DK169855B1

DK169855B1 - Kredsløbspakkeenhed og fremgangsmåde til fastgørelse af en kredsløbspakke på en bæregrundplade

Info

Publication number: DK169855B1
Application number: DK224188A
Authority: DK
Inventors: James G Leatham
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Priority date: 1986-09-02
Filing date: 1988-04-25
Publication date: 1995-03-13
Also published as: DK224188D0; DE3782646T2; JPH01500708A; EP0280700B1; IL83325A0; KR910000572B1; KR880702041A; IL83325A; US4769525A; DK224188A; EP0280700A1; ES2004999A6; DE3782646D1; WO1988001827A1

Description

DK 169855 B1

Opfindelsen angår en kredsløbspakkeenhed og en fremgangsmåde til fastgørelse af en pakke til en bære-grundplade, og især den måde, hvorpå en kredsløbspakke fastgøres til en køleplade eller en kredsløbsplade, 5 sammen med muligheden for at fjerne pakken fra overfladen, på hvilken den er monteret.

I moderne elektronik er integrerede kredsløb dannet på halvlederchips, som atter hver især er monteret i en pakke til beskyttelse, forbindelse, montering 10 og køling. I nogle tilfælde anvendes et flydende klæbemiddel til montering af pakken på en grundplade. Denne type montering bygger på, at kapillarvirkningen bringer klæbemidlet til at løbe ind i åbningen mellem pakken og den bærende grundplade, som den er monteret 15 på. Dette resulterer ofte i uensartede klæbninger, og lejlighedsvis forekommer meget store bare pletter på grund af uensartet strømning. Fastgørelsen skal ikke blot holde pakken på plads på sin grundplade, men skal også ved ledning føre varme fra pakken til grundpladen.

20 Bare pletter i klæbefastgørelsen reducerer således var-mestrømmen ud fra pakken og til den understøttende grundplade og resulterer i utilstrækkelig køling. Ved en anden fastgørelsesmåde anbringes klæbemidler med fyld på grundpladen som klatter af kit, og pakken tryk-25 kes ned i klæbemidlet. Disse materialer undgås ofte på grund af vanskeligheden ved at opnå ensartethed af klæ-bemiddeltykkelsen. En ensartet tykkelse er nødvendig for en forudsigelig varmestrøm ud af pakningen.

GB-A- 10 26 223 beskriver en fremgangsmåde til 30 fastgørelse af genstande, der er sammensat af termo-plastiske syntetiske materialer, til hinanden ved hjælp af varmesvejsning. En strimmel af termoplastisk syntetisk materiale indeholdende et elektrisk varmeelement indsættes mellem genstandene. En elektrisk strøm, der 35 påtrykkes varmeelementet, bringer genstandene til at blive svejset sammen.

2 DK 169855 B1 Når de er fastgjort med en af disse fastgørelsesmetoder, er det yderst vanskeligt at fjerne defekte pakker. I nogle tilfælde kan reparation ikke desto mindre udføres ved at fjerne en defekt pakke til repa-5 ration eller udskiftning af denne. Et klæbemiddel, såsom epoxy med sølvfyld, har en så stor klæbeevne, at det er praktisk talt umuligt at fjerne pakker til genbehandling uden at ødelægge pakken, den trykte kredsløbsplade, som tjener som dens grundplade, eller begge 10 dele.

Navy Technical Disclosure Bulletin, Vol l, nr.

5, september 1976, side 25-30 beskriver en fremgangsmåde til fastgørelse af en elektronisk komponent til et motherboard, hvor et resistivt element er implanteret i 15 det klæbemiddel, der fastgør komponenten til mother-boardet. Det resistive element kan derpå benyttes som et varmeelement til at blødgøre klæbemidlet for at fjerne komponenten ved svigten.

Hidtidige bestræbelser på at lette fjernelsen af 20 defekte pakker har koncentreret sig om at reducere klæbeforbindelsens klæbende fastgørelsesareal. Sådanne bestræbelser reducerer nødvendigvis varmeoverføringen fra pakken til grundpladen. I de fleste tilfælde vil grundpladen være en trykt kredsløbsplade, der bærer et 25 antal pakker, og fjernelse af én pakke, således at den kan repareres og genplaceres eller en ny pakke sættes i stedet, er derfor en god hjælp til at begrænse omkostningerne. Når udskiftning er mulig kan resten af opbygningen omfattende den trykte kredsløbsplade og andre 30 pakker på denne fortsat anvendes.

Opfindelsen angår en kredsløbspakkeenhed omfattende en bæregrundplade, der har en overflade, en elektrisk ledende opbygning på overfladen, en kredsløbspakke på opbygningen, og klæbemiddel mellem bære-35 grundpladen og kredsløbspakken, hvilken enhed er ejendommelig ved, at den elektrisk ledende opbygning omfat- 3 DK 169855 B1 ter en sinusformet trådopbygning, der skaber et mellemrum mellem kredsløbspakken og bæregrundpladen, og som danner udluftningsveje mellem kredsløbspakken og bæregrundpladen, at klæbemidlet enten er et pastaformet 5 klæbemiddel eller har så lav en viskositet, at det kan trækkes ind i mellemrummet ved kapillarvirkning, og at klæbemidlet danner et lag med en i hovedsagen ensartet tykkelse i det af den sinusformede trådopbygning skabte mellemrum mellem bæregrundpladen og kredsløbspakken.

10 Opfindelsen angår også en fremgangsmåde til fastgørelse af en pakke på en bæregrundplade omfattende trinnene: formning af en resistiv elektrisk ledende tråd til en trådopbygning mellem sine ender, 15 placering af trådopbygningen på en bæregrund- plades overflade, anbringelse af klæbemiddel oven på bæregrundpladen, anbringelse af pakken oven på klæbemidlet og 20 trådopbygningen, nedtrykning af pakken, og bringe klæbemidlet til at hærde til fastklæbning af pakken til bæregrundpladen, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, 25 at trinnet bestående i at forme en trådopbygning omfatter formning af en sinusformet trådopbygning, at den sinusformede trådopbygning udformes således, at den ikke skærer sig selv mellem pakken og bære-grundpladens overflade, 30 at pakken oven over bæregrundpladens overflade holdes i en afstand ved hjælp af den sinusformede trådopbygning, at der dannes udluftningsveje mellem pakken og bæregrundpladen ved hjælp af den sinusformede trådop-35 bygning, og at mellemrummet mellem pakken og bæregrundpladen i hovedsagen fyldes med klæbemiddel. Lederen kan op- 4 DK 169855 B1 varmes til lokalt at opvarme klæbemidlet i tilstrækkelig grad til at tillade afmontering af pakken fra dens * bæregrundplade uden at ødelægge pakken eller grundpladen.

5 Opfindelsen forklares i det følgende nærmere un der henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser et isometrisk billede af to kredsløbspakker, der ved hjælp af fremgangsmåden og appara-tet ifølge opfindelsen er fastgjort til en trykt kreds-10 løbsplade, der er monteret på en kølekanal med bortbrudte dele, fig. 2 i større målestok et snit efter linien 2-2 i fig. 1 med bortbrudte dele, og fig. 3 et snit efter linien 3-3 i fig. 2 med 15 bortbrudte dele, set fra oven.

I fig. 1 er der vist kredsløbspakker 10 og 12 monteret på en grundplade, der i den foretrukne udførelsesform er en trykt kredsløbsplade 14. I fig. 1 og 2 er den trykte kredsløbsplade vist som værende en 20 flerlaget trykt kredsløbsplade. Den trykte kredsløbsplades formål er at levere signaler og strøm til kredsløbspakkerne 10 og 12 og eventuelt andre lignende pakker monteret på den trykte kredsløbsplade og at udtage signaler fra disse. Kredsløbspladen tjener også 25 som grundplade til understøtning af kredsløbspakkerne og som middel til bortdragning af varme fra kredsløbspakkerne. For at hjælpe ved varmeafledningen er den trykte kredsløbsplade 14 kølet, idet den er monteret på en kølekanal 16. I det foreliggende tilfælde er 30 der vist en kanal, gennem hvilken der cirkuleres luft, som organ til bortdragning af varme fra den trykte kredsløbsplade. Andre køleorganer kan alternativt anvendes. Sådanne alternative køleorganer er køleplader, hvori der cirkulerer væske, eller køleplader forbundet 35 til en anden opbygning, ved hvilken varme kan afledes fra kølepladen. Illustrationen af kølekanalen er fore- 5 DK 169855 B1 taget med henblik på at påpege behovet for optimal termisk ledningsevne for hver kredsløbspakke til den trykte kredsløbsplade for at køle den trykte kredsløbspakke.

5 Den trykte kredsløbsplade 14 tjener til at bæ re kredsløbspakken 10 og danne en varmeoverførings-vej fra kredsløbspakkerne 10 og 12 til kølekanalen 16 og at tilvejebringe kredsløbsveje og underlag, ved hjælp af hvilke kredsløbspakken kan betjenes elektrisk.

10 Et antal underlag er blot som illustration vist på den øverste side af pladen 14 til elektrisk forbindelse til levering af strøm og signaler og til at aftage behandlede signaler fra kredsløbspakken 10. Underlagene 18, 20, 22, 24 og 26 er illustrative for de adskillige 15 underlag, der er vist rundt om kredsløbspakken 10 i fig. 1 og 3. Ved den konventionelle flade pakke er der forbindelser og underlag på begge sider af pakken og undertiden ved enderne. Som vist i fig. 1 er der lignende underlag rundt om kredsløbspakken 12 til for-20 bindelse til denne. Underlagene repræsenterer forbindelser til trykte kredsløb på og i pladen. Det trykte kredsløb kan være udformet på vilkårlig konventionel måde, såsom ved påføring af de ønskede kredsløb og underlag på pladen eller ved bortætsning af uønskede le-25 dende områder fra et lederlag for at efterlade de ønskede kredsløb og underlag. Flerlagspladen tillader krydsning af ledere og kan således tilvejebringe et mere kompliceret kredsløb og et passende underlagsarrangement. Det bemærkes, at kredsløbspakkerne 10 og 12 30 kan indeholde reaktive kredsløbselementer foruden i stor skala integrerede kredsløb.

Underlagene omfatter loddeunderlag 28, der har samme størrelse og form som kredsløbspakken 10. Lod-deunderlaget 28 kan være dannet ved afsætning af lod-35 demateriale på det trykte kredsløbsunderlag, der er dannet på den øverste overflade af den trykte kreds- 6 DK 169855 B1 * løbsplade. Bølgelodning kan opbygge et sådant underlag med loddemateriale i i hovedsagen ensartet tykkelse som angivet.

Ifølge opfindelsen er en elektrisk ledende tråd 5 30 af i hovedsagen ensartet tykkelse givet en sinus formet udformning, således at begge ender af tråden rager ud fra underlaget 28, uden at tråden krydser sig selv. Den sinusformede udformning, der er vist i fig.

3, er foretrukket. Ved denne sinusformede udformning er 10 enderne 32 og 34 bragt fri af underlaget 28 og er fastgjort til underlaget 36 og 38 med de nedenfor beskrevne formål. En foretrukken tråd er en modstandstråd, der er forsynet med isolering. Som et eksempel på en foretrukken udførelsesform har tråden en størrel-15 se på 0,125 mm og en sammensætning af 74,5% nikkel, 20% chrom, 2,75% aluminium og 2,75% kobber. Den er overtrukket med et 0,0125 mm tykt overtræk af polyimid.

Tråden fås fra Driver Harris Company under handelsnavnet "Karma." Isoleringen fås fra E. I. DuPont under 20 mærkenavnet "Pyre-M.L." Tråden har en total diameter på ca. 0,15mm.

Tråden er viklet til en sinusformet udformning, som angivet i fig. 3, med et mellemrum mellem sinusformens grene på ca. 5 mm. En række med afstand liggende 25 grene 40, 42 og 44 er anbragt i hovedsagen med lige stor afstand fra hinanden og er sammenføjet ved hjælp af buer ved enden af grenene. Det skal bemærkes, at der ikke er nogen indelukkede mellemrum mellem længderne af den elektrisk ledende tråd 30 i dennes sinusformede 30 udformning. Der er dannet nok sløjfer eller grene til i hovedsagen at dække underlaget 28, således at hvert punkt af underlaget er i hovedsagen mindre end 2,5 mm fra et punkt på den sinusformede ledende tråd. Derpå anbringes et klæbemiddel ensartet over trådkonfigura-35 tionen. Kredsløbspakken 10 anbringes derovenpå, presses ned og holdes på plads. Det foretrukne klæbemiddel * 7 DK 169855 B1 er pastaformet, og når pakken presses ned, spredes klæbemiddel over hele pakkeunderlagsgrænsefladen. Den sinusformede ledende trådkonfiguration virker som et afstandsstykke således, at pakken 10 ligger i ensar-5 tet afstand fra underlaget 28. Som angivet er mellemrummet ca. 0,15 mm. Med en nøjagtigt bestemt afstand opnås en mere ensartet varmeoverføring fra pakken til grundpladen. Desuden virker trådgrenene i den sinusformede trådkonfiguration til hjælp ved fjernelse af 10 luft i mellemrummet ved at tilvejebringe udluftningsveje, således at der forekommer en større fyldning med klæbemiddel med mindre chance for bare pletter i klæbemidlet på underlaget 28. Således bestemmer den sinusformede trådkonfiguration nøjagtigt mellemrummet og 15 hjælper til at uddrive luft fra mellemrummet. I den foretrukne udførelsesform er klæbemidlet pastaformet. Når der anvendes et klæbemiddel med lav viskositet kan det imidlertid trækkes ind i mellemrummet ved kapillarvirkning. Trådgrenene hjælper også til at uddrive luft ved 20 denne proces.

Typen af klæbemiddel, der anvendes, afhænger af, om det skal være elektrisk isolerende eller ikke. Kredsløbspakken 10's metalkasse kan være elektrisk isoleret fra loddeunderlaget 28, eller den kan være 25 elektrisk forbundet til dette. Loddemateriale er et godt klæbemiddel, der giver god termisk og elektrisk ledningsevne. Eutectisk tin/bly-loddemateriale, 63% tin og 37% bly, er tilfredsstillende. Også egnet som et pastaformet elektrisk ledende klæbemiddel er epoxy med 30 sølvfyld, der også har god termisk ledningsevne. F.eks. er Eccobåndet 56C, 57C og 58C epoxyer med sølv fyld, der leveres af W. R. Grace and Company, Canton, MA, tilfredsstillende. Desuden er Ablestik 131-1 fra Ablestik Adhesive Co., Inc., Gardena, California 90248 35 en exopy med sølvfyld, der også er tilfredsstillende.

Når der behøves elektrisk isolering mellem kredsløbspakken 10 og loddeunderlaget 28 giver DK 169855 Bl 8 polysulfid-klæbemiddel fyldt med aluminiumoxid eller bornitrid eller kombinationer heraf god elektrisk mod- > standsevne og god termisk ledningsevne. F.eks. tilsættes 80 vægtdele af en 2 til 1 blanding efter vægt af 5 bornitrid og aluminiumoxid til 110 vægtdele Proseal 1321 polysulfidklæber. Proseal fås fra Essex Chemical Corp., Coast Pro Seal Div., Compton, California. Disse pastaformede klæbemidler presses ind i mellemrummet, når pakken presses på plads. Delene hærdes på sædvan-10 lig måde eller ved at sende strøm igennem den sinusformede elektrisk ledende trådkonfiguration 30 for at bevirke en temperaturhærdning. På denne måde fastgøres kredsløbspakken pålideligt til den trykte kredsløbsplade og dennes underlag med god termisk ledningsevne og 15 tilstrækkelig mekanisk fastgørelse. Den elektrisk ledende trådkonfiguration 30 er nu indlejret i det klæbende lag.

Når man ønsker at fjerne en af kredsløbspakkerne fra den trykte kredsløbsplade til reparation af anlæg-20 get, kan dette opnås ved at sende strøm gennem den ledende trådkonfiguration 30. Der sendes tilstrækkelig strøm igennem tråden til at opnå en modstandsinduceret temperatur, der overskrider den termohærdende plastics glasificeringstemperatur eller overskrider et blødgø-25 ringspunkt for loddematerialet eller andre termoplas-tiske klæbemidler. På grund af overgangstiderne og halvlederchip'ens afstand fra varmekilden kan den sinusformede trådkonfiguration opvarmes til en høj temperatur, uden at opvarme halvlederchip'en i kredsløbs-30 pakken 10 meget. Endvidere er glasificeringstempera-turen for exoxy forholdsvis lav 125°C. Denne temperatur kan hurtigt nås uden at overophede halvlederchippe-ne. I en eksperimentel udførelsesform tillod en indgangseffekt på 20 W til den sinusformede elektrisk le-35 dende trådopbygning i 20 sekunder at kredsløbspakken 10 blev løftet af, idet epoxy med sølvfyld, såsom 9 DK 169855 B1 "Eccobåndet 57C", blev anvendt som klæbemiddel. Klæbemidlets gode termiske ledningsevne er til hjælp ved levering af varme til klæbemidlet for at blødgøre dette til fjernelse af pakken.

5 Opbygningen og energitilførslen til tråden be står i et sådant forhold til hinanden, at epoxyklæbe-midlets 125°C glasificeringspunkt nås over hele klæ-bemiddelarealet uden at det indre af pakken når 300°C, den maksimalt tilladte temperatur ved transistorerne i 10 pakken. Faktorerne omfatter termisk ledningsevne og tykkelse af pakken og klæbemidlet, trådafstand og energitilførsel.

Den sinusformede elektrisk ledende trådkonfiguration, der er vist i fig. 3, er ønskelig, men trådaf-15 standen synes ikke at være kritisk, hvis klæbemidlet er en god termisk leder. De omhandlede trådmål, materialer og klæbemidler fungerer godt, men opfindelsen er ikke begrænset til disse materialer og udformninger alene. Forskellige trådstørrelser og materialer og forskelli-20 ge klæbemidler kan være ønskelige til visse anvendelser.

Opfindelsen er beskrevet som et fastførelses-og frigørelsesapparat og en fremgangsmåde, der specielt er anvendelig til fastgørelse og frigørelse af kreds-25 løbspakker på kredsløbsplader. Den er også nyttig inden for et vidt område af andre mekaniske fastgørelses-og frigørelsessituationer, såsom til anvendelse som en styremekanisme. I dette eksempiel kan to komponenter holdes sammen ved hjælp af denne pakkefastgørelse, me-30 dens kræfter udefra ellers ville tvinge komponenterne fra hinanden. Efter visse forud fastlagte kriterier kan en strøm sluttes gennem tråden, hvorpå komponenterne vil adskilles. Et eksempel på en sådan anvendelse kan være i en kulmine. En faststof-hastighedsføler kan væ-35 re indrettet til at slutte strømmen gennem tråden 30 ved en forud fastlagt hastighedsaflæsning. I dette til-

Claims

20 PATENTKRAV

1. Kredsløbspakkeenhed omfattende en bæregrund-plade (14), der har en overflade, en elektrisk ledende opbygning (30) på overfladen, en kredsløbspakke (10) 25 på opbygningen, og klæbemiddel mellem bæregrundpladen og kredsløbspakken, kendetegnet ved, at den elektrisk ledende opbygning (30) omfatter en sinusformet trådopbygning, der skaber et mellemrum mellem kredsløbspakken og bæregrundpladen, og som danner ud-30 luftningsveje mellem kredsløbspakken og bæregrundpladen, at klæbemidlet enten er et pastaformet klæbemiddel eller har så lav en viskositet, at det kan trækkes ind i mellemrummet ved kapillarvirkning, og at klæbemidlet danner et lag med en i hovedsagen ensartet tyk-35 kelse i det af den sinusformede trådopbygning skabte mellemrum mellem bæregrundpladen og kredsløbspakken. 11 DK 169855 B1

2. Enhed ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den sinusformede trådopbygning er fremstillet af en metallegering, der indeholder nikkel og chrom.

3. Enhed ifølge krav 1 eller 2, kende-5 tegnet ved, at den sinusformede trådopbygning er isoleret fra overfladen og pakken ved hjælp af dielektrisk isolering på tråden.

4. Enhed ifølge krav 1 til 3, kendetegnet ved, at bærepladen er en trykt kredsløbsplade, og 10 den elektrisk ledende sinusformede trådopbygning har en første og anden ende (32, 34), og den første og anden ende af den sinusformede trådopbygning hver især er fastgjort til et første og andet underlag (36, 38) på den trykte kredsløbsplade, og det første og andet un-15 derlag er koblet til levering af elektrisk strøm til den sinusformede trådopbygning.

5. Enhed ifølge krav l til 4, kendetegnet ved, at klæbemidlet er valgt fra gruppen omfattende epoxy, sølvfyldt epoxy, aluminiumoxidfyldt poly- 20 sulfid, bornitrid og aluminiumoxidfyldt polysulfid og loddemiddel.

6. Fremgangsmåde til fastgørelse af en pakke (10) på en bæregrundplade (14) omfattende trinnene: formning af en resistiv elektrisk ledende tråd 25 (30) til en trådopbygning mellem sine ender (32, 34), placering af trådopbygningen på en bæregrund-plades (14) overflade, anbringelse af klæbemiddel oven på bæregrund- pladen, 30 anbringelse af pakken oven på klæbemidlet og trådopbygningen, nedtrykning af pakken, og bringe klæbemidlet til at hærde til fastklæbning af pakken til bæregrundpladen, 35kendetegnet ved, at trinnet bestående i at forme en trådopbygning omfatter formning af en sinusformet trådopbygning, 12 DK 169855 B1 at den sinusformede trådopbygning udformes således, at den ikke skærer sig selv mellem pakken og bære-grundpladens overflade, at pakken oven over bæregrundpladens overflade 5 holdes i en afstand ved hjælp af den sinusformede trådopbygning, at der dannes udluftningsveje mellem pakken og bæregrundpladen ved hjælp af den sinusformede trådopbygning, og 10 at mellemrummet mellem pakken og bæregrundpla den i hovedsagen fyldes med klæbemiddel.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kendetegnet ved, at den yderligere omfatter et efterfølgende trin til fjernelse af pakken fra bæregrund- 15 pladen ved blødgøring af klæbemidlet ved at sende strøm gennem den sinusformede trådopbygning for at udløse pakkens klæbeforbindelse til bæregrundpladen ved blødgøring af klæbemidlet.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 6 eller 7, k e n -20 d e t e g n e t ved, at den omfatter et trin til fastgørelse af den sinusformede trådopbygnings ender til særskilte underlag på en trykt kredsløbsplade, således at der kan sendes strøm gennem den sinusformede trådopbygning. w·'