SE513786C2 - Metod för framställning av mönsterkort samt anordning för värmeavledning framställt enligt metoden - Google Patents

Description

15 20 25 30 513 786 2 I de fall man tillverkar eller specialbeställer komponenten själv är det naturligtvis ofta möjligt att påverka dess värmeavgivande egenskaper. Normalt är dock komponenten som används färdigköpt, vilket innebär att det är svårt eller omöjligt att påverka utformningen av komponenten.

Genom att sänka omgivningens temperatur ökas en komponents värmeavgivning. Det finns flera olika sätt att göra detta: kylflänsar, fläktar, värmeväxlare, självkonvektion av luft, nedsänkning i flytande kväve mm. Användning av flytande kväve är till exempel en mycket omständlig och dyr procedur, varför man föredrar enklare anordningar som kylflänsar och fläktar, även om också fläktar kan vara en omöjlighet i många fall. Kylflänsar och fläktar fungerar utmärkt för enstaka komponenter, men om komponenten omges av flera andra till kan de få klara sin varandra komponenter, exempel på ett mönsterkort, svårare att uppgift. Ju närmare komponenterna är placerade desto svårare är det att kyla dem då de värmer upp varandras omgivning. mindre På ett Trenden inom elektronikindustrin går mot utrustningar, varför även mönsterkorten blir mindre. litet mönsterkort hamnar komponenterna närmare varandra än att till en del undvika att på ett stort. Ett sätt komponenterna värmer upp varandras omgivning är att placera de komponenter som avger mycket värme långt från varandra.

Denna lösning kan å andra sidan medföra att mönsterkortets mönster, dvs det mönster av ledare som elektriskt kopplar samman komponenterna, blir mycket komplicerat.

Miniatyriseringen gör emellertid att komponenter förr eller senare hamnar så nära varandra att de, trots att man försöker hålla nere temperaturen, indirekt värmer upp varandra. För att lösa detta problem kan den tredje metoden användas: öka omgivningens värmeupptagande förmåga. Ett sätt 10 15 20 25 513 786 3 att göra detta är att sätta komponenten i. kontakt med en värmeledare av metall. Då många metaller är mycket goda värmeledare, tänk exempelvis pà en stekpanna, kan värmeledaren leda bort värme effektivare än luft normalt gör. Värmeledarens bortre ända kan i sin tur vara ansluten till en kylfläns. kyla komponenter med Denna kan med sin stora yta effektivt och indirekt komponenten. På detta sätt kan även stor värmeförlust placeras nära andra komponenter pà ett mönsterkort utan att värma upp dem eller omgivningen alltför mycket.

I US 5,779,l34A beskrivs en metod att montera värmeavledande element pà ett mönsterkort. Metoden gàr i korta drag ut pà att ett antal hål täcks med lödpasta, värmeavledande element hålen och värmeavledande elementen fixeras i trycks ner i lödpastan värms varvid de hålen. En nackdel med just denna metod som föreliggande uppfinning undviker är lödningsmomentet. Kvaliteten pà «denna lödning riskerar att försämras vid senare lödningar i dess närhet, särskilt då en komponent fastlöds vid det värmeavledande elementet.

REnoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning angriper problemet att kunna placera komponenter på ett mönsterkort tätare än tidigare, utan att nämnda komponenters värmeförluster värmer upp vare sig mönsterkortet eller kringliggande komponenter alltför mycket.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är därför att finna en metod för tillverkning av mönsterkort vilken ger sådan värmeavledning att komponenter kan placeras tätare än pà andra mönsterkort. 10 15 20 25 513 786 4 Ett annat ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en anordning vilken ger sådan värmeavledning att komponenter kan placeras tätare än på andra mönsterkort.

I korthet innebär föreliggande uppfinning en metod jämte anordning att åstadkomma mönsterkort med ett sådant utseende att man kan anbringa ett värmeavledande element för en komponent, vilket element fasthålles av' mönsterkortet och bildar god värmeledande kontakt med komponenten. Det värmeavledande elementet kan därvid vara i kontakt med en yttre kylyta.

Metoden enligt uppfinningen är därvid kännetecknad så som det framgår av efterföljande patentkravet 1.

Fördelaktiga utföringsformer av metoden enligt uppfinningen framgår av efterföljande patentkrav 2-9.

Anordningen enligt uppfinningen är kännetecknad så som det framgår av efterföljande patentkravet 10.

Fördelaktiga utföringsformer av nämnda anordning enligt uppfinningen framgår av efterföljande patentkrav ll-12.

Med värmeavledande element erhålls snabb lokal värmeavledning vilket medför att komponenter kan placeras på mönsterkortets yta utan särskild hänsyn till komponenternas värmeförluster. Som slutresultat erhålls också mycket god jordkontakt mellan komponenternas undersida och jordplanet.

En utföringsform av metoden enligt uppfinningen medför även att jordplan i laminatets innerlager erhåller elektrisk anslutning till metallkutsen. Detta àstadkoms till låg kostnad utan införande av nya processer i mönsterkortstillverkningen. 10 15 20 513 786 5 Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare med hjälp av föredragna utföringsformer och med hänvisning till bifogade ritning.

FIGURBESKRIVNING Figur l-8 visar i genomskärning resultatet av vissa steg i en utföringsform av metoden enligt uppfinningen.

Figur 9 visar i genomskärning ett mönsterkort tillverkat enligt den föreslagna metoden och med en komponent monterad på en värmeavledande metallkuts.

Figur 10 visar i genomskärning ett mönsterkort efter ett steg i en annan utföringsform av metoden enligt uppfinningen.

Figur 11-13 visar i genomskärning ett mönsterkort efter vissa steg i ytterligare en utföringsform av metoden enligt uppfinningen.

Figur 14 visar en metallkuts som kan användas i nætoderna enligt figurerna l-8 respektive 10.

Figur 15 visar en annan metallkuts än den enligt figur 14 som kan användas i metoden enligt figur 11-13.

FöREnRAGNA Umrönmcsrommn Nedan följer en steg-för-steg-beskrivning av en utföringsform av metoden enligt uppfinningen, metod A.

Resultatet av vissa i metoden ingående steg visas i figur 1 till och med figur 8. 10 15 20 25 30 513 786 6 (Figur 1) Utgàngsmaterialet är ett laminat 1, vanligen dubbelsidigt innefattar en kärna 2 och ett eller flera metallager 3.

Steg 1. eller i flera lager. Laminatet 1 Metallagren 23 är oftast placerade utanpå laminatet 1, men kan även vara infattade i laminatet 1. I laminatet 1 upptas ett eller flera hål 4 där värmeavledande element avses att placeras. Normalt används borrning för små hàl, upp till sex millimeter i storlek, och fräsning för större hål. Ingen begränsning finns vad gäller hålens 4 form.

Steg 2. (Figur 2) Ett eller flera mönster 5 förs på känt sätt över på minst ett av laminatets 1 metallager 3. Det är Metallagren 3 Ofta oftast olika mönster 5 för olika metallager 3. etsas därefter enligt nämnda mönster 5. används laminatets undersida som jordplan 6.

Steg 3. Ett värmeavledande element i. fonn av en metallkuts 8 placeras i hålet 4.

(Figur 3) Metallkutsens 8 dimensioner är normalt avpassade efter hålets 4 dimensioner.

Steg 4a. (Figur 4) Ett dielektrika 9, i detta fall en folie 10, till exempel en så kallad RC-folie (Resin Coated folie), placeras ovanför respektive under laminatet 1. Folierna 10 orienteras så att deras adhesionslager 11 hamnar mot laminatet 1 och deras ledande lager 13 hamnar bort från laminatet 1. Mellan dessa två lager 11, 13 finns en isolator 12.

Steg 4b. (Figur 5) Folien 10 pressas samman med laminatet 1, varvid adhesionslagret 11 försvinner i och med att det fäster isolatorn 12 vid laminatet 1. Sammanpressningen medför även att isolatorn 12 fyller utrymmet mellan metallkuts 8 och laminat 1 och bidrar därigenonx till att fixera metallkutsen 8 och bildar dessutom en homogen fog. 10 15 20 25 513 786 7 Steg 5. (Figur 6) Ett antal öppningar 14 görs i dielektrikat 9 hela vägen ned till metallkutsen 8 och något eller nägra av' metallagren 3. Öppningarna 14 mot metallkutsen 8 görs både pà laminatets 1 över- och undersida. Öppningarna 14 kan göras med någon fotografisk metod eller genom att skära hål i dielektrikat 9 med laser.

Steg 6. (Figur 7) För att erhålla elektrisk kontakt med metallagren 3 metall pläteras ovan- och undersida. Metallen tränger ner i öppningarna 14 så att elektrisk kontakt bildas med underliggande metallager 3 och metallkutsen 8.

Steg 7. (Figur 8) När pläteringen är klar mönstras ovansidan och eventuellt undersidan. De mönstrade sidorna etsas sedan enligt dessa mönster.

Efter dessa steg är mönsterkortet 20 klart. Kylytor 15 med underliggande metallkutsar 8 är nu redo att ta emot sina komponenter.

I figur 9 visas ett tvärsnitt av mönsterkortet 20 med monterade komponenter 16. När mönsterkortet 20 är klart till De komponenter 16 som ska kylas limmas eller löds lämnas det över monteringen där komponenterna 16 monteras. mot de därför avsedda kylytorna 15, varvid en fog 17 bildas.

Hänsyn tas härvid att värmeöverföringen fràn komponent 16 via fogen 17 till kylytan 15 genom materialval och liknande ska bli så god som möjligt.

En utföringsform av metoden enligt uppfinningen, metod B beskrivs nedan steg för steg. Flera av stegen är desamma som i metod A ovan. Resultatet av det steg där metod B skiljer sig från metod A visas i figur 10. 10 l5 20 25 513 786 8 Steg 1 till och med steg 3 är desamma för metod A och metod B och beskrivs därför under metod A ovan.

Steg 4, se figur 10, skiljer sig från steg 4a och 4b enligt metod A. Laminatets 1 ovan- och undersida lackeras med ett flytande dielektrika 9, som torkas och härdas och dà bildar en isolator 12. I likhet med metod A fyller dielektrikat 9 utrymmet mellan metallkuts 8 och laminat 1 och bidrar därigenom till att fixera metallkutsen 8 och bildar dessutom en homogen fog.

Steg 5 till och med steg 7 slutligen är identiska med samma steg i metod A.

Nedan beskrivs ytterligare en utföringsform av metoden enligt uppfinningen, metod C. Flera av stegen är desamma som i metod A ovan. Resultatet av de steg där metod C skiljer sig fràn metod A eller metod B visas i figur ll till och med figur 13.

Steg 1 och steg 2 är desamma som i metod A och beskrivs därför ovan.

Steg 3a. (Figur ll) Hålets 4 insidor metallpläteras. Genom metallpläteringen 19 i hålet 4 bildas god elektrisk kontakt med eventuella innerlager i laminatet l (ej visade i figuren). Detta steg kan komma före steg 2.

Steg 3b. (Figur 12) En metallkuts 8 pressas in i hålet 4 med sà kallad pressfit-teknik. Metallkutsens 8 dimensioner är normalt avpassade efter hålets 4 dimensioner. Dessutom är metallkutsen 8 utformad sà att den på något sätt fäster i metallpläteringen 19 när den pressas dit. Till exempel kan vara metallkutsen 8, vilket visas i figur 13 och figur 15, 10 15 20 25 513 786 9 utformad med skär 18, vilka skär in i metallpläteringen 19 i hålet 4, varigenom en gastät förbindning kan bildas.

Steg 4 i metod C kan antingen följa steg 4a och 4b i metod A eller steg 4 i metod B.

Steg 5 till och med steg 7 slutligen är identiska med dessa steg i metod A.

Figur 14 visar en typ av metallkuts 8 vilken kan användas i metod A och metod B. Metallkutsens 8 kanter är företrädesvis fasade.

Figur 15 visar ett värmeavledande element enligt uppfinningen i form av en metallkuts 8, vilken kan användas i metod C. En väsentlig skillnad mot metallkutsen 8 i figur 14 är att denna metallkuts 8 är utformad med skär 18 för att möjliggöra god elektrisk kontaktering när den pressats på plats.

Med dessa metoder kan resultatet bli en direkt metallisk kontakt mellan komponent 16 och metallkuts 8. På mönsterkortets 20 motsatta sida kan metallkutsarna 8 vid behov monteras mot en yttre kylyta, vilket resulterar i ökad värmeavledande förmåga. Härigenom erhålls snabb lokal värmeavledning vilket medför att komponenter 16 kan placeras pà mönsterkortets 20 yta utan särskild hänsyn till komponenternas 16 värmeförluster. Dessutom erhålls mycket god jordkontakt mellan komponenternas 16 undersida och jordplanet 6. Metod C medför även att jordplan i laminatets 1 innerlager erhåller elektrisk anslutning till metallkutsen 8. Detta àstadkoms till làg kostnad utan införande av nya processer i mönsterkortstekniken. 513 786 10 I ovan beskrivna metoder kan vissa steg kastas om i ordningsföljden utan att resultatet för den skull förändras väsentligt. Till exempel kan steg 1, där hålen 4 upptas i laminatet 14 i stället hamna efter steg 2, överföring och etsning av mönster 5. Även andra mindre variationer i stegens ordning är tänkbara.

Uppfinningen är naturligtvis inte begränsad till de ovan beskrivna och på ritningen visade utföringsformerna, utan kan modifieras inom ramen för de bifogade patentkraven.

Claims (1)

1. l0 15 20 25 513 786 ll PATENTKRÄV Metod för framställning av mönsterkort (20) innefattande värmeavledande element (8), för att möjliggöra snabb lokal värmeavledning för en eller flera komponenter (16) monterade på mönsterkortet (20), k ä n n e t e c k n a d av följande steg: a) utformning av ett antal hål (4) i ett laminat (1), b) etsning av mönster (5) ur åtminstone ett av laminatets (1) ledande lager (3), c)placering av värmeavledande element (8) i åtminstone ett hål (4), d) påläggning av dielektrika (9) pà åtminstone laminatets (1) ovansida, e) utformning av öppningar (14) i dielektrikat (9) åtminstone svarande mot nämnda hål (4) och mot det värmeavledande elementets (8) ovan- och undersida, f)metallplätering av åtminstone ovansidan och etsning av ytterligare mönster därpå, vilket ger upphov till kylytor (15), varefter komponenterna (16) kan fästas vid kylytorna (15) så att god termisk kontakt erhålles. Metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda dielektrika (9) läggs även på laminatets (1) undersida i steg d). Metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda öppningar (14) även utformas mot något eller några av de etsade mönstren (5) Metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att även undersidan pläteras i steg f). 10 15 20 25 10. 513 786 12 Metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att det värmeavledande elementet (8) fixeras i hålet (4) att dielektrikat (9) fyller ut eventuellt genom mellanrum mellan värmeavledande element (8) och hàlets (4) innerväggar samtidigt som dielektrikat (9) lägger sig på de av det värmeavledande elementets sidor (8) som varefter dielektrikat inte vetter mot hàlets (4) väggar, (9) stelnar. Metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att det värmeavledande elementet (8) placeras i hålet (4) genom att: a) hàlets (4) innerväggar metallpläteras, b) det värmeavledande elementets (8) dimensioner och utformning är sådana att det fäster vid metallpläteringen (19) när det pressas ner i hålet (4). k ä n n e t e c k n a d av (10) Metod enligt patentkrav 1, att dielektrikat (9) vilken pressas är en folie fast vid laminatet (1). Metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att dielektrikat (9) är i form av en lack, vilken (1), och lackeras pà laminatet varefter den torkas härdas. Metod enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a d av så kallad pressfit-teknik används för att pressa (8)- att fast det värmeavledande elementet Anordning vilken möjliggör snabb lokal värmeavledning från en komponent (16) monterad pà ett mönsterkort (20), innefattande ett värmeavledande element (8) fixerat i 10 11. 12. ((51: m, 13 ett hål (4) i mönsterkortet (20), k ä n n e t e c k n a d av en metallplätering (15) pà åtminstone det värmeavledande elementets (8) översida hålets (4) närmaste omgivningen av hålet (4) och dessutom (20) samt övre delen av insida på mönsterkortets översida. Anordning enligt patentkrav 10, k ä n n e t e c k n a d av att hålets '(4) sin helhet. väggar är metallpläterade i Anordning enligt patentkrav ll, k ä n n e t e c k n a d av att det värmeavledande elementet (8) är utformat med skär (18) vilka skär in i. hàlets (4) metallplätering, varvid en gastät förbindning uppstår.