DE10360866A1 - Anwendungsspezifische Vorrichtung zum Ableiten von Wärme aus mehreren elektronischen Komponenten - Google Patents

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Arthur Colorado Springs Fong
Marvin Glenn Woodland Park Wong
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Agilent Technologies Inc
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Abstract

Eine anwendungsspezifische Wärmesenkenanordnung wird vorgelegt, wobei ein Wärmeableitsubstrat einer bestimmten Größe, einer Form und eines Materials ausgewählt ist, um vorbestimmte Wärmeableitanforderungen zu erfüllen, und wobei mehr als ein Wärmeableitansatz ausgewählt ist oder aus einer bestimmten Größe, Form und Materialien gebildet ist, um vorbestimmte Anforderungen zu erfüllen. Das Wärmeableitsubstrat und die Wärmeableitansätze bilden eine Wärmesenkenanordnung, die anwendungsspezifische Merkmale aufweist, die ausgewählt sind, um das Wärmeableiten, CTE-Anpassen, Umweltwiederstandsanforderungen, Anforderungen an geringe Masse, Größe, Bearbeitbarkeit, Kostenstruktur und andere gewünschte Merkmale einer bestimmt Anwendung zum Ableiten von Wärme aus mehreren elektronischen Komponenten zu optimieren.

Description

  • Elektronische Komponenten, wie z. B. integrierte Schaltungen oder gedruckte Schaltungsplatinen werden in verschiedenen Vorrichtungen immer üblicher. Zum Beispiel weisen zentrale Verarbeitungseinheiten, Schnittstellen, Graphik- und Speicher-Schaltungen üblicherweise mehrere integrierte Schaltungen auf. Während normaler Operationen erzeugen viele elektronische Komponenten, wie z. B. integrierte Schaltungen, beträchtliche Wärmebeträge. Wenn die Wärme, die während der Operation dieser und anderer Vorrichtungen erzeugt wird, nicht entfernt wird, können sich elektronische Komponenten oder andere Vorrichtungen in der Nähe derselben übermäßig erwärmen, was zu einem Schaden an den Komponenten oder zu einer Verschlechterung des Verhaltens der Komponente führen kann.
  • Um solche Probleme zu vermeiden, die durch übermäßiges Erwärmen verursacht werden, werden häufig Wärmesenken oder andere wärmeableitende Vorrichtungen mit elektronischen Komponenten verwendet, um Wärme abzuleiten. Die Wärmeableitanforderungen einer Wärmesenke müssen mit anderen Faktoren ausgeglichen werden. Wärmesenken können reißen, beschädigt werden oder von den elektronischen Komponenten getrennt werden, an die sie angebracht sind, wenn die Wärmesenke einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich bedeutend von der elektronischen Komponente unterscheidet. Ferner sind viele Wärmesenkenmaterialien relativ schwer. Wenn die elektronische Komponente, an die die Wärmesenke angebracht ist, Vibration oder anderen Stößen ausgesetzt ist, kann das Gewicht der Wärmesenke, die an die elektronische Komponente angebracht ist, reißen, beschädigt werden oder verursachen, daß die Wärmesenke von der elektronischen Komponente abgetrennt wird, an die sie angebracht ist.
  • Häufig erfordert mehr als eine elektronische Komponente auf einer gedruckten Schaltungsplatine, einem Mehrfachchipmodul oder einem elektronischen System eine Wärmeableitung. Es wäre vorteilhaft, wenn mehr als eine Komponente in der Lage wären, eine einzelne Wärmeableitvorrichtung zu verwenden, um Systemkosten, Gewicht, Größe und andere Merkmale zu optimieren. Eine unterschiedliche Form auf einer gedruckten Schaltungsanordnung oder innerhalb eines Mehrfachchipmoduls kann unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten oder Wärmeableitanforderungen aufweisen. Es wäre vorteilhaft, eine Wärmeableitvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, verschiedene unterschiedliche Anforderungen für mehr als eine Vorrichtung unterzubringen, die eine Wärmeableitung erfordert.
  • Einige Materialien liefern eine gute thermische Leitfähigkeit, sind jedoch schwierig zu formen, teuer, schwer oder haben andere weniger erwünschte Merkmale für eine bestimmten Wärmeableitsituation.
  • Dementsprechend besteht ein Bedarf in der Industrie nach der Fähigkeit, Wärmeableitung, Gewicht, Kosten, Bearbeitbarkeit und andere Merkmale von Wärmeableitvorrichtungen zu optimieren und eine einzelne Wärmeableitvorrichtung zu schaffen, für mehr als eine Form oder Komponente in einer elektronischen Anordnung.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine anwendungsspezifische Wärmesenkenvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen derselben mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine anwendungsspezifische Wärmesenkenvorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen derselben gemäß Anspruch 12 gelöst.
  • Ein Gerät und ein Verfahren zum Optimieren einer Wärmeableitung, CTE-Anpassung, Gewicht, Kosten, Bearbeitbarkeit oder anderer Merkmale einer Wärmeableitvorrichtung.
  • Das Gerät kann folgende Merkmale aufweisen: eine anwendungsspezifische Wärmesenkenvorrichtung zum Ableiten von Wärme von mehr als einer elektronischen Komponente, wobei die anwendungsspezifische Wärmesenkenvorrichtung ein Wärmeableitsubstrat aufweisen kann, das für eines oder mehrere aus seiner Größe, Form, Masse, Kosten, thermischer Leitfähigkeit oder Umweltwiderstandseigenschaften ausgewählt ist; und mehr als einen Wärmeableiteransatz, der für seine CTE- und Bearbeitbarkeits-Eigenschaften ausgewählt ist, derart, daß jeder Wärmeableitansatz an dem Wärmeableitsubstrat derart angebracht sein kann, daß eine elektronische Komponente an jedem der Wärmeableitansätze angebracht sein kann.
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer anwendungsspezifischen Wärmesenkenvorrichtung zum Ableiten von Wärme von mehr als einer elektronischen Komponente, das folgende Schritte umfassen kann: Auswählen oder Bilden eines Wärmeableitsubstrats; Bilden von mehr als einem Wärmeableitansatz, derart, daß jeder der Wärmeableitansätze geformt und dimensioniert sein kann, um mit einer elektronischen Vorrichtung zusammenzupassen, die gekühlt werden soll; und Anbringen von jedem der Wärmeableitansätze an das Substrat. Eine elektronische Vorrichtung, die gekühlt werden soll, kann an jedem der Wärmeableitsätze angebracht sein.
  • Eine umfassendere Herangehensweise an diese Erfindung und viele der dazugehörigen Vorteile derselben werden offensichtlich, wenn dieselbe Bezug nehmend auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung betrachtet in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich wird, in denen gleiche Bezugzeichen dieselben oder ähnliche Komponenten anzeigen.
    •
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutet. Es zeigen:
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Wärmeableitvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Wärmeableitvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Wärmeableitvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ein Flußdiagramm zum Herstellen einer Wärmeableitvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ein Flußdiagramm zum Herstellen einer Wärmeableitvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 6 ein Flußdiagramm zum Herstellen einer Wärmeableitvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 7 eine Draufsicht einer Packung einer integrierten Schaltungsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung vor der Einkapselung;
  • 8 eine Querschnittansicht der integrierten Schaltungsvorrichtung aus 7 entnommen entlang der Linie 8-8;
  • 9 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Wärmeableitvorrichtung zum Ableiten von Wärme aus mehr als einer Komponente gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 10 ein Flußdiagramm zum Herstellen einer Wärmeableitvorrichtung gemäß dem fünften und sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 11 eine Querschnittansicht von mehr als einer integrierten Schaltung, die an die Wärmeableitvorrichtung angebracht ist, vor der Einkapselung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in den Zeichnungen zu Zwecken der Darstellung gezeigt ist, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Techniken zum Schaffen einer Wärmeableitvorrichtung, bei dem die verschiedenen Merkmale der Vorrichtung, z. B. thermische Leitfähigkeit, präzise Toleranzen, CTE-Anpassung an das Teil, das gekühlt werden soll, Umgebungswiderstandsfähigkeit, geringe Masse, gute Verbindbarkeit, Kosten, Bearbeitbarkeit etc. selektiv optimiert werden können. Das Optimieren verschiedener Merkmale einer Wärmeableitvorrichtung kann mit einer Wärmesenke aus mehr als einem Material erreicht werden, durch Erzeugen einer anwendungsspezifischen Wärmesenkenstruktur, die in der Lage ist, unterschiedliche Anforderungen an unterschiedlichen Stellen einfacher zu erfüllen als eine monolithische Wärmesenkenstruktur.
  • Bezug nehmend nun auf die Zeichnungen stellt 1 eine Wärmeableitvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Ein Wärmeableitsubstrat 110 ist bereitgestellt. Das Wärmeableitsubstrat 110 kann aus einem bekannten Wärmesenkenmaterial, einer Legierung oder einer Kombination derselben ausgewählt sein, wie z. B. Aluminium-Silizium-Karbid, Kupfer, Aluminium, Kohlenstoff/Metall-Verbundstoff, Keramik oder einem anderen bekannten Wärmesenkenmaterial. Ausschließlich beispielhaft kann AlSiC aufgrund seiner Wärmeleitfähigkeitsqualitäten und seines niedrigen Gewichts ausgewählt werden. Der Wärmeableitansatz 120 kann durch Stempeln, Bearbeiten, Ätzen oder Laser-Schneiden aus einem bekannten Wärmesenkenmaterial, einer Legierung oder einer Kombination derselben gebildet werden, wie z. B. Kupfer, Wolfram, Molybdän, Aluminium, Kupfer/Molybdän/Kupfer oder einem anderen bekannten Wärmesenkenmaterial.
  • Der Wärmeansatz 120 kann ausgewählt werden, um einen CTE (thermischen Ausdehnungskoeffizienten = Coefficient of Thermal Expansion) zu haben, der relativ nahe an der Vorrichtung liegt (integrierter Schaltungschip, integrierte Schaltungspackung, integriertes Schaltungsmodul, gedruckte Schaltungsplatine etc.), an das derselbe angebracht werden soll. Wie in dem Flußdiagramm in 4 gezeigt ist, kann der Wärmeableitansatz 120 an der Oberfläche 180 des Wärmeableitsubstrats 110 an einer vorbestimmten Stelle 130 durch eine bekannte Anbringeinrichtung angebracht werden, wie z. B. Hartlöten, Löten, Haftverbinden, Druckeinpassung, Schrauben, Nieten, Schweißen, Kältediffusion unter Hochdruck, Diffusionsverbinden oder ein thermisch leitfähiges metallisches Haftmittel. Der Wärmeableitansatz ist präzise mit Hilfe von Bearbeiten, Stempeln, Ätzen oder Laser-Schneiden geformt und an das Wärmeableitsubstrat 110 an einer vorbestimmten Stelle 130 angebracht.
  • Da die anwendungsspezifische Wärmesenke der vorliegenden Erfindung vielseitig ist, können verschiedene Wärmeableitsubstrate 110 aus verschiedenen Materialien und Größen verwendet werden. Verschiedene Wärmeableitansätze 120 aus verschiedenen Materialien und Größen können verwendet werden. Somit kann der Hersteller der Vorrichtung, die gekühlt werden soll (ein exemplarisches Ausführungsbeispiel gezeigt in 7–8), das Substrat 110 und den Ansatz 120 für eine bestimmte Wärmeableitanwendung nach Merkmalsanforderungen, Kosten, niedriger Masse, guter thermischer Leitfähigkeit, präzisen Toleranzen etc. auswählen. In einem solchen Fall, wie in 4 gezeigt ist, kann der Hersteller das Substrat 110 auswählen 410, den Ansatz 120 auswählen und ein geeignetes Anbringverfahren 420 auswählen, wie es durch die bestimmte Anwendung erforderlich ist, um die Wärmesenkenmerkmale für die Anwendung zu optimieren, während die Wärmesenkenkosten minimiert werden. Die Vorrichtung, die gekühlt werden soll, kann an dem Ansatz 420 angebracht sein. Es sollte darauf hingewiesen werden, daß der Ansatz 120 an der Vorrichtung angebracht sein könnte, die gekühlt werden soll, bevor der Ansatz 120 an das Substrat 110 angebracht wird.
  • Alternativ kann der Hersteller verschiedene Wärmeableitsubstrate 110 aus verschiedenen Materialien und Größen verfügbar haben oder von einem Lieferanten bestellen. Sobald das Wärmeableitsubstrat 110 für eine bestimmte Anwendung ausgewählt 410 wird, kann ein kundenspezifischer Wärmeableitansatz 120 für eine spezifische Größe, thermische Leitfähigkeitsanforderungen etc. hergestellt werden. Nachdem der Ansatz 120 hergestellt ist, kann er durch ein Anbringverfahren angebracht 420 werden, das für die Anwendung geeignet ist. Dieses Ausführungsbeispiel kann es dem Substrat 110 ermöglichen, aus einem Material, einer Legierung oder einem Verbundstoff zu bestehen, der nicht ohne weiteres bearbeitbar ist, der jedoch andere erwünschte Wärmesenkenmerkmale aufweist, wie z. B. gute thermische Leitfähigkeit, günstige Kosten, niedrige Masse etc., während der Ansatz 120 andere Merkmale bereitstellen kann, wie z. B. eine verbesserte CTE-Anpassung an die Vorrichtung, die gekühlt werden soll, eine präzisere Bearbeitbarkeit zum Dimensionieren, um die Vorrichtung anzupassen, die gekühlt werden soll etc. Die Ansätze können ferner verwendet werden, um eine relative CTE-Anpassung an jede jeweiligen Form zu erhalten. Es sollte darauf hingewiesen werden, daß eine präzise CTE-Anpassung üblicherweise nicht erforderlich ist, und daß es ausreichend ist, relativ enge CTEs zu haben, wie in dem U.S.-Patent Nr. 5.886.407 an Polese u. a. offenbart ist, das hierin in dieser Beschreibung durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • 2 zeigt eine Wärmeableitvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 2 ist ein Wärmeableitsubstrat 210 mit einem Ausrichtungshohlraum 230 versehen, zum Aufrichten und Anbringen eines Wärmeableitansatzes 220. Das Wärmeableitsubstrat 210 kann durch ein bekanntes Verfahren gebildet werden, wie z. B. Bearbeiten oder Stempeln. Der Hohlraum 230 kann in dem Substrat 210 durch Bearbeiten oder Prägen/Stempeln gebildet werden. Wie in dem Flußdiagramm aus 5 gezeigt ist, sobald das Substrat ausgewählt 510 ist, kann der Ansatz 220 in dem Ausrichtungshohlraum 230 mit Hilfe von Hartlöten, Löten, Haftverbinden, Diffusionsverbinden, Kältediffusion unter Hochdruck, ein thermisch leitfähiges metallisches Haftmittel oder eine andere bekannte Anbringeinrichtung angebracht werden. Die Vorrichtung, die gekühlt werden soll (nicht gezeigt), kann an dem Ansatz 220 mit Hilfe eines standardmäßigen Formanbringungsverfahrens angebracht 530 werden, das Epoxid oder eine eutektische Formanpassung umfaßt. Dieses Ausführungsbeispiel kann eine präzisere Ausrichtung des Ansatzes 220 auf dem Substrat 210 bereitstellen.
  • 3 zeigt eine Wärmeableitvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 3 ist ein Wärmeableitsubstrat 310 aus einer vorbestimmten Größe und Material, Metall, Legierung oder Verbundstoff vorgesehen, für präzise Anforderungen einer bestimmten Wärmeableitanwendung. Wie in 6 gezeigt ist, nachdem das Substrat ausgewählt 610 wurde, wird eine Schicht 390 aus einem Material, das ausgewählt wurde, um einen Wärmeableitansatz 320 zu bilden, durch eine bekannte Anbringeinrichtung angebracht 620, wie z. B. Hartlöten, Löten, Haftverbinden, Diffusionsverbinden, Vakuumheißpressen etc. Nachdem die Schicht 390 angebracht wurde, wird ein Ansatz 320 einer vorbestimmten Größe zum Anpassen an die Vorrichtung, die gekühlt werden soll, durch Bearbeiten, Laser-Schneiden, chemisches Ätzen oder ein anderes bekanntes Verfahren an einer vorbestimmten Stelle 330 auf einer oberen Oberfläche der Schicht 390 gebildet. Nachdem der Wärmeableitansatz 320 in der Schicht 390 gebildet wurde, kann die Vorrichtung, die gekühlt werden soll, angebracht 640 werden. Der Wärmeableitansatz ist dimensioniert, um die elektronische Vorrichtung einzupassen, die gekühlt werden soll.
  • Eine Anwendung der oben beschriebenen Wärmeableitanordnungselemente in einer Vorrichtungskühlsituation einer integrierten Schaltung wird nun Bezug nehmend auf 7 und 8 beschrieben. Die Integrierte-Schaltung-Vorrichtung 741 weist eine elektrische Verbindungsstützstruktur 742 auf, die aus einer oder mehreren Schichten aus relativ kostengünstigem dielektrischem Material hergestellt ist, wie z. B. Polyamid oder anderen Polymer-Dielektrika oder aus Epoxyd-Materialien, die einen relativ hohen CTE aufweisen. Die Stützstruktur 742 stützt ein Wärmeableitsubstrat 743, das für anwendungsspezifische Qualitäten ausgewählt wurde, wie vorangehend Bezug nehmend auf die Substrate 110, 210, 310 und 1–8 beschrieben wurde.
  • Ein Wärmeableitansatz 745, der aus der oberen Oberfläche 746 des Wärmeableitsubstrats 743 hervorsteht, stützt einen Mikrochip oder eine Form 744. Der Wärmeableitansatz 745 wird separat von dem Wärmeableitsubstrat 743 hergestellt und dann an das Wärmeableitsubstrat 743 durch Hartlöten, Widerstandsschweißen, Ultraschallschweißen, Drücken, d. h. kalte Fusion und Hochdruck, Löten, Haftverbinden, Druckeinpassen, Schrauben, Nieten, Diffusionsverbinden oder durch Verwendung einer Haftschicht 751 aus thermisch leitfähigem Haftmaterial oder einem anderen dünnen Haftmaterial mit einer Dicke angebracht, die durch thermische Verhaltensanforderungen bestimmt werden soll. Eine Reihe von Drahtverbindungen 747 verbindet Kontaktpunkte auf der Form 744 mit einer Metallisierung 748, die auf die Oberfläche 749 oder innerhalb des Körpers der Stützstruktur 742 strukturiert ist. Die Metallisierung stellt eine Verbindung mit einer Mehrzahl von Anschlußleitungen 750 her, die sich nach außen von der integrierten Schaltungsvorrichtung 741 erstrecken. Das Wärmeableitsubstrat 743 kann derart dimensioniert/geformt sein, daß es einen Teil der Einkapselungsstruktur bilden kann, die nicht gezeigt ist.
  • Es sollte darauf hingewiesen werden, daß, um die Wärmeableitaufwendungen bei integrierten Schaltungsvorrichtungen zu reduzieren, das Wärmeableitsubstrat 743 aus verschiedenen allgemeinen Materialien, Größen und Formen ausgewählt sein kann, die aufgrund ihrer Wärmeableitqualitäten, geringer Masse, Umgebungsbedingungswiderstand, Preis etc. ausgewählt werden. Um die mechanische Belastung an dem Übergang der verschiedenen Komponenten der Vorrichtung zu verteilen und zu reduzieren, werden die Materialien, die für die Stützstruktur 742 verwendet werden, ausgewählt, um Zwischen-CTEs zwischen dem Wärmeableitsubstrat 743 und der Metallisierung 748 aufzuweisen. Der Wärmeableitansatz 745 wird aus verschiedenen Materialien ausgewählt, um einen Zwischen-CTE zwischen dem Wärmeableitsubstrat 743 und der integrierten Schaltungsform 744 bereitzustellen, zusammen mit anderen gewünschten anwendungsspezifischen Merkmalen, wie z. B. dem kundenspezifischen Herstellen eines CTE angepaßt an Form, Dimensionierung, Umgebungswiderstand, Preis, Masse, etc.
  • Die vorliegende Erfindung kann es einem Endbenutzer ermöglichen, verschiedene Merkmale einer Wärmesenkenvorrichtung für eine bestimmte Anwendung präzise auszuwählen. Der Hauptkörper der Wärmesenke oder des Substrats kann von einer allgemeinen Größe, Form und einem Material sein, um die ausgewählten Merkmale der Wärmesenke zu optimieren, wie z. B, thermische Leitfähigkeit, geringe Masse, kostengünstiges Material, kostengünstige Herstellungsverfahren, Umgebungswiderstandsfähigkeit, Verbindbarkeit etc., während die Schnittstellenoberfläche oder der Ansatz aus einem Material, einer Größe und einer Form ausgewählt sein kann oder kundenspezifisch für die bestimmte Anwendung hergestellt sein kann, um ausgewählte Merkmale zu optimieren, wie z. B. eine verbesserte CTE-Anpassung an die Vorrichtung, die gekühlt werden soll, Verbindbarkeit, Bearbeitbarkeit für präzise Toleranzen etc.
  • Es sollte darauf hingewiesen werden, daß die anwendungsspezifische Form des Wärmeableitansatzes gebildet werden könnte, bevor oder nachdem derselbe an dem Wärmeableitsubstrat angebracht wird. Ferner kann der Wärmeableitansatz an der Vorrichtung angebracht werden, die gekühlt werden soll, bevor oder nachdem dieselbe an das Wärmeableitsubstrat angebracht wird. Ferner, obwohl 7–8 eine integrierte Schaltungsvorrichtung 744 darstellen, die gekühlt wird, ist die vorliegende Erfindung genauso anwendbar an gedruckte Schaltungsplatinen, Mehrfachchipmodule, vorgepackte Vorrichtungen etc., ohne von den grundlegenden Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Die Ausführungsbeispiele eins bis vier sind ebenfalls in einer Situation anwendbar, in der das Wärmeableitsubstrat verwendet werden kann, um mehr als eine integrierte Schaltung, eine Form, eine gedruckte Schaltungsanordnung oder Komponenten in einem Mehrfachchipmodul zu kühlen. Grundsätzlich können mehr als eine elektronische Komponente in einer Anordnung ein einzelnes Wärmeableitsubstrat verwenden, wobei unterschiedliche Wärmeableitansätze zwischen jeder elektronischen Komponente, die gekühlt werden soll, und dem Wärmeableitsubstrat positioniert sind.
  • Ausschließlich als beispielhafte Darstellung zeigt 9 eine Wärmeableitvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei der ein erster Wärmeableitansatz 920 und ein zweiter Wärmeableitansatz 930 an dem Wärmeableitsubstrat 910 angebracht sind. Die Wärmeableitansätze 920 und 930 sind aus ähnlichen oder unterschiedlichen Materialien für spezifische gewünschte Merkmale ausgewählt oder gebildet, wie z. B. CTE-Anpassung an eine erste und eine zweite Form oder an elektronische Anordnungen (nicht gezeigt), wie hierin Bezug nehmend auf 1–8 gelehrt wird.
  • Wie in 10 gezeigt ist, kann die Wärmeableitvorrichtung 900 durch Auswählen aus verschiedenen allgemeinen Substraten unterschiedlicher Größen, Formen und Materialien oder durch Bilden eines Substrats 910 aus einem spezifischen Wärmeableitmaterial hergestellt werden, das für anwendungsspezifische Merkmale ausgewählt wird, wie Bezug nehmend auf 1–8 gelehrt wird (1010). Wärmeableitansätze 920 und 930 können aus ähnlichen oder unterschiedlichen Materialien gebildet sein, für anwendungsspezifische gewünschte Merkmale ausgewählt sein, wie hierin Bezug nehmend auf 1–8 gelehrt wird, und an dem Substrat 910 angebracht werden (1020 und 1040). Elektronische Komponenten (nicht gezeigt in 9) werden an die Wärmeableitansätze 920 und 930 angebracht. Diese Schritte können in einer beliebigen Reihenfolge gebildet werden oder einige oder alle der Substrate 910 oder Ansätze 920 und 930 können allgemeine verfügbare Komponenten sein und für eine spezifische Anwendung ausgewählt oder zusammengebaut werden oder für eine spezifische Anwendung kundenspezifisch hergestellt werden.
  • Es sollte darauf hingewiesen werden, daß die Ansätze 920 und 930 durch ähnliche oder unterschiedliche Verfahren und aus ähnlichen oder unterschiedlichen Materialien gebildet werden können, abhängig von den spezifischen gewünschten Merkmalen oder Anforderungen der elektronischen Komponente, die an jeden Ansatz angebracht werden soll. Es können mehr als zwei Wärmeableitansätze zwischen dem Wärmeableitsubstrat 910 und den individuellen Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen oder -Bereichen einer integrierten Schaltung oder eines Mehrfachchipmoduls angebracht sein. Ferner können Wärmeableitansätze sowohl an der oberen als auch der unteren Oberfläche des Wärmeableitsubstrats angebracht sein, eingeschränkt ausschließlich durch Nähe, Wärmeableitungsanforderungen, Größe, Gewicht und andere Vorrichtungen, bei einer Anordnung mit Wärmeableitanforderungen.
  • 11 stellt eine elektronische Anordnung 1141 dar, die eine elektrische Verbindungsstützstruktur 1142 aufweist, die aus einer oder mehreren Schichten eines dielektrischen Materials hergestellt ist, wie z. B. Polyamid oder anderen dielektrischen Polymer- oder Epoxyd-Materialien. Die Stützstruktur 1142 ist an einem Wärmeableitsubstrat 1143 angebracht, das aus einem Wärmeableitmaterial hergestellt ist, das für anwendungsspezifische Qualitäten und Merkmale ausgewählt ist, wie hierin Bezug nehmend auf 1–8 beschrieben wurde.
  • Zwei oder mehr Mikrochips oder Formen 1144 und 1154 werden durch Wärmeableitansätze 1145 bzw. 1155 gestützt, die aus der oberen Oberfläche des Wärmeableitsubstrats 1143 hervorstehen. Wärmeableitansätze 1145 und 1155 können getrennt von dem Wärmeableitsubstrat 1143 hergestellt und an dem Wärmeableitsubstrat 1143 angebracht werden, durch Hartlöten, Widerstandsschweißen, Ultraschallschweißen, Drücken, d. h. kalte Fusion unter Hochdruck, Löten, Haftverbinden, Druckeinpassen, Schrauben, Nieten, Diffusionsverbinden oder durch eine Haftschicht (nicht gezeigt) eines thermisch leitfähigen Haftmaterials oder eines anderen dünnen Haftmaterials einer Dicke, die durch thermische Verhaltensanforderungen bestimmt werden soll. Eine Reihe von Drahtverbindungen 1147 verbinden Kontaktpunkte auf der Form 1144 und 1154 mit einer oder mehreren Metallisierungsschichten 1148, die auf der Oberfläche oder innerhalb des Körpers der Stützstruktur 1142 strukturiert sind. Die Metallisierung stellt eine Verbindung zu einer Mehrzahl von Anschlußleitungen 1150 her, die sich von der elektronischen Anordnung oder einem Mehrfachchipmodul 1141 erstrecken. Das Wärmeableitsubstrat 1143 kann derart dimensioniert/geformt sein, daß es einen Teil einer Einkapselungsstruktur für die elektronische Anordnung (nicht gezeigt) bilden kann.
  • Um die Kosten der elektronischen Anordnung oder des Mehrfachchipmoduls 1141 zu reduzieren, kann das Wärmeableitsub strat 1143 aus verschiedenen allgemeinen Materialien, Größen und Formen ausgewählt werden, die aufgrund ihrer thermischen Leitfähigkeit, geringen Masse, Umgebungswiderstandsfähigkeit, Preis etc. ausgewählt werden. Um die mechanische Belastung an dem Übergang der verschiedenen Komponenten der Anordnung zu verteilen und zu reduzieren, können die Materialien, die für die Stützstruktur 1142 verwendet werden, ausgewählt sein, um Zwischen-CTEs zwischen dem Wärmeableitsubstrat 1143 und der Metallisierungsschicht 1148 aufzuweisen. Die Wärmeableitansätze 1145 und 1155 können aus verschiedenen Materialien ausgewählt sein, um einen Zwischen-CTE zwischen dem Wärmeableitsubstrat 1143 und der Form 1144 und 1145 bereitzustellen, zusammen mit anderen gewünschten anwendungsspezifischen Merkmalen, wie z. B. der kundenspezifischen Herstellung einer CTE-Anpassung an Form, Dimensionierung, Umgebungswiderstand, Preis, Masse, Bearbeitbarkeit etc.

Claims (18)

  1. Anwendungsspezifische Wärmesenkenvorrichtung (900) zum Ableiten von Wärme aus mehr als einer elektronischen Komponente (1144, 1154), wobei die anwendungsspezifische Wärmesenkenvorrichtung (900) folgende Merkmale aufweist: ein Wärmeableitsubstrat (910, 1143), das für eine oder mehrere der nachfolgenden Eigenschaften ausgewählt ist: Größe, Form, Masse, Kosten, thermische Leitfähigkeit, Umgebungswiderstandsfähigkeit; und mehr als einen Wärmeableitansatz (920, 930, 1145, 1155), wobei jeder Wärmeableitansatz für dessen CTE- und Bearbeitbarkeits-Eigenschaften ausgewählt ist, wobei jeder Wärmeableitansatz (920, 930, 1145, 1155) an dem Wärmeableitsubstrat (910, 1143) derart angebracht ist, daß eine elektronische Komponente (1144, 1154) an jedem Wärmeableitansatz (920, 930, 1145, 1155) anbringbar ist.
  2. Anwendungsspezifische Wärmesenkenvorrichtung (900) gemäß Anspruch 1, bei der das Wärmeableitsubstrat (910, 1143) Aluminium-Silizium-Carbid aufweist.
  3. Anwendungsspezifische Wärmesenkenvorrichtung (900) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der das Wärmeableitsubstrat (910, 1143) eine Kohlenstoff-Metall-Legierung aufweist.
  4. Anwendungsspezifische Wärmesenkenvorrichtung (900) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Wärmeableitsubstrat (910, 1143) Keramik aufweist.
  5. Anwendungsspezifische Wärmesenkenvorrichtung (900) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Wärmeableitsubstrat (910, 1143) Rippen umfaßt.
  6. Anwendungsspezifische Wärmesenkenvorrichtung (900) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der jeder Wärmeableitansatz (920, 930, 1145, 1155) ein Material mit einem CTE relativ nahe an dem CTE der elektronischen Komponente (1144, 1154) aufweist, die an denselben angebracht werden soll.
  7. Anwendungsspezifische Wärmesenkenvorrichtung (900) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der jeder Wärmeableitansatz (920, 930, 1145, 1155) ein Material mit einem CTE ungefähr zwischen dem CTE der elektronischen Komponente (1144, 1154), die an denselben angebracht werden soll, und dem Wärmeableitsubstrat (910, 1143) aufweist.
  8. Anwendungsspezifische Wärmesenkenvorrichtung (900) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der der Wärmeableitansatz (920, 930, 1145, 1155) ein Metall, eine Metallegierung oder Kombinationen derselben aufweist.
  9. Anwendungsspezifische Wärmesenkenvorrichtung (900) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der das Wärmeableitsubstrat (910, 1143) einen oder mehrere Hohlräume auf einer ersten Oberfläche aufweist, wobei zumindest ein Wärmeableitansatz an dem Wärmeableitsubstrat innerhalb von einem oder mehreren Hohlräumen auf der ersten Oberfläche des Wärmeableitsubstrats angebracht ist, wobei der Hohlraum eine Ausrichtungseinrichtung bereitstellt.
  10. Anwendungsspezifische Wärmesenkenvorrichtung (900) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der ein oder mehrere der jeweiligen Wärmeableitansätze durch Bilden einer Schicht eines anwendungsspezifisch ausgewählten Materials auf einer oberen Oberfläche des Wärmeableitsubstrats und dann durch Bilden von einem oder mehre ren der Wärmeableitansätze aus dem anwendungsspezifisch ausgewählten Material gebildet sind.
  11. Anwendungsspezifische Wärmesenkenvorrichtung (900) gemäß Anspruch 10, bei der ein oder mehrere der Wärmeableitansätze (920, 930, 1145, 1155) durch Bearbeiten, Laserschneiden oder chemisches Ätzen des einen oder der mehreren Wärmeableitansätze aus der Schicht des anwendungsspezifisch ausgewählten Materials gebildet sind.
  12. Verfahren zum Herstellen einer anwendungsspezifischen Wärmesenkenvorrichtung (900), das folgende Schritte aufweist: Auswählen eines Wärmeableitsubstrats (910, 1143); Bilden von mehr als einem Wärmeableitansatz (920, 920, 1145, 1155), wobei jeder Wärmeableitansatz geformt und dimensioniert ist, um mit einer elektronischen Vorrichtung zusammenzupassen, die gekühlt werden soll; und Anbringen des mehr als einen Wärmeableitansatzes an vorbestimmten Stellen an dem Wärmeableitsubstrat.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem das Wärmeableitsubstrat (910, 1143) Aluminium-Silizium-Carbid aufweist.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, bei dem jeder der mehr als einen Wärmeableitansätze ein Material aufweist, das ausgewählt ist, um einen relativ ähnlichen CTE zu der elektronischen Vorrichtung aufzuweisen, die an denselben angebracht werden soll.
  15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem jeder der mehr als einen Wärmeableitansätze ein Mate rial aufweist, das ausgewählt ist, um einen Zwischen-CTE zwischen dem Wärmeableitsubstrat und einer Vorrichtung aufzuweisen, die an denselben angebracht werden soll.
  16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem das Wärmeableitsubstrat für eine oder mehrere der nachfolgenden Qualitäten ausgewählt ist: thermische Leitfähigkeit, Umweltwiderstandsfähigkeit, geringe Masse, kostengünstiger Preis oder Verbindbarkeit.
  17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, das ferner den Schritt des Bildens von einem oder mehreren Hohlräumen in einer oberen Oberfläche des Wärmeableitsubstrats aufweist; wobei einer oder mehrere der zwei oder mehr Wärmeableitansätze innerhalb von einem oder mehreren Hohlräumen angebracht sind, die auf dem Wärmeableitsubstrat gebildet sind.
  18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 17, bei dem das Wärmeableitsubstrat Rippen umfaßt.
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