DE4118397A1

DE4118397A1 - Mit halbleiterbauelementen bestueckte metallkernleiterplatte

Info

Publication number: DE4118397A1
Application number: DE19914118397
Authority: DE
Inventors: Hans Peter Dipl Ing Diercks; Wolfgang Dipl Ing Betsch
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-06-05
Filing date: 1991-06-05
Publication date: 1992-12-10

Description

Die Erfindung betrifft eine mit Halbleiterbauelementen bestückte Metallkernleiterplatte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Der Stand der Technik ergibt sich aus folgenden Veröffentlichungen:

1) R. Strauss, SMD Oberflächenmontierte Bauteile, VTT- Verlag für technische Texte, Bonn S. 18 . . . 23,
2) DE-OS 38 29 117,
3) DE-OS 37 08 000,
4) Zeitschrift "Elektronik" 1988, H. 23, S. 64 . . . 70,
5) Das SMD-Buch, Surface Mounted Devices, 2. Auflage 1985 Herausgeber: ESKOSE GmbH, 7141 Möglingen, S. 7 . . . 9.

In der elektrischen Nachrichtentechnik, aber auch auf anderen Gebieten der Elektrotechnik, ist es üblich, zum Aufbau von Geräten und Baugruppen die benötigten Halbleiterbauelemente, z. B. Transistoren und integrierte Schaltungen, sowie die passiven Bauelemente auf Leiterplatten zu montieren.

Moderne Halbleiterbauelemente, wie zum Beispiel solche in SOIC- (Small Outline Integrated Circuit), Flat-Pack- und PLCC- (Plastic-Leaded-Chip-Carrier-) Gehäusen weisen sehr viele Anschlußfahnen auf und sind deshalb zum flach auf der Leiterplatte liegenden Einbau ausgebildet. Zum Zwecke der Kühlung ist ein solches Bauelement so ausgebildet, daß die in ihm entstehende Wärme vorwiegend über seine der Leiterplatte abgewandten Flächen abgegeben wird. Einzelheiten der oben genannten und weiterer Gehäuse finden sich in (1).

Auch bei einem solchen Halbleiterbauelement kann eine so hohe Verlustleistung auftreten, daß die Kühlung allein durch die das betreffende Halbleiterbauelement unmittelbar umgebende Luft nicht ausreicht.

Aus (2) ist eine mit Halbleiterbauelementen bestückte Metallkernleiterplatte bekannt, bei der die Halbleiterbauelemente in unmittelbarem Wärmekontakt mit dem Metallkern stehen. Dazu ist die Leiterplatte unter dem jeweiligen Halbleiterbauelement frei von einer Isolierschicht. Dies wird erreicht, indem der Metallkern an der jeweiligen Stelle zum Halbleiterbauelement hin gewölbt ist. Nachteilig ist, daß der Metallkern genau passend zur beabsichtigten Bestückung vorgeprägt sein muß. Dadurch ist man in der Wahl des Werkstoffes für den Metallkern und seiner Dicke eingeschränkt, da nur verhältnismäßig weiche Werkstoffe geringer Dicke in Frage kommen. Außerdem erfordert das Prägen einen aufwendigen Arbeitsgang in der Fertigung.

Der Erfindung liegt folgende Aufgabe zugrunde: Es soll eine mit Halbleiterbauelementen bestückte Metallkernleiterplatte angegeben werden, bei der die Halbleiterbauelemente an beliebiger Stelle auf der Leiterplatte eingebaut und gut gekühlt sind und die leicht herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre gemäß dem Patentanspruch gelöst.

Aus (3) sind Leiterplatten mit einem ebenen Metallkern an sich bekannt.

Die Erfindung wird anhand eines in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. In der Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Leiterplatte dargestellt. In der Fig. 2 ist ein zum Aufbau vorbereitetes Halbleiterbauelement dargestellt.

Es wird zunächst die Fig. 1 beschrieben. In ihr bedeuten:
LP eine Leiterplatte,
IS₁ eine erste Isolierschicht,
IS₂ eine zweite Isolierschicht,
MK ein Metallkern,
IC ein Halbleiterbauelement,
AF Anschlußfahnen,
LB Leiterbahnen,
WA die wärmeabgebende Seite des Halbleiterbauelementes.

Die Leiterplatte LP weist einen Metallkern MK, eine erste Isolierschicht IS₁ und eine zweite Isolierschicht IS₂ auf.

Auf der Leiterplatte LP sind Halbleiterbauelemente montiert. Als Beispiel ist hier eines in der Form eines SOIC-Gehäuses dargestellt. Es ist mit seiner wärmeabgebenden Seite WA unter Verwendung eines wärmeleitenden Klebers oder einer Wärmeleitpaste am Metallkern MK befestigt. Dazu ist an der betreffenden Stelle die Leiterplatte LP frei von der jeweiligen Isolierschicht. Hier ist es die erste Isolierschicht IS₁. D.h., das Halbleiterbauelement IC befindet sich mit seiner wärmeabgebenden Seite WA nur über einen wärmeleitenden Kleber oder über eine Wärmeleitpaste in Wärmekontakt mit dem Metallkern MK. So wird die in Halbleiterbauelement IC entstehende Wärme über den Metallkern MK und von dort in nicht dargestellter Weise an die Umgebung abgegeben.

Es ist hier von der erfindungsgemäßen Leiterplatte nur der Bereich des Halbleiterbauelementes IC dargestellt. Dieser Bereich umfaßt die von der Isolierschicht freie Stelle unter dem Halbleiterbauelement sowie die Lötstellen der Anschlußfahnen an die Leiterbahnen. In diesem Bereich ist der Metallkern eben ausgebildet.

Anhand der Fig. 2 werden Einzelheiten des verwendeten Halbleiterbauelementes beschrieben. Es handelt sich um eines mit Möwenschwingen- (Gull-Wing-)Anschlußfahnen. Dieser Begriff wird in (4), S. 70, linke Spalte, erläutert. Gestrichelt ist die für die herkömmliche Einbaulage vorgesehene Form der Anschlußfahnen eingezeichnet. Bei der herkömmlichen Einbaulage ist die Unterseite US der Leiterplatte zugewandt. Die Anschlußfahnen ragen mit dem Maß d₁ über die Unterseite US hervor, so daß sich beim herkömmlichen Einbau ein Spalt zwischen der Unterseite und der Leiterplatte ergibt. Es ist aus (5), Seite 9, linke Spalte, bekannt, diesen Spalt zwecks Wärmeableitung über eine aus Keramik bestehende Leiterplatte mit Wärmeleitpaste auszufüllen.

Das hier dargestellte Halbleiterbauelement ist so ausgebildet, daß die in ihm entstehende Wärme beim herkömmlichen Einbau zum größten Teil über die der Leiterplatte abgewandten Seite abgegeben wird, d. h., die der Unterseite US gegenüberliegende Seite ist die wärmeabgebende Seite WA.

Zum Aufbau des Halbleiterbauelementes auf die erfindungsgemäße Leiterplatte sind die Anschlußfahnen AF in Richtung der wärmeabgebenden Seite WA gebogen, jedoch so, daß sie um das Maß d₂ hinter der Ebene der wärmeabgebenden Seite zurückstehen. Das Maß d₂ ist so unter Berücksichtigung der Dicke der ersten Isolierschicht IS₁ und der Dicke der Leiterbahnen gewählt, daß beim Aufbau auf die Leiterplatte einerseits die wärmeabgebende Seite WA auf dem Metallkern MK aufliegt und andererseits die Anschlußfahnen AF auf den Leiterbahnen LB aufliegen.

Eine Möglichkeit zur Herstellung der Leiterplatte besteht darin, daß man von einem beiderseitig ganz mit Isolierschichten beschichteten Basismaterial ausgeht und an den zur erfindungsgemäßen Bestückung vorgesehenen Stellen die erste Isolierschicht durch Fräsen entfernt. Dieses partielle Wegfräsen der ersten Isolierschicht läßt sich mit nur wenig Aufwand vornehmen, denn bei der Herstellung solcher Leiterplatten ist üblicherweise eine Umrißbearbeitung auf einer numerisch gesteuerten Fräsmaschine notwendig. Diese Fräsmaschine läßt sich so programmieren, daß sie auch noch die erste Isolierschicht partiell wegfräst.

Die erfindungsgemäße Elektronik-Baugruppe eignet sich außer für terrestrische Anwendung auch für Raumfahrtanwendung, z. B. in einem Nachrichtensatellit. Das Fehlen jeglicher Atmosphäre wirkt sich wegen der Wärmeableitung über den Metallkern nicht nachteilig aus. Es genügt, wenn für eine ausreichende Wärmeabgabe vom Metallkern an die Umgebung gesorgt ist.

Claims

Mit Halbleiterbauelementen bestückte Metallkernleiterplatte, wobei die Metallkernleiterplatte unter dem jeweiligen Halbleiterbauelement frei von einer Isolierschicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkern (MK) im Bereich des jeweiligen Halbleiterbauelementes (IC) eben ausgebildet ist und daß die Anschlußfahnen (AF) des jeweiligen Halbleiterbauelementes (IC) so geformt sind, daß seine wärmeabgebende Seite (WA) auf dem Metallkern (MK) aufliegt und die Anschlußfahnen (AF) auf den Leiterbahnen (LB) aufliegen.