EP4364537A1

EP4364537A1 - Leiterplatte und verfahren zum prozesssicheren auflöten eines chipgehäuses

Info

Publication number: EP4364537A1
Application number: EP22744659.8A
Authority: EP
Inventors: Andreas Brinkmann
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2021-07-02
Filing date: 2022-06-30
Publication date: 2024-05-08
Also published as: WO2023275287A1; US20240292514A1; DE102021117131A1; CN117652211A

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum prozesssicheren Auflöten eines Chipgehäuses (300) auf eine Leiterplatte (100) zum prozesssicheren Auflöten eines Chipgehäuses (300), wobei die Leiterplatte (100) eine metallische Kühlfläche (102), eine Vielzahl von die Kühlfläche (102) umgebenden metallischen Kontaktflächen (104), sowie auf einer der Kühlfläche (102 entgegengesetzten Seite eine rückseitige metallische Gegenfläche aufweist, wobei die Gegenfläche durch offene Vias (106) mit der Kühlfläche (102) verbunden ist, und auf der Kühlfläche (102) Gassen (110) aus Lötstopplack angeordnet sind, die sowohl die Kühlfläche (102) in mehrere Teilflächen (112) unterteilen als auch die Vias (106) umschließen.

Description

Lisa Dräxlmaier GmbH Landshuter Str. 100 D-84137 Vilsbiburg

LEITERPLATTE UND VERFAHREN ZUM PROZESSSICHEREN AUFLOTEN EINES CHIPGEHÄUSES

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte zum prozesssicheren Auflöten eines Chipgehäuses, sowie ein Verfahren zum prozesssicheren Auflöten eines Chipgehäuses auf eine solche Leiterplatte.

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden hauptsächlich in Verbindung mit Chipgehäusen mit umlaufend angeordneten Kontaktfüßen und einer zentralen Entwärmungsfläche beschrieben. Das Chipgehäuse kann beispielsweise eine integrierte Schaltung ummanteln. Die Erfindung kann aber auch für andere Lötverbindungen genutzt werden, bei denen eine gute thermische Anbindung von flächigen Bauteilen an Kühlflächen erwünscht ist.

Elektronikbauteile einer elektrischen Schaltung können über in einer Leiterplatte ausgebildete Leiterbahnen miteinander verbunden werden. Die Elektronikbauteile können auf die Leiterplatte gelötet werden. Als Lötverfahren kann ein Reflow-Lötprozess verwendet werden. Bei dem Reflow-Lötprozess wird Lötpaste auf Kontaktflächen der Leiterplatte dosiert, die Elektronikbauteile auf die dosierte Lötpaste aufgesetzt und alles zusammen anschließend erhitzt, um die Lötpaste aufzuschmelzen.

Wenn die Elektronikbauteile Entwärmungsflächen zum Abführen von Wärme aufweisen, können die Entwärmungsflächen beim Reflow-Lötprozess thermisch an Kühlflächen der Leiterplatte angebunden werden. Um einen guten Wärmeübergang zu gewährleisten, ist eine möglichst großflächige Anbindung erforderlich. Während des Aufschmelzens der Lötpaste gast Flussmittel aus der Lötpaste aus. Das gasförmige Flussmittel kann Fehlstellen in flächigen Lötstellen bilden und so den Wärmeübergang verschlechtern. Des Weiteren können Herstellervorgaben für maximal akzeptable Hohlräume zwischen den Entwärmungsflächen und den Kühlflächen (Voiding) oftmals nicht eingehalten werden.

Beschreibung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel eine verbesserte Leiterplatte zum prozesssicheren Auflöten eines Chipgehäuses, sowie ein verbessertes Verfahren zum prozesssicheren Auflöten eines Chipgehäuses auf eine solche Leiterplatte bereitzustellen. Eine Verbesserung kann hierbei beispielsweise eine Verringerung von Fehlstellen in der Lötstelle, insbesondere eine großflächige thermische Anbindung betreffen.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.

Bei flächigen Lötstellen, beispielsweise zwischen einer Entwärmungsfläche eines Chipgehäuses und einer Leiterplatte, kann eine freie Oberfläche des Lots nicht groß genug sein, um alle Fluxanteile beziehungsweise aus dem Lot ausgasendes Flussmittel entweichen zu lassen, während das Lot flüssig ist. Das gasförmige Flussmittel kann im erstarrenden Lot eingeschlossen werden und Blasen bilden. Die Blasen können eine Wärmeübertragung verschlechtern, indem sie beispielsweise eine mögliche Wärmeübertragungsfläche der Lötstelle verringern.

Ebenso kann ein Abstand zwischen einer Kühlfläche einer Leiterplatte und der Entwärmungsfläche durch Toleranzen von Kontaktfüßen der Schaltung zumindest bereichsweise zu groß sein, um ihn mit Lot zu überbrücken. Dadurch kann sich ein Spalt zwischen der Entwärmungsfläche und dem Lot bilden, der ebenfalls die Wärmeübertragung verschlechtert bzw. die mögliche Wärmeübertragungsfläche der Lötstelle verringert. Es wird eine Leiterplatte zum prozesssicheren Auflöten eines Chipgehäuses vorgeschlagen, wobei die Leiterplatte eine metallische Kühlfläche, eine Vielzahl von die Kühlfläche umgebenden metallischen Kontaktflächen, sowie auf einer der Kühlfläche entgegengesetzten Seite eine rückseitige metallische Gegenfläche aufweist, wobei die Gegenfläche durch offene Vias mit der Kühlfläche verbunden ist, und auf der Kühlfläche Gassen aus Lötstopplack angeordnet sind, die sowohl die Kühlfläche in mehrere Teilflächen unterteilen als auch die Vias umschließen.

Weiterhin wird ein Verfahren zum prozesssicheren Auflöten eines Chipgehäuses auf eine Leiterplatte vorgeschlagen, wobei in einem Schritt des Bereitstellens eine Leiterplatte gemäß dem hier vorgestellten Ansatz bereitgestellt wird, in einem Schritt des Dosierens Lötpaste auf die Teilflächen und Kontaktflächen dosiert wird, in einem Schritt des Bestückens eine zentrale Entwärmungsfläche des Chipgehäuses über der Kühlfläche angeordnet wird und periphere Kontaktfüße des Chipgehäuses über den Kontaktflächen angeordnet werden, in einem Schritt des Lötens die Leiterplatte mit dem Chipgehäuse auf eine Löttemperatur erhitzt wird, wobei bei der Löttemperatur die Lötpaste zu Lot aufschmilzt, sich das Lot mit den Kontaktfüßen und den Kontaktflächen, sowie mit der Entwärmungsfläche und den Teilflächen der Kühlfläche verbindet, die Kontaktfüße auf den Kontaktflächen aufsetzen und so einen Abstand zwischen der Entwärmungsfläche und der Kühlfläche definieren, das Lot durch die Gassen ausgast, überschüssiges Lot durch die Vias auf die Gegenfläche abfließt, sich mit der Gegenfläche verbindet und auf der Gegenfläche verläuft, und in einem Schritt des Abkühlens das Lot an den Kontaktflächen und Kontaktfüßen, zwischen der Entwärmungsfläche und den Teilflächen, sowie auf der Gegenfläche erstarrt.

Unter einer Leiterplatte kann ein Trägerbauteil für eine elektrische Schaltung verstanden werden. Die Leiterplatte kann durch metallische Leiterbahnen verbundene metallische Kontaktflächen aufweisen. Die Kontaktflächen können als Kontaktpads bezeichnet werden. Ein Trägermaterial der Leiterplatte kann elektrisch isolierend sein.

Die Leiterbahnen können beispielsweise auf eine Schicht der Leiterplatte gedruckt oder geätzt werden. Die Leiterbahnen können dabei sowohl innerhalb der Leiterplatte als auch auf einer Oberfläche der Leiterplatte verlaufen. Dadurch können sich die Leiterplatten beispielsweise kreuzen, ohne elektrisch leitend miteinander verbunden zu sein. Die Kontaktflächen können an der Oberfläche der Leiterplatte angeordnet sein. Die Leiterplatte kann auch andere metallische Flächen auf ihrer Oberfläche aufweisen. Die metallischen Flächen können ebenfalls auf eine Schicht der Leiterplatte gedruckt oder geätzt sein. Diese metallischen Flächen können beispielsweise als Kühlfläche für auf der Leiterplatte angeordnete Bauelemente der elektrischen Schaltung ausgeführt sein. Kühlflächen können als Kühlpads bezeichnet werden. Die Kühlflächen können je nach Anforderung Teil einer Leiterbahn oder einer Kontaktfläche sein oder auch elektrisch isoliert sein. Die Kontaktflächen und Kühlflächen können beispielsweise aus einem Kupfermaterial bestehen.

Ein Via kann als Durchkontaktierung bezeichnet werden. Das Via durchdringt die Schichten der Leiterplatte im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Leiterplatte. Das Via kann ebenfalls aus einem Kupfermaterial bestehen. Ein offenes Via weist einen von der einen Seite der Leiterplatte zu der anderen Seite der Leiterplatte durchgehenden Kanal auf. Das offene Via kann dabei einem metallischen Röhrchen entsprechen. Das Via kann zwei metallische Flächen auf beiden Seiten der Leiterplatte elektrisch und thermisch miteinander verbinden. Insbesondere kann die Kühlfläche durch mehrere offene Vias mit einer als Gegenfläche bezeichneten metallischen Fläche der Leiterplatte verbunden sein. Die Vias können die Kühlfläche und die Gegenfläche insbesondere thermisch miteinander verbinden.

Lötstopplack kann eine Verbindung zwischen einer mit Lötstopplack bedeckten Oberfläche und Lot verhindern. Der Lötstopplack verhindert eine Benetzung der Oberfläche. Flüssiges Lot weist einen großen Kontaktwinkel zu einer mit Lötstopplack bedeckten Oberfläche auf. Lot fließt nur durch äußere Kräfte auf den Lötstopplack und perlt darauf ab. Der Lötstopplack trennt das Lot auf den Teilflächen der Kühlfläche voneinander. Eine Gasse kann eine vorbestimmte Breite aufweisen. Die Gassen können durchgehend sein. Die Gassen können rund um die Vias herum verlaufen. Die Vias können durch den Lötstopplack von den Teilflächen abgetrennt sein, um eine Kapillarwirkung zu unterbrechen.

Ein Chipgehäuse kann eine integrierte Schaltung ummanteln. Das Chipgehäuse kann vorwiegend aus einem Kunststoffmaterial sein. An einer Unterseite kann das Chipgehäuse eine metallische Fläche zum Abführen von Wärme aufweisen. Diese Fläche kann als Entwärmungsfläche bezeichnet werden. Metallische Kontaktfüße des Chipgehäuses können seitlich aus dem Chipgehäuse hervorstehen und in Richtung der Unterseite gekröpft sein. Dabei können die Kontaktfüße über eine Ebene der Entwärmungsfläche überstehen.

Lötpaste kann im Wesentlichen aus metallischen Lotpartikeln und Flussmittel bestehen. Bei einer Erhitzung auf eine vorbestimmte Löttemperatur schmelzen die Lotpartikel und verbinden sich zu flüssigem Lot. Die Löttemperatur kann beispielsweise bis zu 250 °C betragen. Das Flussmittel ermöglicht eine Benetzung von metallischen Oberflächen durch das Lot, indem es beispielsweise eine Oxidschicht von der Oberfläche entfernt bevor es verdampft. Dabei trennt sich das Flussmittel vom Lot. Das Lot verbindet sich dann mit der Oberfläche. Der Lötstopplack reagiert nicht oder nur geringfügig mit dem Flussmittel.

Durch die Gassen existieren zwischen der Entwärmungsfläche und der Kühlfläche Kanäle im Lot, durch die das gasförmige Flussmittel mit einem geringen Widerstand ausströmen kann. Des Weiteren ist die Oberfläche zum Ausgasen, bedingt durch das Aufrastern der einen großen Kupferfläche in mehrere kleine, vergrößert. Wenn die Kontaktfüße auf den Kontaktflächen aufliegen, ist ein Volumen eines Zwischenraums zwischen der Entwärmungsfläche und der Kühlfläche definiert. Das Lot füllt diesen Zwischenraum aus. Wenn vor dem Aufsetzen mehr Lot zwischen der Entwärmungsfläche und der Kühlfläche vorhanden ist als das Volumen des Zwischenraums, dann wird überschüssiges Lot aufgrund eines resultierenden Überdrucks im Lot durch die Vias auf die Gegenseite gedrückt. Das gasförmige Flussmittel kann ebenfalls durch die offenen Vias aus dem Zwischenraum entweichen.

Auf der Gegenseite ist kein Lötstopplack angeordnet, weshalb das flüssige Lot die Gegenseite benetzt und sich darauf verteilt. Lotperlen werden dadurch ebenfalls sicher vermieden.

Die Teilflächen können rasterförmig, insbesondere äquidistant, über die Kühlfläche verteilt angeordnet sein. Die Gassen können gitterförmig angeordnet sein. Die Gassen können im Wesentlichen geradlinig verlaufen. Die Teilflächen können im Wesentlichen gleich groß sein.

Die Vias können rasterförmig über die Kühlfläche verteilt angeordnet sein. Die Vias können in regelmäßigen Abständen über die Kühlfläche verteilt angeordnet sein. Durch die verteilten Vias hat das flüssige Lot und das gasförmige Flussmittel nirgends einen langen Weg, um auf die Gegenseite zu gelangen. Durch kurze Wege ergibt sich ein geringer notwendiger Überdruck im Lot und im Flussmittel. Durch den geringen Überdruck ergeben sich wenig Einschlüsse im Lot.

Die Lötpaste kann auf die Teilflächen mit einer größeren Schichtdicke dosiert werden als auf die Kontaktflächen. Auf den Kontaktflächen kann die Lötpaste mit einer geringeren Schichtdicke dosiert werden. Durch die größere Schichtdicke im Bereich der Teilflächen kann das Volumen des Zwischenraums zwischen der Entwärmungsfläche und der Kühlfläche sicher gefüllt werden. Beispielsweise kann die Lötpaste auf den Teilflächen mit einer Schichtdicke von mehr als 150 pm oder mehr als 200 pm, beispielsweise 250 pm, dosiert werden. Die Schichtdicke auf den Teilflächen kann beispielsweise um wenigstens 50 %, wenigstens 75 % oder sogar wenigstens 100 % dicker sein als auf den Kontaktflächen.

Die Lötpaste kann auf die Teilflächen mit einer größeren Schichtdicke als ein maximaler Abstand zwischen der Entwärmungsfläche und der Kühlfläche dosiert werden. Ein Volumen des Lots kann sich gegenüber einem ursprünglichen Volumen der Lötpaste durch das Ausgasen des Flussmittels verringern. Durch eine größere Schichtdicke der Lötpaste kann dieser Volumenverlust kompensiert werden.

Im Schritt des Dosierens kann eine Schablone mit Ausschnitten verwendet werden. Die Ausschnitte können die Kontaktflächen und die Teilflächen abbilden. Die Lötpaste kann durch die Ausschnitte gerakelt werden. Durch die Schablone kann die Lötpaste schnell und einfach dosiert werden. Beim Rakeln kann ein Vorrat an Lötpaste analog zum Siebdruck durch ein Rakel in die Ausschnitte gedrückt werden.

Es kann eine Stufenschablone mit einer größeren Materialstärke im Bereich der Ausschnitte für die Teilflächen als im Bereich der Ausschnitte für die Kontaktflächen verwendet werden. Durch die unterschiedlichen Materialstärken werden unterschiedliche Schichtdicken an Lötpaste durch die Ausschnitte gerakelt.

Zum Rakeln kann eine gedünnte Rakel verwendet werden. Eine gedünnte Rakel kann eine dünnere Abstreifkante als ein Standardrakel aufweisen. Die gedünnte Rakel kann eine erhöhte Flexibilität aufweisen, um die Unterschiede der Materialstärke der Schablone ausgleichen zu können.

Kurze Figurenbeschreibung

Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Darstellung einer Leiterplatte gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine Darstellung eines Dosierens von Lötpaste auf eine Leiterplatte gemäß einem Ausführungsbeispiel; und

Fig. 3 eine Darstellung eines aufgelöteten Chipgehäuses auf eine Leiterplatte gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Detaillierte Beschreibung

Fig. 1 zeigt eine Darstellung einer Leiterplatte 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Leiterplatte 100 ist zum prozesssicheren Auflöten eines Chipgehäuses auf eine Vorderseite der Leiterplatte konfiguriert. Die Vorderseite kann als Bestückungsseite bezeichnet werden. Die Leiterplatte 100 weist auf der Vorderseite eine metallische Kühlfläche 102 auf. Die Kühlfläche 102 ist zur Wärmeabfuhr aus dem Chipgehäuse vorgesehen. Eine Vielzahl von metallischen Kontaktflächen 104 umgibt die Kühlfläche 102. Auf einer der Vorderseite entgegengesetzten Rückseite weist die Leiterplatte 100 eine rückseitige metallische Gegenfläche auf. Die Gegenfläche ist durch offene Vias 106 mit der Kühlfläche 102 verbunden. Die Gegenfläche ist im Wesentlichen so groß wie die Kühlfläche und weist eine ähnliche Kontur auf. Die Vias 106 reichen von der Vordersete bis zur Rückseite. Über die Vias 106 kann Wärme von der Kühlfläche 102 zur Gegenfläche abgeleitet werden und auf der Rückseite über die Gegenfläche abgestrahlt werden. Die Vias 106 weisen jeweils einen von der Vorderseite zur Rückseite durchgehenden Kanal 108 auf. Durch die Kanäle 108 kann beim Auflöten überschüssiges Lot auf die Gegenseite abfließen. Durch die Kanäle 108 kann ebenso ausgasendes Flussmittel über die Rückseite abziehen. Auf der Kühlfläche 102 sind Gassen 110 aus Lötstopplack angeordnet. Die Gassen 110 unterteilen die Kühlfläche 102 in mehrere Teilflächen 112. Die Gassen 110 umschließen dabei auch die Vias 106. Auf der Gegenfläche ist kein Lötstopplack angeordnet.

In einem Ausführungsbeispiel ist die Kühlfläche 102 näherungsweise quadratisch und über neun rasterförmig angeordnete Vias 106 mit der Gegenfläche verbunden. Die Vias 106 sind jeweils in den Ecken der Kühlfläche 102, an Mitten von Seitenkanten der Kühlfläche 102 und in einem Schnittpunkt von Diagonalen der Kühlfläche 102 angeordnet. Die Gassen 110 sind rechtwinklig zu den Seitenkanten ausgerichtet. Die Gassen 110 kreuzen sich im Schnittpunkt der Diagonalen und unterteilen die Kühlfläche 102 in vier rasterförmig angeordnete Teilflächen 112. Jede Teilfläche 112 ist damit von vier der Vias 106 umgeben.

In einem Ausführungsbeispiel ist jedes Via 106 von einer mit Lötstopplack bedeckten Fläche 114 umgeben. Die Kanäle 108 liegen mittig in den Flächen 114. Die Flächen 114 sind näherungsweise kreisförmig. Ein Abstand zwischen einer Kante des jeweiligen Kanals 108 und einem Rand der Teilfläche 112 entspricht im Wesentlichen einer Breite der Gassen 110.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung eines Dosierens von Lötpaste 200 auf eine Leiterplatte 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Leiterplatte 100 entspricht dabei im Wesentlichen der Darstellung in Fig. 1. Die Lötpaste 200 ist auf die Kontaktflächen 104 und auf die Teilflächen 112 der Kühlfläche 102 dosiert worden. Auf die Gassen 110 ist keine Lötpaste 200 dosiert worden.

In einem Ausführungsbeispiel sind auf jede Teilfläche 112 je vier Portionen 202 Lötpaste 200 dosiert worden. Die Portionen 202 sind auf jeder Teilfläche 112 geringfügig beabstandet zueinander angeordnet. Zwischen den Portionen 202 liegen dadurch Streifen 204 der Teilflächen 112 frei. Die Streifen 204 sind kreuzförmig angeordnet.

In einem Ausführungsbeispiel wird zum Dosieren eine Schablone 206 verwendet. Die Schablone 206 wird zum Dosieren auf der Leiterplatte 100 angeordnet und deckt diese zumindest bereichsweise ab. Die Lötpaste 200 wird zum Dosieren auf eine Rückseite der Schablone 206 gegeben und unter Verwendung einer Rakel über die Rückseite geschoben. Die Schablone 206 weist dort Ausschnitte 208 auf, wo die Lötpaste 200 durch die Schablone 206 hindurch auf die Vorderseite der Leiterplatte 100 gelangen soll.

Die Ausschnitte 208 befinden sich hier im Bereich der Kontaktflächen 104 und der Kühlfläche. Zwischen den einzelnen Ausschnitten 208 weist die Schablone 206 Stege 210 auf. Die Stege 210 maskieren die Leiterplatte 100 lokal und verhindern einen Auftrag der Lötpaste 200. Dabei sind zwischen allen Kontaktflächen 104 Stege 210 angeordnet. Ebenso sind über allen Gassen 110 und Vias Stege 210 angeordnet. Auch die Streifen 204 sind durch Stege 210 freigehalten worden.

In einem Ausführungsbeispiel ist die Lötpaste 200 auf den Teilflächen 112 mit einer größeren Schichtdicke dosiert worden als auf den Kontaktflächen 104. Dadurch ist im Bereich der Kühlfläche mehr Lötpaste 200 pro Fläche bevorratet als im Bereich der der Kontaktflächen 104.

In einem Ausführungsbeispiel ist die Lötpaste 200 auf die Teilflächen 112 dicker dosiert als ein konstruktiv maximal vorgesehener Abstand zwischen dem Chipgehäuse und der Leiterplatte 100. Dadurch bildet die Lötpaste 200 im Bereich der Kühlfläche ein Lötpastendepot 212 zum Kompensieren von Bauteiltoleranzen. Wenn der tatsächliche Abstand zwischen dem Chipgehäuse und der Leiterplatte größer als der konstruktiv maximal vorgesehene Abstand ist, kann so trotzdem ein Spalt zwischen der Entwärmungsfläche des Chipgehäuses und der Kühlfläche verhindert werden, da im Lötpastendepot 212 zusätzliche Lötpaste 200 zum Füllen des Spalts bevorratet ist.

Wenn der tatsächliche Abstand im Bereich des konstruktiv maximal vorgesehenen Abstands liegt, fließt überschüssiges Lot durch die Vias 106 auf die Rückseite und verläuft auf der Gegenfläche.

Bei Verwendung einer Schablone 206 zum Dosieren wird die unterschiedliche Schichtdicke durch unterschiedlich dicke Schablonenbereiche vorgegeben. Die Schablone 206 wird dann als Stufenschablone bezeichnet. Dabei weist die Schablone 206 im Bereich der Kühlfläche eine größere Material stärke auf als im Bereich der Kontaktflächen 104. Damit die Rakel den Materialstärkenunterschieden der Schablone 206 folgen kann, wird eine gedünnte Rakel mit einer flexiblen Kante verwendet.

Fig. 3 zeigt eine Darstellung eines aufgelöteten Chipgehäuses 300 auf eine Leiterplatte 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Leiterplatte 100 entspricht dabei im Wesentlichen der Darstellung in den Fign. 1 und 2. Das Chipgehäuse 300 weist eine metallische Entwärmungsfläche 302 und umlaufend eine Vielzahl von metallischen Kontaktfüßen 304 auf. Die Entwärmungsfläche 302 ist durch Lot 306 thermisch leitend mit der Kühlfläche 102 der Leiterplatte 100 verbunden. Die Kontaktfüße 304 sind durch das Lot 306 elektrisch leitend mit den Kontaktflächen 104 der Leiterplatte 100 verbunden.

Das Chipgehäuse 300 ist durch einen Reflow-Lötprozess auf die Leiterplatte 100 gelötet worden. Dazu ist das Chipgehäuse 300 so auf die, wie in Fig. 2 dosierte Lötpaste aufgesetzt worden, dass die Entwärmungsfläche 302 über der Kühlfläche 102 angeordnet ist, während die Kontaktfüße 304 über den Kontaktflächen 104 angeordnet sind.

Anschließend sind die Leiterplatte 100, die Lötpaste und das Chipgehäuse auf eine Löttemperatur der Lötpaste erhitzt worden. Dabei schmilzt die Lötpaste zu flüssigem Lot 306 auf und in der Lötpaste enthaltenes Flussmittel bereitet die metallischen Oberflächen für eine Benetzung durch das flüssige Lot 306 vor. Dabei verdampft das Flussmittel. Das Verdampfen kann als Ausgasen bezeichnet werden.

Das gasförmige Flussmittel im Bereich der Entwärmungsfläche 302 kann bei dem hier vorgestellten Ansatz zu einem überwiegenden Anteil durch die mit Lötstopplack lotfrei gehaltenen Gassen 110 zur Seite oder durch die offenen Vias 106 zur Rückseite der Leiterplatte 100 entweichen. Nur ein geringer Anteil des Flussmittels bildet im festen Lot 306 eingeschlossene Poren 308. Das gasförmige Flussmittel kann so gut aus dem Zwischenraum zwischen der Kühlfläche 102 und der Entwärmungsfläche 302 entweichen, dass sich eine Porosität kleiner 20 Prozent im Bereich der Entwärmungsfläche 302 einstellt.

Wenn die Lötpaste aufgeschmolzen ist, sinkt das Chipgehäuse 300 so weit auf die Leiterplatte 100 ab, dass die Kontaktfüße 304 auf den zugehörigen Kontaktflächen 104 aufsetzen. Die Kontaktfüße 304 definieren dabei einen sich einstellenden Abstand zwischen der Entwärmungsfläche 302 und der Kühlfläche 102. Wenn im Zwischenraum zwischen der Kühlfläche 102 und der Entwärmungsfläche 302 überschüssiges flüssiges Lot 306 vorhanden ist, fließt das überschüssige Lot 306 über die Gassen 110 und durch die offenen Vias 106 ab, wo es auf der Gegenfläche verläuft, da dort kein Lötstopplack aufgetragen ist. Das überschüssige Lot 306 füllt dabei die durchflossenen Vias 106 auf.

Mit anderen Worten kann ein hoher Voidgehalt von Lötstellen zu schlechten und unzuverlässigen Lötverbindungen bei QFP Bauteilen mit einem hohen Abstand zwischen Bauteil und Leiterplatte führen (Standoff Toleranzen 50 bis 150 pm). So können keine konstanten und reproduzierbaren Lötergebnisse erzielt werden.

Bei dem hier vorgestellten Ansatz werden sogenannte „Solder Mask Definded Pads“ als Array verwendet. Diese Solder Mask Definded Pads begünstigen das Ausgasen des Fluxes. Eine Stufenschablone und ein gedünntes Rakel ermöglichen unterschiedlich dickes Aufträgen von Lötpaste. Eine Gegenfläche ist über Vias zur Entwärmung angebunden. Überschüssiges Lötzinn wird von der Gegenfläche aufgenommen.

Durch das Aufrastern in kleinere Einzelpads geht zwar etwas kontaktierbare Kupferfläche verloren, jedoch werden konstant hochwertige und reproduzierbare Lötergebnisse erzielt.

Der erreichbare geringe Voidanteil der Lötstellen ist wichtig, da es hier scharfe Vorgaben gibt. Beispielsweise kann der Voidanteil durch den hier vorgestellten Ansatz unter 20% gehalten werden.

Da es sich bei der vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind die mechanischen Anordnungen und die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander lediglich beispielhaft BEZUGSZEICHENLISTE

100 Leiterplatte 102 Kühlfläche 104 Kontaktfläche 106 Via 108 Kanal 110 Gasse 112 Teilfläche 114 Fläche

200 Lötpaste 202 Portion 204 Streifen 206 Schablone 208 Ausschnitt 210 Steg 212 Lötpastendepot

300 Chipgehäuse 302 Entwärmungsfläche 304 Kontaktfüße 306 Lot 308 Poren

Claims

ANSPRÜCHE

1. Leiterplatte (100) zum prozesssicheren Auflöten eines Chipgehäuses (300), wobei die Leiterplatte (100) eine metallische Kühlfläche (102), eine Vielzahl von die Kühlfläche (102) umgebenden metallischen Kontaktflächen (104), sowie auf einer der Kühlfläche (102 entgegengesetzten Seite eine rückseitige metallische Gegenfläche aufweist, wobei die Gegenfläche durch offene Vias (106) mit der Kühlfläche (102) verbunden ist, und auf der Kühlfläche (102) Gassen (110) aus Lötstopplack angeordnet sind, die sowohl die Kühlfläche (102) in mehrere Teilflächen (112) unterteilen als auch die Vias (106) umschließen.

2. Leiterplatte (100) gemäß Anspruch 1, bei der die Teilflächen (112) rasterförmig über die Kühlfläche (102) verteilt angeordnet sind.

3. Leiterplatte (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vias (106) rasterförmig über die Kühlfläche (102) verteilt angeordnet sind.

4. Verfahren zum prozesssicheren Auflöten eines Chipgehäuses (300) auf eine Leiterplatte (100), wobei in einem Schritt des Bereitstellens eine Leiterplatte (100) zum prozesssicheren Auflöten des Chipgehäuses (300) bereitgestellt wird, wobei die Leiterplatte (100) eine metallische Kühlfläche (102), eine Vielzahl von die Kühlfläche (100) umgebenden metallischen Kontaktflächen (104), sowie auf einer der Kühlfläche (102) entgegengesetzten Seite eine rückseitige metallische Gegenfläche aufweist, wobei die Gegenfläche durch offene Vias (106) mit der Kühlfläche (102) verbunden ist, und auf der Kühlfläche (102) Gassen (110) aus Lötstopplack angeordnet sind, die sowohl die Kühlfläche (102) in mehrere Teilflächen (112) unterteilen als auch die Vias (106) umschließen; in einem Schritt des Dosierens Lötpaste (200) auf die Teilflächen (112) und Kontaktflächen (104) dosiert wird; in einem Schritt des Bestückens eine zentrale Entwärmungsfläche (302) des Chipgehäuses (300) über der Kühlfläche (102) angeordnet wird und periphere Kontaktfüße (304) des Chipgehäuses (300) über den Kontaktflächen (104) angeordnet werden; in einem Schritt des Lötens die Leiterplatte (100) mit dem Chipgehäuse (300) auf eine Löttemperatur erhitzt wird, wobei bei der Löttemperatur die Lötpaste (200) zu Lot (306) aufschmilzt, sich das Lot (306} mit den Kontaktfüßen (302) und den Kontaktflächen (104), sowie mit der Entwärmungsfläche (102) und den Teilflächen (112) der Kühlfläche (102) verbindet, die Kontaktfüße (304) auf den Kontaktflächen (104) aufsetzen und so einen Abstand zwischen der Entwärmungsfläche (302) und der Kühlfläche (102) definieren, das Lot (306) durch die Gassen (110) ausgast, überschüssiges Lot (306) durch die Vias (106) auf die Gegenfläche abfließt, sich mit der Gegenfläche verbindet und auf der Gegenfläche verläuft; und in einem Schritt des Abkühlens das Lot (306) an den Kontaktflächen (104) und Kontaktfüßen (304), zwischen der Entwärmungsfläche (302) und den Teilflächen (112), sowie auf der Gegenfläche erstarrt.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem im Schritt des Dosierens die Lötpaste (200) auf die Teilflächen (112) mit einer größeren Schichtdicke dosiert wird als auf die Kontaktflächen (104).

6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Schritt des Dosierens die Lötpaste (200) auf die Teilflächen (112) mit einer größeren Schichtdicke als ein maximaler Abstand zwischen der Entwärmungsfläche (302) und der Kühlfläche (102) dosiert wird.

7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Schritt des Dosierens eine Schablone (206) mit Ausschnitten (208), welche die Kontaktflächen (104) und die Teilflächen (112) abbilden, verwendet wird, wobei die Lötpaste (200) durch die Ausschnitte (208) gerakelt wird.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem im Schritt des Dosierens eine Stufenschablone mit einer größeren Materialstärke im Bereich der Ausschnitte (208) für die Teilflächen (112) als im Bereich der Ausschnitte (208) für die Kontaktflächen (104) verwendet wird.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem im Schritt des Dosierens eine gedünnte Rakel verwendet wird.