SE515032C2 - Elektronikanordning innefattande en komponentbärare samt dylik komponentbärare och en metod för framställning av anordningen - Google Patents

Description

25 30 515 032 183 A2 och EP 774 888 A2 redovisar typiska exempel på anordningar där elektronikkomponenter anordnas i kaviteter i en bärare, och hålls fast med lim eller lödning.

PCT-ansökan WO 96/22671 A1 redovisar en altemativ lösning på fasthållning av en elektronikkomponent i en kavitet i en bärare. Anordningen i detta dokument håller fast komponenten i en kavitet i bäraren med hjälp av elektriska ledare vilka dessutom förbinder punkter på komponenten med punkter på bärarens yta. Oavsett om ledama är Iödda eller Iimmade på de respektive ytoma på komponenten och bäraren kommer fogama att drabbas av problem på grund av åldring och temperaturkänslighet. Anordningen förefaller dessutom ej vara väl lämpad för bruk i tillämpningar med stor effektutveckling och åtföljande temperaturvariationer, eftersom de elektriska ledare som häller fast komponenten i aperturen kan komma att skadas eller rentav brista på grund av temperaturutvidgning i bäraren.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ett problem som löses genom uppfinningen är således att åstadkomma en anordning med komponentbärare för elektronikkomponenter, företrädesvis "nakna" chip, vilken har god hållfasthet även vid hög effektutveckling och därmed sammanhängande stora temperaturvariationer.

Detta problem löses enligt uppfinningen genom en elektronikanordning innefattande en komponentbärare där materialet i komponentbäraren väljs så att det får komponenten för vilken bäraren är avsedd. Komponentbäraren har en första och en andra huvudyta, och i komponentbäraren är anordnat en första apertur.

Den första aperturen har en huvudriktning som sträcker sig från bärarens första huvudytan mot bärarens andra huvudytan, och i denna apertur kan anordnas väsentligen samma termiska utvidgningskoefficlent som en elektronikkomponent. 10 15 20 25 30 515 032 Genom att materialet i bäraren ges samma termiska utvidgningskoefficient som komponenten kommer komponenten att hållas på plats enbart genom det mekaniska samspelet mellan bäraren och komponenten. Vid variationer i bärarens mekaniska form på grund av temperaturvariationer kommer komponenten att uppvisa motsvarande variationer, vilket gör att bärarens tryck mot komponenten ej kommer att nå nivåer som är skadliga för komponenten, samtidigt som komponenten kommer att hållas på plats i aperturen.

I en föredragen utföringsform av uppfinningen sträcker sig aperturen i bäraren från den första huvudytan till och med den andra huvudytan, med andra ord är aperturen genomgående i bäraren.

För att uppnå god funktion med avseende på fasthållning av komponenten i aperturen bör aperturens utsträckning vara densamma som den avsedda komponentens utsträckning i en riktning som går mellan komponentbärarens huvudytor vinkelrät mot huvudytoma, och komponenten placeras i bäraren så att aperturens och bärarens utsträckningar i nämnda riktning sammanfaller.

Enligt uppfinningen ges företrädesvis bäraren en utsträckning i höjdled som sammanfaller med komponentens utsträckning i denna riktning, vilket gör att jämna ytor uppnås på bäraren även i anslutning till aperturens öppning eller öppningar, vilket underlättar placeringen av den resulterande anordningen i en större anordning.

För god fasthållning av komponenten i bäraren bör aperturens utsträckning i en riktning som är parallell med huvudytoma vara lika stor som, och sammanfalla med, komponentens utsträckning i denna riktning.

Sammanfattningsvis uppnås med andra ord en anordning med en komponent i en komponentbärare, vilken anordning ger god fasthållning av komponenten oavsett temperaturvariationer och åldrande. Anordningen erbjuder god stabilitet 10 15 20 25 30 515 032 4 i sidled, och på grund av den goda kontakten mellan komponenten och bäraren uppnås dessutom god värmeavledningsförmåga.

Uppfinnlngen avser även en metod för att framställa den ovan beskrivna elektronikanordningen.

BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan med hjälp av exempel på utföringsformer och med hänvisning till de bifogade ritningarna, där: Fig 1 visar ett principiellt tvärsnitt från sidan av en anordning enligt uppfinningen i ett stadium av tillverkning, och Fig 2 visar anordningen fràn fig i snittet I-I, och F ig 3 visar ett principiellt tvärsnitt från sidan av en anordning enligt uppfinningen i ett senare stadium av tillverkning, och F ig 4 visar ett principiellt tvärsnitt från sidan av en anordning enligt uppfinningen, och Fig 5 visar i ett tvärsnitt principen för hur en anordning enligt uppfinningen kan arrangeras i en större anordning, och Fig 6 visar ett tvärsnitt av en alternativ utföringsform av uppfinningen.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER I fig 1 visas en anordning 100 enligt uppfinningen i ett första steg av tillverkning.

I ett bärarämne har anordnats två stycken kaviteter 120,130, varigenom den önskade komponentbäraren 110 skapas. I det visade exemplet sträcker sig kavitetema 120,130 rakt igenom bäraren 110, från dess första huvudyta 111 till dess andra huvudyta 112, men även andra utföringsformer är möjliga, enligt vilka kaviteterna 120, 130 bara sträcker sig delvis genom bäraren 110. Det bör vidare inses att det visade antalet kaviteter bara är ett exempel.

Kavitetema 120,130 i bärarämnet 110 kan skapas på en stor mängd olika sätt, vilka samtliga är välkända för fackmannen och som därför ej kommer att 10 15 20 25 30 515 032 skildras här. Som exempel på sådana metoder kan nämnas stansning, etsning och fräsning.

På bärarens 110 ena huvudyta 112 har anordnats ett lager 140 av ett relativt styvt mekaniskt material. Syftet med lagret 140 kommer att skildras nedan. l samband med skildringen av syftet med lagret 140 kommer det att framgå att valet av material till lagret 140 inte är av avgörande betydelse för att det skall kunna fylla sin funktion. Som exempel på lämpliga material kan dock nämnas plastfolie eller metallfolie. lfig 2 visas samma anordning som ifig 1, i snittet l-l från fig 1. l fig 3 visas anordningen 100 enligt uppfinningen i ett senare skede av tillverkning. l detta skede av tillverkningen har en elektronikkomponent 150,, 160 placerats i var och en av kavitetema 130, 120. Elektronikkomponentema är företrädesvis så kallade "nakna" chip, men givetvis kan även andra typer av komponenter användas enligt uppfinningen.

Enligt uppfinningen väljs materialet i bäraren 110 så att det har väsentligen samma termiska utvidgningskoefficient som de komponenter 150160 vilka avses anordnas i kavitetema 130,120 i bäraren. Detta val av bärarmaterial gör att i en anordning enligt uppfinningen kommer komponenterna 150,160 att hållas på plats i bäraren genom mekaniskt samspel med bäraren oavsett temperaturvariationer. Av samma skäl kommer i en anordning enligt uppfinningen tryck på komponenterna från bäraren beroende på temperaturutvidgning inte att överstiga en nivå som skadar komponentema.

Materialet i bäraren kan väljas bland en stor mängd material, men företrädesvis väljs ett material ur den grupp som med ett samlingsnamn brukar benämnas MMC - Metal Matrix Composite. Detta är en grupp som exempelvis innefattar material såsom kopparwolfram, CuW, eller kopparmolybden, CuMo. Om 10 15 20 25 30 515 032 materialet i bäraren väljs ur denna grupp erhålles dessutom ytterligare en önskvärd egenskap hos bäraren, nämligen god värmeavledningsförmåga.

Andra grupper av material som också är lämpliga att använda som bärarmaterial är så kallade metallkeramiska blandningar, bland vilka kan aliminiumkiselkarbid, AlSiC och aliminiumkisel, AlSi, metallegeringar såsom exempelvis Kovar TM. nämnas samt lfig 4 visas anordningen 100 i ett följande skede av tillverkningen. I detta skede har lagret 140 vilket hade placerats vid bärarens ena huvudyta 112 avlägsnats.

Det huvudsakliga syftet med detta lager är att hålla komponenten 150.160 på plats vid dess inplacering och eventuellt under senare skeden av tillverkningen.

Eftersom det i många tillämpningar är ett önskemål att komma åt komponenten 150, 160 från bägge huvudytoma avlägsnas lagret 140 från anordningen när det har fyllt sin funktion.

Vad gäller bärarens dimensioner väljs dess höjd h lämpligtvis så att den sammanfaller med motsvarande dimension hos den komponent vilken den skall uppbära. Detta innebär att bäraren i de flesta tillämpningar kommer att ha en höjd inom intervallet 0.05 - 1.0 millimeter, i ett typfall inom intervallet 0.4 - 0.6 millimeter. Bärarens bredd och djup väljs lämpligen efter den tillämpning för vilken anordningen 100 är avsedd.

Aperturen 120130 ges enligt uppfinningen sådana dimensioner i en riktning som går mellan komponentbärarens huvudytor, vinkelrät mot huvudytoma, att aperturens utsträckning är densamma som utsträckningen i denna riktning hos den komponent för vilken aperturen är avsedd. Företrädesvis placeras sedan komponenten så i aperturen att komponentens och aperturens utsträckningar i nämnda riktning sammanfaller.

Tidigare i denna beskrivning har nämnts en utföringsform där kavitetema 120130 ges en utsträckning som ej går igenom hela bäraren. Även i denna 10 15 20 25 30 515 D32 utföringsform bör dock aperturens utsträckning i den riktning som går mellan komponentbärarens huvudytor sammanfalla med komponentens.

Vidare ges aperturen 120,130 enligt uppfinningen en utsträckning i en riktning som är parallell med huvudytorna 112,113 som företrädesvis är lika stor som utsträckningen i denna riktning hos den komponent för vilken aperturen är avsedd. När komponenten placeras i aperturen kommer komponentens utsträckning i denna riktning att sammanfalla med aperturens utsträckning i denna riktning.

Anledningen till den ovan beskrivna dimensioneringen av aperturen och placeringen av komponenten i aperturen är ett önskemål om att så stor del som möjligt av komponentens yta skall komma i kontakt med båraren, eftersom detta ger optimal fasthållning av komponenten i bäraren och optimalt utnyttjande av bårarens förmåga till värmebortledning. Samtidigt görs komponenten åtkomlig från bärarens bägge sidor, vilket också är ett önskemål i många tillämpningar.

Således erhålles genom uppfinningen dels ytterst god fasthållning av en komponent i en bärare, samt god värmebortledning och åtkomlighet, dels erhålles en anordning med jämna ytor och liten utbredning i höjdled, vilket är ytterst fördelaktigt när anordningen 100 skall placeras i en större anordning, eller om anordningen 100 är en av flera anordningar vilka skall placeras på varandra. Vidare begränsas åtgången av bärarmaterial och anordningens vikt och volym genom att bäraren inte görs "högre" än komponenten.

I fig 5 visas symboliskt i ett tvärsnitt hur anordningen 100 kan användas i en större anordning. Ovanpå anordningen 100 har ett lager 510 av ett dielektriskt material anordnats, ovanpå vilket ett ledningsmönster 520 har anbringats.

Eftersom anordningen 100 i sig utgör en mekaniskt stabil bärare kan det dielektriska lagret 510 samt ledningsmönstret 520 göras ytterst tunna, vilket gör 10 15 20 25 515 032 8 att den resulterande anordningen blir ytterst tunn, något som är en stor fördel i elektroniktillämpningar. l en alternativ utföringsform av uppfinningen, vilken visas i fig 6, kan ett fyllnadsmaterial 610 användas i aperturerna 120130 för att stabilisera positionen hos komponentema 150,160. Detta fyllnadsmaterial 610 kan appliceras för att tillse att god mekanisk kontakt erhålles mellan komponenterna 150,16O och aperturernas väggar. Som fyllnadsmaterial väljs lämpligen ett flytande dielektrika vilket sedan fås att hårda, exempelvis aramidarmerad epoxi.

Fyllnadsmaterialet anbringas lämpligtvis efter det att komponentema har placerats i aperturerna, men innan det stabiliserande lagret 140 har avlägsnats, varför detta lager visas i fig 6. Fyllnadsmaterialet 610 tillåts fylla eventuella glapp melian komponentema och aperturemas väggar. Härigenom uppnås god fasthållning av komponenterna i bäraren oavsett om aperturema har gjorts något för stora. l ytterligare en variant av uppfinningen väljs som material i bäraren ett material vars utvidgningskoefficient överstiger komponentens. Detta sker för att ytterligare förbättra fasthållningen av komponenten. Givetvis får ej väljas ett material så överstiger komponentens att vars utvidgningskoefficient komponenten kan ta skada vid temperaturorsakad utvidgning av bärarmaterialet.

Uppfinningen är ej begränsad till de ovan beskrivna utföringsexemplen utan kan fritt varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Exempelvis kan bäraren tillverkas och säljas separat, i vilket fall bärarens aperturer och termiska utvidgningskoefficient dimensioneras så att de på ovan angivna sätt överensstämmer med en komponent som bäraren är avsedd för.

Claims (15)

10 15 20 25 30 515 032 PATENTKRAV

1. Elektronikanordning (100) innefattande en komponentbärare (110) vilken har en första (111) och en andra (112) huvudyta, i vilken komponentbärare är anordnat en första apertur (120,130) vars huvudriktning sträcker sig från den första huvudytan mot den andra huvudytan, samt en elektronikkomponent (150,160) vilken är anordnad i aperturen, k ä n n et e c k n a d d ä r a v att materialet i komponentbäraren (110) har väsentligen samma termiska (150,160), och att komponenten hålles på plats i bäraren genom mekaniskt samspel med utvidgningskoefñcient som elektronikkomponenten bäraren.

2. Elektronikanordning (100) enligt krav 1, i vilken aperturens (120,130) utsträckning är densamma som komponentens (150,160) utsträckning i en riktning som går mellan komponentbärarens huvudytor (111,112) vinkelrät mot huvudytoma, och där komponenten är så placerad i bäraren (110) att komponentens och aperturens utsträckningar i nämnda riktning sammanfaller.

3. Elektronikanordning (100) enligt krav 1 eller 2, i vilken bäraren (100) har en utsträckning i höjdled (h) som sammanfaller med komponentens (150,160) utsträckning i samma riktning.

4. Elektronikanordning (100) enligt något av kraven 1-3, i vilken den första aperturen (120130) sträcker sig från den första huvudytan (111) till och med den andra huvudytan (112).

5. Elektronikanordning (100) enligt något av föregående krav, i vilken aperturens (120130) utsträckning i en riktning som är parallell med huvudytoma (111,112) är lika stor som, och sammanfaller med, komponentens (150,160) utsträckning i denna riktning. 10 15 20 25 30 515 932 10

6. Metod för att tillverka en elektronikanordning (100) innefattande en komponentbärare (110) och en komponent (150,160), där komponentbäraren har en första (111) och en andra (112) huvudyta, enligt vilken metod : - en första apertur(120,130) anordnas ikomponentbäraren, - den första aperturen (120,130) ges en huvudriktning vilken sträcker sig från komponentbärarens första huvudyta (111) mot komponentbärarens andra huvudyta (112), -i den första aperturen (120,130) anordnas en elektronikkomponent (150,160), vilken metodkånnetecknas därav att - som material i komponentbäraren (110) väljs ett material som har väsentligen termiska utvidgningskoefficient som elektronikkomponenten (150,160), - komponenten hålles på plats i bäraren genom mekaniskt samspel med Samma bäraren.

7. Metod enligt krav 6, enligt vilken aperturen (120,130) i bäraren (110) ges en utsträckning som är densamma som komponentens (150,160) utsträckning i en riktning som går mellan komponentbärarens huvudytor (111,112) vinkelrät mot huvudytorna, och enligt vilken metod komponenten placeras så i bäraren att komponentens och aperturens utsträokningar i nämnda riktning sammanfaller.

8. Metod enligt krav 6 eller 7, i vilken bäraren (100) ges en utsträckning i höjdled (h) som sammanfaller med komponentens (150,160) utsträckning i denna riktning.

9. Metod enligt något av kraven 6-8, enligt vilken aperturen (120,130) i bäraren (110) ges en sådan utsträckning att den sträcker sig från den första huvudytan (11 1) till och med den andra huvudytan (112). 10, Metod enligt något av kraven 6-9, enligt vilken aperturen (120,130) i en riktning som är parallell med huvudytoma (111,112) ges en utsträckning är lika

10. 15 20 25 30 515 032 11 stor som, och sammanfaller med, komponentens (150,160) utsträckning i denna riktning.

11. Bärare (110) för en elektronikkomponent, vilken bärare har en första (111) och en andra (112) huvudyta, i vilken komponentbärare är anordnat en första (120,130) apertur med en huvudriktning som sträcker sig från bärarens första huvudyta mot bärarens andra huvudyta, och i vilken apertur kan anordnas en elektronikkomponent, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v att materialet i komponentbäraren väljs så att det får väsentligen samma termiska utvidgningskoefficient som den komponent (150,160) för vilken bäraren är avsedd. och att komponenten hàlles på plats i bäraren genom mekaniskt samspel med bäraren.

12. Bärare (110) enligt krav 11, i vilken aperturens (120,130) utsträckning i en riktning som går mellan komponentbärarens huvudytor (111,112) vinkelrät mot huvudytoma är densamma som motsvarande utsträckning nos den komponent (150,160) för vilken bäraren är avsedd.

13. Bärare (110) enligt krav 11 eller 12, vilken bärare (110) har en utsträckning i höjdled (h) som sammanfaller med motsvarande utsträckning hos den komponent (150,160) för vilken bäraren är avsedd.

14. Bärare (110) enligt något av kraven 11-13, i vilken aperturen (120,130) sträcker sig från bärarens första huvudyta (111) till och med dess andra huvudyta (1 12).

15. Bärare (110) enligt något av kraven 11-14, i vilken aperturens (120,130) utsträckning i en riktning som är parallell med huvudytorna (111,112) är lika stor som motsvarande utsträckning i denna riktning hos den komponent (150,160) för vilken bäraren är avsedd.