WO2007039330A1 - Leiterplatte und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

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WO2007039330A1
WO2007039330A1 PCT/EP2006/063907 EP2006063907W WO2007039330A1 WO 2007039330 A1 WO2007039330 A1 WO 2007039330A1 EP 2006063907 W EP2006063907 W EP 2006063907W WO 2007039330 A1 WO2007039330 A1 WO 2007039330A1
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circuit board
solder
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printed board
filled
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PCT/EP2006/063907
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Inventor
Georg Busch
Ralph Elshorst
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
    • H05K1/0203—Cooling of mounted components
    • H05K1/0204—Cooling of mounted components using means for thermal conduction connection in the thickness direction of the substrate
    • H05K1/0206—Cooling of mounted components using means for thermal conduction connection in the thickness direction of the substrate by printed thermal vias
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    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
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    • H05K2203/04—Soldering or other types of metallurgic bonding
    • H05K2203/043—Reflowing of solder coated conductors, not during connection of components, e.g. reflowing solder paste

Definitions

  • the invention relates to a printed circuit board according to the preamble of claim 1, and to a method for the production thereof.
  • the waste heat from electrical components, which are arranged on one side of a printed circuit board (PCB) and produce a heat to be Entvetinde should be as good as possible to the other side of the circuit board, which is in use the back of a circuit board formed with the PCB, be removed.
  • the evaluation criterion here is the temperature difference between a component temperature and the temperature of the rear side of the PCB, for example Rth PC B ⁇ 4 ° Celsius / watt.
  • Object of the present invention it is based on a circuit board of the type mentioned in the way to improve technically that in a cost effective manner effective cooling of the electrical components placed thereon is supported. It is another object of the present invention to provide a method for the cost-effective production of such a printed circuit board.
  • the printed circuit board is provided with fillets filled with solder, which dissipates the waste heat of the electrical components arranged on one side of the printed circuit board through the printed circuit board to the other side of the printed circuit board.
  • the fillets filled with solder can dissipate considerably more heat than the plated-through holes equipped with bare copper sleeves.
  • the copper sleeves have only a few microns (about 10 to 40 microns) thin walls, which can derive only a small amount of heat per unit of time.
  • the fillets filled with solder in the full cross-section of the via can utilize the high heat conductivity of the solder.
  • the method for producing the abovementioned circuit board according to the invention comprises method steps in which the plated-through holes provided for the heat dissipation of the printed circuit board are printed with solder paste and filled with solder in a subsequent soldering process. After printing on the circuit board provided with the soldering paste for soldering, the solder in the subsequent soldering process automatically flows into the plated-through holes and fills them.
  • soldering process is carried out according to the criteria used for soldering printed circuit boards with surface mounted components (SMD components).
  • SMD components surface mounted components
  • the method according to the invention can also be used for printed circuit boards with components mounted on the surface.
  • the soldering tin After printing on the circuit board provided with the soldering paste for the cooling, the soldering tin automatically flows into the through-contacts in the subsequent soldering process and fills them.
  • the flow-through effect of the solder through the plated-through holes of the printed circuit board to the back of the printed circuit board can be adjusted by selecting the type and amount of solder used, the diameter of the respective vias and the thickness of the printed circuit board.
  • the method steps of the method according to the invention can be carried out in parallel within the assembly manufacturing process, so that at least practically no additional process costs worth mentioning arise for these method steps. But this can be done without other costly cooling measures, such as using expensive inlays inside the PCB cores or expensive heatsinks mounted on the components.
  • the measures according to the invention are therefore inexpensive and at the same time effective in comparison with otherwise necessary production measures for the cooling of electrical components arranged on the printed circuit board.
  • the method of the present invention advantageously enables the board to be populated with all types of components without the need for any order of placement.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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Abstract

Es wird eine Leiterplatte und ein Verfahren zu deren Herstellung vorgeschlagen, die eine effektive und trotzdem kostengünstige Entwärmung von auf der einen Seite der Leiterplatte angeordneten elektrischen Bauteilen, deren zu entwärmende Abwärme auf die andere Seite der Leiterplatte abzuleiten ist, unterstützen. Bezüglich der Leiterplatte wird dies dadurch erreicht, dass die Leiterplatte mit Lötzinn gefüllten Durch-kontaktierungen ausgestattet ist, die die zu entwärmende Abwärme von der einen Seite der Leiterplatte auf die andere ableiten. Bezüglich des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Leiterplatte wird dies dadurch gelöst, dass die für die Entwärmung vorgesehenen Durchkontaktierungen der Leiterplatte mit Lotpaste bedruckt und in einem nachfolgenden Lötprozess mit Lötzinn gefüllt werden.

Description

Beschreibung
Leiterplatte und Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Die Abwärme von elektrischen Bauteilen, die auf der einen Seite einer Leiterplatte (PCB) angeordnet sind und eine zu entwärmende Abwärme erzeugen, soll möglichst gut zur anderen Seite der Leiterplatte, die im Einsatzfall die Rückseite einer mit der Leiterplatte gebildeten Baugruppe ist, abgeführt werden. Als Bewertungskriterium gilt hierbei der Temperatur- unterschied zwischen einer Bauteiletemperatur und der Temperatur der Leiterplatten-Rückseite, zum Beispiel RthPCB < 4° Celsius/Watt .
Es ist bekannt, die Abwärme nur über Leiterbahnen und/oder Kupferflächen und von dort über Durchkontaktierungshülsen in die inneren Lagen der Leiterplatte und weiter zur Rückseite der Leiterplatte abzuführen. Darüber hinaus ist bekannt, so genannte Kupferinlays zu verwenden.
Die vorgenannten Maßnahmen sind aber aufwendig, teuer und nicht immer effektiv genug.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ausgehend von einer Leiterplatte der eingangs genannten Art diese in der Weise technisch zu verbessern, dass auf kostengünstige Weise eine effektive Entwärmung der darauf platzierten elektrischen Bauteile unterstützt ist. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur kostengünstigen Herstellung einer solchen Leiterplatte anzugeben.
Diese Aufgabe wird in Bezug auf die Leiterplatte erfindungsgemäß durch eine Leiterplatte gelöst, die die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 aufweist. Diese Aufgabe wird in Bezug auf das Verfahren zur Herstellung einer solchen Leiterplatte erfindungsgemäß durch ein solches Verfahren gelöst, das die Verfahrensschritte im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 aufweist.
Bezüglich der erfindungsgemäßen Leiterplatte ist die Leiterplatte mit Lötzinn gefüllten Durchkontaktierungen ausgestattet, die die zu entwärmende Abwärme der auf der einen Seite der Leiterplatte angeordneten elektrischen Bauteile durch die Leiterplatte hindurch auf die andere Seite der Leiterplatte ableitet .
Die mit Lötzinn gefüllten Durchkontaktierungen können erheblich mehr Wärme abführen als die mit bloßen Kupferhülsen aus- gestatteten Durchkontaktierungen. Die Kupferhülsen weisen nur wenige μm (ca. 10 bis 40 μm) dünne Wandungen auf, die nur eine geringe Wärmemenge pro Zeiteinheit ableiten können. Dagegen können die mit Lötzinn gefüllten Durchkontaktierungen im vollen Querschnitt der Durchkontaktierung den hohen Wärme- leitwert des Lotes nutzen. Insgesamt lassen sich mit der Wahl der Durchmesser der Durchkontaktierungen in Verbindung mit ausgewählten Lotmitteltypen in einem solchen Maß gute Entwär- mungsergebnisse erzielen, die einer geforderten Entwärmung der Leiterplatte im Einsatz gerecht werden. Dabei sind die Kosten für die Füllung der Durchgangsbohrungen auf den Materialpreis des Lotes begrenzt und haben dadurch zumindest praktisch keine Bedeutung.
Das Verfahren zur Herstellung der oben angesprochenen erfin- dungsgemäßen Leiterplatte weist Verfahrensschritte auf, bei denen die für die Entwärmung vorgesehenen Durchkontaktierungen der Leiterplatte mit Lotpaste bedruckt und in einem nachfolgenden Lötprozess mit Lötzinn gefüllt werden. Nach dem Bedrucken der für die Entwärmung vorgesehenen Durchkontaktie- rungen der Leiterplatte mit Lotpaste fließt das Lötzinn im nachfolgenden Lötprozess automatisch in die Durchkontaktierungen hinein und verfüllt diese. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Danach wird der Lötprozess nach solchen Kriterien durchge- führt, wie sie für das Löten von Leiterplatten mit Oberflächen montierten Bauteilen (SMD-Bauteilen) zu Grunde gelegt sind. Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren auch und gerade für Leiterplatten mit Oberflächen montierten Bauteilen genutzt werden.
Nach dem Bedrucken der für die Entwärmung vorgesehenen Durch- kontaktierungen der Leiterplatte mit Lotpaste fließt das Lötzinn im nachfolgenden Lötprozess automatisch in die Durchkon- taktierungen hinein und verfüllt diese. Der Durchfließeffekt des Lotes durch die Durchkontaktierungen der Leiterplatte zur Rückseite der Leiterplatte kann dabei durch Wahl des Typs und der Menge des verwendeten Lotmittels, des Durchmessers der betreffenden Durchkontaktierungen und der Dicke der Leiterplatte eingestellt werden.
Weiter vorteilhaft ist, dass die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens innerhalb des Baugruppenherstellungsprozesses parallel mit erledigbar sind, so dass für diese Verfahrensschritte zumindest praktisch keine erwähnenswer- ten zusätzlichen Verfahrenskosten entstehen. Dafür können a- ber andere kostenintensive Entwärmungsmaßnahmen entfallen wie zum Beispiel das Verwenden teurer Inlays innerhalb der Leiterplattenkerne oder teurer Kühlkörper, die auf den Bauteilen montiert sind. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind daher insbesondere im Vergleich zu ansonsten notwendigen Herstellungsmaßnahmen für die Entwärmung von auf der Leiterplatte angeordneten elektrischen Bauteilen kostengünstig und zugleich effektiv.
Schließlich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise das Bestücken der Leiterplatte mit allen Arten von Bauteilen ohne Notwendigkeit der Beachtung irgendeiner Bestückungsreihenfolge.

Claims

Patentansprüche
1. Leiterplatte mit zur Entwärmung von auf der einen Seite der Leiterplatte platzierten elektrischen Bauteilen vorgesehenen technischen Mitteln, durch die die von den elektrischen Bauteilen erzeugte und zu entwärmende Abwärme auf die andere Seite der Leiterplatte abgeleitet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mit Lötzinn gefüllte Durchkontak- tierungen vorgesehen sind, durch die die zu entwärmende Abwärme von der einen Seite der Leiterplatte auf die andere Seite abgeleitet ist.
2. Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte gemäß An- spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Entwärmung vorgesehenen Durchkontaktierungen der Leiterplatte mit Lotpaste bedruckt und in einem nachfolgenden Löt- prozess mit Lötzinn gefüllt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Bedrucken der für die Entwärmung vorgesehenen Durchkontaktierungen der Leiterplatte mit Lotpaste diese Durchkontaktierungen in einem für Oberflächen montierte Bauteile geeigneten Lötprozess mit Lötzinn gefüllt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswahl in Bezug auf den Typ und der Menge des eingesetzten Lotmittels, den Durchmesser der betreffenden Durchkontaktierungen und die Dicke der Leiterplatte zum Einstellen des Durchfließeffektes beim Durchfließen des Lotes durch die betreffenden Durchkontaktierungen zur Rückseite der Leiterplatte durchgeführt wird.
PCT/EP2006/063907 2005-09-30 2006-07-05 Leiterplatte und verfahren zu deren herstellung WO2007039330A1 (de)

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