WO2011003647A1 - Leiterplatte - Google Patents

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WO2011003647A1
WO2011003647A1 PCT/EP2010/056322 EP2010056322W WO2011003647A1 WO 2011003647 A1 WO2011003647 A1 WO 2011003647A1 EP 2010056322 W EP2010056322 W EP 2010056322W WO 2011003647 A1 WO2011003647 A1 WO 2011003647A1
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circuit board
printed circuit
recess
intermediate layer
layer
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PCT/EP2010/056322
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Michael Klar
Thomas Binzer
Klaus-Dieter Miosga
Oliver Brueggemann
Dirk Steinbuch
Juergen Seiz
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • H05K3/4641—Manufacturing multilayer circuits by laminating two or more circuit boards having integrally laminated metal sheets or special power cores

Definitions

  • the present invention relates to a circuit board having a recess for
  • Printed circuit boards are used as carriers for integrated circuits or semiconductor chips.
  • the integrated circuits are usually installed in housings with connection elements, which are connected via solder connections to contact points of the printed circuit boards.
  • Conventional printed circuit boards have a carrier layer of an electrically insulating material (base material), on which a layer of an electrically conductive material (conductor layer layer) is arranged.
  • base material an electrically insulating material
  • conductor layer layer electrically conductive material
  • double-sided printed circuit boards in which a conductive coating is provided on both sides of a base layer.
  • multilayer printed circuit boards are used, also referred to as "multilayer printed circuit boards", in which several such coated base layers are interconnected to allow a high packing density for integrated components.
  • Different concepts are used for the effective dissipation of heat.
  • One possibility is, for example, to laminate the circuit board to a metal support, which serves as a heat sink for receiving and transporting away an excess amount of heat.
  • deposits made of a thermally conductive material so-called A further embodiment for dissipating heat is described in DD 277 165 A1, in which the printed circuit board has an upper side serving as a heat sink made of a metallic material, on soft electronic
  • the metallic plate is provided with recesses, through which pins of the components can be guided to interconnect layers below the plate.
  • DE 10 2007 010 731 A1 provides for this purpose to form a recess on an upper side of a printed circuit board, in which an integrated circuit can be arranged.
  • measures are not described to efficiently dissipate an amount of heat generated during operation of the circuit.
  • the object of the present invention is to provide an improved printed circuit board and an improved chip module with a printed circuit board and an integrated circuit.
  • a printed circuit board which has a recess on an upper side of the printed circuit board adjacent recess for receiving an integrated circuit.
  • the printed circuit board is characterized by an intermediate layer disposed within the printed circuit board for heat dissipation, wherein the recess adjacent to the intermediate layer.
  • the circuit board allows a space-saving arrangement of an integrated circuit within the recess. In this way, further protection of the integrated circuit can be achieved. This makes it possible, instead of a housed an unhoused integrated circuit with relative small dimensions to use, whereby the recess of the circuit board can be formed with correspondingly small dimensions. In addition, an amount of heat occurring during operation of the integrated circuit can be efficiently dissipated through the intermediate layer, to which the recess adjoins, whereby the printed circuit board itself meets demanding temperature requirements. This is especially the case with high frequency applications.
  • the circuit board further comprises a contact surface on the upper side in a region adjacent to the recess, which is designed for contacting by wire bonding.
  • An integrated circuit arranged in the recess can have a further such contact surface on its upper side, so that the two contact surfaces can be connected to one another via a bonding wire.
  • the arrangement of the integrated circuit within the recess offers the possibility to perform the bond relatively short. This refinement further favors high-frequency applications.
  • the intermediate layer comprises a metallic material, in particular copper.
  • a metallic material in particular copper.
  • Such a material is characterized by a relatively high thermal conductivity, whereby an effective heat dissipation is made possible.
  • Such an effect is further promoted by the fact that the intermediate layer in a further preferred embodiment has a thickness of several hundred micrometers.
  • the recess not only adjoins the intermediate layer, but the intermediate layer is (also) penetrated by a part of the recess.
  • This embodiment can be produced in a relatively simple manner, for example by drilling or milling the circuit board previously composed of individual layers and layers.
  • the printed circuit board further comprises a layer arrangement adjoining the upper side of the printed circuit board with two layers of an electrically conductive material, which are separated from one another by an insulating layer.
  • the layer arrangement is in this case penetrated by the recess.
  • the material for the insulating layer is preferably polysilicon. tetrafluoroethylene into consideration. In this way, the layer arrangement is suitable for high-frequency applications.
  • the printed circuit board further comprises a connecting element which penetrates the printed circuit board at least in part vertically for producing an electrical and / or thermal connection.
  • a connecting element can also penetrate the intermediate layer (at least in part), so that, for example, layers of an electrically conductive material provided in the printed circuit board can be coupled to the intermediate layer.
  • a chip module which comprises a printed circuit board and an integrated circuit.
  • the printed circuit board has a recess adjoining an upper side of the printed circuit board, in which the integrated circuit is arranged.
  • the chip module is characterized in that the printed circuit board has an intermediate layer disposed within the printed circuit board for heat dissipation, wherein the recess of the printed circuit board is adjacent to the intermediate layer.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a chip module with a printed circuit board and an integrated circuit.
  • the chip module is suitable for high frequency applications, such as radar applications. Considered, for example, the use in a radar sensor of a motor vehicle, for example in connection with a distance keeping system such as ACC (Adaptive Cruise Control).
  • the printed circuit board 100 has an asymmetrical layer structure with a number of different layers and layers. At an upper side of the printed circuit board Te 100 is a layer arrangement with two electrically conductive layers 1 10, 1 12 are provided, which are separated by an insulating layer 1 1 1 from each other.
  • the upper of the two layers 1 10, 1 12 acts here as conductor track layer 1 10, in which printed conductor structures are formed, and the lower one as corresponding ground layer 1 12.
  • the insulating layer 1 1 1 has a suitable for high frequency applications material such as in particular polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • This layer arrangement is connected via a connection layer 120 to an intermediate layer 130, which is used to heat dissipation of the printed circuit board 100.
  • the intermediate layer 130 therefore comprises a material having a relatively high thermal conductivity, such as copper.
  • the intermediate layer 130 has a relatively large thickness ("thick copper layer"), which is several hundreds of micrometers or more, for example
  • a prepreg material (preimpregnated fibers) used in the printed circuit board area is considered.
  • the printed circuit board 100 has, adjacent to the intermediate layer 130, a further layer arrangement with connecting layers 120, a plurality of electrically conductive layers 140 (interconnect layers) and insulating base layers 141.
  • the base layers 141 are coated on both sides with the conductive layers 140, and these layer structures of the coated base layers 141 are connected to each other and to the intermediate layer 130 via the interconnection layers 120.
  • the connection layers 120 may again comprise a prepreg material
  • the conductive layers 140 may comprise copper.
  • the base layers 141 for example, in the
  • Board used base material such as FR4 (epoxy resin and glass fiber fabric) into consideration.
  • the printed circuit board 100 offers a large area for braiding, whereby on the circuit board 100 arranged components such as high-frequency circuits, analog and digital circuits can be effectively separated or decoupled from each other.
  • the printed circuit board 100 further has a cavity or recess 150 for receiving an integrated circuit 160 in the region of the upper side.
  • the recess 150 has a bottom 151 and opposite side walls 152 or sections of a (in the plan view) circumferential side wall 152.
  • the recess 150 passes through the layers 110, 111, 112, 120 and an upper section of the intermediate layer 130.
  • the integrated circuit 160 arranged in the recess 150 is fastened to the bottom 151 via an adhesive layer 170 and thus to the intermediate layer 130 (thermally) connected. Due to the recess 150, the integrated circuit 160 can be arranged in a space-saving manner on the printed circuit board 100. Also, the circuit 160 is protected within the recess 150.
  • the circuit 160 may therefore be an unhoused chip having relatively small dimensions (as compared to a packaged device). In this respect, the recess 150 of the printed circuit board 100 can also comprise relatively small dimensions.
  • the integrated circuit 160 is separated from the intermediate layer 130 only by the adhesive layer 170, a heat output occurring during operation of the integrated circuit 160 can be transferred to the intermediate layer 130 with a high efficiency. This may be further facilitated by using an adhesive having a high thermal conductivity (thermal adhesive) for the adhesive layer 170.
  • the amount of heat can be distributed further through the intermediate layer 130 or its relatively large "area", thereby enabling effective heat dissipation, thus making the printed circuit board 100 particularly suitable for temperature requirements which may occur in high-frequency applications.
  • the arrangement of the integrated circuit 160 within the recess 150 provides the possibility of an electrical connection between the integrated circuit 160 and the (uppermost) interconnect layer
  • Bonding wires 180 are prepared, which contact surfaces (bond pads) 1 15 of the conductor layer 110 and contact pads (bond pads) 165 on an upper side of the circuit 160 contact.
  • bonding wires 180 may be considered.
  • the contact surfaces 11 15, 165 may comprise copper, which is galvanically gold-plated.
  • the upper side of the integrated circuit 160 can also lie in the same plane as the upper side or uppermost edge of the printed circuit board 100, whereby the electrical connection via the bonding wires 180 can be made very short.
  • circuits or (active and passive) components may be provided on the printed circuit board 100 (not shown). Such components may be arranged on the top and / or the bottom, and be connected to the interconnect layers 1 10, 140 or associated contact points, for example via solder joints. Due to the space-saving arrangement of the integrated circuit 160 in the recess 150, it is also possible to provide a (further) component above the circuit 160.
  • the chip module may be an electronic device designed for radar applications.
  • the integrated circuit 160 is preferably a so-called MMIC chip (Monolithic Microwave Integrated Circuit), which is designed for operating frequencies in the microwave range, ie for example up to 80 GHz.
  • the conductor layer 1 10 additionally has an antenna or antenna surface (not shown), which has conductor tracks of the conductor layer 1 10 and bonding wires 180 with the integrated Circuit 160 is connected.
  • the printed circuit board 100 further comprises the printed circuit board 100 vertically penetrating connecting elements, which can be used for producing a thermal and / or electrical connection. These include an exemplary illustrated in Figure 1 and the circuit board 100 completely penetrating through-contacting 190, which may be formed as a through hole or as a bore with a metallic side wall 195 (metallization).
  • the metallization 195 is formed, for example, by copper.
  • Via the through-contact tion 190 all conductive layers 1 10, 1 12, 140 can be thermally bonded to the intermediate layer 130, whereby the heat dissipation capacity of the circuit board 100 can be further improved.
  • the circuit board 100 further vertical connections or
  • connections 191, 192, 193 can be designed as holes with metallized side walls corresponding to the through-connection 190.
  • a (thermal) contact with the intermediate layer 130 is possible, as indicated by the connection 192.
  • buried (electrical and / or thermal) connections are also possible, which are provided only inside the circuit board (not shown).
  • the printed circuit board 100 can have further holes (possibly threaded) penetrating the printed circuit board 100, in which fastening elements, such as screws, for example, can be guided in order to fasten the printed circuit board 100, for example, to a mounting housing.
  • fastening elements such as screws, for example
  • the intermediate layer 130 can be thermally coupled to such a housing, whereby an effective heat dissipation is further promoted.
  • a possible production method consists, for example, of providing first base layers 141 and the insulating layer 1 1 1 which functions as the (high-frequency) base layer, and the base layers 1 1 1, 141 on both sides with the electrically conductive layers 1 10, 1 12,
  • the formation of the layers 1 10, 1 12, 141 can be effected by large-area application of a conductive or metallic layer to the base layers 11 1, 141 and subsequent structuring to form structural elements such as printed conductors, contact surfaces, antenna surfaces, etc. Subsequently, the coated base layers 1 1 1, 140 and the intermediate layer 130 are glued to each other via a prepreg material. Following this, the via 190 and the connections 191, 192,
  • the cavity or recess 150 can be produced by drilling or milling at the top of the layer stack to the intermediate layer 130.
  • the manufactured circuit board 100 may be populated with conventional standard manufacturing processes such as gluing, soldering and bonding.
  • the integrated circuit 160 is inserted into the recess 150 and fixed on the bottom 151 of the recess 150 or on the intermediate layer 130 via the adhesive layer 170. Subsequently, the contacting of the circuit 160 takes place with the conductor layer 1 10, wherein a Drahtbondmaschine is performed.
  • Such devices can be mounted on the top, the bottom or on both sides of the circuit board 100 and connected to the conductor layers 1 10, 140, wherein adhesive and / or soldering can be used.
  • These components may also be components with an operating frequency in the low frequency range (for example less than 1 GHz).
  • the electrically conductive layers 140 may be used as described above for effective unbundling.
  • the embodiment of a printed circuit board 100 or a chip module described with reference to FIG. 1 represents a preferred or exemplary embodiment of the invention. Instead of the described embodiment, further embodiments are conceivable which may comprise further modifications or combinations. In particular, the specified materials for the individual layers and layers of a printed circuit board are to be regarded merely as examples, so that other materials may also be used.
  • printed circuit boards can be realized with an intermediate layer for heat dissipation and a recess adjoining the intermediate layer, which have a different layer structure than that of FIG.
  • a recess adjoining the intermediate layer which have a different layer structure than that of FIG.
  • a recess adjoins an intermediate layer for heat dissipation only with the bottom, so that the intermediate layer is not penetrated by the recess in an upper partial region.
  • a printed circuit board has a plurality of recesses for receiving integrated circuits, wherein the plurality of recesses adjoin an intermediate layer for heat dissipation.
  • the multiple recesses may also be bilateral, i. be provided on an upper and a lower side of a printed circuit board.
  • a recess is not limited to the receptacle of a single integrated circuit or chip, but may also be designed to accommodate a plurality of (juxtaposed) circuits.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte (100), aufweisend eine an eine Oberseite der Leiterplatte (100) angrenzende Ausnehmung (150) zur Aufnahme eines integrierten Schaltkreises (160). Die Leiterplatte (100) zeichnet sich durch eine innerhalb der Leiterplatte (100) angeordnete Zwischenschicht (130) zur Wärmeabführung aus, wobei die Ausnehmung (150) an die Zwischenschicht (130) angrenzt. Die Erfindung betrifft ferner ein Chipmodul mit einer solchen Leiterplatte (100) und einem integrierten Schaltkreis (160).

Description

Beschreibung
Titel
LEITERPLATTE Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte mit einer Ausnehmung zur
Aufnahme eines integrierten Schaltkreises sowie ein Chipmodul mit einer solchen Leiterplatte und einem integrierten Schaltkreis.
Stand der Technik
Leiterplatten werden als Träger für integrierte Schaltkreise bzw. Halbleiterchips eingesetzt. Die integrierten Schaltkreise sind üblicherweise in Gehäusen mit Anschlusselementen eingebaut, welche über Lötverbindungen an Kontaktstellen der Leiterplatten angeschlossen sind. Übliche Leiterplatten weisen eine Träger- schicht aus einem elektrisch isolierenden Material (Basismaterial) auf, auf weicher eine Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material (Leiterbahnlage) angeordnet ist. Bekannt sind ferner doppelseitige Leiterplatten, bei denen auf beiden Seiten einer Basisschicht eine leitfähige Beschichtung vorgesehen ist. Des weiteren kommen mehrlagige Leiterplatten zum Einsatz, auch als„Multilayer- Leiterplatten" bezeichnet, bei denen mehrere solcher beschichteter Basisschichten miteinander verbunden sind, um eine hohe Packungsdichte für integrierte Bauelemente zu ermöglichen.
Entwicklungen wie eine steigende Leistungsverdichtung und immer kompaktere Abmessungen von elektronischen Bauelementen haben zur Folge, dass bei der
Gestaltung von Leiterplatten zunehmend Temperaturanforderungen zu berücksichtigen sind. Für eine effektive Abführung von Wärme kommen unterschiedliche Konzepte zum Einsatz. Eine Möglichkeit besteht beispielsweise darin, die Leiterplatte auf einen Metallträger zu laminieren, welcher als Wärmesenke zum Aufnehmen und Abtransportieren einer überschüssigen Wärmemenge dient. Des weiteren werden Einlagen aus einem thermisch leitfähigen Material, sogenannte „Inlays", in Aussparungen auf den Leiterplatten ausgebildet. Auf den Einlagen können Bauelemente angeordnet werden, um deren Abwärme abzuführen. Eine weitere Ausgestaltung zur Wärmeabführung ist in der DD 277 165 A1 beschrieben. Hierbei weist die Leiterplatte an einer Oberseite eine als Kühlkörper dienende Platte aus einem metallischen Material auf, auf weicher elektronische
Bauelemente angeordnet werden. Die metallische Platte ist mit Aussparungen versehen, durch welche Anschlussstifte der Bauelemente zu Leiterbahnlagen unterhalb der Platte geführt werden können. Neben dem Bereitstellen einer effektiven Wärmeabführung besteht eine weitere
Tendenz darin, Bauelemente möglichst platzgünstig auf einer Leiterplatte anzuordnen. Die DE 10 2007 010 731 A1 sieht hierzu vor, eine Ausnehmung an einer Oberseite einer Leiterplatte auszubilden, in welcher ein integrierter Schaltkreis angeordnet werden kann. Nicht beschrieben sind jedoch Maßnahmen, um eine im Betrieb des Schaltkreises entstehende Wärmemenge wirksam abzuführen.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Leiter- platte sowie ein verbessertes Chipmodul mit einer Leiterplatte und einem integrierten Schaltkreis anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Leiterplatte gemäß Anspruch 1 und durch ein Chipmodul gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird eine Leiterplatte vorgeschlagen, welche eine an eine O- berseite der Leiterplatte angrenzende Ausnehmung zur Aufnahme eines integrierten Schaltkreises aufweist. Die Leiterplatte zeichnet sich durch eine innerhalb der Leiterplatte angeordnete Zwischenschicht zur Wärmeabführung aus, wobei die Ausnehmung an die Zwischenschicht angrenzt.
Die Leiterplatte ermöglicht eine platzsparende Anordnung eines integrierten Schaltkreises innerhalb der Ausnehmung. Auf diese Weise kann ferner ein Schutz des integrierten Schaltkreises erzielt werden. Hierdurch ist es möglich, anstelle eines gehäusten einen ungehäusten integrierten Schaltkreis mit relativ kleinen Abmessungen zu verwenden, wodurch auch die Ausnehmung der Leiterplatte mit entsprechend kleinen Abmessungen ausgebildet sein kann. Durch die Zwischenschicht, an welche die Ausnehmung angrenzt, kann darüber hinaus eine im Betrieb des integrierten Schaltkreises auftretende Wärmemenge wirksam abgeführt werden, wodurch die Leiterplatte selbst anspruchsvollen Temperaturanforderungen gerecht wird. Dies ist insbesondere der Fall bei Hochfrequenzanwendungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Leiterplatte weiter eine Kontakt- fläche auf der Oberseite in einem Bereich neben der Ausnehmung auf, welche für eine Kontaktierung durch Drahtbonden ausgebildet ist. Ein in der Ausnehmung angeordneter integrierter Schaltkreis kann eine weitere derartige Kontaktfläche an dessen Oberseite aufweisen, so dass die beiden Kontaktflächen über einen Bonddraht miteinander verbunden werden können. Die Anordnung des in- tegrierten Schaltkreises innerhalb der Ausnehmung bietet hierbei die Möglichkeit, die Bondverbindung relativ kurz auszuführen. Durch diese Ausgestaltung werden Hochfrequenzanwendungen weiter begünstigt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Zwischenschicht ein metallisches Material wie insbesondere Kupfer auf. Ein solches Material zeichnet sich durch eine relativ hohe thermische Leitfähigkeit aus, wodurch eine effektive Wärmeabführung ermöglicht wird. Ein derartiger Effekt wird ferner dadurch begünstigt, dass die Zwischenschicht in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine Dicke von mehreren hundert Mikrometern aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform grenzt die Ausnehmung nicht nur an die Zwischenschicht an, sondern wird die Zwischenschicht (auch) von einem Teil der Ausnehmung durchsetzt. Diese Ausgestaltung lässt sich auf relativ einfache Weise herstellen, beispielsweise durch Bohren bzw. Fräsen der zuvor aus einzelnen Lagen und Schichten zusammengesetzten Leiterplatte.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Leiterplatte weiter eine an die Oberseite der Leiterplatte angrenzende Schichtanordnung mit zwei Lagen aus einem elektrisch leitfähigen Material auf, welche durch eine Isolationsschicht voneinander getrennt sind. Die Schichtanordnung wird hierbei von der Ausnehmung durchsetzt. Als Material für die Isolationsschicht kommt vorzugsweise PoIy- tetrafluorethylen in Betracht. Auf diese Weise ist die Schichtanordnung für Hochfrequenzanwendungen geeignet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Leiterplatte weiter ein die Leiterplatte wenigstens zu einem Teil vertikal durchdringendes Verbindungselement zum Herstellen einer elektrischen und/oder thermischen Verbindung auf. Im Hinblick auf thermische Zwecke kann ein solches Verbindungselement auch die Zwischenschicht (wenigstens zu einem Teil) durchdringen, so dass beispielsweise in der Leiterplatte vorgesehene Lagen aus einem elektrisch leitfähi- gen Material an die Zwischenschicht angekoppelt werden können.
Erfindungsgemäß wird des weiteren ein Chipmodul vorgeschlagen, welches eine Leiterplatte und einen integrierten Schaltkreis umfasst. Die Leiterplatte weist eine an eine Oberseite der Leiterplatte angrenzende Ausnehmung auf, in welcher der integrierte Schaltkreis angeordnet ist. Das Chipmodul zeichnet sich dadurch aus, dass die Leiterplatte eine innerhalb der Leiterplatte angeordnete Zwischenschicht zur Wärmeabführung aufweist, wobei die Ausnehmung der Leiterplatte an die Zwischenschicht angrenzt. Ein derartiges Chipmodul ermöglicht eine platzgünstige Anordnung des integrierten Schaltkreises und eine effektive Abführung einer im Betrieb auftretenden Wärmemenge.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figur näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine schematische seitliche Darstellung eines Chipmoduls mit einer Leiterplatte und einem integrierten Schaltkreis.
Anhand der folgenden Figur 1 wird eine mögliche Ausgestaltung eines Chipmoduls mit einer mehrlagigen Leiterplatte 100 und einem integrierten Schaltkreis 160 beschrieben. Das Chipmodul ist für Hochfrequenzanwendungen geeignet, wie sie zum Beispiel Radaranwendungen darstellen. In Betracht kommt beispielsweise der Einsatz in einem Radarsensor eines Kraftfahrzeugs, zum Beispiel in Zusammenhang mit einem Abstandshaltesystem wie ACC (Adaptive Cruise Control). Die Leiterplatte 100 weist einen asymmetrischen Schichtaufbau mit einer Anzahl an unterschiedlichen Schichten und Lagen auf. An einer Oberseite der Leiterplat- te 100 ist eine Schichtanordnung mit zwei elektrisch leitfähigen Lagen 1 10, 1 12 vorgesehen, welche durch eine Isolationsschicht 1 1 1 voneinander getrennt sind. Die obere der zwei Lagen 1 10, 1 12 fungiert hierbei als Leiterbahnlage 1 10, in welcher Leiterbahnstrukturen ausgebildet sind, und die untere als korrespondie- rende Masselage 1 12. Als Material für die zwei leitfähigen Lagen 1 10, 1 12 kommt beispielsweise Kupfer in Betracht. Die Isolationsschicht 1 1 1 weist ein für Hochfrequenzanwendungen geeignetes Material wie insbesondere Polytetraflu- orethylen (PTFE) auf. Diese Schichtanordnung ist über eine Verbindungsschicht 120 mit einer Zwischenschicht 130 verbunden, welche zur Entwärmung der Leiterplatte 100 eingesetzt wird. Die Zwischenschicht 130 weist daher ein Material mit einer relativ hohen thermischen Leitfähigkeit auf, wie zum Beispiel Kupfer. Auch besitzt die Zwischenschicht 130 eine relativ große Dicke („Dickkupferlage"), welche bei- spielsweise mehrere hundert Mikrometer oder auch mehr beträgt. Des weiteren stimmen die lateralen Abmessungen der Zwischenschicht 130 mit denjenigen der Leiterplatte 100 überein, so dass die Zwischenschicht 130 (in einer Aufsicht) eine relativ große Fläche umfasst. Für die Verbindungsschicht 120 kommt ein im Leiterplattenbereich eingesetztes Prepreg-Material (Preimpregnated Fibres) in Be- tracht.
In Richtung einer Unterseite weist die Leiterplatte 100 angrenzend an die Zwischenschicht 130 eine weitere Schichtanordnung mit Verbindungsschichten 120, mehreren elektrisch leitfähigen Lagen 140 (Leiterbahnlagen) und isolierenden Basisschichten 141 auf. Hierbei sind die Basisschichten 141 auf beiden Seiten mit den leitfähigen Schichten 140 beschichtet, und diese Schichtstrukturen aus den beschichteten Basisschichten 141 sind untereinander und mit der Zwischenschicht 130 über die Verbindungsschichten 120 verbunden. Hierbei können die Verbindungsschichten 120 erneut ein Prepreg-Material, und die leitfähigen Lagen 140 Kupfer aufweisen. Für die Basisschichten 141 kommt beispielsweise ein im
Leiterplattenbereich eingesetztes Basismaterial wie zum Beispiel FR4 (Epoxidharz und Glasfasergewebe) in Betracht.
Mithilfe der übereinander angeordneten leitfähigen Lagen 140 können Stromver- bindungen auf verschiedene Ebenen verteilt bzw. voneinander getrennt geführt werden. Auf diese Weise bietet die Leiterplatte 100 eine große Fläche zur Ent- flechtung, wodurch auf der Leiterplatte 100 angeordnete Bauelemente wie zum Beispiel Hochfrequenzschaltungen, analoge und digitale Schaltkreise wirksam voneinander getrennt bzw. entkoppelt werden können. Die Leiterplatte 100 weist des weiteren im Bereich der Oberseite eine Kaverne bzw. Ausnehmung 150 zum Aufnehmen eines integrierten Schaltkreises 160 auf. Die Ausnehmung 150 weist einen Boden 151 und gegenüberliegende Seitenwände 152 bzw. Abschnitte einer (in der Aufsicht) umlaufenden Seitenwand 152 auf. Die Ausnehmung 150 durchsetzt die Schichten 1 10, 1 1 1 , 1 12, 120 und einen oberen Teilabschnitt der Zwischenschicht 130. Der in der Ausnehmung 150 angeordnete integrierte Schaltkreis 160 ist über eine Klebstoffschicht 170 auf dem Boden 151 befestigt und damit mit der Zwischenschicht 130 (thermisch) verbunden. Aufgrund der Ausnehmung 150 kann der integrierte Schaltkreis 160 platzgünstig auf der Leiterplatte 100 angeordnet werden. Auch ist der Schaltkreis 160 innerhalb der Ausnehmung 150 geschützt. Bei dem Schaltkreis 160 kann es sich daher um einen ungehäusten Chip handeln, welcher (gegenüber einem gehäusten Bauelement) relativ kleine Abmessungen aufweist. Insofern kann auch die Aus- nehmung 150 der Leiterplatte 100 relativ kleine Abmessungen umfassen.
Da der integrierte Schaltkreis 160 lediglich durch die Klebstoffschicht 170 von der Zwischenschicht 130 getrennt ist, kann ferner eine im Betrieb des integrierten Schaltkreises 160 auftretende Wärmeleistung mit einer hohen Effizienz auf die Zwischenschicht 130 übertragen werden. Dies kann ferner dadurch begünstigt werden, dass für die Klebstoffschicht 170 ein Klebstoff mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit (Wärmeleitkleber) verwendet wird. Die Wärmemenge kann weiter über die Zwischenschicht 130 bzw. deren relativ große„Fläche" verteilt werden, wodurch eine wirksame Wärmeabführung ermöglicht wird. Damit wird die Leiter- platte 100 insbesondere Temperaturanforderungen gerecht, wie sie bei Hochfrequenzanwendungen auftreten können.
Durch die Anordnung des integrierten Schaltkreises 160 innerhalb der Ausnehmung 150 besteht darüber hinaus die Möglichkeit, eine elektrische Verbindung zwischen dem integrierten Schaltkreis 160 und der (obersten) Leiterbahnlage
1 10 möglichst kurz auszuführen. Die elektrische Verbindung ist hierbei über Bonddrähte 180 hergestellt, welche Kontaktflächen (Bondpads) 1 15 der Leiterbahnlage 110 und Kontaktflächen (Bondpads) 165 auf einer Oberseite des Schaltkreises 160 kontaktieren. In Betracht kommen beispielsweise Gold aufweisende Bonddrähte 180. In einem solchen Fall können die Kontaktflächen 1 15, 165 Kupfer aufweisen, welches galvanisch vergoldet ist. Entgegen der schematischen Darstellung von Figur 1 kann die Oberseite des integrierten Schaltkreises 160 auch in der gleichen Ebene liegen wie die Oberseite bzw. oberste Kante der Leiterplatte 100, wodurch sich die elektrische Verbindung über die Bonddrähte 180 sehr kurz ausgestalten lässt.
Zusätzlich zu dem integrierten Schaltkreis 160 können auf der Leiterplatte 100 weitere Schaltkreise bzw. (aktive und passive) Bauelemente vorgesehen sein (nicht dargestellt). Derartige Bauelemente können auf der Ober und/oder der Unterseite angeordnet sein, und an die Leiterbahnlagen 1 10, 140 bzw. zugehörige Kontaktstellen beispielsweise über Lötverbindungen angeschlossen sein. Aufgrund der platzgünstigen Anordnung des integrierten Schaltkreises 160 in der Ausnehmung 150 besteht auch die Möglichkeit, ein (weiteres) Bauelement über dem Schaltkreis 160 vorzusehen. Bei dem Chipmodul kann es sich wie oben angedeutet um eine für Radaranwendungen ausgelegte elektronische Einrichtung handeln. In einem solchen Fall ist der integrierte Schaltkreis 160 vorzugsweise ein sogenannter MMIC-Chip (Mono- lithic Microwave Integrated Circuit), welcher für Arbeitsfrequenzen im Mikrowellenbereich, d.h. beispielsweise bis zu 80 GHz, ausgebildet ist. Um eine elektro- magnetische Strahlung (Radar oder Mikrowelle) abstrahlen und/oder empfangen zu können, weist die Leiterbahnlage 1 10 hierbei zusätzlich eine Antenne bzw. Antennenfläche auf (nicht dargestellt), welche über Leiterbahnen der Leiterbahnlage 1 10 und Bonddrähte 180 mit dem integrierten Schaltkreis 160 verbunden ist. Die Leiterplatte 100 weist ferner die Leiterplatte 100 vertikal durchdringende Verbindungselemente auf, welche zum Herstellen einer thermischen und/oder elektrischen Verbindung eingesetzt werden können. Hierzu zählt eine in Figur 1 beispielhaft dargestellte und die Leiterplatte 100 vollständig durchdringende Durch- kontaktierung 190, welche als durchgehendes Loch bzw. als Bohrung mit einer metallischen Seitenwandung 195 (Metallisierung) ausgebildet sein kann. Die Metallisierung 195 wird beispielsweise durch Kupfer gebildet. Über die Durchkontak- tierung 190 können sämtliche leitfähigen Lagen 1 10, 1 12, 140 thermisch an die Zwischenschicht 130 angebunden werden, wodurch sich das Wärmeabführungsvermögen der Leiterplatte 100 weiter verbessern lässt. Darüber hinaus kann die Leiterplatte 100 weitere vertikale Verbindungen bzw.
Via (Vertical Interconnect Access) 191 , 192, 193 an der Oberseite bzw. der Unterseite aufweisen, welche sich nur durch einen Teil der Leiterplatte 100 erstrecken und daher nur einen Teil bzw. lediglich zwei der leitfähigen Lagen 1 10, 1 12,
140 elektrisch und/oder thermisch verbinden. Die Verbindungen 191 , 192, 193 können hierbei entsprechend der Durchkontaktierung 190 als Löcher mit metallisierten Seitenwandungen ausgebildet sein. Dabei ist auch ein (thermischer) Kontakt mit der Zwischenschicht 130 möglich, wie anhand der Verbindung 192 angedeutet ist. Möglich sind auch vergrabene (elektrische und/oder thermische) Verbindungen, welche lediglich innerhalb der Leiterplatte vorgesehen sind (nicht dargestellt).
Ferner kann die Leiterplatte 100 weitere die Leiterplatte 100 durchdringende Löcher (gegebenenfalls mit Gewinde) aufweisen, in welchen Befestigungselemente wie zum Beispiel Schrauben geführt werden können, um die Leiterplatte 100 bei- spielsweise an einem Einbaugehäuse zu befestigen. Auf diese Weise kann insbesondere die Zwischenschicht 130 thermisch an ein derartiges Gehäuse gekoppelt werden, wodurch eine wirksame Wärmeabführung weiter begünstigt wird.
Zur Herstellung der Leiterplatte 100 können im Leiterplattenbereich übliche Ferti- gungsprozesse durchgeführt werden. Ein mögliches Herstellungsverfahren besteht beispielsweise darin, zunächst Basisschichten 141 und die als (Hochfre- quenz-)Basisschicht fungierende Isolationsschicht 1 1 1 bereitzustellen, und die Basisschichten 1 1 1 , 141 beidseitig mit den elektrisch leitfähigen Lagen 1 10, 1 12,
141 zu versehen. Das Ausbilden der Lagen 1 10, 1 12, 141 kann durch großflä- chiges Aufbringen einer leitfähigen bzw. metallischen Schicht auf die Basisschichten 1 1 1 , 141 und nachfolgendes Strukturieren zum Ausbilden von Strukturelementen wie Leiterbahnen, Kontaktflächen, Antennenflächen usw. erfolgen. Nachfolgend werden die beschichteten Basisschichten 1 1 1 , 140 und die Zwischenschicht 130 über ein Prepreg-Material aufeinander geklebt. Hieran an- schließend können die Durchkontaktierung 190 und die Verbindungen 191 , 192,
193 erzeugt werden, wobei der zusammengesetzte Schichtenstapel einem Boh- ren bzw. Fräsen unterzogen wird, und nachfolgend Seitenwände der Bohrungen metallisiert werden. Auch die Kavität bzw. Ausnehmung 150 kann durch Bohren bzw. Fräsen an der Oberseite des Schichtenstapels bis in die Zwischenschicht 130 erzeugt werden.
Zum Vervollständigen des Chipsubstrats kann die hergestellte Leiterplatte 100 mit üblichen Standardfertigungsprozessen wie zum Beispiel Kleben, Löten und Bonden bestückt werden. Insbesondere wird der integrierte Schaltkreis 160 in die Ausnehmung 150 eingesetzt und über die Klebstoffschicht 170 auf dem Boden 151 der Ausnehmung 150 bzw. auf der Zwischenschicht 130 befestigt. Nachfolgend erfolgt die Kontaktierung des Schaltkreises 160 mit der Leiterbahnlage 1 10, wobei ein Drahtbondverfahren durchgeführt wird.
Darüber hinaus können optional auch weitere (gehäuste) integrierte Schaltkreise und Bauelemente auf der Leiterplatte 100 angeordnet werden (nicht dargestellt).
Derartige Bauelemente können auf der Oberseite, der Unterseite oder beidseitig auf der Leiterplatte 100 befestigt und an die Leiterbahnlagen 1 10, 140 angeschlossen werden, wobei Klebe- und/oder Lötverfahren zum Einsatz kommen können. Bei diesen Bauelementen kann es sich auch um Bauelemente mit einer Arbeitsfrequenz im Niederfrequenzbereich (zum Beispiel kleiner als 1 GHz) handeln. Hierbei können die elektrisch leitfähigen Lagen 140 wie oben beschrieben für eine wirksame Entflechtung verwendet werden.
Die anhand von Figur 1 beschriebene Ausführungsform einer Leiterplatte 100 bzw. eines Chipmoduls stellt eine bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsform der Erfindung dar. Anstelle der beschriebenen Ausführungsform sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen oder Kombinationen umfassen können. Insbesondere sind die angegebenen Materialien für die einzelnen Lagen und Schichten einer Leiterplatte lediglich als Beispiele anzuse- hen, so dass auch andere Materialien zum Einsatz kommen können.
Darüber hinaus können Leiterplatten mit einer Zwischenschicht zur Wärmeabführung und einer an die Zwischenschicht angrenzenden Ausnehmung verwirklicht werden, welche einen anderen Schichtaufbau als derjenige von Figur 1 aufwei- sen. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise die Möglichkeit gegeben, eine
(mehrlagige) Leiterplatte auszubilden, bei denen lediglich Basismaterialien mit der Materialbezeichnung„FR" (Flame Retardant) wie zum Beispiel FR4 und keine Basismaterialien für Spezial- bzw. Hochfrequenzanwendungen wie zum Beispiel PTFE zum Einsatz kommen, so dass im Unterschied zu der Leiterplatte 100 von Figur 1 kein„Mixsubstrat" vorliegt.
Auch ist eine Ausgestaltung einer Leiterplatte vorstellbar, bei der eine Ausnehmung lediglich mit dem Boden an eine Zwischenschicht zur Wärmeabführung angrenzt, so dass die Zwischenschicht nicht in einem oberen Teilbereich von der Ausnehmung durchsetzt wird. Des weiteren sind Ausführungsformen möglich, bei denen eine Leiterplatte mehrere Ausnehmungen für die Aufnahme von integrierten Schaltkreisen aufweist, wobei die mehreren Ausnehmungen an eine Zwischenschicht zur Wärmeabführung angrenzen. Die mehreren Ausnehmungen können hierbei auch beidseitig, d.h. an einer Ober- und einer Unterseite einer Leiterplatte vorgesehen sein. Ferner ist eine Ausnehmung nicht auf die Aufnah- me eines einzelnen integrierten Schaltkreises bzw. Chips beschränkt, sondern kann ebenfalls zur Aufnahme von mehreren (nebeneinander angeordneten) Schaltkreisen ausgebildet sein.

Claims

Ansprüche:
1 . Leiterplatte, aufweisend eine an eine Oberseite der Leiterplatte (100) angrenzende Ausnehmung (150) zur Aufnahme eines integrierten Schaltkreises (160),
g e k e n n z e i c h n e t durch
eine innerhalb der Leiterplatte (100) angeordnete Zwischenschicht (130) zur Wärmeabführung, wobei die Ausnehmung (150) an die Zwischenschicht (130) angrenzt.
2. Leiterplatte nach Anspruch 1 , weiter aufweisend eine Kontaktfläche (1 15) auf der Oberseite der Leiterplatte (100) in einem Bereich neben der Ausnehmung (150), wobei die Kontaktfläche (1 15) für eine Kontaktierung durch Drahtbonden ausgebildet ist.
3. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenschicht (130) ein metallisches Material, insbesondere Kupfer, aufweist.
4. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenschicht (130) eine Dicke von mehreren hundert Mikrometern aufweist.
5. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenschicht (130) von einem Teil der Ausnehmung (150) durchsetzt wird.
6. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter aufweisend eine an die Oberseite der Leiterplatte (100) angrenzende Schichtanordnung mit zwei Lagen (1 10, 1 12) aus einem elektrisch leitfähigen Material, welche durch eine Isolationsschicht (1 1 1 ) voneinander getrennt sind, wobei die Schichtanordnung von der Ausnehmung (150) durchsetzt wird.
7. Leiterplatte nach Anspruch 6, wobei die Isolationsschicht (1 1 1 ) der Schichtanordnung Polytetrafluorethylen aufweist.
8. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter aufweisend eine an eine Unterseite der Leiterplatte (100) angrenzende weitere Schichtanordnung mit voneinander getrennten Lagen (140) aus einem elektrisch leitfähigen Material.
9. Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter aufweisend ein die Leiterplatte (100) wenigstens zu einem Teil vertikal durchdringendes
Verbindungselement (190, 191 , 192, 193) zum Herstellen einer elektrischen und/oder thermischen Verbindung.
10. Chipmodul, umfassend eine Leiterplatte (100) und einen integrierten Schalt- kreis (160), wobei die Leiterplatte (100) eine an eine Oberseite der Leiterplatte (100) angrenzende Ausnehmung (150) aufweist, in welcher der integrierte Schaltkreis (160) angeordnet ist,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Leiterplatte (100) eine innerhalb der Leiterplatte (100) angeordnete Zwi- schenschicht (130) zur Wärmeabführung aufweist, wobei die Ausnehmung
(150) der Leiterplatte (100) an die Zwischenschicht (130) angrenzt.
1 1 . Chipmodul nach Anspruch 10, wobei die Leiterplatte (100) auf der Oberseite in einem Bereich neben der Ausnehmung (150) eine Kontaktfläche (1 15) aufweist, wobei der integrierte Schaltkreis (160) eine weitere Kontaktfläche
(165) aufweist, und wobei die Kontaktflächen (1 15, 165) der Leiterplatte (100) und des integrierten Schaltkreises (160) über einen Bonddraht (180) verbunden sind.
12. Chipmodul nach einem der Ansprüche 10 oder 1 1 , weiter aufweisend eine
Klebstoffschicht (170), über welche der integrierte Schaltkreis (160) in der Ausnehmung (150) der Leiterplatte (100) mit der Zwischenschicht (130) verbunden ist.
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