DE69832407T2 - Chipträgerelement und dessen verwendung - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Element zum Stützen von einem oder mehr Chips, um deren Montage an Schaltungsplatinen zu erleichtern, und ein Chipmodul, das ein derartiges chipstützendes Element umfasst.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Ein konventionelles Chipmodul umfasst ein chipstützendes Element, d.h. eine mechanischen Stütze für einen Chip, elektrischen Verbindungen zu dem Chip und Wärmeableitungsflächen für den Chip. Somit umfassen die bekannten Chipmodule die gesamte notwendige Infrastruktur für den Chip, was sie ziemlich aufwändig macht.
  • In vielen Anwendungen, wie etwa Anwendungen geringer Leistung, kann es sogar sein, dass diese gesamte Infrastruktur nicht benötigt wird.
  • Außerdem sind konventionelle Chipmodule, die mit "schwebenden" Chips zu montieren sind, häufig mit irgendeiner Art von Plastikmaterial als ein Zwischenmedium versehen, was sie ungeeignet macht, Wärme abzuleiten. Ein Beispiel hiervon wird in US-Patent Nr. 4,413,308 offenbart, wo Anschlüsse an einem Chipträger mit Leitern an einem flexiblen gedruckten Verdrahtungsblatt verbunden sind.
  • Literaturstelle DE 296 21 837 beschreibt ein chipstützendes Element, umfassend ein flexibles Substrat, das entweder metallisch oder nicht-leitend sein kann, zum Stützen des Chips, versehen mit einem versteifenden Rahmen mit einer Ausnehmung zum Aufnehmen des Chips.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Das Ziel der Erfindung ist, ein chipstützendes Element hervorzubringen, das einfacher und dadurch preiswerter als bekannte derartige Elemente herzustellen ist, und das dem Chip erlaubt, sich auszudehnen und zu schrumpfen und die Ableitung der Wärme gestattet, die durch den Chip generiert wird.
  • Dies wird mittels des chipstützenden Elementes gemäß der Erfindung dadurch erreicht, dass es eine biegsame (duktile) Metallfolie aus elektrisch und thermisch leitendem Material, und einen stabilisierenden Rahmen aus einem dielektrischen Material umfasst, der an der Folie um die Stelle herum fixiert ist, wo sich mindestens einen Chip in Kontakt mit der Folie zu befinden hat.
  • Für Anwendungen geringer Leistung würde das chipstützende Element gemäß der Erfindung, das mit mindestens einem Chip versehen ist, ein vollständiges Chipmodul bilden, das an einer Schaltungsplatine zu montieren ist.
  • Für Anwendungen hoher Leistung würde das chipstützende Element gemäß der Erfindung, das mit mindestens einem Chip versehen ist, an einer Wärmesenke an einer Schaltungsplatine, z.B. einer Hauptplatine, zu fixieren sein.
  • Somit kann das chipstützende Element gemäß der Erfindung in Anwendungen sowohl geringer Leistung als auch hoher Leistung verwendet werden, und ist folglich vielseitiger als Chipmodule, die bisher bekannt sind.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die angefügte Zeichnung detaillierter beschrieben, worin 1 und 2 Querschnittsansichten einer ersten bzw. zweiten Ausführungsform eines chipstützenden Elementes in Übereinstimmung mit der Erfindung sind, das an eine Schaltungsplatine angepasst ist.
  • BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines chipstützenden Elementes in Übereinstimmung mit der Erfindung, angepasst an eine Schaltungsplatine. Es sollte hervorgehoben werden, das 1 nicht maßstabsgerecht ist.
  • In Übereinstimmung mit der Erfindung umfasst das chipstützende Element eine biegsame Metallfolie 1 aus elektrisch und thermisch leitendem Material, und einen stabilisierenden Rahmen 2 aus dielektrischem Material, fixiert an der biegsamen Metallfolie 1 um einen Chip 3 herum, der, in der in 1 gezeigten Ausführungsform, mit seiner gesamten Unterseite an der Folie 1 fixiert ist.
  • Der Chip 3, der an der biegsamen Metallfolie 1 zu fixieren ist, kann zum Beispiel ein fragiler GaAs-Chip für eine Mikrowellenanwendung sein. Somit muss die biegsame Metallfolie 1 biegsam genug sein, um einen derartigen Chip nicht zu beschädigen, wenn er schrumpft oder sich ausdehnt.
  • Die biegsame Metallfolie hat eine Stärke von 15-75 Mikrometern und ist vorzugsweise eine Kupferfolie.
  • In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der Rahmen 2 mit Leitern 4 versehen, die an entsprechenden Anschlüssen (nicht gezeigt) auf dem Chip 3 über Bondingdrähte 5 gebondet sind. Es ist jedoch zu verstehen, dass der Rahmen 2 nicht notwendigerweise mit Leitern versehen sein muss, sondern dass die elektrischen Verbindungen zu den Chipanschlüssen auf vielen anderen Wegen bewerkstelligt werden können.
  • In 1 wird von der biegsamen Metallfolie 1 mit dem Rahmen 2 und dem Chip 3 angenommen, in einer Anwendung hoher Leistung verwendet zu werden.
  • Für diesen Zweck ist die biegsame Metallfolie 1 mit dem Rahmen 2 und dem Chip 3 an eine Schaltungsplatine in einer Ausnehmung in einer dielektrischen Schicht 6 auf einer Grundplatte 7 angepasst. Die Grundplatte 7 umfasst eine Schicht aus Metall oder einem zusammengesetzten Material und hat einen spezifizierten Koeffizienten thermischer Ausdehnung. Die biegsame Metallfolie 1 ist an der Grundplatte 7 über gelötete oder geklebte Verbindungsstellen 8 angebracht. In der in 1 gezeigten Ausführungsform gibt es eine Verbindungsstelle unter dem Chip 3 und weitere Verbindungsstellen entlang der Kanten der biegsamen Metallfolie 1. Diese gelöteten oder geklebten Verbindungsstellen 8 sind aus elektrisch und thermisch leitendem Material, um guten elektrischen Kontakt zwischen der biegsamen Metallfolie 1 und der Grundplatte 7 ebenso wie gute Wärmeableitung von der Folie, d.h. tatsächlich dem Chip 3, zu der Grundplatte 7 sicherzustellen.
  • Es sollte hervorgehoben werden, dass die gelötete oder geklebte Verbindungsstelle 8 unter dem Chip 3 in einer Anwendung geringer Leistung des chipstützenden Aufbaus gemäß der Erfindung ausgelassen werden kann.
  • In der Ausführungsform gemäß 1 ist die dielektrische Schicht 6 mit einem Muster von Leitern 9 versehen, die mit den Leitern 4 in dem Rahmen 2 über Leiter 10 elektrisch verbunden sind, die mit den Leitern 4 und 9 über Verbindungsstellen 11 gelötet oder geklebt sind.
  • 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform eines chipstützenden Elementes gemäß der Erfindung, angepasst an eine Schaltungsplatine. Es sollte ausgeführt werden, dass auch 4 nicht maßstabsgerecht ist.
  • Identische Komponenten in 2 und 1 weisen identische Bezugszeichen auf.
  • 2 veranschaulicht ein Beispiel einer Anwendung geringer Leistung des chipstützenden Elementes gemäß der Erfindung.
  • In der Ausführungsform gemäß 2 umfasst der chipstützende Aufbau eine biegsame Metallfolie 21 aus elektrisch und thermisch leitendem Material, mit einer Öffnung 22, über der ein Chip 3 entlang ihrer Kanten fixiert ist. Wie in 1 ist ein stabilisierender Rahmen 2 aus dielektrischem Material an der biegsamen Metallfolie 21 um einen Chip 3 herum fixiert, und der Rahmen 2 ist mit Leitern 4 versehen, die mit entsprechenden Anschlüssen (nicht gezeigt) an dem Chip 3 über Bondingdrähte 5 gebondet sind.
  • Wie in 1 ist die biegsame Metallfolie 21 auch mit dem Rahmen 2 und dem Chip 3 in einer Ausnehmung in einer dielektrischen Schicht 6 an einer Grundplatte 7 über gelötete oder geklebte Verbindungsstellen 8 angepasst.
  • In der Ausführungsform gemäß 2 ist jedoch die biegsame Metallfolie 21 mit der Grundplatte 7 unter dem Chip 3 nicht gelötet oder geklebt, sondern nur entlang der Kanten der biegsamen Metallfolie 21. Somit ist der Chip 3 in 2 im Gegensatz zu dem Fall in 1 in Bezug auf die Grundplatte 7 "schwebend" dadurch, dass er sich auf der biegsamen Metallfolie 21 auszudehnen und schrumpfen, d.h. bewegen, kann. Es sollte jedoch verstanden werden, dass es Anwendungen geben kann, wo es gelötete oder geklebte Verbindungsstellen auch zwischen der biegsamen Metallfolie 21 und der Grundplatte 7 um die Öffnung 22 herum gibt.
  • Außerdem ist wie in 1 die dielektrische Schicht 6 mit einem Muster aus Leitern 9 versehen, die mit den Leitern 4 an dem Rahmen 2 über Leiter 10 elektrisch verbunden sind, die mit den Leitern 4 und 9 über Verbindungsstellen 11 gelötet oder geklebt sind.
  • In Übereinstimmung mit einer weiteren nicht veranschaulichten Ausführungsform des chipstützenden Elementes gemäß der Erfindung ist die biegsame Metallfolie mit einer Öffnung versehen, die groß genug ist, um einen Chip aufzunehmen. Der Chip ist dann entlang seiner Kanten an der Folie fixiert, z.B. mittels Laserschweißen.
  • Die biegsame Metallfolie 1, 21 mit dem dielektrischen stabilisierenden Rahmen 2 kann einem Hersteller zum Montieren des Chips 3 an der Folie und Bonden der Leiter 4 an dem Rahmen 2 mit entsprechenden Anschlüssen an dem Chip 3 über die Bondingdrähte 5 getrennt geliefert werden.
  • Es sollte aus dem Obigen offensichtlich sein, dass das chipstützende Element gemäß der Erfindung in einer Anwendung geringer Leistung ebenso wie hoher Leistung verwendet werden kann. Somit wird die Montage von Chips an Schaltungsplatinen vereinfacht.

Claims (3)

  1. Stützendes Element für einen fragilen Chip (3), gekennzeichnet dadurch, dass es umfasst eine elektrisch und thermisch leitende duktile Metallfolie (1, 21), an der der Chip (3) zu fixieren ist, um dem Chip (3) zu ermöglichen, zu expandieren und zu schrumpfen, und einen stabilisierenden Rahmen (2), fixiert an der Folie (1, 21) um eine Stelle, wo der Chip (3) an der Folie (1, 21) zu fixieren ist.
  2. Stützendes Element, wie in Anspruch 1 beansprucht, gekennzeichnet dadurch, dass die Folie (1, 21) Kupfer ist.
  3. Chipmodul; gekennzeichnet dadurch, dass es umfasst einen fragilen Chip (3), fixiert an einer elektrisch und thermisch leitenden duktilen Metallfolie (1, 21), zum Ermöglichen, dass der Chip expandiert und schrumpft, einen stabilisierenden Rahmen (2), fixiert an der Folie um den Chip, und verbindende Leiter (4), gebondet an entsprechenden Anschlüssen an dem Chip (3) über Bonding-Drähte (5).
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