DE112022003296T5

DE112022003296T5 - Einbettbare elektrisch isolierende wärmesenkekomponente und diese umfassende leiterplatte

Info

Publication number: DE112022003296T5
Application number: DE112022003296.0T
Authority: DE
Inventors: Jeff Borgman; Cory Nelson; Marianne Berolini
Original assignee: Kyocera Avx Components Corp
Current assignee: Kyocera Avx Components Corp
Priority date: 2021-06-28
Filing date: 2022-06-27
Publication date: 2024-05-29
Also published as: WO2023278303A1; US20220418081A1; JP2024523966A; CN117461395A

Abstract

Eine Wärmesenkekomponente kann einen Korpus, der ein wärmeleitendes Material, das elektrisch nichtleitend ist, umfasst, eine untere leitfähige Schicht, die über einer unteren Fläche des Korpus ausgebildet und elektrisch an die Grundebenenschicht angeschlossen ist, und eine obere leitfähige Schicht, die über einer oberen Fläche des Korpus ausgebildet ist, umfassen. Die Wärmesenkekomponente kann eine Länge in einer X-Richtung, die parallel zu der oberen Fläche des Korpus verläuft, und eine Dicke in einer Richtung senkrecht zu der oberen Fläche aufweisen. Das Verhältnis der Länge zur Dicke kann größer als etwa 7 sein.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 28. Juni 2021 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Serial-Nr. 63/215,622 , auf die in ihrer Gesamtheit hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Hintergrund der Erfindung
Elektrische Schaltungen, wie Leistungsverstärkerschaltungen, erzeugen während des normalen Betriebs Wärme. Ein Wärmestau kann unerwünschterweise die Temperatur der verschiedenen Komponenten der elektrischen Schaltung erhöhen. Wenn diese Wärme nicht ausreichend abgeführt wird, zum Beispiel durch Ableitung in eine Wärmesenke, kann die elektrische Vorrichtung überhitzen, was zur Beschädigung der elektrischen Komponente führt. Leiterplatten umfassen häufig eine eingebettete Grundebene. Durchkontakte oder andere elektrisch leitfähige Verbindungen erleichtern den Wärmestrom weg von einem Wärmesenkenanschluss auf einer Fläche der Leiterplatte zur Grundebene und weg von oberflächenmontierten Komponenten. Wenn man eine elektrische Komponente direkt mit einer solchen Wärmesenke verbindet, kann unerwünschterweise eine elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Komponente und der Grundebene entstehen und den Betrieb der elektrischen Komponente stören.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Wärmesenkekomponente Folgendes umfassen: einen Korpus, der ein wärmeleitendes Material umfasst, das elektrisch nichtleitend ist, eine untere leitfähige Schicht, die über einer unteren Fläche des Korpus ausgebildet und elektrisch an die Grundebenenschicht angeschlossen ist, und eine obere leitfähige Schicht, die über einer oberen Fläche des Korpus ausgebildet ist. Die Wärmesenkekomponente kann eine Länge in einer X-Richtung, die parallel zu der oberen Fläche des Korpus verläuft, und eine Dicke in einer Richtung senkrecht zu der oberen Fläche aufweisen. Das Verhältnis der Länge zur Dicke kann größer als etwa 7 sein.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Leiterplatte ein Substrat umfassen, das eine Montagefläche und eine Grundebenenschicht, die von der Montagefläche beabstandet ist, umfasst. Die Leiterplatte kann eine Wärmesenkekomponente umfassen, die wenigstens teilweise in das Substrat eingebettet ist. Die Wärmesenkekomponente kann Folgendes umfassen: einen Korpus, der ein wärmeleitendes Material umfasst, das elektrisch nichtleitend ist, und eine untere leitfähige Schicht, die über einer unteren Fläche des Korpus ausgebildet und elektrisch an die Grundebenenschicht angeschlossen ist, und eine obere leitfähige Schicht, die über einer oberen Fläche des Korpus ausgebildet ist. Ein Durchkontakt kann elektrisch an die obere leitfähige Schicht angeschlossen sein und sich zur Montagefläche hin erstrecken.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte eine eingebettete Wärmesenkekomponente umfassen. Das Verfahren kann das Bereitstellen eines Substrats umfassen, das eine Montagefläche umfasst. Das Substrat kann eine Grundebenenschicht umfassen, die von der Montagefläche beabstandet ist. Das Verfahren kann Folgendes umfassen: das Bilden einer unteren leitfähigen Schicht, die über einer unteren Fläche eines Korpus ausgebildet wird, der ein wärmeleitendes Material umfasst, das elektrisch nichtleitend ist; das Bilden einer oberen leitfähigen Schicht, die über einer oberen Fläche des Korpus ausgebildet ist; das Einbetten der Wärmesenkekomponente wenigstens teilweise in das Substrat, und zwar so, dass die untere leitfähige Schicht der Wärmesenkekomponente elektrisch mit der Grundebene verbunden ist; das Bohren eines Durchkontaktlochs durch das Substrat in die obere leitfähige Schicht hinein; und das Metallisieren des Durchkontaktlochs unter Bildung eines Durchkontakts, der elektrisch an die obere leitfähige Schicht angeschlossen ist und sich zur Montagefläche des Substrats hin erstreckt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Im Rest der Beschreibung und unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen ist eine vollständige und nacharbeitbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung einschließlich ihrer besten Realisierung für den Fachmann insbesondere dargelegt; dabei zeigen:

1 ist eine Seitenansicht einer Leiterplatte gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung;
2A zeigt ein Beispiel für wiederholte Muster von oberen leitfähigen Schichten auf einer oberen Fläche einer Wärmesenkekomponente gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung;
2B zeigt ein weiteres Beispiel für wiederholte Muster von oberen leitfähigen Schichten auf einer oberen Fläche einer Wärmesenkekomponente gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Seitenansicht einer Leiterplatte, bei der ein oder mehrere Durchkontakte eine untere leitfähige Schicht einer Wärmesenkekomponente mit einer Grundebenenschicht verbinden;
4A ist eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Leiterplatte, die eine Wärmesenkekomponente, welche eine Dünnschichtkomponente umfasst, gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst;
4B zeigt obere leitfähige Schichten auf einer oberen Fläche der Wärmesenkekomponente von 4A; und
5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Leiterplatte, die eine eingebettete Wärmesenkekomponente gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst.

Bei mehrfacher Verwendung von Bezugszeichen in der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen sollen diese dieselben oder analoge Merkmale oder Elemente der vorliegenden Erfindung repräsentieren.
Ausführliche Beschreibung von repräsentativen Ausführungsformen
Der Fachmann sollte sich darüber im Klaren sein, dass die vorliegende Diskussion nur eine Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen ist und die breiteren Aspekte der vorliegenden Erfindung nicht einschränken soll, wobei diese breiteren Aspekte in der beispielhaften Konstruktion verkörpert sind.
Allgemein gesagt betrifft die vorliegende Erfindung eine Wärmesenkekomponente, die zum Einbetten in eine Leiterplatte konfiguriert ist, und eine Leiterplatte, die eine eingebettete Wärmesenkekomponente umfasst. Die Leiterplatte kann ein Substrat mit einer Montagefläche umfassen. Die Leiterplatte kann eine Grundebenenschicht umfassen, die von der Montagefläche beabstandet ist. Eine Wärmesenkekomponente kann wenigstens teilweise in das Substrat eingebettet sein. Die Wärmesenkekomponente kann einen Korpus, der ein wärmeleitendes Material, das elektrisch nichtleitend ist, umfasst, und eine untere leitfähige Schicht, die über einer unteren Fläche des Korpus ausgebildet und elektrisch an die Grundebenenschicht angeschlossen ist, umfassen. Die Wärmesenkekomponente kann eine obere leitfähige Schicht, die über einer oberen Fläche des Korpus ausgebildet ist, umfassen. Ein oder mehrere Durchkontakte können elektrisch an die obere leitfähige Schicht angeschlossen sein und sich zur Montagefläche hin erstrecken. Zum Beispiel kann oder können sich die Durchkontakte bis zur Montagefläche der Leiterplatte erstrecken. Auf der Montagefläche können ein oder mehrere Anschlüsse ausgebildet und elektrisch an den oder die Durchkontakte angeschlossen sein. Solche Anschlüsse können als Wärmesenke für die Montagefläche dienen, die nicht für eine elektrische Verbindung mit der Grundebenenschicht sorgt. Die Anschlüsse können Kupfer, Gold oder ein anderes leitfähiges Material umfassen.
Die Wärmesenkekomponente kann im Wesentlichen eine geeignete Größe zum Einbetten in die Leiterplatte aufweisen. Zum Beispiel kann das Verhältnis der Länge der Wärmesenkekomponente zur Breite der Wärmesenkekomponente größer als etwa 7, in einigen Ausführungsformen größer als 10, in einigen Ausführungsformen größer als 15, in einigen Ausführungsformen größer als 20, in einigen Ausführungsformen größer als 100 und in einigen Ausführungsformen größer als etwa 500 sein.
Die Wärmesenkekomponente kann relativ dünn sein, um das Einbetten in dem Substrat der Leiterplatte zu erleichtern. Zum Beispiel kann die Wärmesenkekomponente eine Dicke von weniger als etwa 250 µm, in einigen Ausführungsformen weniger als etwa 200 µm, in einigen Ausführungsformen weniger als etwa 175 µm und in einigen Ausführungsformen weniger als etwa 150 µm aufweisen.
Die oberen leitfähigen Schichten können relativ große Dicken aufweisen, um die Bildung der Durchkontakte zu erleichtern. Zum Beispiel können die Durchkontakte dadurch gebildet werden, dass man ein oder mehrere Durchkontaktlöcher durch das Substrat in die obere leitfähige Schicht hinein bohrt. Das oder die Durchkontaktlöcher können metallisiert werden, um den oder die Durchkontakte zu bilden, so dass die Durchkontakte elektrisch an die obere leitfähige Schicht oder Schichten angeschlossen sind und sich zur Montagefläche des Substrats hin erstrecken.
Zum Beispiel kann die Dicke der oberen leitfähigen Schicht im Bereich von etwa mehr als etwa 1 µm bis 50 µm, in einigen Ausführungsformen etwa 2 µm bis etwa 25 µm, in einigen Ausführungsformen etwa 4 µm bis etwa 10 µm und in einigen Ausführungsformen etwa 5 µm bis etwa 7 µm liegen.
In einigen Ausführungsformen kann die Wärmesenkekomponente wenigstens eine Dünnschichtkomponente umfassen. Die Dünnschichtkomponente kann eines oder mehrere aus einem Widerstand, Varistor, Kondensator, einer Induktivität und/oder Kombinationen davon, wie einen Dünnschichtfilter, umfassen. Die Dünnschichtkomponenten können eine oder mehrere Schichten aus leitfähigen Materialien, dielektrischen Materialien, Widerstandsmaterialien, induktiven Materialien oder anderen Materialien, die mit Hilfe der „Dünnschicht" technik präzise ausgebildet werden, umfassen.
Als Beispiel kann oder können die Dünnschichtkomponenten einen Dünnschichtvaristor umfassen. Der Varistor kann Bariumtitanat, Zinkoxid oder jedes andere geeignete dielektrische Material umfassen. In dem dielektrischen Material können verschiedene Additive enthalten sein, zum Beispiel solche, die den spannungsabhängigen Widerstand des dielektrischen Materials erzeugen oder verstärken. Zum Beispiel können die Additive in einigen Ausführungsformen Oxide von Cobalt, Bismut, Mangan oder eine Kombination davon umfassen. In einigen Ausführungsformen können die Additive Oxide von Gallium, Aluminium, Antimon, Chrom, Titan, Blei, Barium, Nickel, Vanadium, Zinn oder Kombinationen davon umfassen. Das dielektrische Material kann mit dem oder den Additiven in Mengen im Bereich von etwa 0,5 Molprozent bis etwa 3 Molprozent und in einigen Ausführungsformen etwa 1 Molprozent bis etwa 2 Molprozent dotiert sein. Die mittlere Korngröße des dielektrischen Materials kann zu den nichtlinearen Eigenschaften des dielektrischen Materials beitragen. In einigen Ausführungsformen kann die mittlere Korngröße im Bereich von etwa 1 µm bis 100 µm, in einigen Ausführungsformen von etwa 2 µm bis 80 µm, liegen.
Als ein weiteres Beispiel kann oder können die Dünnschichtkomponenten einen Dünnschichtwiderstand umfassen, der eine oder mehrere Widerstandsschichten umfasst. Zum Beispiel kann die Widerstandsschicht Tantalnitrid (TaN), Nickelchrom (NiCr), Tantalaluminid, Chromsilicium, Titannitrid, Titanwolfram, Tantalwolfram, Oxide und/oder Nitride solcher Materialien und/oder irgendwelche anderen geeigneten Dünnschicht-Widerstandsmaterialien umfassen. Die Widerstandsschicht kann jede geeignete Dicke aufweisen.
Als ein weiteres Beispiel kann oder können die Dünnschichtkomponenten einen Dünnschichtkondensator umfassen, der eine oder mehrere dielektrische Schichten umfasst. Als Beispiele kann oder können die dielektrischen Schichten eine oder mehrere keramische Materialien umfassen. Beispiele für geeignete Materialien sind Tonerde (Al₂O₃), Aluminiumnitrid (AIN), Berylliumoxid (BeO), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Bornitrid (BN), Silicium (Si), Siliciumcarbid (SiC), Siliciumoxid (SiO₂), Siliciumnitrid (Si₃N₄), Galliumarsenid (GaAs), Galliumnitrid (GaN), Zirconiumdioxid (ZrO₂), Gemische davon, Oxide und/oder Nitride solcher Materialien oder irgendein anderes geeignetes keramisches Material. Weitere exemplarische keramische Materialien sind Bariumtitanat (BaTiO₃), Calciumtitanat (CaTiO₃), Zinkoxid (ZnO), Keramiken, die niedrig geglühtes Glas enthalten, oder andere glasartig verbundene Materialien.
Die Dünnschichtkomponente kann eine oder mehrere Schichten umfassen, die Dicken im Bereich von etwa 0,001 µm bis etwa 1000 µm, in einigen Ausführungsformen etwa 0,01 µm bis etwa 100 µm, in einigen Ausführungsformen etwa 0,1 µm bis etwa 50 µm und in einigen Ausführungsformen etwa 0,5 µm bis etwa 20 µm aufweisen. Die jeweilige Schicht bzw. Schichten aus Materialien, die die Dünnschichtkomponente bilden, können mit Hilfe spezieller Methoden aufgetragen werden, die auf Ätzen, Photolithographie, PECVD-Verarbeitung (plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung) oder anderen Methoden beruhen.
In einigen Ausführungsformen können auf der oberen Fläche mehrere obere leitfähige Schichten ausgebildet werden. Zum Beispiel können die oberen leitfähigen Schichten in einem wiederholten Muster angeordnet sein. Dies kann für zusätzliche Stellen auf der oberen Fläche sorgen, wo eine Verbindung gebildet werden kann, zum Beispiel mit Hilfe eines Durchkontakts.
Der Korpus der Wärmesenkekomponente kann ein wärmeleitendes Material umfassen, das elektrisch nichtleitend ist. Wie in der Technik bekannt ist, sind der Wärmewiderstand und die Wärmeleitfähigkeit umgekehrt proportional zueinander. Somit korreliert ein geringer Wärmewiderstand mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Der Korpus der Wärmesenkekomponente kann jedes geeignete Material umfassen, das einen im Allgemeinen niedrigen Wärmewiderstand (z.B. weniger als etwa 6,67 × 10^-3 m·°C/W) und einen im Allgemeinen hohen spezifischen elektrischen Widerstand (z.B. mehr als etwa 10¹⁴ Ω·cm) aufweist. Ein Wärmewiderstand von 6,67 × 10^-3 m·°C/W ist äquivalent zu einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 150 W/m·°C. Mit anderen Worten, geeignete Materialien für den Balken 12 können eine im Allgemeinen hohe Wärmeleitfähigkeit, wie mehr als etwa 150 W/m·°C, aufweisen.
In einigen Ausführungsformen zum Beispiel kann der Korpus der Wärmesenkekomponente aus einem Material bestehen, das eine Wärmeleitfähigkeit zwischen etwa 100 W/m·°C und etwa 300 W/m·°C bei etwa 22°C aufweist. In anderen Ausführungsformen kann der elektrisch isolierende Balken 12 aus einem Material bestehen, das eine Wärmeleitfähigkeit zwischen etwa 125 W/m·°C und etwa 250 W/m·°C bei etwa 22°C aufweist. In anderen Ausführungsformen kann der elektrisch isolierende Balken 12 aus einem Material bestehen, das eine Wärmeleitfähigkeit zwischen etwa 150 W/m·°C und etwa 200 W/m·°C bei etwa 22°C aufweist.
In einigen Ausführungsformen kann der Korpus der Wärmesenkekomponente Aluminiumnitrid, Berylliumoxid, Aluminiumoxid, Bornitrid, Siliciumnitrid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Siliciumcarbid, irgendein geeignetes keramisches Material und Gemische davon umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann der Korpus der Wärmesenkekomponente Aluminiumnitrid umfassen. In einigen Ausführungsformen zum Beispiel kann der Korpus der Wärmesenkekomponente aus jeder geeigneten Zusammensetzung bestehen, die Aluminiumnitrid umfasst. In einigen Ausführungsformen kann der Korpus der Wärmesenkekomponente primär aus Aluminiumnitrid bestehen. Zum Beispiel kann der Korpus der Wärmesenkekomponente Additive oder Verunreinigungen enthalten. In anderen Ausführungsformen umfasst der Korpus der Wärmesenkekomponente Berylliumoxid. In einigen Ausführungsformen zum Beispiel kann der Korpus der Wärmesenkekomponente aus jeder geeigneten Zusammensetzung bestehen, die Berylliumoxid umfasst. In einigen Ausführungsformen kann der Korpus der Wärmesenkekomponente primär aus Berylliumoxid bestehen. Zum Beispiel kann der Korpus der Wärmesenkekomponente Additive oder Verunreinigungen enthalten.
1 ist eine Seitenansicht einer Leiterplatte 100 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Die Leiterplatte 100 kann ein Substrat 102 einschließlich einer Montagefläche 104 umfassen. Die Leiterplatte 100 kann eine Grundebenenschicht 106 umfassen, die von der Montagefläche 104 beabstandet ist. Eine Wärmesenkekomponente 110 kann wenigstens teilweise in das Substrat 102 eingebettet sein. Die Wärmesenkekomponente 110 kann einen Korpus 112 umfassen, der ein wärmeleitendes Material umfasst, das elektrisch nichtleitend
ist. Die Wärmesenkekomponente 110 kann eine untere leitfähige Schicht 114 umfassen, die über einer unteren Fläche 116 des Korpus 112 ausgebildet und elektrisch an die Grundebenenschicht 106 angeschlossen ist. Zum Beispiel kann die untere leitfähige Schicht 114 der Wärmesenkekomponente 110 direkt mit der Grundebenenschicht 106 in Kontakt stehen. Die Wärmesenkekomponente 110 kann eine obere leitfähige Schicht 118 umfassen, die über einer oberen Fläche 120 des Korpus 112 ausgebildet ist. Ein oder mehrere Durchkontakte 122, 124 können elektrisch an die obere leitfähige Schicht angeschlossen sein und sich zur Montagefläche 104 hin erstrecken.
Über der Montagefläche 104 können ein oder mehrere Wärmesenkenanschlüsse 126, 128 ausgebildet sein. Der oder die Durchkontakte 122, 124 können sich von der oder den oberen leitfähigen Schichten 118 aus bis zur Montagefläche 104 erstrecken und mit dem oder den Wärmesenkenanschlüssen 126, 128 verbunden sein.
Die Wärmesenkekomponente 110 kann eine Länge 134 in der X-Richtung, die parallel zu der Montagefläche 104 des Substrats 102 verlaufen kann, aufweisen. Die Wärmesenkekomponente 110 kann eine Dicke 136 in der Z-Richtung, die senkrecht auf der Montagefläche 104 stehen kann, aufweisen. Die Dicke 136 kann in Bezug auf die Länge 134 der Wärmesenkekomponente 110 relativ gering sein. Zum Beispiel kann das Verhältnis der Länge 134 zur Dicke 136 kann größer als etwa 7 sein.
Die Wärmesenkekomponente 110 kann eine Breite 138 in einer Y-Richtung, die senkrecht auf der X-Richtung stehen und parallel zur oberen Fläche 120 verlaufen kann, aufweisen. Die Dicke 136 kann in Bezug auf die Breite 138 der Wärmesenkekomponente 110 relativ gering sein. Zum Beispiel kann das Verhältnis der Breite 138 zur Dicke 136 kann größer als etwa 7 sein.
Die oberen leitfähigen Schichten 118, 119 können relativ große Dicken 138 aufweisen, um die Bildung der Durchkontakte 122, 124 zu erleichtern. Die Durchkontakte 122, 124 können dadurch gebildet werden, dass man ein oder mehrere Durchkontaktlöcher durch das Substrat 102 in die obere leitfähige Schicht 118, 119 hinein bohrt. Das oder die Durchkontaktlöcher können metallisiert werden, um den oder die Durchkontakte 122, 124 zu bilden, so dass die Durchkontakte 122, 124 elektrisch an die obere leitfähige Schicht oder Schichten 122, 124 angeschlossen sind und sich zur Montagefläche 104 des Substrats 102 hin erstrecken.
Die 2A und 2B zeigen ein Beispiel für wiederholte Muster der oberen leitfähigen Schicht oder Schichten 118, 119 auf der oberen Fläche 120 der Wärmesenkekomponente 110. Eine zusätzliche obere leitfähige Schicht 119 kann von der oberen leitfähigen Schicht 118 auf der oberen Fläche 120 beabstandet sein. Die obere leitfähige Schicht oder Schichten 118, 119 können in der X-Richtung um einen Abstand 130 beabstandet sein und in der Y-Richtung um eine Gierung 132 beabstandet sein. Wie in 2A gezeigt ist, können die oberen leitfähigen Schichten 118, 119 im Wesentlichen kreisförmig sein. Wie in 2B gezeigt ist, können die oberen leitfähigen Schichten 118, 119 eine im Wesentlichen quadratische oder rechteckige Form aufweisen. Die oberen leitfähigen Schichten 118, 119 können auch eine Vielzahl anderer Formen, wie dreieckig, oval oder rautenförmig oder jede andere geeignete Form, aufweisen. Die obere leitfähige Schicht 118, 119 kann in einem Gitter angeordnet sein, das Reihen, die sich in der X-Richtung erstrecken, und Spalten, die sich in der Y-Richtung erstrecken, aufweist. Es kann jedoch jedes geeignete wiederholte Muster eingesetzt werden.
3 ist eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Leiterplatte 300 gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung. Die Leiterplatte 300 kann ein Substrat 302 einschließlich einer Montagefläche 304 umfassen. Die Leiterplatte 300 kann im Wesentlichen ähnlich wie die Leiterplatte 100 von 1 konfiguriert sein. Die Leiterplatte 300 kann eine Grundebenenschicht 306 umfassen, die von der Montagefläche 304 beabstandet ist. Eine Wärmesenkekomponente 310 kann wenigstens teilweise in das Substrat 302 eingebettet sein. Die Wärmesenkekomponente 310 kann einen Korpus 312 umfassen, der ein wärmeleitendes Material umfasst, das elektrisch nichtleitend ist.
Die Wärmesenkekomponente 310 kann eine untere leitfähige Schicht 314 umfassen, die über einer unteren Fläche 316 des Korpus 312 ausgebildet und elektrisch an die Grundebenenschicht 306 angeschlossen ist. Die untere leitfähige Schicht 314 kann über einen oder mehrere Durchkontakte 330, 332 elektrisch an die Grundebenenschicht 306 angeschlossen sein. Der oder die Durchkontakte 330, 332 können sich ausgehend von der unteren leitfähigen Schicht 314 in der Z-Richtung bis zur Grundebenenschicht 306 erstrecken. Die Wärmesenkekomponente 310 kann eine obere leitfähige Schicht 318 umfassen, die über einer oberen Fläche 320 des Korpus 312 ausgebildet ist.
4A ist eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Leiterplatte 400 gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung. 4B ist eine Draufsicht auf eine obere Fläche 420 eines Korpus 412 einer Wärmesenkekomponente 410. Die Leiterplatte 400 kann im Wesentlichen ähnlich wie die Leiterplatte 300 von 3 konfiguriert sein. Die Leiterplatte 400 kann eine Grundebenenschicht 406 umfassen, die von einer Montagefläche 404 beabstandet ist. Die Wärmesenkekomponente 410 kann wenigstens teilweise in das Substrat 402 eingebettet sein. Die Wärmesenkekomponente 410 kann den Korpus 412 umfassen, der ein wärmeleitendes Material umfasst, das elektrisch nichtleitend ist. Die Wärmesenkekomponente 410 kann eine erste obere leitfähige Schicht 418 und eine zweite obere leitfähige Schicht 419 umfassen, die jeweils über der oberen Fläche 420 des Korpus 412 ausgebildet sind.
Außerdem kann die Wärmesenkekomponente 410 in dieser Ausführungsform eine oder mehrere Dünnschichtkomponenten 440 umfassen. In diesem Beispiel ist die Dünnschichtkomponente 440 über der oberen Fläche 420 ausgebildet und zwischen der ersten oberen leitfähigen Schicht 418 und der zweiten oberen leitfähigen Schicht 419 verbunden. In anderen Ausführungsformen jedoch kann die Dünnschichtkomponente 440 auch über der unteren Fläche 416 oder einer Seitenfläche 442 des Korpus 412 ausgebildet sein. Diese Anordnung kann für einen gewünschten Stromkreis zwischen dem ersten Wärmesenkenanschluss 426 und dem zweiten Wärmesenkenanschluss 428 sorgen und dennoch den ersten und den zweiten Wärmesenkenanschluss 426, 428 gegenüber der Grundebene 406 isolieren.
Als Beispiel kann die Dünnschichtkomponente 440 einen Dünnschichtwiderstand umfassen. Als ein weiteres Beispiel kann die Dünnschichtkomponente 440 einen Dünnschichtkondensator umfassen. Als noch weitere Beispiele kann die Dünnschichtkomponente 440 einen Varistor, eine Induktivität oder eine Kombination von Widerstand, Kondensator, Varistor und Induktivität umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann die Wärmesenkekomponente 410 als Interposer oder dergleichen wirken. Die Wärmesenkekomponente 410 kann einen Durchkontakt 430 umfassen, der mit einem Stecker 431 verbunden ist, welcher sich von der zweiten oberen leitfähigen Schicht 419 aus erstreckt. Der Durchkontakt 430 kann mit einem dritten Wärmesenkenanschluss 432 verbunden sein, der sich auf der Montagefläche 404 befinden kann. Die Wärmesenkekomponente 410 kann für eine direkte elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Wärmesenkenanschluss 428 und dem dritten Wärmesenkenanschluss 432 sorgen. Die Wärmesenkekomponente 410 kann also so konfiguriert sein, dass sie für elektrische Verbindungen zwischen ausgesuchten Anschlüssen sorgt, für Dünnschichtkomponenten zwischen ausgesuchten Anschlüssen sorgt und/oder lediglich als Wärmesenke wirkt, ohne für eine elektrische Verbindung für andere Anschlüsse zu sorgen (wie es zum Beispiel oben in Bezug auf den ersten Wärmesenkenanschluss 126 von 1 beschrieben ist).
5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 500 zur Herstellung einer Leiterplatte, die eine eingebettete Wärmesenkekomponente umfasst. Im Allgemeinen wird das Verfahren 500 hier unter Bezugnahme auf die Leiterplatten 100, 300, 400 der 1 bis 4B beschrieben. Man sollte sich jedoch darüber im Klaren sein, dass das offenbarte Verfahren 500 mit jeder geeigneten Leiterplatte, die eine Wärmesenkekomponente umfasst, ausgeführt werden kann. Außerdem zeigt 5 zwar Schritte, die zum Zwecke der Veranschaulichung und Diskussion in einer bestimmten Reihenfolge durchgeführt werden, doch sind die hier diskutierten Verfahren nicht auf irgendeine bestimmte Reihenfolge oder Anordnung beschränkt. Der Fachmann, der die hier bereitgestellten Offenbarungen verwendet, wird sich darüber im Klaren sein, dass verschiedene Schritte der hier offenbarten Verfahren weggelassen, umgeordnet, kombiniert und/oder auf verschiedene Weise angepasst werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Das Verfahren kann bei 502 das Bereitstellen eines Substrats 102 einschließlich einer Montagefläche 104 umfassen. Das Substrat 102 kann eine Grundebenenschicht 106 umfassen, die von der Montagefläche 104 beabstandet ist.
Das Verfahren kann bei 504 das Bilden einer unteren leitfähigen Schicht 114, die über einer unteren Fläche 116 eines Korpus 112 einer Wärmesenkekomponente 110 ausgebildet wird, umfassen. Der Korpus 112 kann ein wärmeleitendes Material umfassen, das elektrisch nichtleitend ist. Über einer oberen Fläche 104 des Korpus 102 können eine oder mehrere obere leitfähige Schichten 118, 119 ausgebildet sein.
Das Verfahren kann bei 506 das Einbetten der Wärmesenkekomponente 110 wenigstens teilweise in das Substrat 102 umfassen, und zwar so, dass die untere leitfähige Schicht 114 der Wärmesenkekomponente 110 elektrisch mit der Grundebene 106 verbunden ist.
Das Verfahren kann bei 508 das Bohren von einem oder mehreren Durchkontaktlöchern durch das Substrat 102 in die obere leitfähige Schicht 118, 119 hinein umfassen. Es können mechanisches Bohren, Laserbohren oder jede andere geeignete Technik eingesetzt werden.
Das Verfahren kann bei 510 das Metallisieren des oder der Durchkontaktlöcher umfassen, so dass ein oder mehrere Durchkontakte 122, 124 entstehen, die elektrisch an die obere leitfähige Schicht oder Schichten 122, 124 angeschlossen sind und sich zur Montagefläche 104 des Substrats 102 hin erstrecken. Es können Galvanisierung, stromlose Abscheidung und/oder jede andere geeignete Metallisierungstechnik eingesetzt werden.
Anwendungen
Die hier offenbarten verschiedenen Ausführungsformen von einbettbaren Wärmesenkekomponenten und Leiterplatten, die eingebettete Wärmesenkekomponenten umfassen, können eine Vielzahl von Anwendungen haben.
Zum Beispiel kann die Wärmesenkekomponente den Wärmefluss von den Anschlüssen 126, 128 auf der Montagefläche 104 zur Grundebene 106 erleichtern. Als Beispiele können verschiedene Ausführungsformen von geeigneten elektrischen Komponenten auf der Montagefläche 104 montiert sein, wie zum Beispiel ein Leistungsverstärker, Filter, Synthesizer, eine Computerkomponente, Stromzufuhr und/oder Diode. Spezielle Beispiele für Leistungsverstärkertypen sind Galliumnitrid(GaN)-Leistungsverstärker, Hochfrequenzradiowellenverstärker und dergleichen. Beispiele für Dioden, die für die Verbindung mit einer hier beschriebenen thermischen Komponente geeignet sein können, sind etwa Dioden, die speziell für die Verwendung in Lasern angepasst sind, neben anderen Typen von Dioden.
Diese und andere Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung können vom Fachmann praktisch umgesetzt werden, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem sollte man sich darüber im Klaren sein, dass Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen ganz oder teilweise gegeneinander ausgetauscht werden können. Weiterhin wird der Fachmann anerkennen, dass die obige Beschreibung nur beispielhaften Charakter hat und die Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen näher beschrieben ist, nicht einschränken soll.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 63215622 [0001]

Claims

Wärmesenkekomponente, umfassend einen Korpus, der ein wärmeleitendes Material umfasst, das elektrisch nichtleitend ist; eine untere leitfähige Schicht, die über einer unteren Fläche des Korpus ausgebildet und elektrisch an die Grundebenenschicht angeschlossen ist; eine obere leitfähige Schicht, die über einer oberen Fläche des Korpus ausgebildet ist; wobei die Wärmesenkekomponente eine Länge in einer X-Richtung, die parallel zu der oberen Fläche des Korpus verläuft, und eine Dicke in einer Richtung senkrecht zu der oberen Fläche aufweist und wobei das Verhältnis der Länge zur Dicke kann größer als etwa 7 ist.
Wärmesenkekomponente gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend wenigstens eine Dünnschichtkomponente, die auf der oberen Fläche, der unteren Fläche und/oder einer Seitenfläche des Korpus ausgebildet ist.
Wärmesenkekomponente gemäß Anspruch 2, wobei die wenigstens eine Wärmesenkekomponente einen Widerstand, Varistor, Kondensator und/oder eine Induktivität umfasst.
Wärmesenkekomponente gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend wenigstens eine zusätzliche obere leitfähige Schicht, die über der oberen Fläche des Korpus der Wärmesenkekomponente ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine zusätzliche obere leitfähige Schicht von der oberen leitfähigen Schicht auf der oberen Fläche beabstandet ist.
Wärmesenkekomponente gemäß Anspruch 4, wobei die wenigstens eine zusätzliche obere leitfähige Schicht und die obere leitfähige Schicht in einem wiederholten Muster auf der oberen Fläche angeordnet sind.
Wärmesenkekomponente gemäß Anspruch 1, wobei die obere leitfähige Schicht eine Dicke in der Z-Richtung aufweist, die größer als etwa 1 µm ist.
Wärmesenkekomponente gemäß Anspruch 1, wobei die Wärmesenkekomponente eine Breite in einer Y-Richtung, die senkrecht auf der X-Richtung steht und parallel zur oberen Fläche verläuft, aufweist und wobei das Verhältnis der Breite der Wärmesenkekomponente zur Länge der Wärmesenkekomponente im Bereich von 0,2 bis 5 liegt.
Wärmesenkekomponente gemäß Anspruch 1, wobei die Wärmesenkekomponente ein Material umfasst, das eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 150 W/m·°C bis etwa 300 W/m·°C bei etwa 22°C aufweist.
Wärmesenkekomponente gemäß Anspruch 1, wobei die Wärmesenkekomponente Aluminiumnitrid umfasst.
Wärmesenkekomponente gemäß Anspruch 1, wobei die Wärmesenkekomponente Berylliumoxid umfasst.
Wärmesenkekomponente gemäß Anspruch 1, wobei die Dicke der Wärmesenkekomponente kleiner als etwa 250 µm ist.
Leiterplatte, umfassend: ein Substrat, das eine Montagefläche umfasst; eine Grundebenenschicht, die von der Montagefläche beabstandet ist; und eine Wärmesenkekomponente, die wenigstens teilweise in das Substrat eingebettet ist, wobei die Wärmesenkekomponente Folgendes umfasst: einen Korpus, der ein wärmeleitendes Material umfasst, das elektrisch nichtleitend ist; eine untere leitfähige Schicht, die über einer unteren Fläche des Korpus ausgebildet und elektrisch an die Grundebenenschicht angeschlossen ist; und eine obere leitfähige Schicht, die über einer oberen Fläche des Korpus ausgebildet ist; und ein Durchkontakt, der elektrisch an die obere leitfähige Schicht angeschlossen ist und sich zur Montagefläche hin erstreckt.
Leiterplatte gemäß Anspruch 12, wobei die untere leitfähige Schicht der Wärmesenkekomponente direkt mit der Grundebenenschicht in Kontakt steht.
Leiterplatte gemäß Anspruch 12, weiterhin umfassend wenigstens einen zusätzlichen Durchkontakt, der die untere leitfähige Schicht elektrisch mit der Grundebenenschicht verbindet.
Leiterplatte gemäß Anspruch 12, weiterhin umfassend einen Wärmesenkenanschluss auf der Montagefläche, wobei sich der Durchkontakt von der oberen leitfähigen Schicht aus bis zur Montagefläche erstreckt und mit dem Wärmesenkenanschluss verbunden ist.
Leiterplatte gemäß Anspruch 12, wobei die Wärmesenkekomponente weiterhin wenigstens eine Dünnschichtkomponente umfasst, die auf der oberen Fläche, der unteren Fläche und/oder einer Seitenfläche des Korpus ausgebildet ist.
Leiterplatte gemäß Anspruch 12, wobei die Wärmesenkekomponente eine Länge in einer Richtung parallel zur Montagefläche des Substrats und eine Dicke in einer Richtung senkrecht zur Montagefläche aufweist und wobei das Verhältnis der Länge zur Dicke kann größer als etwa 7 ist.
Leiterplatte gemäß Anspruch 12, weiterhin umfassend wenigstens eine zusätzliche obere leitfähige Schicht, die über der oberen Fläche des Korpus der Wärmesenkekomponente ausgebildet ist, wobei die wenigstens eine zusätzliche obere leitfähige Schicht von der oberen leitfähigen Schicht auf der oberen Fläche beabstandet ist.
Leiterplatte gemäß Anspruch 18, wobei die wenigstens eine zusätzliche obere leitfähige Schicht und die obere leitfähige Schicht in einem wiederholten Muster auf der oberen Fläche angeordnet sind.
Leiterplatte gemäß Anspruch 12, wobei die obere leitfähige Schicht eine Dicke in der Z-Richtung aufweist, die größer als etwa 1 µm ist.
Leiterplatte gemäß Anspruch 12, wobei die Wärmesenkekomponente eine Breite in einer Y-Richtung, die senkrecht auf der X-Richtung steht und parallel zur oberen Fläche verläuft, aufweist und wobei das Verhältnis der Breite der Wärmesenkekomponente zur Länge der Wärmesenkekomponente im Bereich von 0,2 bis 5 liegt.
Leiterplatte gemäß Anspruch 12, wobei die Wärmesenkekomponente ein Material umfasst, das eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 150 W/m·°C bis etwa 300 W/m·°C bei etwa 22°C aufweist.
Leiterplatte gemäß Anspruch 22, wobei die Wärmesenkekomponente Aluminiumnitrid umfasst.
Leiterplatte gemäß Anspruch 12, wobei die Wärmesenkekomponente Berylliumoxid umfasst.
Leiterplatte gemäß Anspruch 12, wobei die Dicke der Wärmesenkekomponente kleiner als etwa 250 µm ist.
Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte, die eine eingebettete Wärmesenkekomponente umfasst, wobei das Verfahren umfasst: das Bereitstellen eines Substrats, das eine Montagefläche umfasst, wobei das Substrat eine Grundebenenschicht umfasst, die von der Montagefläche beabstandet ist; das Bilden einer unteren leitfähigen Schicht, die über einer unteren Fläche eines Korpus ausgebildet wird, der ein wärmeleitendes Material umfasst, das elektrisch nichtleitend ist; das Bilden einer oberen leitfähigen Schicht, die über einer oberen Fläche des Korpus ausgebildet ist; das Einbetten der Wärmesenkekomponente wenigstens teilweise in das Substrat, und zwar so, dass die untere leitfähige Schicht der Wärmesenkekomponente elektrisch mit der Grundebene verbunden ist; das Bohren eines Durchkontaktlochs durch das Substrat in die obere leitfähige Schicht hinein; und das Metallisieren des Durchkontaktlochs unter Bildung eines Durchkontakts, der elektrisch an die obere leitfähige Schicht angeschlossen ist und sich zur Montagefläche des Substrats hin erstreckt.