfläche des wärmeleitfähigen Körpers wirkende Kraft durch die Verbindungskraft der kraftschlüssigen Verbindung kompensiert wird.In a further development of the method is now on a surface of the thermally conductive body after its non-positive Connection in the recess of the substrate an electronic component and / or a heat spreader with at least one on the heat spreader arranged applied electronic component, in particular soldered. The Connection force of the non-positive connection of the thermally conductive body in The recess is preferably sufficiently large, so that when applying the electronic component or the heat spreader and the at least one electronic component on the surface of the thermally conductive body acting Force compensated by the connection force of the non-positive connection becomes.
Weiterhin ist in einer Weiterbildung des Verfahrens der zusätzliche Verfahrensschritt vorgesehen, dass das Substrat mit dem oder den in der oder den Aussparungen) kraftschlüssig fixierten wärmeleitfähigen Körper(n) und vorzugsweise mit den auf dem wärmeleitenden Körper aufgebrachten elektronischen Bauelement oder Wärmespreizer mit darauf aufgebrachtem elektronischen Bauelement, auf einem wärmeleitfähigen, vorzugsweise metallischen, Kühlkörper, der eine größere Wärmeleitfähigkeit als das Substrat aufweist, aufgebracht, vorzugsweise verlötet, wird.Farther is in a development of the procedure the additional Process step provided that the substrate with the or in the recess (s)) frictionally fixed thermally conductive body (s) and preferably with the applied on the thermally conductive body electronic component or heat spreader with an electronic component applied thereto, on a thermally conductive, preferably metallic, heat sink, the a greater thermal conductivity as the substrate, applied, preferably soldered, is.
Die wenigstens eine Aussparung im Substrat kann als nach einer Seite offener Ausschnitt oder vorzugsweise als geschlossene Öffnung ausgebildet werden oder sein und/oder mittels Laserschneiden erzeugt werden.The at least one recess in the substrate can be considered to be to one side open cutout or preferably formed as a closed opening or be and / or produced by means of laser cutting.
Die Wärmeleitfähigkeit des wärmeleitfähigen Körpers ist im Allgemeinen wenigstens um einen Faktor 2, vorzugsweise um einen Faktor 3, größer gewählt als die Wärmeleitfähigkeit des Substratmaterials, zumindest in der Richtung des Wärmestroms. Ein bevorzugtes Material für den wärmeleitfähigen Körper ist Kupfer oder eine Kupferlegierung.The thermal conductivity the thermally conductive body is generally at least a factor of 2, preferably one Factor 3, greater than selected the thermal conductivity of the substrate material, at least in the direction of the heat flow. One preferred material for the thermally conductive body is Copper or a copper alloy.
Der Abstand des wärmeleitfähigen Körpers von der Aussparung wird im Allgemeinen abhängig von der Umformung einer gewünschten Verbindungskraft der kraftschlüssigen Verbindung zwischen Körper und Substrat angepasst. Beispielsweise können in der Fertigung unterschiedlich große wärmeleitfähige Körper bereitgestellt werden, um bei unterschiedlichen Losen der Substrate auftretende Toleranzen in den Aussparungen auszugleichen.Of the Distance of the thermally conductive body of The recess is generally dependent on the deformation of a desired Connecting force of non-positive Connection between body and substrate adapted. For example, in manufacturing different provided large thermally conductive body be to tolerances occurring at different lots of substrates in the recesses to compensate.
Das Verfahren kann in allen Ausführungsformen auch als Verfahren zum Herstellen eines Substrats, insbesondere für elektronische Bauelemente, bezeichnet werden.The Procedure may be in all embodiments also as a method for producing a substrate, in particular for electronic Components are called.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auf die Zeichnung Bezug genommen. Es zeigen:The The invention will be further explained below with reference to exemplary embodiments. there is referred to the drawing. Show it:
Die
In
den
In
Eine
in Längsrichtung
gemessene Ausdehnung oder Länge
der Aussparung
In
die Aussparung
Eine
in einer Längsrichtung
des Körpers
Bei
einer von allen Seitenwandungen
Gemäß
Die
Die
senkrecht zu den Oberflächen
Der
wärmeleitfähige Körper
Dazu
wird in einem in
Der
umgeformte Körper
ist nun mit
Wie
in
In
einem ersten der weiteren Prozessschritte wird nun auf die obere
Oberfläche
Ein
Beispiel eines solchen fertiggestellten mit elektronischen Komponenten
bestückten
Substrats
In
einem nächsten
Verfahrensschritt wird nun die fertig bestückte Anordnung aus Substrat
Die
Unterseite
Der
Wärmestrom
von dem Transistor
Vorzugsweise
können
für die
Serienfertigung mehrere Körper
Das fertige bestückte Substrat wird vorzugsweise für einen Kabelverstärker oder CATV-Verstärker verwendet, ist aber auch in anderen Anwendungen einsetzbar.The ready assembled Substrate is preferably for a cable amplifier or CATV amplifier used, but can also be used in other applications.
Die
In
dem Ausführungsbeispiel
gemäß
In
der Ausführungsform
gemäß
Gemäß
- 22
- Substratsubstratum
- 33
- Körperbody
- 3'3 '
- umgeformter Körperreshaped body
- 3A,3C,3E,3G3A, 3C, 3E, 3G
- Kontaktbereichcontact area
- 3A',3C',3E',3G'3A ', 3C', 3E '3G'
- verformter Kontaktbereichdeformed contact area
- 3B,3F3B, 3F
- Zwischenbereichintermediate area
- 3B',3F'3B ', 3F'
- Zwischenbereichintermediate area
- 3D,3H3D, 3H
- Querwandungtransverse wall
- 3I,3J,3K,3L3I, 3J, 3K, 3L
- Kontaktbereichcontact area
- 44
- Aussparungrecess
- 4A,4B,4C,4D4A, 4B, 4C, 4D
- Seitenwandungsidewall
- 4E,4F,4G,4H4E, 4F, 4G, 4H
- Eckbereichcorner
- 5,6,7,85,6,7,8
- Rillegroove
- 10,11,12,1310,11,12,13
- KraftschlussbereichAdhesion area
- 1414
- Wärmespreizerheat spreader
- 1515
- Transistortransistor
- 1616
- Kühlkörperheatsink
- 20,21,30,3120,21,30,31
- Oberflächesurface
- 30',31'30 ', 31'
- Oberflächesurface
- 24,2524.25
- Lötschichtsolder layer
- 2626
- elektronische Komponenteelectronic component
- 2727
- Kontaktflächecontact area
- 2828
- Lotschichtsolder layer
- 40,4140.41
- Umformwerkzeugforming tool
- 45,46,47,4845,46,47,48
- StemmdornStemmdorn
- AA
- Längelength
- BB
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- CC
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