WO2003024165A1 - Wämeableitelement für elektronische bauteile - Google Patents

Wämeableitelement für elektronische bauteile Download PDF

Info

Publication number
WO2003024165A1
WO2003024165A1 PCT/DE2002/003307 DE0203307W WO03024165A1 WO 2003024165 A1 WO2003024165 A1 WO 2003024165A1 DE 0203307 W DE0203307 W DE 0203307W WO 03024165 A1 WO03024165 A1 WO 03024165A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat dissipation
dissipation element
heat
heat dissipating
dissipating element
Prior art date
Application number
PCT/DE2002/003307
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Erwin Kreitmeyr
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Conti Temic Microelectronic Gmbh filed Critical Conti Temic Microelectronic Gmbh
Publication of WO2003024165A1 publication Critical patent/WO2003024165A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20436—Inner thermal coupling elements in heat dissipating housings, e.g. protrusions or depressions integrally formed in the housing
    • H05K7/2049—Pressing means used to urge contact, e.g. springs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4871—Bases, plates or heatsinks
    • H01L21/4882—Assembly of heatsink parts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/8319—Arrangement of the layer connectors prior to mounting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/83801—Soldering or alloying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/0101—Neon [Ne]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/0102—Calcium [Ca]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01029—Copper [Cu]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01032—Germanium [Ge]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01052—Tellurium [Te]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/014—Solder alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/06—Polymers
    • H01L2924/078—Adhesive characteristics other than chemical
    • H01L2924/0781—Adhesive characteristics other than chemical being an ohmic electrical conductor
    • H01L2924/07811—Extrinsic, i.e. with electrical conductive fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/09—Shape and layout
    • H05K2201/09209—Shape and layout details of conductors
    • H05K2201/09654—Shape and layout details of conductors covering at least two types of conductors provided for in H05K2201/09218 - H05K2201/095
    • H05K2201/09745—Recess in conductor, e.g. in pad or in metallic substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10227—Other objects, e.g. metallic pieces
    • H05K2201/10393—Clamping a component by an element or a set of elements
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10227—Other objects, e.g. metallic pieces
    • H05K2201/10416—Metallic blocks or heatsinks completely inserted in a PCB
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10613—Details of electrical connections of non-printed components, e.g. special leads
    • H05K2201/10621—Components characterised by their electrical contacts
    • H05K2201/10689—Leaded Integrated Circuit [IC] package, e.g. dual-in-line [DIL]
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • 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
    • H05K3/341—Surface mounted components

Definitions

  • the invention relates to a heat dissipation element for electronic components according to the preamble of patent claim 1 and a method for attaching and forming the heat dissipation element according to the preamble of patent claim 4.
  • Such heat dissipation elements are known from DE 42 20 966 A1.
  • a printed circuit board for electrical components which has a through opening in which a heat dissipation element is arranged between the electrical component and a heat sink. After being introduced into the through opening, the heat dissipation element is plastically deformed to form a press fit.
  • heat dissipation elements have to be connected to the electronic, heat-generating component by means of heat-conducting adhesives, such adhesives having a relatively low thermal conductivity.
  • a heat dissipation element which is pressed into the circuit board and which has elastic bulges and incisions towards the component.
  • a solder is arranged to improve the thermal conductivity and / or to compensate for unevenness between the heat dissipation element and the electronic component.
  • a disadvantage of such an arrangement is that the solder applied to the surface shrinks strongly during soldering, so that the soldered area between the heat dissipation element and the electronic component is only very small. In this transition area, the average value of the thermal conductivity is low due to the small contact area.
  • the object of the invention is to show a heat dissipation element with which a transition region between heat dissipation element and electronic schematic component can be created that has a high heat dissipation.
  • the solution to the problem is that a container is integrated in the heat dissipation element, which serves as a solder reservoir and brings additional solder into the transition area during soldering.
  • the advantages of the invention are that an optimal heat dissipation in the transition area can be created by the large-area soldering, in which additional solder can be made available from the container.
  • the solder reservoir is configured when the heat dissipation element is pressed into the circuit board.
  • the edge area is pressed apart, creating a positive connection to the circuit board.
  • FIG. 1 Heat dissipation element with container.
  • Figure 2 Assembly of the heat dissipation element on the circuit board and molding of the container.
  • Figure 3 Assembled heat dissipation element in an electronic assembly.
  • FIG. 1 shows a heat dissipation element 1 with a container 4.
  • the heat dissipation element 1 is constructed in the form of a disc, with a wart-shaped bulge 2 in the middle.
  • a crater-shaped container 4 At the top of the bulge 2 is a crater-shaped container 4, which is to serve as a solder reservoir.
  • This upper part 12 of the bulge 2 of the heat dissipation element 1 is built up in the direction of the heat-generating electronic component 8.
  • the lower part of the heat dissipation element - the resilient base 3 points in the direction of the heat sink 11.
  • the elasticity of the base 3 is brought about in this application example by a spiral section.
  • the container 4 can have a wide variety of shapes.
  • the heat dissipation element 1 can be in one or more pieces, and it is also possible that the container 4 is only wholly or partially shaped, in particular stamped, in the heat dissipation element 1 subsequently.
  • a simple structure for a heat dissipation element 1 consists of several parts: a sheet metal base on which a hat-shaped component is fastened in such a way that its opening is on the side facing away from the base, as a result of which the wart-shaped configuration 2 is produced on the base 3.
  • the profile 3, 13, 12 shown can be achieved in one piece with or without a container 4 by a bending process on a sheet metal or by a potting.
  • the container 4 can also be formed only when or after the heat dissipation element 1 is attached to a carrier 9. It proves to be particularly favorable if copper is used as the material for the heat dissipation element 1, which on the one hand has good heat dissipation, is easy to shape and also has good soldering properties.
  • FIG. 2 shows the mounting of the heat dissipation element 1 on a carrier 9, in particular a printed circuit board with simultaneous final shaping of the container 4. The heat dissipation element 1 shown in FIG. 1 is inserted with the straight walls into the passage opening of a printed circuit board 9.
  • the outer diameter of the hollow wart 12 in this exemplary embodiment, in which the container 4 is arranged, is selected such that it is somewhat smaller than the passage opening in the printed circuit board 9.
  • the height of the wart 12 is to be dimensioned such that it is slightly above the PCB level protrudes.
  • the circuit board 9 lies on the intermediate piece 13 of the wart-shaped bulge 2.
  • the spring-elastic base 3 is located below the intermediate piece 13.
  • the intermediate piece 13 and the wart 12 are solid. However, these can also have an embossing profile.
  • the assembly tool 5 here has an embossing device 6, with which the tool 5 penetrates into the preformed container 4 and expands it, the heat dissipation element 1 being fastened to the printed circuit board 9 in a form-fitting manner, similar to a hollow rivet.
  • the container 4 can also be introduced into the wart 12, the heat dissipation element 1 only during this assembly. After the shape of the container 4 and the resulting positive connection between the heat dissipation element 1 and the printed circuit board 9, the container 4 can be filled with solder, for example. The entire surface of the wart 12 can then be coated with solder as usual. The heat-generating electronic component is then attached to the printed circuit board 9.
  • FIG. 3 shows an assembled heat dissipation element 1 in an electronic assembly.
  • the electronic assembly has a housing cover 7, which is mounted on a base plate 11, which also serves as a heat sink.
  • a circuit board 9 is fastened in the housing and rigidly connected to it.
  • the heat dissipation element 1 is attached in a form-fitting manner in the printed circuit board 9.
  • a heat-generating electronic component 8 is mounted on the printed circuit board 9 and is thermally connected to the heat dissipation element 1 by means of a solder that at least partially comes from the solder reservoir 4.
  • the component 8 is preferably soldered on the heat dissipation element 1 at the same time as the component 8 is soldered onto the printed circuit board 9.
  • solder can be applied to the underside of the component 8 and / or on the side of the heat dissipation element 1 facing the component 8.
  • further solder is conveyed from the container 4 serving as a solder reservoir to the surface due to the surface tension.
  • a soldering of approx. 70% of the available soldering area is required.
  • the amount of solder in the solder reservoir 4 it must be taken into account that the solder paste shrinks by approx. 50% during the soldering process.
  • the base 3 of the heat-dissipating element 1 is designed to be resilient. Interruptions in heat dissipation are prevented by this spring-elastic base 3, which is electrically insulated via a heat-conducting film or heat-conducting paste 10, but is connected in a heat-conducting manner to a heat sink 11.
  • the improved heat dissipation can ensure a longer service life of the component and thus of the complete assembly. With such a system, higher amounts of heat can be dissipated and larger tolerances can be selected.
  • a copper structure is recommended for the heat dissipation element.
  • other metals or other heat-conducting materials can also be used.
  • a printed circuit board 9 was used for mounting the heat dissipation element and the heat-generating electronic component.
  • other carriers can also do this can be used, which can also have only a purely mechanical task.
  • the heat dissipation element 1 can also be contacted directly with the heat sink 11 if electrical insulation is not required.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

Beim Anlöten von einem Wärmeableitelement an ein elektronisches Bauteil geht ein grosser Teil des Lötmittels verloren, so dass die tatsächlich mit Lötmittel beschichtete Übergangsfläche und damit der Wärmetransport nur sehr gering ist. Das neue Wärmeableitelement sollte so ausgestaltet sein, dass es eine bessere Wärmeabfuhr erlaubt. Um die Wärmeabfuhr vom Bauteil zum Wärmeableitelement zu verbessern, befindet sich im Wärmeableitelement ein Behälter, das als Lötmittelreservoir dient und das beim Verlöten zusätzliches Lötmittel zur Verfügung stellt. Derartige Wärmeableitelemente eignen sich vor allem bei elektrischen oder elektronischen Baugruppen, die Bauteile beinhalten, welche eine hohe Betriebstemperatur aufweisen und von denen eine hohe Lebensdauer gefordert wird, wie es beispielsweise im Kraftfahrzeug bei den Bremssteuergeräten der Fall ist.

Description

Wärmeableitelement für elektronische Bauteile
Die Erfindung betrifft ein Wärmeableitelement für elektronische Bauteile gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Anbringen und Ausbilden des Wärmeableitelements gemäß dem Ober- begriff des Patentanspruchs 4.
Derartige Wärmeableitelemente sind aus der DE 42 20 966 A1 bekannt. Hier wird eine Leiterplatte für elektrische Bauteile offenbart, die eine Durchgangsöffnung aufweisen in der ein Wärmeableitelement zwischen dem elektrischen Bauteil und einem Kühlkörper angeordnet ist. Das Wär- meableitelement wird nach dem Einbringen in die Durchgangsöffnung unter Bildung eines Presssitzes plastisch verformt.
Nachteil bei solchen Wärmeableitelementen ist es, dass sie mittels Wärmeleitkleber mit dem elektronischen, wärmeerzeugenden Bauteil verbunden werden müssen, wobei derartige Kleber eine relativ geringe Wärme- leitfähigkeit aufweisen.
Aus der DE 199 16 010 01 ist ein Wärmeableitelement bekannt, das in die Leiterplatte eingepresst wird und das elastische Auswölbungen und Einschnitte zum Bauteil hin aufweist. Hierbei wird ein Lötmittel zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit und/oder zum Ausgleich von Unebenheiten zwischen dem Wärmeableitelement und dem elektronischen Bauteil angeordnet.
Nachteilig bei einer solchen Anordnung ist jedoch, dass das auf der Oberfläche angebrachte Lötmittel beim Verlöten stark schwindet, so dass die verlötete Fläche zwischen Wärmeableitelement und elektronischem Bau- teil nur sehr klein ist. In diesem Übergangsbereich ist der durchschnittliche Wert der Wärmeleitfähigkeit aufgrund der kleinen Kontaktfläche gering.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Wärmeableitelement aufzuzeigen, mit dem ein Übergangsbereich zwischen Wärmeableitelement und elektroni- schem Bauteil geschaffen werden kann, der eine hohe Wärmeableitfähigkeit aufweist.
Die Lösung der Aufgabe besteht darin, dass im Wärmeableitelement ein Behälter integriert wird, der als Lötmittelreservoir dient und beim Verlöten zusätzliches Lötmittel in den Übergangsbereich bringt.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass eine optimale Wärmeableitfähigkeit im Übergangsbereich durch das großflächige Verlöten geschaffen werden kann, bei dem zusätzliches Lötmittel aus dem Behälter zur Verfügung gestellt werden kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Hierbei wird das Lötmittelreservoir beim Einpressen des Wärmeableitelements in die Leiterplatte ausgestaltet. Durch das Ausformen des Behälters wird der Randbereich auseinandergedrückt wodurch eine formschlüssige Verbindung zur Leiterplatte entsteht. Ferner erweist es sich für die Montage als vorteilhaft die warzenförmige Auswölbung massiv herzustellen, wodurch einerseits die Wärmeableitung verbessert wird und andererseits das Einbringen des Lötmittelreservoirs mittels Prägevorrichtung vereinfacht wird. Ist der Boden des Wärmeableitelements federelastisch ausgestaltet, so ist ein permanenter Kontakt durch das Wärmeableit- element zwischen dem elektronischen Bauteil und dem Kühlkörper gewährleistet.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 : Wärmeableitelement mit Behälter.
Figur 2: Montage des Wärmeableitelements an der Leiterplatte und Ausformung des Behälters.
Figur 3: Montiertes Wärmeableitelement in einer elektronischen Baugruppe.
Figur 1 zeigt ein Wärmeableitelement 1 mit einem Behälter 4. Das Wärmeableitelement 1 ist scheibenförmig aufgebaut, wobei es in der Mitte eine warzenförmige Auswölbung 2 aufweist. Oben auf der Auswölbung 2 befindet sich kraterförmig ein Behälter 4, der als Lötmittelreservoir dienen soll. Dieser obere Teil 12 der Auswölbung 2 des Wärmeableitelements 1 wird in Richtung zum wärmeerzeugenden elektronischen Bauteil 8 hin aufgebaut. Der untere Teil des Wärmeableitelements - der federelastische Boden 3 weist in Richtung des Kühlkörpers 11. Die Elastizität des Bodens 3 wird in diesem Anwendungsbeispiel durch einen spiralförmigen Abschnitt bewirkt. Das Zwischenstück 13, das Bestandteil der warzenförmi- gen Auswölbung 2 ist und vom Boden 3 bis zur Warze 12 reicht, dient als Abstandshalterung. Der Behälter 4 kann die verschiedensten Formen aufweisen. Bei dem Aufbau kann das Wärmeableitelement 1 ein- oder mehrstückig sein, gleichfalls ist es möglich, dass der Behälter 4 erst nachträglich im Wärmeableitelement 1 ganz oder teilweise ausgeformt wird, insbesondere eingeprägt wird. Ein einfacher Aufbau für ein Wärmeableitelement 1 besteht aus mehreren Teilen: einem Blechboden auf dem eine hutförmige Komponente derart befestigt wird, dass sich dessen Öffnung an der vom Boden abgewandten Seite befindet, wodurch die warzenförmige Ausbildung 2 auf dem Boden 3 hergestellt wird. Bei einem anderen Aufbau kann das gezeigte Profil 3, 13, 12 mit oder ohne Behälter 4 einstückig durch einen Biegevorgang an einem Blech oder durch einen Verguss erzielt werden. Der Behälter 4 kann auch erst beim oder nach dem An- bringen des Wärmeableitelements 1 an einen Träger 9 ausgeformt werden. Als besonders günstig erweist es sich, wenn als Material für das Wärmeableitelement 1 Kupfer verwendet wird, welches einerseits eine gute Wärmeableitfähigkeit aufweist, leicht formbar ist und auch über gute Löteigenschaften verfügt. Figur 2 zeigt die Montage des Wärmeableitelements 1 an einen Träger 9, insbesondere eine Leiterplatte bei gleichzeitiger Endausformung des Behälters 4. Hierbei wird das in Figur 1 gezeigte Wärmeableitelement 1 mit den geraden Wänden in die Durchlassöffnung einer Leiterplatte 9 einge- bracht. Der Außendurchmesser der in diesem Ausführungsbeispiel hohlen Warze 12, in welcher der Behälter 4 angeordnet ist, wird so gewählt, dass dieser etwas geringer ist, wie die Durchlassöffnung in der Leiterplatte 9. Die Höhe der Warze 12 ist so zu dimensionieren, dass sie etwas über die Leiterplattenebene herausragt. Die Leiterplatte 9 liegt auf dem Zwischen- stück 13 der warzenförmigen Auswölbung 2 auf. Unterhalb des Zwischenstücks 13 befindet sich der federelastische Boden 3. Im Ausführungsbeispiel ist das Zwischenstück 13 und die Warze 12 massiv ausgebildet. Jedoch können diese auch ein Prägeprofil aufweisen.
Zur Befestigung des Wärmeableitelements 1 an der Leiterplatte 9 wird ein Montagewerkzeug in die Warze 12 gepresst. Das Montagewerkzeug 5 weist hierbei eine Prägevorrichtung 6 auf, mit der das Werkzeug 5 in den vorgeformten Behälter 4 eindringt und diesen aufweitet, wobei das Wärmeableitelement 1 ähnlich wie bei einem Hohlniet an der Leiterplatte 9 formschlüssig befestigt wird. Alternativ kann der Behälter 4 auch erst bei dieser Montage in die Warze 12 das Wärmeableitelement 1 eingebracht werden. Nach der Ausformung des Behälters 4 und des dadurch erzielten Formschluss zwischen Wärmeableitelement 1 und Leiterplatte 9, kann der Behälter 4 beispielsweise mit Lötmittel befüllt werden. Danach kann die gesamte Oberfläche der Warze 12 wie bisher üblich mit Lötmittel be- schichtet werden. Darüber wird dann das wärmeerzeugende elektronische Bauteil an der Leiterplatte 9 befestigt.
Figur 3 zeigt ein montiertes Wärmeableitelement 1 in einer elektronischen Baugruppe. Die elektronische Baugruppe weist einen Gehäusedeckel 7 auf, der auf einer Bodenplatte 11 montiert ist, die auch als Kühlkörper dient. Im Gehäuse ist eine Leiterplatte 9 befestigt und mit diesem starr verbunden. In der Leiterplatte 9 ist das Wärmeableitelement 1 formschlüssig angebracht. Auf der Leiterplatte 9 ist ein wärmeerzeugendes elektronisches Bauteil 8 montiert und durch ein Lötmittel, das zumindest teilweise aus dem Lötmittelreservoir 4 stammt, an das Wärmeableitelement 1 ther- misch angebunden. Vorzugsweise erfolgt das Anlöten des Bauteils 8 an das Wärmeableitelement 1 zeitgleich mit dem Anlöten des Bauteils 8 an die Leiterplatte 9. Hierbei kann zusätzliches Lötmittel auf der Unterseite des Bauteils 8 und/oder auf der dem Bauteil 8 zugewandten Seite des Wärmeableitelements 1 angebracht werden. Beim Verdampfen des Löt- mittels an der Berührungsfläche zwischen Bauteil 8 und Wärmeableitelement 1 wird aufgrund der Oberflächenspannung weiteres Lötmittel aus dem als Lötmittelreservoir dienenden Behälter 4 an die Oberfläche befördert. Um eine zuverlässige Wärmeabfuhr zu gewährleisten, wird eine Verlötung von ca. 70 % der zur Verfügung stehenden Lötfläche benötigt. Bei der im Lötmittelreservoir 4 befindlichen Menge an Lötmittel muss berücksichtigt werden, dass die Lötpaste beim Lötvorgang um ca. 50 % schwindet.
Um zu verhindern, dass zu große Kräfte, die beispielsweise durch eine thermische Ausdehnung des Gehäusedeckels oder durch einen thermisch bedingten Schrumpfvorgang des Wärmeleitklebers oder der Wärmeleitfolie 10, auf einzelne Komponenten einwirken, ist der Boden 3 des Wärmeableitelements 1 federelastisch ausgebildet. Durch diesen federelastischen Boden 3, der über eine Wärmeleitfolie oder Wärmeleitpaste 10 e- lektrisch isoliert, aber wärmeleitend mit einem Kühlkörper 11 verbunden ist, werden Unterbrechungen in der Wärmeableitung verhindert. Ein solches System weist im Vergleich zu bisherigen Systemen, bei denen das Bauteil 8 mit dem Wärmeableitelement 1 entweder nur unzureichend mit Lötmittel verbunden ist oder Klebstoff verwendet wurde, viele Vorteile auf. In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel kann durch die verbesserte Wärmeableitung eine höhere Lebensdauer der Komponente und damit der kompletten Baugruppe gewährleistet werden. Auch können mit einem solchen System höhere Wärmemengen abgeführt und größere Toleranzen gewählt werden.
Bei dem Wärmeableitelement ist ein Aufbau auf Kupfer zu empfehlen. Je- doch können auch andere Metalle oder andere wärmeleitende Materialien verwendet werden.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen wurde eine Leiterplatte 9 zur Montage des Wärmeableitelements und des wärmeerzeugenden elektronischen Bauteils verwendet. Jedoch können hierfür auch andere Träger verwendet werden, die auch nur eine rein mechanische Aufgabe aufweisen können.
Auch kann das Wärmeableitelement 1 direkt mit dem Kühlkörper 11 kontaktiert werden, falls eine elektrische Isolierung nicht erforderlich sein sollte.

Claims

Patentansprüche
1 ) Wärmeableitelement (1) für elektronische Bauteile (8), die auf einem Träger (9) angeordnet sind, wobei
- das Wärmeableitelement (1) das elektronische Bauteil (8) durch den Träger (9) hindurch mit einem Kühlkörper (11) thermisch verbindet, und
- das elektronische Bauteil (8) auf das Wärmeableitelement (1) aufgelötet wird dadurch gekennzeichnet, dass im Wärmeableitelement (1) ein Behälter (4) zur Aufnahme von Lötmittel ausgebildet ist.
2) Wärmeableitelement (1) nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeableitelement (1) aus einem massiven hut- förmigen Teil (2) besteht, das dem Bauteil (8) zugewandt ist und einem federnden Boden (3), das dem Kühlkörper (11) zugewandt ist.
3) Wärmeableitelement (1) nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (4) wannenförmig ist und direkt unter dem vom Bauteil (8) abgedeckten Bereich angeordnet ist.
4) Verfahren zum Anbringen eines Wärmeableitelements (1) nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Befestigung des Wärmeableitelements (1) an dem Träger (9) der Behälter (4) ausgeformt oder vergrößert wird.
PCT/DE2002/003307 2001-09-01 2002-08-30 Wämeableitelement für elektronische bauteile WO2003024165A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2001142975 DE10142975B4 (de) 2001-09-01 2001-09-01 Wärmeableitelement für elktronische Bauteile und Verfahren zum Anbringen desselben
DE10142975.4 2001-09-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2003024165A1 true WO2003024165A1 (de) 2003-03-20

Family

ID=7697447

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2002/003307 WO2003024165A1 (de) 2001-09-01 2002-08-30 Wämeableitelement für elektronische bauteile

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10142975B4 (de)
WO (1) WO2003024165A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008016261A1 (de) * 2008-03-29 2009-10-01 Carl Zeiss Microlmaging Gmbh Anordnung zur Anzeige des Betriebszustandes eines Mikroskops
DE102021202654A1 (de) 2021-03-18 2022-09-22 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Wärmeableitvorrichtung und Steuergeräteanordnung
DE102021112409A1 (de) * 2021-05-12 2022-11-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kühleinrichtung für ein Leistungselektronikmodul mit Kühladapter, Leistungselektronikmodul sowie Kraftfahrzeug

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4220966A1 (de) * 1992-06-25 1994-01-13 Siemens Ag Verfahren zum Herstellen einer Trägerplatte für elektrische Bauteile
DE19916010C1 (de) * 1999-04-09 2000-04-20 Daimler Chrysler Ag Anordnung zur Wärmeableitung von einem elektrischen Bauelement auf einer Leiterplatte zu einem Kühlkörper
WO2001022489A2 (de) * 1999-09-22 2001-03-29 Siemens Aktiengesellschaft Steuergerät, insbesondere für die kraftfahrzeugtechnik

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8625472D0 (en) * 1986-10-24 1986-11-26 Bicc Plc Circuit board installation
US5172301A (en) * 1991-10-08 1992-12-15 Lsi Logic Corporation Heatsink for board-mounted semiconductor devices and semiconductor device assembly employing same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4220966A1 (de) * 1992-06-25 1994-01-13 Siemens Ag Verfahren zum Herstellen einer Trägerplatte für elektrische Bauteile
DE19916010C1 (de) * 1999-04-09 2000-04-20 Daimler Chrysler Ag Anordnung zur Wärmeableitung von einem elektrischen Bauelement auf einer Leiterplatte zu einem Kühlkörper
WO2001022489A2 (de) * 1999-09-22 2001-03-29 Siemens Aktiengesellschaft Steuergerät, insbesondere für die kraftfahrzeugtechnik

Also Published As

Publication number Publication date
DE10142975A1 (de) 2003-04-03
DE10142975B4 (de) 2009-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0854666B1 (de) Steuergerät bestehend aus mindestens zwei Gehäuseteilen
DE4122428C2 (de)
DE102008017809B4 (de) Leistungshalbleitermodul
DE102006025977B4 (de) Steuergerät mit einem stirnseitig kontaktierten Schaltungsträger
WO2007147750A1 (de) Verfahren zur fixierung eines elektrischen oder elektronischen bauteils, insbesondere einer leiterplatte, in einem gehäuse sowie fixierelement dafür
WO2006015685A2 (de) Bauteilanordnung mit optimierter montagefähigkeit
DE19532992A1 (de) Leiterplatte
DE102007037538A1 (de) Baugruppe sowie Herstellung einer Baugruppe
DE2820403A1 (de) Verfahren zur kontaktierung der klebstoffseitigen elektrode eines elektrischen bauteiles
EP0847595A1 (de) Kühlkörper für elektronische bauelemente
EP1503615B1 (de) Leiterplatine mit gekühltem Baustein, insbesondere SMD-Baustein
DE10135393B4 (de) Elektronisches Bauteil, Herstellverfahren, sowie Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Bauteil und einer Leiterplatte
DE3627372C3 (de) Anordnung, bestehend aus einer Leiterplatte, einem Kühlkörper und zu kühlenden elektronischen Bauelementen
DE102007021073B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Schaltungsanordnung
DE10142975B4 (de) Wärmeableitelement für elktronische Bauteile und Verfahren zum Anbringen desselben
DE10062699A1 (de) Kühlvorrichtung für elektronische Steuergeräte
DE102004021633B4 (de) Verfahren zum Verbinden eines Halbleiterchips mit einem Chipträger und Anordnung mit einem Halbleiterchip und einem Chipträger
EP2609795B1 (de) Verfahren zur bestückung einer leiterplatte mit mehreren bauteilen und elektrische schaltung mit einer leiterplatte und darauf montierten mehreren bauteilen
EP1659837B1 (de) Kontaktierung eines Bauelementes auf einem Stanzgitter
EP0751562B1 (de) Wärmeleite-Befestigung eines elektronischen Leistungsbauelementes auf einer Leiterplatte mit Kühlblech
EP1864557B1 (de) Verfahren zur herstellung eines elektronischen gerät und elektronisches gerät
DE102019113021A1 (de) Elektronikkomponente für ein Fahrzeug mit verbesserter elektrischer Kontaktierung eines Halbleiterbauelements sowie Herstellungsverfahren
DE10142987A1 (de) Wärmeableitelement für elektronische Bauteile
DE19980532B4 (de) Verbindung eines Punktes einer elektronischen Karte mit gedruckter Schaltung auf einem diese Karte tragenden metallischen Substrat
DE102015212836A1 (de) Verfahren zum Erzeugen einer kühlbaren elektronischen Komponente und Baugruppe mit einer elektronischen Komponente und einem Kühlelement und Kühlelement

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE SK TR

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: JP