DE2434627C3 - Kühlvorrichtung für ein integriertes Halbleiterbauelement - Google Patents

Kühlvorrichtung für ein integriertes Halbleiterbauelement

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Description

Die Erfindung bezieht sich'älif eine Kühlvorrichtung für ein integriertes Halbleiterbauelement der ihi Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.
Es ist bekannt (DE-PS 21 18 932) ein integriertes Halbleiterbauelement auf einem Wärmcablcitungskörpcr mit flacher Außenfläche anzuordnen und dann eine Kunsiharzverkapselung derart vorzusehen, daß die flache Außenfläche des Wärmeableitungskörpers frei bleibt. Ein solcher Wärmeableitungskörper kann für viele Anwendungen fur einen geeigneten Wärmewiderstand zwischen dem Halbleitersystem und der Umgebung sorgen, während bei anderen Anwendungen des integrierten Halbleiterbauelements eine Reduzierung des Warmewiderstandes gefordert wird. In solchen Fällen ist es notwendig, mit dem Wärmeableiiangskör-
ίο per einen Wärmestrahler zu verbinden, der mti mindestens einer flachen Oberfläche in Wärmekontakt mit der flachen Außenfläche des Wärmeableitungskörpers steht. Die Verbindung des Wärmestrahlers mit dem Wärmeableitungskörper muß steif sein und gleichzeitig
'5 einen möglichst guten Wärmekontakt zwischen den ge .annten Flächen sicherstellen.
Bei einer bekannten Kühlvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art (DE-OS 20 32 402) besteht das Abstandsstück aus einer die Form
jo einer Blechplatte aufweisenden Tragschiene, die an ihren beiden Enden in je einen Befestigungsstab ausläuft, der durch eine Bohrung des Wärmestrahlers und eine darin befindliche elastische Buchse geführt ist und dessen freies aus der Bohrung vorstehendes F.nde
2S nach vorherigem Zusammendrücken der Buchse umgebogen worden ist. so daß aufgrund der in der zusammengedruckten Buchse gespeichert Kraft die Tragschiene das Halsleiterbauelement gegen den Wärmestrahler drückt, um einen guten Wärmekontakt zu erzielen.
Bei einer ähnlichen Kühlvorrichtung (IBM Technical Disclosure Bulletin. Band 14. Nr. I vom |um 1971. S. 182) wird der Wärmestrahler über das bereits an der gedruckten Schalungsplatte befestigte integrierte Halbleiterbauelement gestülpt und mittels Schraubbolzen unter Zwischenschaltung von Druckfedern an der gedruckten Schaltungsplatte befestigt. Durch genügend festes Anziehen der Schraubbolzen wird der Wärmestrahler gegen das integrierte Halbleiterbauelement gedrückt, wobei die entsprechende au' 'las Halbleiterbauelement einwirkende Gegenkraft von den Verbindungsmittel, welche das Halbleiterbauelement mit der gedruckten Schaltungsplatte verbinden und : us Lötverbindungen, Steckkontakten usw. bestehen können, geliefert werden muß
Bei einer weik cn bekannten Kuhlvorrichtung (DE-OS 15 64 433) sind an dem Wärmestrahler Befestigungsflansche vorgesehen, die direkt an die gedruckte Schaltungsplatte angeschraubt •■••erden: durch diesen Anschraubvorgang werden die Befestigungsflansche aus ihrer etwas schräg zu/ Oberfläche der Schalungsplatte verlaufenden Anfangslage in eine puraliel zur Plai'enobcrfläche verlaufende Lage geschwenkt, was dazu führt, daß eine in dem Körper des Wärmestrahler zur Aufnahme des Halbleiterbauelements vorgesehene Ausnehmung sich verengt und dadurch das Halbleiter bauelement in der Ausnehmung festgeklemmt wird unter Erzielung eines guten Wärmekontaktes mit dem Wärmestrahler. Km Abstand des Wärmestrahlers und des Halbleiterbauelements von der Oberflache der gedruckten Schalungsplatte ist bei dieser Kuhlvorrich tung nicht vorgesehen.
T "Die Aufgabe dcrErfiiidurig ist es, eine Kuhlvorrich* tung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei
6S Aufrechtcrhaltung des Vorteils eines guten, Fcrtigungslolcninz.cn berücksichtigenden Anpreßdruckes zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Wärmestrahler eine möglichst einfache und mechanisch stabile
Montage des Halbleiterbauelements und des Wärmestrahlers auf der gedruckten Schaltungsplatte ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung muli bei der Montage lediglich dafür gesorgt werden, daß die Verbindungsmittel, welche sich durch die Durchgangsbohrungen in c*tn seitlichen steifen Körper« des Abstandsstücks erstrecken, den Wärmestrahler, die seitlichen steifen Körper und die gedruckte Schaltungsplatte Test aufeinanderpressen; der zu fordernde Anpreßdruck zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Wärmestrahler wird dann aufgrund der elastischen Verformung des flexiblen, elastischen Zentralkörpers und des daran anliegenden Teils der gedruckten Schaltungsplatte geliefert. Dabei wird eine kompakte und mechanisch stabile Struktur erzielt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nächstehend anhand der Figuren näher beschrieben. In den Figuren zeigt
F i g. 1 eine Draufsicht auf das Abstandsstück,
Fig.2 einen Schnitt entlang der Linie D-Γ) von Fig. I.
Fig. 3 eine Seitenansicht auf das Abstandsstück von Fig. 1 und
F i g. 4 cm Schnittbild durch die auf einer gedruckten Schaltungsplatte montierte Baugruppe bestehend aus dem Wärmestrahler,dem integrierten Halbleiterbauelement und dem Abstandsstück.
Gemäß Fig. 1 befindet sich das Abstandsstück 1 in »einer Montagelage oberhalb der gedruckten Schallungsplatte zwischen den beiden Bohrungsreihen 6. die in der Nähe der Mittellinie des zu montierenden integrierten Halbleiterbauelements verlaufen und dazu bestimmt sind, die Kontaktbeine des integrierten Halbleiterbauelements aufzunehmen. Das Abstandsstück 1 besteht aus zwei seitlichen Körpern 2 und 3 und einem Zentralkörper 4 und ist mit Durchgangsbohrungen 5 versehen, die sich durch die genannten seitlichen Körper 2 und 3 erstrecken.
Aus dem Schnittbild von F i g. 2 ist ersichtlich, daß die seitlichen Körper 2 und 3 dieselbe Höhe A aufweisen, während der Zentralkörper 4 die maximale Höhe B in der Mitte seiner Längserstreckung aufweist. Außerdem ist die Strecke C angegeben, die der Lange des Zentralkörpers 4 entspricht und die größer sein muß als die Länge der Kunstharzverkapselung IO des integrierten Halbleiterbauelements, wie aus der Gesamtmontage gemäß F i g. 4 ersichtlich ist.
Der Schnitt gemäß F i g. 4 erstreckt sich durch die Ebene, die der Verbindungslinie der Mitten der Bohrungen 5 des Abstandsstücks 1 entspricht. Die Anordnung besteht aus dem Wärmestrahler 7. dem Abstandsstück 1, dem integrierten Halbleiterbauelement, welches den Wärmeableitungskörper 8. das Plättchen mit dem integrierten Haibleilersystem 9, die Kunstharzverkapselung 10 und die Kontaktbeine 11 aufweist, aus der gedruckten Schaltungsplatte 12 und aus den durchgehenden Schraubboizen 13. die mittels Muttern 14 angezogen und durch Zahnscheiben 15 blockiert werden.
Diese aus Bolzen 13, Muttern 14 und Zahnscheiben 15 bestehenden Verbindungsmittel schaffen eine steife Verbindung zwischen dem Wärme urahler 7. den seitlichen Körpern 2 und 3 des Abstandssiückes 1 und der gedruckten .Schaltungsplatte 12, jedoch nur mit dem Teil der gedruckten Schaltungsplatte '?, der durch die Muttern 54 blockiert wird. Die gedruckte Schaltungsplatte 12, die sehr viel flexibler ist als der Wärmestrahler 7. kann sich während des Anziehens der Schraubbolzen 13 in dem Bereich verformen, der unterhalb des integrierten Halbleiterbauelements liegt; diese Verformung erfolgt entsprechend den toleranzbedingtcn Schwankungen der Höhe der Harzvcrkapselung 10 oberhalb eines vorbestimmten Mindestwertes dieser Höhe: entsprechende Verformungen erfährt der eine geringe Stärke aufweisende Zentralkörper 4. Die Verformungskräfte der gedruckten Schaltungsplatte 12 und des Zentralkörper 4, die innerhalb der Streckgrenze liegen, führen zu einer resultierenden Reaktionskraft. die das integrierte Halbleiterbauelement und damit dessen Wärmeableitungskörper 8 gegen den Wärmestrahler 7 drückt, woraus sich eine gute Anlage der für die Wärmeleitung maßgebenden Flächen ergibt. In F i g. 4 wird die durch die Verformung bedingte Krümmung des Zentralkörpers 4 und des darunterliegenden Teils der gedruckten Schaltungsplatte 12 aus Einfa hheitsgründen nicht gezeigt.
Nach dem Blockieren der Schraubbol/en 13 mit den Muttern 14 wird die Montage vervollständigt, durch Verlöten der Kontaktbeine 11 mit den Kupferleitern der gedruckten Schaltungsplatte 12 mittels der üblichen Blei-Zink-Legierung.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    I. Kühlvorrichtung für ein integriertes Halbleiterbauelement mil einem Abstandsstück zur Verbindung eines Wärmestrahlers mit eiern mit einer Oberfläche an dem Wärmestrahler anliegenden, kunstharzverkapselten integrierten Halbleiterbauelement und zur Montage der aus dem Halbleiterbauelement und dem Wärmestrahler bestehenden Baugruppe auf einer gedruckten Schalungsplatte mittels Verbindungsmitteln derart, daß sich die gedruckte Schalungsplatte auf der der genannten Oberfläche gegenüberliegenden Seite des Halbleiterbauelements befindet, und zum Anpressen des Halbleiterbauelements unter einer durch einen Kraftspeicher bedingten Vorspannung an den Wärmestrahler, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsstück (1) aus einem einzigen thermoplastischen Isoliermaterialblock besieht, der zwei steife se\i<iche Körper (2, 3) gleicher Höhe (Λ) uufwL-iht. die mii Durchgüngsbuhrungen (5) versehen sind und die senkrecht zur Achse der Bohrungen durch einen flexiblen und elastischen Zentralkörper (4) mit geringerer Höhe (S) als die seitlichen Körper (2, 3) miteinander veibunden sind, wobei die Höhendifferenz der seitlichen Körper (2, 3) und des Zentralkörpers (4) gleich der Mindesthöhe des verkapselten, integrierten Halbleiterbauelements ist; weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsstück (I) zwischen die Kunstharzverkapselung (10) des integrierten Halbleiterbauelements und die gedruckte .Schaltungsplatte 112) so eingefügt wird, daß die Kunstharzverkapselung (10) zwischen den beiden seitlichen, steifen Körpern (2, 3) und auf dem flexiblen, elastischen Zcnir,.lkörpcr (4) des AbstandsstUcks (1) angeordnet ist. und daß die Durchgangshohrungen (5) in den seitlichen, steifen Körpern (2, 3) des Abstandsstücks (1) zum Durchstecken der Verbindungsmittel (13, 14, 15) von gedruckter Schaltungsplatte (12) und Wärmestrahler (7) dienen; weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (B) des Z.entralkörpers entweder über die gesamte Länge des Zentralkörper (4) einheitlich ist oder aber der Zentralkörper (4) bezogen auf seine Längsrichtung die vorgenannte Höhe (B) nur in seinem Mittelbereich erreicht und zu den seitlichen Korpern (2, Ϊ) hin in der Hohe symmetrisch nbnimmi.
    2 Kühlvorrichtung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel aus mit Muttern (14) und Zahnscheiben (15) versehenen Schraiibbolzen(1 J) bestehen.
    3 Kühlvorrichtung nach Anspruch I oder 2. gekennzeichnet durch die Verwendung mit einem integrierten Halbleiterbauelement, dessen llarzver kapselung (10) die Außenfläche eines das integrierte Halbleitersystem (9) tragenden Wärmcab leiungskorpers (8) freilaßt.
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