DE19826023C2

DE19826023C2 - Mehrlagige elektrische Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE19826023C2
Application number: DE1998126023
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Borisch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1998-06-10
Publication date: 2001-01-25
Anticipated expiration: 2018-06-11
Also published as: DE19826023A1; FR2779900A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einer me tallischen Trägerplatte zur Abführung von Wärme, einer auf dieser vorgesehenen, elektrisch isolierenden, als beidseitig klebende Klebefolie ausgebildeten Zwischenschicht, einer auf der Zwischenschicht vorgesehenen Leiterplatte und mindestens einem auf der Leiterplatte vorgesehenen, mit dieser elek trisch leitend verbundenen, elektronischen Bauteil.

Es ist durch offenkundige Vorbenutzung bekannt, zur Abführung von Wärme von Platinen diese auf metallische Trägerplatten aufzukleben. Der übliche Einsatz von Heißklebern führt bei Trägerplatten geringer Dicke, z. B. 2 bis 3 mm, zu Wölbungen der Platte. Deswegen ist man dazu übergegangen, Platinen oder Trägerplatten mit einem beidseitig klebenden Klebeband zu verbinden. Beim Herstellungsprozeß wird zunächst eine metal lische Trägerplatte mit einer Leiterplatte durch ein Klebe band verbunden. Anschließend werden oberflächenmontierbare elektronische Bauteile (Surface Mounted Device = SMD) auf der Leiterplatte angelötet. Hierzu bedient man sich des sogenann ten Reflow-Lötens. Dabei wird zunächst der Lotwerkstoff in der vorgesehenen Menge an den Ort der Anschlußflächen ge bracht und liegt dort in fester Form vor. Die zum Aufschmel zen erforderliche Wärme wird im Verlauf des Lötprozesses über Heizgas oder Dampf, Wärme- oder Lichtstrahlung oder über Wär meleitung aus einem Heizbügel bzw. durch die Trägerplatte hindurch eingebracht. Nach dem Aufschmelzen der im Volumen und an den Anschlußflächen begrenzten Lotmenge wird die Wär mezufuhr reduziert. Mit der Abkühlung der Anordnung erstarrt das Weichlot und stellt die feste Verbindung her. Durch die für diesen Lötvorgang nicht unbeträchtliche Energiezuführung treten gasförmige Lösungsmittel aus dem Klebeband aus und verursachen in der Schicht zwischen Trägerplatte und Leiter platte Blasen, wodurch fehlerhafte Lötstellen entstehen.

Aus der DE 196 01 649 A1 ist eine Anordnung zur Verbesserung der Wärmeableitung bei elektrischen und elektronischen Bau elementen bekannt. Hierzu ist auf einer Metallplatte eine isolierende Klebeschicht vorgesehen, auf der eine Leiterplat te befestigt ist. Die Leiterplatte trägt Leiterbahnen und mit diesen verbundene elektrische Bauelemente. Die Anordnung weist den Nachteil auf, daß durch die beim Lötvorgang frei werdende Wärme Gase aus der Isolationsschicht austreten kön nen, welche vor allem bei dünnen Anordnungen zu Wellungen führen.

Aus der DD 258 116 A1 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der auf einer Leiterplatte Leiterbahnen vorgesehen sind und auf diesen elektrische Bauelemente durch Löten befestigt werden. Hierzu weist die Leiterplatte durchgehende Anschluß bohrungen zur Aufnahme der Anschlußstifte des Bauelements auf. Das Anlöten der Anschlußstifte erfolgt in der Weise, daß erhitztes fließfähiges Lot in den Bereich der einen Anschluß stift aufnehmenden Anschlußbohrung gebracht wird und in den verbleibenden Zwischenraum eindringen soll. Die aus dem Löt zinn austretenden Gasen verhindern dies jedoch. Deshalb ist in der Leiterplatte auf der dem Bauelement zugewandten Seite ein von der Anschlußbohrung ausgehender und zur Umgebung of fener Kanal vorgesehen, durch den die Gase, die aus dem Lot austreten, entweichen können.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine gat tungsgemäße Schaltungsanordnung so zu verbessern, daß das An löten elektronischer Bauteile möglichst ohne Beeinträchtigung der Schaltungsanordnung erfolgt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf min destens einer Seite der Zwischenschicht nach außen verlaufen de Kanäle zum Abführen von aus der Zwischenschicht austreten den Gasen vorgesehen sind, wobei die Kanäle zumindest in der Umgebung jedes Bauteils vorgesehen sind.

Der Kern der Erfindung besteht darin, zumindest auf einer Seite der Zwischenschicht oder des Klebebandes Kanäle vorzu sehen, durch die die gasförmigen Lösungsmittel nach außen entweichen können. Auf diese Weise können sich keine Gasbla sen bilden, die die Qualität von Lötstellen beeinträchtigen können. Zusätzliche Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung er geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausfüh rungsbeispiele anhand der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Schaltungsanordnung gemäß einer der ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine Ausschnittsvergrößerung gemäß II in Fig. 1.,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Schaltungsanordnung ge mäß der Schnittlinie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Trägerplatte einer Schal tungsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 5 eine Ausschnittvergrößerung gemäß V in Fig. 4,

Fig. 6 einen Querschnitt durch die Schaltungsanordnung entlang der Schnittlinie VI-VI in Fig. 4,

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine Schaltungsanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform und

Fig. 8 einen Querschnitt durch die Schaltungsanordnung ge mäß der Schnittlinie VIII-VIII in Fig. 7.

Eine mehrlagige elektrische Schaltungsanordnung ist als mehr lagiger Platinen-Träger-Verbund 1 ausgebildet. Eine ersten in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Ausführungsform weist eine metallische Trägerplatte 2 zum Abführen von Wärme auf und ist vorzugsweise aus Aluminium, Stahl, Kunststoff, mit Glasfa sern, Glaskugeln oder Metallspänen gefülltem Kunststoff, me tallisch beschichteten Kunststoffplatten oder anderen geeig neten, wärmeleitenden Materialien hergestellt. Auf der Trä gerplatte 2 ist eine elektrisch isolierende Zwischenschicht 3 vorgesehen, die vorzugsweise durch eine beidseitig klebende Klebefolie 4 gebildet ist. Es können jedoch auch andere zur mechanischen Verbindung geeignete Klebstoffe verwendet wer den. Auf der Zwischenschicht 3 ist eine mit dieser verbundene Leiterplatte 5 vorgesehen, auf der wiederum elektronische Bauteile 6 mit der Leiterplatte 5 elektrisch leitend verbun den angeordnet sind.

In der Umgebung der Bauelemente 6 sind Kanäle 7 vorgesehen, die von der Zwischenschicht 3 durch die Leiterplatte 5 im we sentlichen senkrecht zu dieser nach außen verlaufen und in der Oberfläche der Leiterplatte 5 in Öffnungen 8 münden. Die Kanäle 7 können z. B. durch Bohren, Stanzen oder Fräsen her gestellt werden.

Im folgenden wird die Funktion der Kanäle 7 genauer beschrie ben: Bei der Bestückung von Leiterplatten 5 mit oberflächen montierbaren Bauteilen 6 (Surface Mounted Device = SMD) wer den die elektrisch leitenden Verbindungen durch Lötverbindun gen hergestellt. Bei dem hierfür üblichen sogenannten Reflow- Löten wird der gesamten Leiterplatte 5 erhebliche Energie z. B. über Heizgas oder Dampf zugeführt, um die mit Bauteilen 6 und Lotpaste versehene Leiterplatte 5 über den Schmelzpunkt der Lotpaste zu erwärmen. Infolge der Temperaturerhöhung tre ten aus der Klebefolie 4 Gase aus. Diese werden durch die Ka näle 7 nach außen abgeführt, wodurch ein gleichmäßiger Löt prozeß ermöglicht wird und die Klebeverbindung zwischen Trä gerplatte 2 und Leiterplatte 5 nicht beeinträchtigt wird.

Eine zweite Ausführungsform ist in den Fig. 4 bis 6 ge zeigt. Im folgenden werden lediglich die Unterschiede gegen über dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 3 erläutert. Ansonsten wird hiermit auf die oben erfolgte Beschreibung des Ausführungsbeispiels bezug genommen. Konstruktiv identische Teile werden mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Andere, jedoch funktionell gleichwertige Teile werden mit apostro phierten Bezugsziffern bezeichnet.

Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel weist die Träger platte 2' Kanäle 7' auf, die im wesentlichen senkrecht zur Trägerplatte 2 nach außen verlaufen und in Öffnungen 8' mün den. Die Kanäle können eine für die Gasabführung optimierte Form aufweisen. Dies können beispielsweise Löcher 9' oder Schlitze 10' oder H-förmige Kanäle 11' sein. Darüber hinaus können die Kanäle 7' die Trägerplatte 2' in einem regulären Raster durchdringen (nicht gezeigt), so daß eine Anpassung der Form und Lage der Kanäle 7' an die Besetzungsanordnung der Bauteile 6 auf der Leiterplatte 5' nicht erforderlich ist. Von besonderer Bedeutung ist in jedem Fall die Abführung von Gasen, die in der Umgebung der Bauteile 6 in der Zwi schenschicht 3 entstehen.

Eine dritte Ausführungsform ist in den Fig. 7 und 8 ge zeigt. Im folgenden werden lediglich die Unterschiede gegen über der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 3 be schrieben. Konstruktiv identische Teile werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Andere, jedoch funktionell gleich wertige Teile werden mit doppelt apostrophierten Bezugszei chen bezeichnet.

Im Gegensatz zu dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 bis 6 sind in der Trägerplatte 2" Vertiefungen 12" in ih rer der Zwischenschicht 3 zugewandten Oberfläche 13" vorge sehen. Die Vertiefungen 12" bilden zusammen mit der sie be deckenden Zwischenschicht 3 die Kanäle 7". Die Kanäle sind als ein regelmäßiges, die Oberfläche 13" überdeckendes Ra ster ausgebildet. Letzteres kann jedoch auch nur in der Umge bung der Bauteile 6 vorgesehen sein.

Für den Fall, daß die Trägerplatte aus Blech gebildet ist, werden die Vertiefungen 12" durch Prägung, spanende Bearbei tung oder Ätzen vorgesehen. Für den Fall, daß die Trägerplat te 2" als Druckgußteil ausgebildet ist, werden die Vertie fungen 12" bereits beim Guß eingeformt.

Selbstverständlich können die Kanalanordnungen gemäß erster bis dritter Ausführungsform auch kumulativ vorgesehen sein.

Claims

1. Mehrlagige elektrische Schaltungsanordnung, umfassend

a) eine metallische Trägerplatte (2; 2'; 2") zur Abführung von Wärme,
b) eine auf dieser vorgesehene, elektrisch isolierende, als beidseitig klebende Klebefolie (4) ausgebildete Zwischen schicht (3),
c) eine auf der Zwischenschicht (3) vorgesehene Leiterplatte (5; 5'; 5") und
d) mindestens ein auf der Leiterplatte (5; 5'; 5") vorgese henes, mit dieser elektrisch leitend verbundenes, elektro nisches Bauteil (6), dadurch gekennzeichnet, daß
e) auf mindestens einer Seite der Zwischenschicht (3) nach außen verlaufende Kanäle (7; 7'; 7") zum Abführen von aus der Zwischenschicht (3) austretenden Gasen vorgesehen sind, wobei
f) die Kanäle (7; 7'; 7") zumindest in der Umgebung jedes Bauteils (6) vorgesehen sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kanäle (7'; 7") durch die Trä gerplatte (2'; 2") hindurch nach außen geführt sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (7) durch die Leiterplatte (5) hindurch nach außen geführt sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (7") als Vertiefung (12") in der der Zwischenschicht (3) zuge wandten Seite der Trägerplatte (2") ausgebildet sind.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (7; 7'; 7") als regelmäßiges Raster vorgesehen sind.