FR2779900A1

FR2779900A1 - MULTI-LAYER ELECTRIC CIRCUIT ARRANGEMENT

Info

Publication number: FR2779900A1
Application number: FR9906877A
Authority: FR
Inventors: Wolfgang Eorisch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 1999-12-17
Also published as: DE19826023C2; DE19826023A1

Abstract

Cet agencement de circuit comprend une plaque de support métallique (2) servant à l'évacuation de chaleur, puis, prévue sur celle-ci, une couche intermédiaire (3) électriquement isolante et réalisée sous forme d'une feuille adhésive (4) adhérant sur les deux faces, une plaquette à circuit imprimé (5) prévue sur la couche intermédiaire (3) et au moins un composant électronique (6) prévu sur la plaquette à circuit imprimé et relié à celle-ci d'une manière électriquement conductrice.Sur au moins une face de la couche intermédiaire, il est prévu des conduits (7) s'étendant vers l'extérieur et servant à évacuer des gaz dégagés par la couche intermédiaire pendant le soudage. Les conduits sont prévus au moins au voisinage de chaque composant.This circuit arrangement comprises a metal support plate (2) serving for the evacuation of heat, then, provided thereon, an electrically insulating intermediate layer (3) and produced in the form of an adhesive sheet (4) adhering on both sides, a printed circuit board (5) provided on the intermediate layer (3) and at least one electronic component (6) provided on the printed circuit board and connected thereto in an electrically conductive manner. On at least one face of the intermediate layer, there are provided conduits (7) extending outward and serving to evacuate gases released by the intermediate layer during welding. The conduits are provided at least in the vicinity of each component.

Description

La présente invention concerne un agencement de circuit électriqueThe present invention relates to an electrical circuit arrangement

multicouche, comprenant: a) une plaque de support métallique servant à l'évacuation de chaleur, b) prévue sur celle-ci, une couche intermédiaire électriquement isolante réalisée sous forme d'une feuille adhésive adhérant sur les deux faces, c) une plaquette à circuit imprimé prévue sur la couche intermédiaire et d) au moins un composant électronique prévu sur la plaquette à circuit imprimé et relié à celle- ci d'une multilayer, comprising: a) a metal support plate serving for the evacuation of heat, b) provided thereon, an electrically insulating intermediate layer produced in the form of an adhesive sheet adhering on the two faces, c) a plate with a printed circuit provided on the intermediate layer and d) at least one electronic component provided on the printed circuit board and connected to the latter

manière électriquement conductrice. electrically conductive way.

Par un usage antérieur public, il est connu, pour By public prior use, it is known, for

l'évacuation de chaleur de plaquettes, de coller celles- heat removal from pads, sticking them

ci sur des plaques de support métalliques. L'utilisation habituelle de matières thermoadhésives conduit, dans le cas de plaques de support de faible épaisseur, par exemple 2 à 3 mm, à des bombements de la plaque. C'est pour cette raison qu'on en est venu à relier des plaquettes ou plaques de support au moyen d'une bande adhésive adhérant par les deux faces. Selon le procédé de fabrication, on relie d'abord une plaque de support métallique à une plaquette à circuit imprimé au moyen d'une bande adhésive. On soude ensuite sur la plaquette à circuit imprimé des composants électroniques pouvant être montés en surface (Surface Mounted Device (= dispositif de montage en surface) = SMD). A cet effet, on se sert de ce qu'il est convenu d'appeler le soudage par fusion. La matière de soudage est d'abord placée dans la quantité prévue à l'emplacement des surfaces de connexion et elle s'y présente sous forme solide. La chaleur nécessaire à la fusion est fournie, au cours du processus de soudage, au moyen de gaz chaud ou de vapeur, d'un rayonnement thermique ou lumineux ou par conduction thermique à partir d'un étrier chauffant, plus précisément à travers la plaque de support. Après la fusion de la quantité de soudure limitée en volume et limitée aux surfaces de connexion, on réduit l'apport thermique. Avec le refroidissement de l'agencement, la soudure tendre se solidifie et produit la liaison résistante. Du fait de l'apport d'énergie qui n'est pas négligeable pour cette opération de soudage, des solvants gazeux se dégagent de la bande adhésive et créent des bulles dans la couche située entre la plaque de support et la plaquette à circuit imprimé, de sorte qu'il se présente des ci on metal support plates. The usual use of thermoadhesive materials leads, in the case of thin support plates, for example 2 to 3 mm, to bulges of the plate. It is for this reason that we have come to connect plates or support plates by means of an adhesive strip adhering from both sides. According to the manufacturing process, a metal support plate is first connected to a printed circuit board by means of an adhesive strip. Electronic components that can be surface mounted are then soldered onto the printed circuit board (Surface Mounted Device = SMD). For this purpose, what is commonly known as fusion welding is used. The welding material is first placed in the quantity provided at the location of the connection surfaces and is present there in solid form. The heat necessary for melting is supplied, during the welding process, by means of hot gas or steam, thermal or light radiation or by thermal conduction from a heating stirrup, more precisely through the plate. of support. After the fusion of the quantity of solder limited in volume and limited to the connection surfaces, the heat input is reduced. With the cooling of the arrangement, the soft weld solidifies and produces the resistant bond. Due to the energy supply which is not negligible for this welding operation, gaseous solvents are released from the adhesive strip and create bubbles in the layer situated between the support plate and the printed circuit board, so there are

emplacements de soudure défectueux. defective welding locations.

Par DE 196 01 649 Ai, on connaît un agencement servant à améliorer l'évacuation de chaleur dans le cadre de composants électriques et électroniques. A cet effet, il est prévu, sur une plaque métallique, une couche adhésive isolante sur laquelle une plaquette à circuit imprimé est fixée. La plaquette à circuit imprimé porte des pistes conductrices et des composants électriques reliés à celles-ci. L'agencement a l'inconvénient que, sous l'effet de la chaleur se dégageant lors de l'opération de soudage, il peut sortir de la couche isolante des gaz qui entraînent des ondulations, surtout DE 196 01 649 Ai discloses an arrangement serving to improve the evacuation of heat within the framework of electrical and electronic components. For this purpose, there is provided, on a metal plate, an insulating adhesive layer on which a printed circuit board is fixed. The printed circuit board carries conductive tracks and electrical components connected to them. The arrangement has the disadvantage that, under the effect of the heat given off during the welding operation, it can exit from the insulating layer gases which cause ripples, especially

dans le cas d'agencements minces.in the case of thin arrangements.

Par DD 258 116 Ai, on connaît un agencement de circuit dans lequel des pistes conductrices sont prévues sur une plaquette à circuit imprimé et des composants électriques sont fixés sur celle-ci par soudage. A cet effet, la plaquette à circuit imprimé comporte des trous traversants de connexion servant à recevoir les broches de connexion du composant. Le soudage des broches de connexion s'effectue en plaçant de la soudure fluide chauffée dans la zone du trou de connexion recevant une broche de connexion, cette soudure devant pénétrer dans l'espace intermédiaire qui subsiste. Cela est toutefois By DD 258 116 Ai, there is known a circuit arrangement in which conductive tracks are provided on a printed circuit board and electrical components are fixed thereto by welding. For this purpose, the printed circuit board has through-through connection holes used to receive the connection pins of the component. The welding of the connection pins is carried out by placing heated fluid weld in the area of the connection hole receiving a connection pin, this welding having to penetrate into the intermediate space which remains. This is however

empêché par les gaz se dégageant de l'étain de soudage. prevented by gases from the soldering tin.

C'est pourquoi il est prévu dans la plaquette à circuit imprimé, du côté faisant face au composant, un conduit qui part du trou de connexion et débouche sur le milieu environnant et par lequel les gaz qui se dégagent de la This is why there is provided in the printed circuit board, on the side facing the component, a conduit which leaves the connection hole and leads to the surrounding medium and through which the gases which are released from the

soudure peuvent s'échapper.solder may escape.

Ceci étant, l'invention a pour but de perfectionner un agencement de circuit, conforme au type générique considéré, d'une façon telle que le soudage de composants électroniques ait lieu en nuisant le moins possible à That said, the object of the invention is to improve a circuit arrangement, in accordance with the generic type considered, in such a way that the welding of electronic components takes place with the least possible harm to

l'agencement de circuit.circuit layout.

Conformément à l'invention, ce but est atteint au moyen d'un agencement de circuit, du type générique considéré, caractérisé en ce que e) sur au moins une face de la couche intermédiaire, il est prévu des conduits s'étendant vers l'extérieur et servant à évacuer des gaz dégagés par la couche intermédiaire, tandis que f) les conduits sont prévus au moins au voisinage de According to the invention, this object is achieved by means of a circuit arrangement, of the generic type considered, characterized in that e) on at least one face of the intermediate layer, there are provided conduits extending towards the exterior and used to evacuate gases released by the intermediate layer, while f) the conduits are provided at least in the vicinity of

chaque composant.each component.

Le coeur de l'invention réside dans le fait qu'au moins sur une face de la couche intermédiaire ou de la bande adhésive, il est prévu des conduits par lesquels The heart of the invention lies in the fact that at least on one face of the intermediate layer or of the adhesive strip, there are provided conduits through which

les solvants gazeux peuvent s'échapper vers l'extérieur. gaseous solvents can escape to the outside.

De cette manière, il ne peut se former aucune bulle de gaz qui pourrait nuire à la qualité des emplacements de soudage. L'agencement de circuit conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - les conduits sont ménagés vers l'extérieur en traversant la plaque de support, - les conduits sont ménagés vers l'extérieur en traversant la plaquette à circuit imprimé, - les conduits sont réalisés sous forme de parties en retrait dans la face de la plaque de support qui est située à l'opposé de la couche intermédiaire, - les conduits sont ménagés dans la couche intermédiaire, - les conduits sont prévus sous forme de réseau régulier. D'autres particularités, détails et avantages de In this way, no gas bubbles can form which could adversely affect the quality of the welding locations. The circuit arrangement according to the invention may also have one or more of the following particularities: - the conduits are formed towards the outside by passing through the support plate, - the conduits are formed towards the outside by passing through the wafer printed circuit, - the conduits are made in the form of recessed parts in the face of the support plate which is located opposite the intermediate layer, - the conduits are formed in the intermediate layer, - the conduits are provided under form of regular network. Other special features, details and advantages of

l'invention ressortent de la description des exemples de the invention will emerge from the description of the examples of

réalisation qui suit en regard des dessins. On voit: à la figure 1, une vue de dessus d'un agencement de circuit conforme à une première forme de réalisation, à la figure 2, une vue à plus grande échelle du détail II de la figure 1, à la figure 3, une vue en coupe de l'agencement de circuit par la ligne III-III de la figure 1, à la figure 4, une vue de dessus de la plaque de support d'un agencement de circuit conforme à une deuxième forme de réalisation, à la figure 5, une vue à plus grande échelle du détail V de la figure 4, à la figure 6, une vue en coupe de l'agencement de circuit par la ligne VI-VI de la figure 4, à la figure 7, une vue de dessus d'un agencement de circuit conforme à une troisième forme de réalisation et, à la figure 8, une vue en coupe de l'agencement de realization which follows with regard to the drawings. We see: in FIG. 1, a top view of a circuit arrangement in accordance with a first embodiment, in FIG. 2, a view on a larger scale of detail II of FIG. 1, in FIG. 3, a sectional view of the circuit arrangement by line III-III of FIG. 1, in FIG. 4, a top view of the support plate of a circuit arrangement according to a second embodiment, with Figure 5, an enlarged view of detail V of Figure 4, in Figure 6, a sectional view of the circuit arrangement by the line VI-VI of Figure 4, in Figure 7, a top view of a circuit arrangement according to a third embodiment and, in Figure 8, a sectional view of the arrangement

circuit par la ligne VIII-VIII de la figure 7. circuit by line VIII-VIII of figure 7.

Un agencement de circuit électrique multicouche est réalisé sous forme d'un composite plaquette-support 1 multicouche. Une première forme de réalisation représentée aux figures 1 à 3 comprend une plaque de support 2 métallique qui sert à évacuer la chaleur et est de préférence en aluminium, acier, matière plastique, matière plastique chargée de fibres de verre, billes de verre ou copeaux métalliques, plaques de matière plastique à revêtement métallique ou autres matières appropriées conduisant la chaleur. Sur la plaque de support 2, il est prévu une couche intermédiaire 3 électriquement isolante qui est de préférence formée d'une feuille adhésive 4 adhérant par les deux faces. Il est toutefois également possible d'utiliser d'autres A multilayer electrical circuit arrangement is produced in the form of a multi-layer wafer-support composite 1. A first embodiment shown in Figures 1 to 3 comprises a metal support plate 2 which serves to dissipate the heat and is preferably made of aluminum, steel, plastic, plastic filled with glass fibers, glass beads or metal shavings , metal coated plastic sheets or other suitable heat conducting materials. On the support plate 2, there is provided an electrically insulating intermediate layer 3 which is preferably formed of an adhesive sheet 4 adhering from both sides. However, it is also possible to use other

matières adhésives convenant pour une jonction mécanique. adhesive materials suitable for mechanical joining.

Sur la couche intermédiaire 3, il est prévu, reliée à celle-ci, une plaquette à circuit imprimé 5 sur laquelle sont là encore disposés des composants électroniques 6 reliés d'une manière électriquement conductrice à la On the intermediate layer 3, there is provided, connected thereto, a printed circuit board 5 on which are again arranged electronic components 6 connected in an electrically conductive manner to the

plaquette 5.plate 5.

Au voisinage des composants 6, il est prévu des conduits 7 qui s'étendent de la couche intermédiaire 3 vers l'extérieur en traversant la plaquette à circuit imprimé 5, d'une manière essentiellement perpendiculaire à celle-ci, et qui débouchent à la surface de la plaquette 5 par des orifices 8. Les conduits 7 peuvent être réalisés par exemple par perçage, découpage ou fraisage. La fonction des conduits 7 est décrite ci-après d'une manière précise: lorsqu'on équipe la plaquette à circuit imprimé 5 de composants 6 pouvant être montés en surface (SMD), les connexions électriquement conductrices sont réalisées au moyen de jonctions par soudage. Dans ce qu'il est convenu d'appeler le soudage par fusion, habituel à cet effet, une énergie considérable est appliquée à l'ensemble de la plaquette à circuit imprimé 5, par exemple au moyen d'un gaz chaud ou de vapeur, afin d'élever au-dessus du point de fusion de la pâte à souder la température de la plaquette 5 pourvue des composants 6 et de la pâte à souder. Du fait de l'augmentation de température, des gaz se dégagent de la feuille adhésive 4. Ceux-ci sont évacués vers l'extérieur en passant par les conduits 7, ce qui permet un processus de soudage uniforme et ne nuit pas à la jonction adhésive entre la In the vicinity of the components 6, there are provided conduits 7 which extend from the intermediate layer 3 outwardly passing through the printed circuit board 5, in a manner essentially perpendicular thereto, and which lead to the surface of the wafer 5 by orifices 8. The conduits 7 can be produced for example by drilling, cutting or milling. The function of the conduits 7 is described below in a precise manner: when equipping the printed circuit board 5 with components 6 which can be mounted on the surface (SMD), the electrically conductive connections are made by means of welding junctions. . In what is commonly called fusion welding, which is usual for this purpose, considerable energy is applied to the whole of the printed circuit board 5, for example by means of hot gas or steam, in order to raise above the melting point of the solder paste the temperature of the wafer 5 provided with the components 6 and the solder paste. Due to the increase in temperature, gases emerge from the adhesive sheet 4. These are evacuated to the outside via the conduits 7, which allows a uniform welding process and does not harm the junction adhesive between the

plaque de support 2 et la plaquette à circuit imprimé 5. support plate 2 and printed circuit board 5.

Une deuxième forme de réalisation est représentée aux figures 4 à 6. Seules les différences par rapport à l'exemple de réalisation conforme aux figures 1 à 3 sont exposées ci-après. De ce fait, on se réfère pour le reste A second embodiment is shown in Figures 4 to 6. Only the differences from the embodiment according to Figures 1 to 3 are set out below. Therefore, we refer to the rest

à la description effectuée ci-dessus pour l'exemple de to the description given above for the example of

réalisation. Des parties structurellement identiques sont désignées par les mêmes repères. En revanche, d'autres parties fonctionnellement équivalentes sont désignées par production. Structurally identical parts are designated by the same references. On the other hand, other functionally equivalent parts are designated by

des repères affectés d'une apostrophe. marks affected by an apostrophe.

Contrairement au premier exemple de réalisation, la plaque de support 2' comporte des conduits 7' qui s'étendent vers l'extérieur d'une manière essentiellement perpendiculaire à la plaque 2' et qui débouchent par des orifices 8'. Les conduits peuvent présenter une forme rendue optimale pour l'évacuation des gaz. Il peut par exemple s'agir de trous 9', de fentes 10' ou de conduits 11' en H. Par ailleurs, les conduits 7' peuvent traverser la plaque de support 2' suivant un réseau régulier (ce qui n'est pas représenté), de sorte qu'une adaptation de la forme et de la position des conduits 7' à l'agencement qu'occupent les composants 6 sur la plaquette à circuit imprimé 5' n'est pas nécessaire. Dans chaque cas, l'évacuation des gaz qui se forment dans la couche intermédiaire 3 au voisinage des composants 6 est d'une Unlike the first embodiment, the support plate 2 'has conduits 7' which extend outwards in a manner essentially perpendicular to the plate 2 'and which open out through orifices 8'. The conduits can have a shape that is made optimal for the evacuation of gases. It can for example be holes 9 ′, slots 10 ′ or conduits 11 ′ in H. Furthermore, the conduits 7 ′ can pass through the support plate 2 ′ in a regular network (which is not shown), so that an adaptation of the shape and position of the conduits 7 'to the arrangement occupied by the components 6 on the printed circuit board 5' is not necessary. In each case, the evacuation of the gases which form in the intermediate layer 3 in the vicinity of the components 6 is of a

importance particulière.particular importance.

Une troisième forme de réalisation est représentée aux figures 7 et 8. Seules les différences par rapport à la première forme de réalisation conforme aux figures 1 à 3 sont décrites ci-après. Des parties structurellement identiques sont désignées par les mêmes repères. En revanche, d'autres parties, fonctionnellement équivalentes, sont désignées par des repères affectés A third embodiment is shown in Figures 7 and 8. Only the differences from the first embodiment according to Figures 1 to 3 are described below. Structurally identical parts are designated by the same references. On the other hand, other parts, functionally equivalent, are designated by assigned marks.

d'une double apostrophe.a double apostrophe.

Contrairement au deuxième exemple de réalisation conforme aux figures 4 à 6, des parties en retrait 12" sont prévues dans la plaque de support 2", dans sa surface 13" située à l'opposé de la couche intermédiaire 3. Les parties en retrait 12" forment les conduits 7" en Unlike the second embodiment according to Figures 4 to 6, recessed parts 12 "are provided in the support plate 2", in its surface 13 "located opposite the intermediate layer 3. The recessed parts 12 "form the ducts 7" in

commun avec la couche intermédiaire 3 qui les recouvre. common with the intermediate layer 3 which covers them.

Les conduits sont réalisés sous forme d'un réseau régulier recouvrant la surface 13". Celui-ci peut The conduits are made in the form of a regular network covering the 13 "surface. This can

également n'être prévu qu'au voisinage des composants 6. also only be provided in the vicinity of the components 6.

Dans le cas o la plaque de support est en tôle, les parties en retrait 12" sont prévues par emboutissage, In the case where the support plate is made of sheet metal, the recessed parts 12 "are provided by stamping,

usinage par enlèvement de copeaux ou attaque corrosive. machining by chip removal or corrosive attack.

Dans le cas o la plaque de support 2" est réalisée sous forme de pièce coulée, les parties en retrait 12" sont In the case where the support plate 2 "is produced in the form of a cast part, the recessed parts 12" are

déjà réalisées au formage lors de la coulée. already made during forming during casting.

Bien entendu, les agencements de conduits conformes aux première à troisième formes de réalisation peuvent également être prévus d'une manière cumulée. Il existe par ailleurs la possibilité de prévoir des conduits dans la couche intermédiaire 3. Cela est par exemple rendu possible par le fait que la feuille adhésive 4 est interrompue par des découpes qui permettent un échappement des gaz. On peut poser de telles feuilles en les disposant sur une feuille de support et en les collant d'abord sur la plaque de support 2. Ensuite, la feuille de support est ôtée et la plaquette à circuit Of course, the arrangements of conduits according to the first to third embodiments can also be provided in a cumulative manner. There is also the possibility of providing conduits in the intermediate layer 3. This is for example made possible by the fact that the adhesive sheet 4 is interrupted by cutouts which allow the gases to escape. Such sheets can be placed by placing them on a support sheet and by gluing them first on the support plate 2. Then the support sheet is removed and the circuit board

imprimé 5 est mise en place par collage. printed 5 is put in place by gluing.

Claims

1. Arrangement of a multilayer electrical circuit, comprising: a) a metal support plate (2; 2 ′; 2 ") serving for the evacuation of heat, b) provided thereon, an electrically insulating intermediate layer (3) produced in the form of an adhesive sheet (4) adhering on both sides, c) a printed circuit board (5; 5 '; 5 ") provided on the intermediate layer (3) and d) at least one electronic component ( 6) provided on the printed circuit board (5; 5 '; 5 ") and connected to the latter in an electrically conductive manner, characterized in that e) on at least one face of the intermediate layer (3), conduits (7; 7 '; 7 ") are provided extending outwards and serving to evacuate gases released by the intermediate layer (3), while f) the conduits (7; 7'; 7" ) are provided at least

in the vicinity of each component (6).

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the conduits (7 '; 7 ") are formed outwardly through the support plate (2'; 2").

3. Circuit arrangement according to any one

of the preceding claims, characterized in that the

conduits (7) are formed towards the outside by crossing

the printed circuit board (5).

4. Circuit arrangement according to any one

of the preceding claims, characterized in that the

conduits (7 ") are made as recessed parts (12") in the face of the support plate (2 ")

which is located opposite the intermediate layer (3).

5. Circuit arrangement according to any one

of the preceding claims, characterized in that the

conduits (7 ") are provided in the intermediate layer (3).

6. Circuit arrangement according to any one

of the preceding claims, characterized in that the

conduits (7; 7 '; 7 ") are provided in the form of a regular network.