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DE69225896T2 - Träger für Halbleitergehäuse - Google Patents

Träger für Halbleitergehäuse

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DE69225896T2
DE69225896T2 DE69225896T DE69225896T DE69225896T2 DE 69225896 T2 DE69225896 T2 DE 69225896T2 DE 69225896 T DE69225896 T DE 69225896T DE 69225896 T DE69225896 T DE 69225896T DE 69225896 T2 DE69225896 T2 DE 69225896T2
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Germany
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printed circuit
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area
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Carlo Cognetti
Michael J Hundt
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STMicroelectronics SRL
STMicroelectronics lnc USA
Original Assignee
STMicroelectronics SRL
SGS Thomson Microelectronics Inc
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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf elektronische Vorrichtungen und im spezielleren auf eine Technik zum Anbringen von integrierten Schaltungen an einer Schaltungsplatte.
    • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Es ist allgemein bekannt, daß integrierte Schaltungsvorrichtungen im Betrieb Wärme erzeugen. In manchen Fällen ist das Ausmaß der erzeugten Wärme vernachlässigbar. In anderen Fällen ist es notwendig, Vorkehrungen zum Abführen der erzeugten Wärme von der Vorrichtung zu treffen, um Probleme in Verbindung mit einer Überhitzung zu vermeiden.
  • Ein übliches Verfahren zum Abführen von erzeugter Wärme besteht darin, eine angemessene Luftströmung um den Baustein herum zu schaffen. Für Vorrichtungen, die größere Mengen an Wärme erzeugen, kann die Anbringung an Kühlkörpern aus Metall erforderlich sein. Die Verwendung von beiden Techniken bedingt eine gewisse minimale Menge an körperlichem Raum zur Anbringung der Vorrichtung, um die erforderliche Wärmetransfer-Kapazität zu erzielen.
  • Bei manchen Systemausbildungen ist die Verwendung großer metallischer Kühlkörper nicht möglich. Dies ist häufig dann der Fall, wenn eine große Anzahl integrierter Schaltungsvorrichtungen auf einer gedruckten Schaltungsplatte angebracht ist. Wenn das System, in dem die Schaltungsplatte verwendet werden soll, ein Minimum an verfügbarem Raum für die Platte aufweist, ist es häufig schwierig, eine ausreichende Luftströmung um die daran angebrachten Vorrichtungen zu erzielen, um diese in geeigneter Weise zu belüften.
  • Wie in der Technik bekannt ist, kann eine Überhitzung von an Schaltungsplatten angebrachten, integrierten Schaltungsvorrichtungen einen nachteiligen Einfluß auf ihren korrekten Betrieb haben. Ein vorübergehender marginaler oder fehlerhafter Betrieb ist bei Überhitzung von Vorrichtungen häufig, und bei regelmäßiger Verwendung bei hohen Temperaturen kann auf lange Sicht eine Vorrichtungsschädigung auftreten.
  • Ein Verfahren zum Anbringen einer Halbleitervorrichtung unter Verbesserung der Wärmeabstrahlung ist aus dem japanischen Patent Abstract NO. JP-A-03 268 439, veröffentlicht am 26.02.1992, bekannt, bei dem ein leitfähiger Klebstoff zum Verbinden eines Halbleiterchips mit einem Substrat verwendet wird.
  • Aus dem japanischen Patent Abstract No. JP-A-04 142 049, veröffentlicht am 03.09.1992, ist ferner ein Verfahren zum Verbinden eines elektronischen Bauteils mit einer Platte bekannt, bei dem mittels eines Rahmens verhindert wird, daß ein leitfähiger Kleber zwischen dem elektronischen Bauteil und der Platte herausragt.
  • Ferner beschreibt das japanische Patent Abstract No. JP-A-01 196 151, veröffentlicht am 08.11.1989, eine Halbleitervorrichtungsstruktur, die ein auf einer Schaltungsplatte angebrachtes Halbleiterelement aufweist, wobei die Schaltungsplatte ein Luftloch beinhaltet, um eine Krümmung der Platte aufgrund des Unterschieds bei den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Halbleiterelement und der Platte zu verhindern. Diese Halbleitervorrichtungsstruktur beinhaltet ferner ein unter Wärmeeinwirkung aushärtendes Harzmaterial als Dichtungselement.
  • Es wäre wünschenswert, eine Technik zum Verbessern der Wärmeabführung von integrierten Schaltungsvorrichtungen zu schaffen, die an einer gedruckten Schaltungsplatte angebracht sind. Vorzugsweise bedeutet eine solche Technik nur ein Minimum an Komplexität für den Montagevorgang, wobei sich Schaltungsplatten ergeben, die eine Kombination aus einem niedrigen Profil mit guten Wärmeabführungseigenschaften aufweisen.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist somit eine Abstandseinrichtung auf einer Oberfläche einer Schaltungsplatte vorgesehen, an der eine integrierte Schaltungsvorrichtung angebracht werden soll. Die Abstandseinrichtung definiert einen Bereich zwischen dem integrierten Schaltungsbaustein und der Schaltungsplatte, und ein Material wird in diesen Bereich eingespritzt, nachdem die Vorrichtung auf der Schaltungsplatte angebracht worden ist. Bei diesem Material handelt es sich um einen guten Wärmeleiter, der zum Abführen von Wärme von der Vorrichtung beiträgt. Das eingespritzte Material wirkt auch als Kleber, wodurch die Vorrichtung fester mit der Schaltungsplatte verbunden wird.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die neuartigen Merkmale, die als charakteristisch für die Erfindung erachtet werden, sind in den beigefügten Ansprüchen angegeben. Die eigentliche Erfindung jedoch sowie eine bevorzugte Verwendungsweise und weitere Ziele und Vorteile derselben sind anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung eines der Erläuterung dienenden Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Begleitzeichnungen am besten zu verstehen; darin zeigen:
  • Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Bereich einer gedruckten Schaltungsplatte gemäß der vörliegenden Erfindung; und
  • Fig. 2 eine weggeschnittene Ansicht unter Darstellung eines integrierten Schaltungsbausteins, der an einer gedruckten Schaltungsplatte gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht ist.
    • BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein Bereich einer gedruckten Schaltungsplatte 10 dargestellt. Eine Mehrzahl von Anschlußflächen 12 ist in Positionen angeordnet, die, wie in der Technik bekannt ist, zur Anbringung eines integrierten Halbleiter-Bausteins zur Oberflächenmontage (in Fig. 1 nicht gezeigt) geeignet sind. Jede der Anschlußflächen 12 tritt mit einer Leitung einer integrierten Schaltungsvorrichtung in Kon takt, die unter Verwendung eines Materials, wie z. B. Lötmaterial, daran angebracht wird.
  • Zwischen den beiden Reihen von Anschlußflächen 12 umschließt eine Abstandseinrichtung 14 einen Bereich 16. Wie in Verbindung mit Fig. 2 noch erläutert wird, besitzt die Abstandseinrichtung 14 eine Höhe, die in etwa der normalen Beabstandung zwischen der gedruckten Schaltungsplatte 10 und der Unterseite eines anzubringenden, integrierten Schaltungschips entspricht.
  • Durchgangslöcher 18 erstrecken sich durch die gedruckte Schaltungsplatte 10 hindurch, so daß an der Unterseite Öffnungen gebildet sind. Wie im folgenden noch erläutert wird, werden diese Durchgangslöcher zum Einspritzen eines wärmeleitfähigen Klebers in den Bereich 16 verwendet, nachdem der integrierte Schaltungschip an den Anschlußflächen 12 befestigt worden ist.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist ein Querschnitt der gedruckten Schaltungsplatte nach der Anbringung einer gedruckten Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ein integrierter Schaltungsbaustein 20 ist typischerweise aus einem Spritzguß-Harzmaterial gebildet, und er enthält eine aktive Elektronikvorrichtung (nicht gezeigt). Leitungen 22 erstrecken sich von dem integrierten Schaltungsbaustein weg und sind mit den Anschlußflächen 12 unter Verwendung eines leitfähigen Lötmaterials verbunden, wie dies in der Technik bekannt ist.
  • Nachdem der integrierte Schaltungsbaustein 20 mit der gedruckten Schaltungsplatte 10 verbunden worden ist, wird ein wärmeleitfähiger Kleber 24 durch das Durchgangsloch 18 hindurch in den Bereich 16 eingespritzt. Bei diesem Kleber handelt es sich um einen guten Wärmeleiter, der zum Abführen von Wärme beiträgt, die durch den Chip in dem Baustein 20 erzeugt wird. Ein Beispiel für ein Material, das für diesen Zweck geeignet ist, ist THERMALLOY (Wz) 4951, hergestellt von der Firma THERMALLOY (Wz) in Texas. Da der Kleber im wesentlichen den gesamten Raum 16 zwischen dem Baustein 20 und der gedruckten Schaltungsplatte 10 ausfüllt, steht ein Weg mit geringem Wärmewiderstand zum Abführen von Wärme von dem Baustein weg zur Verfügung. Der Kleber 24 dient auch dem zusätzlichen Zweck, die körperliche Verbindung zwischen dem chip 20 und der gedruckten Schaltungsplatte 10 zu verbessern, wodurch die Zuverlässigkeit des Systems in weniger gastlichen Umgebungen verbessert wird.
  • Die Abstandseinrichtung 14 besitzt eine Höhe, die in etwa gleich der normalen Beabstandung ist, die zwischen der integrierten Schaltung 20 und der gedruckten Schaltungsplatte 10 vorhanden wäre, wenn die Abstandseinrichtung 14 und der Kleber 24 nicht verwendet würden. Dies führt dazu, daß der integrierte Schaltungsbaustein 20 auf der Abstandseinrichtung 14 aufliegt, wodurch verhindert ist, daß Kleber während des Einspritzvorgangs über den Bereich 16 hinausfließt. Wenn ein nicht ganz perfekter Sitz zwischen der Abstandseinrichtung 14 und dem Baustein 20 vorhanden ist, so daß eine geringe Menge Kleber aus dem innerhalb der Abstandseinrichtung 14 enthaltenen Bereich entweichen kann, entsteht kein Schaden, und die erwünschten Eigenschaften lassen sich immer noch erreichen. Während des Einspritzen des Klebers 24 kann es wünschenswert sein, den integrierten Schaltungsbaustein 20 gegen die Abstandseinrichtung 14 zu drücken. Dadurch wird die Menge an Kleber, die zwischen der Abstandseinrichtung 14 und dem Baustein 20 entweicht, auf ein Minimum reduziert.
  • Die Abstandseinrichtung 14 kann aus jedem beliebigen Material gebildet sein, das zur Verwendung mit der gedruckten Schaltungsplatte 10 geeignet ist. Zum Beispiel könnte die Abstandseinrichtung 14 aus demselben Material gebildet werden, das zur Herstellung der gedruckten Schaltungsplatte verwendet wird, wobei sie an der Platte unter Verwendung eines geeigneten Klebers, wie z. B. eines Epoxy-Klebers, angebracht werden könnte. Hierbei handelt es sich um eine Verfahrensweise, die Verfahrensweisen zum Anbringen verschiedener Konstruktionen an gedruckten Schaltungsplatten ähnlich ist, wie sie in der Technik allgemein bekannt sind.
  • Fig. 2 zeigt ein weiteres Merkmal des bevorzugten Ausführungsbeispiels, das zur Verbesserung der Wärmeübertragungsfähigkeiten dieses Prozesses beiträgt. Wie in der Technik bekannt ist, handelt es sich bei der gedruckten Schaltungsplatte 10 häufig um eine mehrlagige Platte, die Metallbahnen aufweist, die zwischen verschiedenen Lagen der Platte sowie auf der oberen und der unteren Oberfläche derselben verlaufen. Fig. 2 veranschaulicht eine zweilagige Platte, die eine obere Schicht 26 und eine untere Schicht 28 aufweist. Metallleiterbahnen (nicht gezeigt) sind entlang der Grenzfläche 30 zwischen der oberen und der unteren Schicht 26, 28 angeordnet. Stromversorgungs-Leiterbahnen, die tendenziell recht groß sind, können eine ziemlich beträchtliche Fähigkeit zum Abführen von überflüssiger Wärme aufweisen.
  • Fig. 2 zeigt zwei Durchgangslöcher 32, die in der oberen Schicht 28 ausgebildet sind. Diese Löcher 32 sind vorzugsweise mit Leiter bildenden Bereichen 34 plattiert. Die Bildung von plattierten Durchgangslöchern ist in der Technik allgemein bekannt und wird bei der Bildung der gedruckten Schaltungsplatte verwendet, um Verbindungen zwischen Metalleiterbahnen auf verschiedenen Oberflächen der gedruckten Schaltungsplatte 10 zu schaffen. In dem vorliegenden Kontext werden diese plattierten Durchgangslöcher 32 einfach zur Schaffung eines Mechanismus verwendet, um wärmeleitfähigen Bereichen eine Kontaktherstellung mit Metalleiterbahnen, wie z. B. Energieversorgungs-Leiterbahnen zu ermöglichen, die entlang der Grenzfläche 30 angeordnet sind. Sowohl die plattierten Bereiche 34 als auch derjenige Teil des wärmeleitfähigen Klebers 34, der sich in die Durchgangslöcher 32 hineinerstreckt, schaffen gute Wärmeleiter zum Übertragen von Wärme von dem Baustein 20 zu den darunterliegenden Leiterbahnen. Die Durchgangslöcher 32 werden vorzugsweise gleichzeitig mit anderen Löchern gebildet und plattiert, die zur Beförderung von Signalen zwischen den Ebenen der gedruckten Schaltungsplatte verwendet werden.
  • Der vorstehend beschriebene Prozeß besitzt eine Anzahl nützlicher Vorteile und Merkmale. Die integrierten Schaltungsbausteine 20 sind in herkömmlicher Weise an der gedruckten Schaltungsplatte angebracht, so daß keine neuen Prozesse erforderlich sind. Es wird ein niedriges Profil aufrechterhalten, da es nicht erforderlich ist, einen großen Luftspalt unterhalb des Bausteins 20 zu belassen um sicherzustellen, daß ein geeigneter Wärmetransfer durch Konvektionskühlung stattfindet. Der durch die Stromversorgungsleitungen gebildete Kühlkörper kann beträchtlich sein, und er ermöglicht eine bessere Kühlung für den Baustein 20 als diese durch normale Konvektionskühlung stattfinden würde. Die Platte kann montiert und geprüft sowie umgearbeitet werden, falls dies notwendig ist, bevor das Einspritzen des leitfähigen Klebers 24 erfolgt. Dies hält das Ausmaß an zusätzlichem Aufwand auf einen Minimum, das zum Verwirklichen der Vorteile der vorliegenden Erfindung erforderlich ist.
  • Die exakte Größe und Formgebung der Abstandseinrichtung 14 sowie die Größe und die Position der Durchgangslöcher 18 und 32 lassen sich in der gewünschten Weise variieren, so daß sie für die Erfordernisse einer bestimmten Ausbildung geeignet sind. In vielen Fällen ist nur ein einziges Durchgangsloch 18 für das Einspritzen des wärmeleitfähigen Klebers erforderlich. Die Höhe der Abstandseinrichtung 14 kann derart variiert werden, daß sie für die normalerweise vorzufindenden Abstandserfordernisse geeignet ist. Wenn Druck auf die Oberseite des Bausteins 20 ausgeübt wird, während das Einspritzen des wärmeleitenden Klebers erfolgt, kann das Vorhandensein der Abstandseinrichtung 14 tatsächlich die Planarität der zusammengebauten Vorrichtung verbessern, indem jegliche Veränderlichkeiten kompensiert werden, die bei der Beabstandung zwischen dem integrierten Schaltungsbaustein 20 und der gedruckten Schaltungsplatte 10 normalerweise auftreten würden.
  • Für den Fachmann sind verschiedene Modifikationen des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels erkennbar. Zum Beispiel braucht sich die Öffnung, durch die der wärmeleitfähige Kleber eingespritzt wird, nicht durch die gedruckte Schaltungsplatte hindurchzuerstrecken, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Wenn es die Ausbildung erfordert, kann sie auch durch die eigentliche Abstandseinrichtung hindurch ausgebildet werden, wobei der Kleber durch die Öffnung von der Oberseite der gedruckten Schaltungsplatte her eingespritzt wird. Als weiteres Beispiel kann das in den Bereich zwischen dem Baustein und der gedruckten Schaltungsplatte eingespritzte Material in erster Linie oder ausschließlich aufgrund seiner Wärmeleitfähigkeitseigenschaften ausgewählt werden, wobei es nur geringe oder gar keine Klebeeigenschaften aufweist. Alternativ hierzu kann das eingespritzte Material ausschließlich als Kleber wirken und nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Die Eigenschaften des eingespritzten Materials werden also in Abhängigkeit von der Art der Ausbildung gewählt.

Claims (5)

1. Träger für einen integrierten Schaltungsbaustein (20), wobei der Träger folgendes aufweist:
- eine gedruckte Schaltungsplatte (10) mit einer oberen und einer untere Oberfläche;
- eine Abstandseinrichtung (14) auf der oberen Oberfläche, die einen Bereich (16) umschließt, der kleiner ist als die Fläche des integrierten Schaltungsbausteins;
- wenigstens eine Öffnung (18), die den Bereich (16) mit einer außerhalb dieses Bereichs liegenden Stelle verbindet;
- eine Mehrzahl von Anschlußflächen (12) auf der oberen Oberfläche der gedruckten Schaltungsplatte, die nahe bei der Abstandseinrichtung angeordnet sind:
- wobei der integrierte Schaltungsbaustein (20) auf der Abstandseinrichtung (14) aufliegt und eine Mehrzahl leitfähiger Leitungen (22) aufweist, die mit den leitfähigen Anschlußflächen (12) verbunden sind, und wobei der Träger ferner folgendes aufweist:
- ein Material (24), das einen Kleber aufweist, bei dem es sich um einen guten Wärmeleiter handelt, und das den Bereich (16) ausfüllt und mit dem integrierten Schaltungsbaustein (20) sowie der oberen Oberfläche der gedruckten Schaltungsplatte (10) in Berührung steht; und
- wenigstens ein Durchgangsloch (32), das sich von dem Bereich (16) zu einem metallischen Leiter (28) erstreckt.
2. Träger nach Anspruch 1, wobei die Abstandseinrichtung (14) eine Höhe aufweist, die im wesentlichen dieselbe ist wie die Höhe eines Raums zwischen dem integrierten Schaltungsbaustein (20) und der gedruckten Schaltungsplatte (10), wenn der integrierte Schaltungsbaustein (20) an der gedruckten Schaltungsplatte (10) angebracht ist.
3. Träger nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Öffnung (18) sich durch die gedruckte Schaltungsplatte (10) hindurch zu der unteren Oberfläche erstreckt.
4. Träger nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Öffnung (18) eine Einzelöffnung ist, die sich zwischen dem Bereich (16) und der außen liegenden Stelle erstreckt.
5. Träger nach Anspruch 1, wobei das wenigstens eine Durchgangsloch (32) mit einem metallischen Leiter (34) plattiert ist.
DE69225896T 1992-12-15 1992-12-15 Träger für Halbleitergehäuse Expired - Fee Related DE69225896T2 (de)

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Publication Number Publication Date
DE69225896D1 DE69225896D1 (de) 1998-07-16
DE69225896T2 true DE69225896T2 (de) 1998-10-15

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