DE19654353A1 - Montageanordnung eines Halbleiterbauelements auf einer Leiterplatte - Google Patents

Montageanordnung eines Halbleiterbauelements auf einer Leiterplatte

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Montageanordnung eines Halbleiterbauelements auf einer Leiterplatte, wobei die Leiterplatte auf einem Träger befestigt ist und wobei im Bereich der Auflagefläche des Halbleiterbauelements wenigstens eine Durchkontaktierung in der Leiterplatte zur Ausbildung einer wärmeleitenden Verbindung zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Träger angeordnet ist.
Eine derartige Montageanordnung geht beispielsweise aus der DE 41 07 312 A1 hervor.
Eine solche Montageanordnung ermöglicht es, die Ver­ lustwärme des Halbleiterbauelements über die im Bereich seiner Auflagefläche angeordneten, mit wenigstens einer Durchkontaktierung der Leiterplatte versehene wärmelei­ tende Verbindung auf den darunterliegenden Träger abzuführen, von dem sie sehr schnell aufgenommen wird.
Die Durchkontaktierung/en stellen fertigungstechnisch nur einen geringen zusätzlichen Aufwand dar, wobei keine zu­ sätzlichen oder besonderen Fertigungsschritte erforder­ lich sind, da derartige Durchkontaktierungen auch zur Leitungsverbindung zwischen den Kontaktstrukturen auf beiden Seiten der Leiterplatte bzw. zwischen verschiede­ nen Leitungsebenen von Multilayer-Leiterplatten erforder­ lich sind. Durch eine derartige Montageanordnung wird aufgrund der sehr guten Wärmeableitung der thermische Widerstand der Leiterplatte gesenkt, so daß eine wir­ kungsvolle kontinuierliche Kühlung des Halbleiterbauele­ ments gewährleistet ist.
Problematisch ist nun bei einer derartigen Montageanord­ nung eine kurzzeitige, impulsförmige Erwärmung des Halbleiterbauelements. Denn während eine kontinuierliche Kühlung des Halbleiterbauelements durchaus möglich ist, entstehen bei einer dynamischen, kurzzeitigen, impuls­ förmigen Aufheizung des Halbleiterbauelements Probleme, da in diesem Falle die sehr schnell entstehende Wärme von den Durchkontaktierungen nur sehr schlecht abgeführt werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Montageanordnung eines Halbleiterbauelements auf einer Leiterplatte der gattungsgemäßen Art derart zu verbes­ sern, daß auch bei einer kurzzeitigen, impulsförmigen Aufwärmung des Halbleiterbauelements ein sicherer Abtransport der dabei entstehenden Wärme ermöglicht und dadurch eventuell auftretende Schäden an dem Halbleiter­ bauelement durch Aufheizung vermieden werden können.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung wird bei einer Montageanordnung eines Halbleiterbauelements auf einer Leiterplatte der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der Leiterplatte und dem Halbleiterbauelement im Bereich dessen Auflagefläche eine als Wärmesenke dienende wärmeleitende Schicht angeordnet ist, die auf der Leiterplatte mittels einer elektrisch isolierenden Verbindungsschicht befestigt ist.
Die Anordnung der als Wärmesenke dienenden wärmeleitenden Schicht zwischen der Leiterplatte und dem Halbleiterbau­ element im Bereich dessen Auflagefläche hat den großen Vorteil, daß kurzzeitige in dem Halbleiterbauelement auftretende Wärmepulse, d. h. eine kurzzeitige Aufwärmung des Halbleiterbauelements, in der wärmeleitenden Schicht verteilt, von dieser aufgenommen und über die Durchkon­ taktierungen an den Träger abgeleitet werden. Auf diese Weise kann sehr wirkungsvoll vermieden werden, daß das Halbleiterbauelement durch eine kurzzeitige impulsförmige Erwärmung zerstört wird.
Die Anordnung der wärmeleitenden Schicht hat demnach den sehr großen Vorteil, daß kurzzeitige dynamische, impuls­ förmige Erwärmungen des Halbleiterbauelements von diesem sehr effektiv abgeführt werden.
Um einerseits eine möglichst optimale Abfuhr eines kurzzeitig in dem Halbleiterbauelement auftretenden Wärmepulses zu ermöglichen und andererseits die wärmelei­ tende Schicht möglichst dünn zu halten, ist vorteilhaf­ terweise vorgesehen, daß die Dicke der wärmeleitenden Schicht auf den zeitlichen Verlauf des thermischen Widerstands (Zth) bei einer Impulsbelastung des Halblei­ terbauelements angepaßt ist.
Rein prinzipiell können für die wärmeleitende Schicht die unterschiedlichsten wärmeleitenden Materialien verwendet werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß die wärmeleitende Schicht eine Metallschicht, vorzugsweise eine Kupfer-Schicht ist.
Auch hinsichtlich der Ausbildung der isolierenden Ver­ bindungsschicht zwischen der wärmeleitenden Schicht und der Leiterplatte sind die unterschiedlichsten Ausfüh­ rungsformen denkbar. Eine vorteilhafte, da einfach herzu­ stellende Ausführungsform sieht vor, daß die elektrisch isolierende Verbindungsschicht eine wenigstens teilweise ausgebildete Klebeschicht ist.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß die elektrisch isolierende Verbindungs­ schicht eine wenigstens teilweise ausgebildete Laminat­ schicht ist.
In bezug auf die Befestigung des Halbleiterbauelements auf der wärmeleitenden Schicht wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß das Halbleiterbauelement auf der wärmeleitenden Schicht mittels einer Lötverbindung befestigt ist.
Was die Befestigung der Leiterplatte auf dem Träger betrifft, sind ebenfalls die unterschiedlichsten Ausfüh­ rungsformen denkbar. Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß die Leiterplatte mittels eines Klebers auf den Träger geklebt ist.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß die Leiterplatte unter Verwendung einer kunstharzgetränk­ ten Glasfasermatte mit dem Träger verpreßt ist.
Der Träger selbst kann auf die unterschiedlichste Art und Weise ausgebildet sein und aus den unterschiedlichsten Materialien bestehen. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß der Träger eine Metallplatte, vorzugsweise eine Aluminiumplatte, ist. Eine Aluminiumplatte er­ möglicht zum einen einen guten Wärmeabtransport, zum anderen weist sie vorteilhafterweise ein geringes Gewicht auf.
Zeichnung
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegen­ stand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichneri­ schen Darstellung eines Ausführungsbeispiels, das in der Figur schematisch dargestellt ist.
Ein Ausführungsbeispiel einer Montageanordnung eines Halbleiterbauelements 4 auf einer Leiterplatte 2, dargestellt in der Figur, umfaßt einen beispielsweise aus einer Aluminiumplatte bestehenden Träger 8, auf dem über eine Klebeschicht 7 die Leiterplatte 2 befestigt ist. Im Bereich der Auflagefläche des Halbleiterbauelements 4 ist eine als Wärmesenke dienende elektrisch leitende Schicht 3, beispielsweise in Form einer dünnen Kupfer­ schicht, auf der Leiterplatte 2 mittels einer elektrisch isolierenden Verbindung 1 befestigt.
Das Halbleiterbauelement 4 selbst ist mittels einer Löt­ schicht 5 auf der elektrisch leitenden Schicht 3 befe­ stigt.
In der Leiterplatte 2 sind im Bereich der Auflagefläche des Halbleiterbauelements 4 und damit auch im Bereich der wärmeleitenden Schicht 3 der Kupferplatte Durchkon­ takierungen 6 vorgesehen, um eine Wärmeleitung von dem Halbleiterbauelement 4 über die wärmeleitende Schicht 3 auf den Träger 8 zu ermöglichen.
Die Dicke der wärmeleitenden Schicht 3 wird experimentell und/oder rechnerisch auf den zeitlichen Verlauf des thermischen Widerstands Zth bei einer Pulsbelastung des Halbleiterbauelements 4 angepaßt.
Hierzu wird das Halbleiterbauelement 4 kurzzeitig thermisch belastet und dabei rechnerisch und/oder experimentell festgestellt, welche Dicke der wärmeleiten­ den Schicht 3 notwendig ist, um eine gleichmäßige Verteilung der in dem Halbleiterbauelement 4 impulsförmig entstehenden Wärme und eine effektive Abfuhr dieses Wärmeimpulses über die Durchkontaktierungen 6 auf den Träger 8 zu ermöglichen.
Die isolierende Verbindungsschicht 1 ist eine zumindest teilweise ausgebildete Klebeschicht. Möglich ist es aber auch, eine wenigstens teilweise ausgebildete Laminat­ schicht vorzusehen.
Die Leiterplatte 2 selbst ist auf dem Träger 8 mittels einer Klebeverbindung 7 befestigt. Die Leiterplatte kann auch unter Verwendung einer kunstharzgetränkten Glasfa­ sermatte mit dem metallischen Träger verpreßt sein.

Claims (9)

1. Montageanordnung eines Halbleiterbauelements (4) auf einer Leiterplatte (2), wobei die Leiterplatte (2) auf einem Träger (8) befestigt ist und wobei im Bereich der Auflagefläche des Halbleiterbauelements (4) wenigstens eine Durchkontaktierung (6) in der Leiterplatte (2) zur Ausbildung einer wärmeleitenden Verbindung zwischen dem Halbleiterbauelement (4) und dem Träger (8) angeordnet ist, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen der Leiterplatte (2) und dem Halbleiterbauelement (4) im Bereich dessen Auflage­ fläche eine als Wärmesenke dienende wärmeleitende Schicht (3) angeordnet ist, die auf der Leiterplatte (2) mittels einer elektrisch isolierenden Verbin­ dungsschicht (1) befestigt ist.
2. Montageanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dicke der wärmeleitenden Schicht (3) auf den zeitlichen Verlauf des thermischen Widerstands (Zth) bei einer Impulsbelastung des Halbleiterbauelements (4) angepaßt ist.
3. Montageanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitende Schicht (3) eine Metallschicht, vorzugsweise eine Kupferschicht, ist.
4. Montageanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elek­ trisch isolierende Verbindungsschicht (1) eine wenigstens teilweise ausgebildete Klebeschicht ist.
5. Montageanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolie­ rende Verbindungsschicht (1) eine wenigstens teil­ weise ausgebildete Laminatschicht ist.
6. Montageanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halblei­ terbauelement (4) auf der wärmeleitenden Schicht (3) mittels einer Lötverbindung (5) befestigt ist.
7. Montageanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter­ platte (2) mittels einer Klebeschicht (7) auf den Träger (8) geklebt ist.
8. Montageanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (2) unter Verwendung einer kunstharzgetränkten Glasfa­ sermatte mit dem Träger (8) verpreßt ist.
9. Montageanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine Metallplatte, vorzugsweise eine Aluminium­ platte, ist.
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