DE60034948T2

DE60034948T2 - Wärmedurchgangslöcher in einer Leiterplatte, um Wärme von oberflächenmontierten elektronischen Bauteilen weg durch die Leiterplatte zu leiten

Info

Publication number: DE60034948T2
Application number: DE60034948T
Authority: DE
Inventors: Lars-Anders Olofsson
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2000-06-26
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2020-06-27
Also published as: WO2001001738A1; KR20020013920A; SE9902496D0; CN1171512C; SE516533C2; JP2003503831A; CN1359606A; HK1048047A1; EP1197128B1; EP1197128A1; AU6036800A; TW484343B; SE9902496L; ATE363195T1; CA2378252A1; DE60034948D1

Description

Feld der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte, die thermische Durchkontaktierungen enthält.
Hintergrund der Erfindung
Bei Oberflächenlötung von Leistungskomponenten wie z. B. RF-Leistungstransistoren ist es notwendig, die thermische Leitfähigkeit in der Leiterplatte mit Hilfe von thermischen Durchkontaktierungen zu verbessern. Dies ist deshalb, weil das eigentliche Plattenmaterial, das oftmals aus einem Polymermaterial besteht, eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit hat, ungefähr 0.5 W/m°C, wohingegen metallisches Material eine Wärmeleitfähigkeit von 400 W/m°C hat, was in diesem speziellen Fall ein Faktor von 800 ist.
Die thermischen Durchkontaktierungen werden gegenwärtig durch Bohren einer Vielzahl von Löchern in das Leiterplattenmaterial auf der Oberfläche, auf welcher der Komponentenkörper gelötet werden soll, geschaffen. Die inneren Oberflächen dieser Durchkontaktierungen werden mit einer dünnen metallischen Schicht beschichtet, normalerweise eine Kupferschicht, in den folgenden Stufen einer Leiterplattenherstellung. Es ist hauptsächlich diese dünne Kupferschicht, welche Wärme durch die Leiterplatte leitet.
Ein Problem mit den heutigen thermischen Durchkontaktierungen besteht darin, dass das Lot, das den Komponentenkörper mit der Platte verbinden soll, nach unten in die Löcher durchdringt, damit leitet es den Lötort des benötigten Lotes ab, um die Verbindung zu bewirken, und formt Löttropfen auf der in Bezug auf den Komponentenkörper gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte. Das Problem mit diesen Löttropfen besteht darin, dass sie den thermischen Kontakt zwischen einer Unterseite der Platte und einem Kühler beträchtlich schmälern und deswegen ist es notwendig, diese Tropfen auf die eine oder andere Weise zu entfernen.
DE 42 209 66 bezieht sich auf durch geformte Löcher in einer Platte erstreckende Metallstopfen, um Wärme von auf der Platte montierten Komponenten wegzuleiten. Die Metallstopfen sind gegen die Wände der Löcher deformiert.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, das oben erwähnte Problem zumindest zu mindern.
Entsprechend eines ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung wird dieses Ziel mit einer Leiterplatte gemäß Anspruch 1 erreicht.
Ein Vorteil, der durch die vorliegende Erfindung geliefert wird, besteht darin, dass die Leiterplatten einen beträchtlich niedrigeren Wärmewiderstand von einer oberen Seite zu einer unteren Seite der Platten im Vergleich mit Leiterplatten, die entsprechend heutiger Technologie hergestellt werden, haben.
Ein weiterer Vorteil, der durch die vorliegende Erfindung geliefert wird, besteht darin, dass die Prüfung der Durchkontaktierungen vereinfacht wird, wenn sie vollständig geschlossen sind.
Ein weiterer Vorteil, der durch die vorliegende Erfindung geliefert wird, besteht darin, dass Leistungskomponenten zu der gleichen Zeit oberflächenmontiert werden können, wenn alle anderen Komponenten auf der Platte oberflächenmontiert werden, was die Kosten in Bezug auf traditionelle, manuelle Bestückungsprozesse beträchtlich reduziert.
Noch ein weiterer Vorteil, der durch die vorliegende Erfindung geliefert wird, besteht darin, dass der Kühler oder das Gehäuse nicht die hohen Anforderungen der Oberflächenebenheit erfüllen muß, da Komponenten wie zum Beispiel RF-Leistungstransistoren direkt auf der Leiterplatte oberflächengelötet werden können.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf dazu veranschaulichende Ausführungsformen auch mit Bezug auf die zugehörenden Zeichnungen detaillierter beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Seitenansicht einer Platte für die Herstellung einer Leiterplatte.
2 zeigt eine Platte von oben, die mit Löchern versehen ist und die für die Herstellung einer Leiterplatte vorgesehen ist.
3 zeigt eine Seitenansicht einer erfinderischen Platte in welche thermische Durchkontaktierungen fest gedrückt wurden und welche für die Herstellung einer Leiterplatte vorgesehen ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 ist eine Seitenansicht einer Platte 1, die für die Herstellung einer Leiterplatte vorgesehen ist. Die Platte 1 enthält Plattenmaterial 10, auf welchem eine metallisierte obere und untere Oberfläche 12 bzw. 14 angeordnet wurden. Die metallisierten Ober- und Unterflächen formen die Basis für das Leiterbahnmuster, das heißt, das Leiterbahnmuster wird aus den elektrisch leitfähigen Ober- und Unterseiten durch Verfahren geätzt, die fachkundigen Personen wohlbekannt sind und welche in diesem Dokument deswegen im Detail nicht beschrieben werden müssen. Das Plattenmaterial ist irgendein geeignetes, kommerziell verfügbares Material, wie zum Beispiel FR4 oder BT.
2 zeit eine Platte von oben, welche drei Löcher 20 enthält. Die Größe und die Form der Löcher 20 werden angepasst, um metallische Stopfen aufzunehmen, welche in die Löcher gedrückt werden sollen.
3 ist eine Seitenansicht einer Leiterplatte 1, in welche metallische Stopfen 30 in die Löcher gepresst wurden. Die metallischen Stopfen werden in das Plattenmaterial gepresst und verdichtet oder axial gestaucht, um zu bewirken, dass sich die Stopfen in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der jeweiligen Löcher 20 ausdehnen. Die Ausdehnung der Stopfen 30 bewirkt, dass die Stopfen nach außen gegen eine innere Wandoberfläche der metallischen Schicht 12 und 14 der jeweiligen Ober- und Unterseite des Plattenmaterials 10 gezwängt werden. Die Stopfen formen thermische Durchkontaktierungen in der Platte 1 und formen eine dichte Oberfläche mit den peripheren metallischen Schichten 12 und 14. Um das Endergebnis einer nachfolgenden Strukturierung eines Leiterbahnmusters und des nachfolgenden Ätzprozesses zu verbessern, kann es notwendig sein, die Ober- und die Unterseiten der Platte auszugleichen, um jegliche Höhenunterschiede zwischen den metallischen Schichten 12 und 14 und des Stopfens 30 zu beseitigen.
Die Stopfen 30 werden vorzugsweise aus Kupfer gemacht. Obwohl die stopfenaufnehmenden Löcher 20 in der Platte vorzugsweise kreisrund in der Gestalt sein werden, können sie alternativ in der Gestalt rechteckig, dreieckig oder elliptisch sein. Die Form und Größe der jeweiligen Stopfen 30 werden an die Form und Größe der jeweiligen Löcher in der Platte angepasst. Die Löcher werden vorzugsweise keine scharfen Ecken beinhalten.
Die Wärmeleitfähigkeit kann durch Platzierung einer zusätzlichen Kupferschicht auf der Ober- und/oder Unterseite der Platte vor dem Erstellen des Leiterbahnmusters weiter verbessert werden. Das Vorhandensein einer solchen zusätzlichen Schicht wird sicherstellen, dass Chemikalien nicht in mögliche Risse zwischen dem Stopfen und dem Loch in den folgenden Prozessstufen eindringen.
Obwohl die Platte, die in den Figuren dargestellt ist, eine Zweilagenplatte ist, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung auch auf Einzelschichtplatten oder Platten, die mehr als zwei Schichten umfassen, angewendet werden kann. Für den Fall von Platten, welche mehr als zwei Schichten beinhalten, werden die Stopfen gegen eine innere Wandoberfläche der metallischen Schichten 12 und 14 auf der jeweiligen Ober- und Unterseite des Plattenmaterials 10 und nicht gegen die metallische Schicht oder Schichten innerhalb der Platte abdichten.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen und dargestellten, beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist und das Modifizierungen innerhalb des Umfanges der folgenden Ansprüche gemacht werden können.

Claims

Leiterplatte mit einem oder mehreren Metallstopfen (30), die sich zur Leitung von Wärme von auf der Platte montierten Komponenten durch Löcher (20) in der Platte (10) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (20) sich durch Metallisierungen (12, 14) auf den Ober- und Unterseiten der Platte (10) erstrecken und dass die Metallstopfen (30) deformiert sind, um gegen die Wände der Löcher durch die Metallisierungen (12, 14) der Platte abzudichten.
Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine metallische Schicht auf und angrenzend an die Metallstopfen auf der Oberseite und/oder der Unterseite der Platte vorhanden ist.